犬の嗅覚の謎解明へ！脳活動をリアルタイムで読み解く新技術イスラエルで開発

 犬が匂いを検出する際の脳活動を調査したこの先駆的な研究は、彼らの驚くべき嗅覚能力に関する重要な洞察を明らかにしました。イスラエルのバルイラン大学の研究者たちは、犬が異なる匂いを識別する方法において重要な役割を果たす3つの主要な脳領域、すなわち嗅球、海馬、扁桃体の活動を遠隔で感知できる光学センサーを開発しました。このブレークスルーは、犬の嗅覚認知を人間が理解できるように解釈・翻訳できる、小型で非侵襲的なデバイスの開発につながる可能性があります。

この研究では、科学者たちはレーザー技術と高解像度カメラを用いた最先端の検出構造システムを利用し、4つの異なる犬種の脳活動をリアルタイムで捉えました。これらの犬は、ニンニク、メントール、アルコール、マリファナという4つの異なる匂い刺激にさらされました。その後、データは機械学習アルゴリズムを用いて分析され、扁桃体が匂いの識別に重要な役割を果たしていることが明らかになり、匂い処理の感情的側面および記憶関連側面が浮き彫りになりました。 

「この発見は、犬が匂いを処理し反応する方法において扁桃体が極めて重要であり、特定の匂いが明確な感情的反応や記憶反応を引き起こすことを示しています。そして私たちは、この領域における彼らの脳活動を光学的に検出することができます」と、バルイラン大学コフキン工学部のゼエヴ・ザレフスキー教授（Professor Zeev Zalevsky）は述べています。「この発見は、犬が匂いをどのように認識し識別するかというユニークな方法を、私たちがより良く理解し解釈することを可能にするデバイス作成への第一歩となる可能性があります。」

 この研究では、レーザーベースのスペックルパターン検出という革新的な脳活動分析法が導入されています。これは遠隔的かつ非侵襲的な技術であり、これまで犬の脳活動に適用されたことはありませんでした。機能的磁気共鳴画像法や脳波計のような従来の方法とは異なり、このアプローチにより、研究者は犬を鎮静させたり、大きな装置に拘束したりすることなく脳の反応を観察できます。これにより、実環境下で犬を研究する新たな可能性が開かれ、この技術はさらなる研究にとって手頃な価格で利用しやすいものとなります。

犬はその並外れた嗅覚で長年称賛されてきましたが、この研究は匂いを検出する際に彼らの脳内で起こる高度なプロセスをさらに明らかにしています。人間よりもはるかに発達した嗅覚系を持つ犬は、より広範囲の匂いを検出でき、鼻にある特殊な受容体によって、ごくわずかな匂いさえも処理し識別することができます。この新しい研究は、犬の脳が異なる匂いを処理する際の複雑な働きを垣間見せるものであり、薬物検出、医療診断、捜索救助任務といった分野での将来的な応用に有望な道筋を示しています。

「私たちの次のステップは、犬の頭部に装着し、リアルタイムでその嗅覚反応を監視するために使用できる、小型カメラとレーザーシステムを備えた携帯型のWi-Fi制御デバイスを開発することです」と、バルイラン大学のザレフスキー教授の光学研究室に所属するヤフィム・バイダーマン博士（Dr. Yafim Beiderman）は語ります。「これにより、違法物質の検出から人間の病気の診断に至るまで、犬が匂い検出に用いられる方法が大幅に向上する可能性があります。そしてそれは全て、彼らが周囲の世界をどのように認識しているかについての私たちの理解を深めながら行われます。さらに重要なことに、このリアルタイムセンシングにより、犬に嗅覚能力を活用させるための訓練が不要になる可能性もあります。」 

この研究がもたらす影響は、法執行、医療、その他の分野で犬が活用される方法を革新する可能性も秘めています。犬が匂い検出において引き続き貴重なパートナーである中で、このデバイスは彼らの高度に専門化された能力を人間にとって有用なデータに変換する手段を提供し、両種間のより強い絆を育むかもしれません。

この研究は、2025年3月11日に『Journal of Biophotonics』誌で発表されました。このオープンアクセスの論文のタイトルは、「Sensing Dog Brain Reactions to Smell by AI Speckle Pattern Analysis（AIスペックルパターン解析による匂いに対する犬の脳反応の感知）」です。

  [Journal of Biophotonics article]