Матэрыял падрыхтаваў Джош Кэсідзі. Пераклад артыкула: Адкуль нос вашага сабакі так шмат ведае.
У сонечны дзень недалёка ад Марцінеса, штат Каліфорнія, добразычлівая нямецкая аўчарка па мянушцы Зінка імчыцца па сцежках рэгіянальнага парку Брыёнес у шлейцы з датчыкамі, батарэямі і правадамі. За ёй ідзе яе трэнер Шэй Кук з доўгім павадком у руцэ.
Каманда трэніруецца, каб высачыць людзей, якія прайшлі праз перасечаную мясцовасць гадзінамі ці нават днямі таму. Іх пошукава-выратавальная падрыхтоўка дазваляе ім знайсці аднаго чалавека ў лесе, сельскай мясцовасці ці нават у ажыўленым студэнцкім гарадку, запоўненым студэнтамі. Яны таксама шукаюць зніклых людзей, якія загінулі ў выніку стыхійных бедстваў, такіх як пажары і землятрусы.
Але сёння іх задача іншая: дапамагчы навукоўцам у навуковым эксперыменце высветліць, як з часам пахі рассейваюцца і як мозг дэкадуе інфармацыю аб нябачным свеце пахаў, які нас акружае.
Кожны ўладальнік сабакі ведае, што яны здольныя ўлоўліваць пахі, недаступныя чалавеку. Адно даследаванне паказала, што сабакі ўлоўліваюць пахі ў 100 000 разоў лепш, чым людзі.
"Задавальненне - гэта выйсці і назіраць, як пошукава-выратавальны сабака вядзе след і ў выніку знаходзіць чалавека", - сказала Джудзі Гін, аспірантка лабараторыі доктара Люсіі Джэйкабс з Каліфарнійскага універсітэта ў Берклі. «Калі вы ніколі раней гэтага не бачылі, гэта даволі дзіўнае відовішча».
Джын завяршае даследаванне, якое мае на мэце праліць святло на дзіўна складанае пытанне аб тым, як сабакі могуць адсочваць цэль, выкарыстоўваючы невялікія колькасці паху, якія людзі нават не заўважаюць.
«Насамрэч гэтая тэрыторыя ў мінулым вывучана не вельмі добра», — сказала яна. — Але цяпер гэта набірае абароты».
Эксперымент з'яўляецца часткай супрацоўніцтва шасці універсітэтаў краіны, якое фінансуецца Ініцыятывай мазгавога Нацыянальнага навуковага фонду. Гэта называецца "Праект навігацыі па пахах". Удзельнікі з розных абласцей даследаванняў, уключаючы паводзіны жывёл, генетыку, фізіялогію і механіку вадкасці, сабраліся разам, каб вывучыць, як жывёлы выкарыстоўваюць нюх, каб зразумець навакольнае асяроддзе.
Нацыянальны праект мае далёка ідучую мэту: дапамагчы ў распрацоўцы больш эфектыўных прылад — магчыма, нават новага пакалення робатаў, здольных шукаць спецыфічныя пахі: выбухоўкі, наркотыкаў і іншых небяспечных хімічных рэчываў у аэрапортах, метро, на заводах і ў іншых месцах.
Джын зладзіў эксперымент, у якім «першапраходца» ішоў па загадзя вызначаным маршруце па перасечанай мясцовасці ў парку. Затым яна выкарыстала GPS і іншыя датчыкі, прымацаваныя да павадка пошукавага сабакі, каб зафіксаваць, наколькі дакладна Зінка ішла па шляху статыста.
У эксперыменце следакладчык атрымаў перавагу ў адну гадзіну - хоць Зінка можа сачыць за людзьмі і праз некалькі дзён. Яе не спыняе нават дождж.
Пасля пошукавай групы з партатыўнай метэастанцыяй Джын выявіў, што сабака больш дакладна ішоў па следзе экстра ва ўмовах высокай вільготнасці. Яна сказала, што яна думае, што вільготнасць можа дапамагчы захапіць араматычныя часціцы на зямлі і расліннасці, не даючы іх разнесці ветрам. Джын спадзяецца апублікаваць вынікі ў гэтым годзе.
Даследчыкі да гэтага часу не згодныя з тым, што менавіта чуюць сабакі. Джын лічыць, што сабакі выяўляюць сляды пара, якія вылучаюцца з драбнюткіх клетак адмерлай скуры, валасоў і поту, якія людзі губляюць падчас хады.
Джон Крымальдзі, які вывучае механіку вадкасці ў Універсітэце Каларада ў Боўлдэры, вывучае структуру саміх пахаў. Ён з'яўляецца вядучым навуковым супрацоўнікам праекта. Крымальдзі і яго лабараторыя выкарыстоўваюць спецыяльныя метады для вывучэння фізікі таго, як пахі распаўсюджваюцца ў паветры і вадзе.
Аказваецца, штодзённыя прыклады таго, як вакол нас распаўсюджваюцца нябачныя пахі.
