工作犬嗅覺研究方法 及 應(yīng)用探析

周士兵

工作犬嗅覺研究方法 及 應(yīng)用探析

周士兵

嗅覺是各種動物的感覺功能之一，它同觸覺、視覺、聽覺一樣，是動物感知外界信息的基本能力。

對于工作犬嗅覺進行測定，不僅能判斷犬的嗅覺功能是否正常，還能進一步判斷不同犬種、不同個體、不同狀態(tài)下犬的嗅覺能力，進而評價犬種或犬的作業(yè)水平，這具有相當(dāng)高的實用價值。

人類在大約一百五十萬年以前就開始馴養(yǎng)犬，現(xiàn)代意義的工作犬也有一百多年的歷史，人們也注意到犬嗅覺的靈敏性并利用了犬的這一特點，所以將其用于狩獵、追蹤及近年來廣泛使用的搜毒、搜爆等作業(yè)。但對于工作犬嗅覺功能的研究到目前為止還沒有一個全面、客觀、權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)方法。但目前在動物實驗中的常見的嗅覺評估或測定方法對我們研究工作犬具有一定的借鑒價值，故在這里做概括性的介紹。

一、行為觀察和測量法

動物實驗的最大特點在于動物無法準(zhǔn)確地、及時地和實驗者進行交流。盡管工作犬可以被訓(xùn)練形成許多作業(yè)能力，但犬與人交流仍存在一定障礙。好在人類在馴化和訓(xùn)練犬的過程中積累了豐富的行為學(xué)經(jīng)驗，可以據(jù)此觀察或測量其行為，這種方法在犬的嗅覺實驗中發(fā)揮了重要作用。嗅覺靈敏的動物其學(xué)習(xí)和記憶能力、尋食能力等行為與嗅覺都有很高的相關(guān)性。在研究中我們可以觀察和記錄其行為狀態(tài)或變化，從而判斷其嗅覺的變化。目前可以評估嗅覺功能的行為學(xué)方法有以下幾種。

（一）隱藏食物實驗法

這種方法是目前最常用于檢測動物嗅覺功能的行為學(xué)檢測方法，雖然看起來是較粗線條的實驗，但易行且效果明顯。目前比較通用的方法是由N athan于2004年報道的，他的實驗中用找尋到食物小球所需時間作為數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，即從小鼠被隨機放置于盒子中開始，到小鼠揭開食物小球并用它的前爪或牙齒抓住食物小球的時間，如果5 m in(300 s)內(nèi)小鼠未找到食物小球，即判定小鼠存在嗅覺功能障礙的標(biāo)準(zhǔn)。在挑選工作犬過程中，目前通常的做法是在一塊約9平方米的地面隱藏2塊牛肉，在3分鐘內(nèi)找到視為嗅覺無障礙，實踐證明這一方法有效。

（二）嗅覺測量儀測定法

Slotnick等利用行為學(xué)原理設(shè)計出一種用于動物實驗的嗅覺測量儀，可以通過改變氣味的濃度后觀察動物的行為學(xué)變化來評價其嗅覺。該系統(tǒng)經(jīng)眾多實驗驗證其對動物嗅覺的檢測是有效的，因操作方便且可進行多種設(shè)計，此方法被廣泛應(yīng)用于動物嗅覺功能的評估。在對工作犬的嗅覺進行測定時，可以應(yīng)用犬相對敏感的人體氣味進行“氣味鑒別”式的測試，或用丁酸等純凈氣味對犬進行追蹤方式的測定。

（三）雙瓶實驗

在對其它動物進行研究中，有研究證實小白鼠在分辨某些物質(zhì)的時候主要是依賴于嗅覺而非味覺，例如鹽酸、鹽酸奎寧等這些揮發(fā)性的物質(zhì)。因嗅覺障礙時動物分辨飲用水和實驗溶液的能力下降，通過兩種溶液被動物飲用的程度可以評估動物嗅覺障礙的程度?？梢钥紤]借鑒這種方法測試3月齡以下的犬的嗅覺，以對犬的嗅覺能力進行篩選，但要注意對測試溶質(zhì)的選擇，注意安全性。

（四）超聲發(fā)聲實驗

人們一直認(rèn)為犬具有“第六感覺”，比如在地震前的異常反應(yīng)等。很多動物都具有類似的情況。這與動物不為人知的感覺能力有關(guān)。比如：新生小鼠嗅到成年鼠窩的氣味時可發(fā)出一種超聲作為回應(yīng)，檢測這種超聲的出現(xiàn)與否可以判斷其嗅覺功能是否正常。Lem asson等用新生小鼠的嗅上皮，成功地證實了該檢測方法的可行性。測試表明，犬的聽覺頻率范圍為20~36000赫茲，可以推斷犬在20000赫茲以上的對于人來說的“超聲波”有一定的用途，其是否能發(fā)出與這種超聲波尚未見報道，但上述方法不失為一種新的研究思路。

