鼻とコンピューターのインターフェースで犬がスーパー探知機になる可能性

優れた嗅覚を持つ犬は、何百年もの間、野生動物の狩猟や犯罪者の捜索に利用されてきました。空港では爆発物や違法薬物の特定に役立ち、災害時には生存者の救助や遺体の発見にも役立ちます。

しかし、犬はそれぞれ1種類の匂い化合物しか検知できないため、検知できる匂いの範囲が限られています。訓練には数万ドルの費用と数ヶ月かかります。フロリダのスタートアップ企業Canaeryは、犬とニューロテクノロジーを融合させ、爆弾などの密輸品から人間の病気や環境毒素まで、あらゆるものを検知できるようにするという解決策を考案しました。特別な訓練は必要ありません。

同社は、動物が嗅ぎつけた匂いをリアルタイムで解読する「鼻とコンピューターのインターフェース」を開発している。「ボタンを押して蒸気サンプルを採取し、即座に結果が出たらどれほど楽になるでしょうか？」と、CanaeryのCEO、ガブリエル・ラヴェラ氏は語る。（ちなみに、同社の社名は、かつて炭鉱で有毒ガスを検知するために使われていた黄色い鳥に由来している。）

イーロン・マスク氏のニューラリンクを含むいくつかの企業が、人間向けの脳コンピューターインターフェースを開発している。カナリーは、同じ技術を犬にも応用したいと考えている。

同社は、米国エネルギー省傘下のローレンス・リバモア国立研究所と提携し、動物から採取した匂い情報を読み取るアレイを開発している。ティッシュペーパーよりも薄く、米国切手の4分の1の大きさのこのアレイは、動物の嗅球（脳の嗅覚受容中枢）の表面に配置される。動物が匂いを嗅ぐと、嗅球内のニューロンが発火する。このアレイはこれらの神経信号を収集し、小型の無線コンピューターユニットに送信して解読する。

これまでこのアレイはラットでテストされており、犬用バージョンは後日リリースされる予定だとラヴェラ氏は語る。WIREDが独占公開したデモ動画では、Canaeryの科学者がワンド（吸引棒）を使って、それぞれ異なる匂い物質を入れた4つの異なるペトリ皿から空気サンプルを採取する。ワンドはビープ音を発し、匂い分子をチューブを通して、鼻とコンピューターのインターフェースを備えたラットのいるポッドに送る。ラットが匂いを嗅いで数秒後、匂いの情報はポッド上部のスマートフォンに送信される。モバイルアプリには、ラットが嗅いだ化合物の名前と、分子の精度と濃度を考慮した品質スコアが表示される。

現在、Canaery のラットのプロトタイプは、弾薬に使用される放火促進剤や無煙火薬のほか、メタンフェタミン、コカイン、フェンタニルを検出できます。

哺乳類では、鼻と脳が連携して匂いを感知します。匂い分子が鼻孔に入ると、嗅覚受容体に結合します。人間は約450種類の嗅覚受容体を持っていますが、犬はその2倍の数を持っています。匂いの種類によって、受容体の種類の組み合わせが異なり、それぞれ異なる電気信号が生成されます。この信号は嗅球に送られ、そこで処理されます。ラベラ氏は嗅球の表面をチェッカーボードに例えています。匂いが入ってくると、チェッカーボード上の四角形が特定のパターンで光ります。

CanaeryはAIソフトウェアを用いてこれらのパターンを認識し、匂いと関連付けます。アレイを埋め込んだ後、科学者は動物に匂いを曝露させ、AIモデルをトレーニングします。ラベラ氏によると、ソフトウェアは約3回のセッションでトレーニングできるとのことです。これらのセッションでは、科学者は同じ匂いのサンプルを24種類以上動物に提示します。その後、動物に再び同じ匂いを曝露させ、AIモデルの検証を行います。

デモ用ラットに埋め込まれている現在のアレイには、嗅球からの神経信号を捕捉する128個の電極が搭載されています。ローレンス・リバモア国立研究所の研究者たちは、より多くの情報を取得するために、767個の電極を備えた新しいアレイの開発に取り組んでいます。「この次世代デバイスにより、複雑な背景臭や空気中の混入物質である蒸気に対して、現場でより優れた性能を発揮できるようになります」とラベラ氏は述べています。

匂いの解読は決して新しい取り組みではありません。研究者たちは過去40年間、匂いを検知する「e-nose（電子鼻）」技術の開発に取り組んできました。これらの装置は、化学センサーを用いて匂い分子を電気信号に変換し、それをパターン認識システムで分析することで匂いの発生源を特定します。しかし、これまでこれらの装置は、限られた範囲の匂いしか検知できませんでした。

「動物は現在のセンサーではできないことができるので、これはその問題を回避する賢い方法だ」とフィラデルフィアの非営利研究機関、モネル化学感覚センターの嗅覚研究者ジョエル・メインランド氏は言う。

人間用の脳コンピューターインターフェースを開発しているオースティンのパラドロミクス社のCEO、マット・アングル氏は、この技術は匂いをデジタル化する実用的な方法だと述べ、「デジタル化と迅速な分析の利点を享受しながら、工学的に実現するのが非常に難しい嗅覚の生理学を活用できる」としている。

Canaery氏とその協力者たちは、この匂い検知システムの様々な用途を想像している。「空港やその他の検問所はおそらく最も明白な使用例でしょう」と、ローレンス・リバモア大学の神経インターフェース研究者、トラヴィス・マッセイ氏は言う。この鼻とコンピューターのインターフェースは、学校、スタジアム、ショッピングモール、遊園地など、大勢の人が集まる場所であればどこでも、入ってくる人を嗅ぎ分けるのに使える可能性がある。

その他の用途としては、外来種の検出、環境ハザードの特定、疾患の診断などが考えられます。新型コロナウイルス感染症のパンデミックでは、患者の汗、唾液、尿などのサンプルからコロナウイルスを嗅ぎ分ける訓練を受けた犬が活躍しました。がんやパーキンソン病といった他の疾患も、嗅覚犬が検知できる独特の匂いを発します。ホテルチェーンでは、トコジラミの発生源を見つけるために犬を活用しているところもあります。

しかし、犬に鼻とコンピューターをつなぐインターフェースを設置することは、安全性と動物福祉に関する疑問を投げかけることは間違いありません。ラットでは、このアレイは低侵襲手術で鼻に挿入できます。同社は現在、犬にこのデバイスを埋め込む方法を研究中です。少なくともラットでは、このアレイは組織を損傷したり、強い免疫反応を引き起こしたりすることはありません。「寿命の問題や慢性的な問題が動物の生活の質に影響を与えるとは考えていません」とラベラ氏は述べています。

人間の脳とコンピューターをつなぐインターフェースにはある程度のリスクが伴いますが、麻痺のある人の機能回復やその他の疾患の治療も目的としています。こうしたリスクは、使用する人にとっては許容できるものかもしれません。しかし、Canaeryの鼻とコンピューターをつなぐインターフェースは、健康な動物に埋め込まれます。最終的には、この技術の利点と、人間の親友である動物への潜在的なリスクを天秤にかける必要があるでしょう。