"Калі вы бачыце дым, які выходзіць з трубкі, або тое, як малако пеніцца, калі вы наліваеце яго ў каву, яны маюць вельмі складаную структуру", - сказаў Крымальдзі. "Насамрэч, усе яны выкарыстоўваюць адну і тую ж фізіку".
Адно з даследаванняў Крымальдзі прадугледжвае выкарыстанне лазераў для вымярэння таго, як флуарэсцэнтны фарбавальнік распаўсюджваецца ў вялікім рэзервуары з вадой. Даследчыкі выкарыстоўваюць дадзеныя аб тым, наколькі нераўнамерны фарбавальнік
з часам рассейваецца для стварэння камп'ютэрных мадэляў, якія прайграваюць рух хімічных рэчываў.
Затым даследчыкі запускаюць розныя камп'ютэрныя праграмы, якія правяраюць іх здольнасць вылічыць крыніцу. Крымальдзі хоча высветліць, якія алгарытмы лепш вызначаюць крыніцу паху ў мадэлі.
«У рэшце рэшт, мы хочам пабудаваць механістычную мадэль, каб мы сапраўды маглі зразумець, як працуе мозг пры пошуку крыніцы паху», — сказаў ён. «Мы хочам знайсці аптымальныя стратэгіі, якія можна выкарыстоўваць для праграмавання робата для выканання падобных задач, такіх як пошук і выратаванне».
Пакуль Крымальдзі вывучае структуру пахаў, іншыя лабараторыі, якія ўдзельнічаюць у навігацыйным праекце па пахах, засяроджваюцца на інструментах, якія жывёлы выкарыстоўваюць для выяўлення пахаў шляхам "зваротнай інжынерыі сабачага носа".
Працуючы ў Універсітэце штата Пенсільванія, Брент Крэйвен і яго калегі вывучалі анатомію носа сабакі і тое, як праз яго праходзіць паветра.
Крэйвен і яго калегі выкарыстоўваюць такія тэхналогіі сканавання, як МРТ, каб зазірнуць у чэрапы розных млекакормячых. Яны выявілі, што многія з жывёл, якія, як мяркуюць, валодаюць моцным нюхам, як і сабакі, звычайна маюць падобную структуру на задняй частцы носа.
"Гэта называецца нюхальная вобласць", - сказаў Крэйвен. «Гэта тупіковая зона на задняй частцы носа. Тут знаходзяцца сэнсарныя клеткі».
Ён поўны тонкіх костак, вядомых як ракавіны, якія пакрытыя слізістай абалонкай. Унутры чэрапа сабакі косткі скручваюцца, як лабірынт. Абалонкі выслана сэнсарнымі клеткамі, званымі нюхальнымі нейронамі, якія перадаюць інфармацыю ў мозг.
У сабак каля 60000 15 нюхальных нейронаў. Гэта ў XNUMX разоў больш, чым у людзей.
У чалавека ёсць нюхальныя нейроны ў невялікай вобласці на верхняй частцы ўнутранага боку носа. Паколькі няма спецыяльнай канструкцыі для іх размяшчэння, паветра, якое нюхаюць людзі, змешваецца з астатнім паветрам, якім мы дыхаем. Паколькі ўсе нашы сэнсарныя клеткі знаходзяцца ў адной вобласці, яны могуць быць засыпаны пахамі, што ўскладняе распазнаванне асобных пахаў.
Але, па словах Крэйвена, сабакі не ўнікальныя, калі справа даходзіць да іх нюху.
Грунтуючыся на структурах, знойдзеных навукоўцамі падчас МРТ, многія жывёлы маюць нюх, які можна параўнаць з сабачым.
"Усе яны маюць аднолькавую нюхальную вобласць", - сказаў Крэйвен. "Але людзі і некаторыя іншыя прыматы не такія добрыя".
Даследчыкі з Універсітэта штата Пенсільванія выкарысталі дадзеныя сканавання, каб стварыць камп'ютэрную мадэль, якая імітуе анатомію носа сабакі знутры і звонку.
Яны правялі тэсты на камп'ютэрнай мадэлі, каб убачыць, як паветра праходзіць праз тонкія структуры, каб знайсці падказкі, якія могуць прывесці да стварэння новых канструкцый дэтэктараў паху.
Адной з пераваг сабак перад людзьмі з'яўляецца форма іх ноздраў. Дакладней, прарэзы па баках іх ноздраў.
Мэцью Стэйматс - інжынер-механік з Нацыянальнага інстытута стандартаў і тэхналогій, федэральнай урадавай лабараторыі ў Гейтэрсбургу, штат Мэрыленд. Ён вывучае спосабы паляпшэння дэтэктараў выбуховых рэчываў, наркотыкаў і таксічных прамысловых хімікатаў. І для гэтага Стэйматса цікавіць, як форма ноздраў сабакі дапамагае ім так дакладна распазнаваць пахі.
Стэйматс, праца якога фінансуецца асобна ад праекту па навігацыі па пахах, узяў камп'ютэрную мадэль носа сабакі, распрацаваную ў Пенсільваніі, і надрукаваў яе на 3D-друку, каб стварыць анатамічна правільны штучны нос сабакі з насавымі ракавінамі і нюхальнай вобласцю.
Ён дадаў паветраны шланг да мадэлі носа сабакі, каб імітаваць натуральную хуткасць нюхання сабакі. Сабакі нюхаюць каля пяці разоў у секунду.
"Ён нюхае, як сапраўдны сабака", - сказаў Стэйматс.
Гледзячы на нос, выкарыстоўваючы спецыяльную тэхніку відэазапісу, званую метадам Шлірэна, Стэйматс змог убачыць, як форма ноздраў сабакі дазваляе ім удыхаць спераду, а потым выкідваць выдыханае паветра назад і ў бакі. Гэта імгненна стварае вобласць нізкага ціску ў пярэдняй частцы носа сабакі.
Нават калі штучны нос удыхае і выдыхае аднолькавы аб'ём, паветра выцясняецца наперад, каб запоўніць гэтую вобласць нізкага ціску. Гэта дазваляе сабакам атрымліваць свежы ўзор вобласці перад імі пры кожным удыху.
Імітуючы форму ноздраў, Стэйматс мяркуе, што новыя дэтэктары могуць не толькі ўбіраць пробы з вобласці, непасрэдна прылеглай да прылад, але і ўцягваць паветра з большай адлегласці, дазваляючы пашыраць дыяпазон.
«Большасць сучасных дэтэктараў наркотыкаў, хімічных і біялагічных пагроз у асноўным проста ўцягваюць паветра праз адтуліну і аналізуюць яго», — сказаў Стэйматс. "Але ў сабак ёсць актыўная сістэма адбору пробаў, якая ўзаемадзейнічае з навакольным асяроддзем сапраўды унікальным спосабам".
FAQ: адкуль нос вашай сабакі так шмат ведае?
У сабак каля 60 000 нюхальных нейронаў, што ў 15 разоў больш, чым у чалавека. Гэта дазваляе ім выяўляць найменшыя сляды пахаў, якія чалавек не можа адчуць.
Сабакі ўлоўліваюць пахі мёртвых клетак скуры, поту і валасоў, якія пакідаюць пасля сябе людзі. Нават праз некалькі дзён або ў неспрыяльных умовах, такіх як дождж, яны могуць знайсці гэтыя сляды.
Структура іх носа, уключаючы нюхальныя нейроны і спецыяльныя шчыліны па баках ноздраў, дазваляе сабакам эфектыўна ўлоўліваць і аналізаваць пахі, падтрымліваючы пры гэтым пастаянны прыток свежага паветра.
Пахі распаўсюджваюцца па паветры і вадзе гэтак жа, як дым або вадкасць рухаюцца па навакольным асяроддзі. Гэтыя складаныя структуры паху могуць быць расшыфраваныя сабакам дзякуючы свайму ўнікальнаму нюхальнай апарату.
Навукоўцы эксперыментуюць з GPS і датчыкамі на сабаках, каб адсочваць дакладнасць іх сачэння, і выкарыстоўваюць камп'ютэрныя мадэлі, каб зразумець, як сабачы нос узаемадзейнічае з пахамі.
Так, вільготнасць дапамагае водарам заставацца на паверхні зямлі і расліннасці, што робіць іх больш даступнымі для сабак. У сухое надвор'е пахі рассейваюцца хутчэй.
Сабакі могуць нюхаць да пяці разоў у секунду, ствараючы вобласць нізкага ціску перад носам. Гэта дапамагае ім пастаянна атрымліваць свежыя порцыі водару, што паляпшае іх здольнасць аналізаваць навакольнае асяроддзе.
Бакавыя шчыліны дапамагаюць накіраваць выдыханае паветра ў бакі, каб ён не змешваўся з новымі пахамі, якія сабака ўдыхае спераду, што павышае эфектыўнасць пошуку.
Даследчыкі выкарыстоўваюць 3D-мадэлі носа сабакі, каб вывучыць, як ён працуе. Гэта магло б дапамагчы стварыць новыя тэхналогіі для дэтэктараў пахаў, такіх як выяўленне выбуховых рэчываў або хімічных рэчываў.
Мэта цяперашняга даследавання - стварыць механістычную мадэль таго, як працуе нос, каб распрацаваць робатаў і прылады, якія могуць шукаць пахі гэтак жа эфектыўна, як сабакі, напрыклад, для выратавальных аперацый або пошуку небяспечных рэчываў.
Аўтар публікацыі
Прапануем азнаёміцца і прыняць да ведама ўсе высновы на нашым партале па сваім меркаванні. Не займайцеся самалячэннем! У нашых артыкулах мы збіраем найноўшыя навуковыя дадзеныя і меркаванні аўтарытэтных спецыялістаў у галіне аховы здароўя. Але памятайце: паставіць дыягназ і прызначыць лячэнне можа толькі лекар.
Партал прызначаны для карыстальнікаў старэйшых за 13 гадоў. Некаторыя матэрыялы могуць не падыходзіць для дзяцей ва ўзросце да 16 гадоў. Мы не збіраем персанальныя дадзеныя дзяцей ва ўзросце да 13 гадоў без згоды бацькоў.