行為學(xué)方法在動物實驗的嗅覺評估中有很重要的作用，對嗅覺功能的初步評估價值較為肯定，可行性及可重復(fù)性較高。但存在的問題是本類實驗受個體差異影響較大，需要進行預(yù)測量、預(yù)備性訓(xùn)練等，測試結(jié)果量化不精確。

二、生理學(xué)測量法

一般認(rèn)為，犬的嗅覺比人類的嗅覺靈敏幾十到上萬倍。這與犬的品種、用于比較的氣味類型、人及犬的嗅覺狀態(tài)密切相關(guān)。嗅覺形成的過程，無論在人還是在犬，其感受、傳導(dǎo)都是個比較復(fù)雜的過程。氣味分子通過鼻腔到達(dá)嗅黏膜后被其表面的黏液所吸附，進而在黏膜層中擴散，到達(dá)嗅細(xì)胞。達(dá)到閾濃度的氣味分子可刺激嗅細(xì)胞產(chǎn)生嗅覺電位，這是其感受過程。產(chǎn)生的嗅覺電位通過嗅神經(jīng)穿過篩骨篩板，到達(dá)嗅球，其內(nèi)有第2級神經(jīng)元，再通過嗅束傳導(dǎo)至初級嗅皮質(zhì)及皮質(zhì)內(nèi)側(cè)核，而后至海馬回的內(nèi)嗅皮層即次級嗅皮層，神經(jīng)沖動引起大腦皮層的激活才能最后引發(fā)嗅覺。嗅覺功能的客觀評估方法包括了對嗅覺感受、傳導(dǎo)通路上各種指標(biāo)，主要是電生理指標(biāo)的測量。

（一）電生理學(xué)方法

1、嗅電圖法。將電極直接置于嗅區(qū)黏膜，當(dāng)其接受嗅素刺激時記錄到的一種慢相負(fù)性電位變化稱為嗅電圖，目前普遍認(rèn)為它是單個嗅細(xì)胞電位變化的總和，嗅電圖已經(jīng)在動物實驗中得到證實。嗅電圖的意義在于對嗅黏膜損傷評估有價值，缺點是對其嗅覺的傳導(dǎo)及中樞段沒有測量，且一般為有創(chuàng)實驗。

2、嗅覺腦電圖法。嗅覺誘發(fā)腦電圖是指在給予嗅刺激時，實驗對象的腦電圖可發(fā)生變化，H irano等用犬做實驗時成功地獲得了該變化，在他的實驗中發(fā)現(xiàn)腦電圖的快波對嗅覺功能的意義較大。嗅覺腦電圖產(chǎn)生的機制還不是很明確，而且其特異性不是很高，但這個研究方向在公安部有研究立項，在所屬的警犬基地已經(jīng)開展了初步的研究。在這種研究方向中，對嗅覺腦電的有效測量位置定位、腦電波分析、專用腦電設(shè)備的改進、無創(chuàng)口測量技術(shù)等方面都是重要的、需要突破的關(guān)鍵點。

3、嗅覺誘發(fā)電位法。又稱為嗅覺事件相關(guān)電位，最早是用電刺激動物嗅黏膜時在頭皮特定部位記錄到穩(wěn)定的腦電位的變化，該方法經(jīng)過一段時間的發(fā)展后認(rèn)為其和自然嗅覺之間有一定的差距，故逐漸被化學(xué)氣味誘導(dǎo)的嗅覺誘發(fā)電位所取代，目前使用的已經(jīng)比較少。這種方法用來證明嗅覺傳導(dǎo)通路是否暢通比較可行。

電生理方法特別是嗅覺腦電圖法的研究，對于工作犬作業(yè)時狀態(tài)的監(jiān)測、氣味鑒別作業(yè)的可信度評估具有潛在的實用價值。

（二）組織學(xué)方法

指解剖取組織后進行檢查的方法，在動物實驗中有很廣泛的應(yīng)用，從部位選擇上看整個嗅覺傳導(dǎo)通路包括從嗅黏膜直到海馬回的內(nèi)嗅皮層都有報道。與上一點類似，組織學(xué)方法可以更好地提示病因，也利于更好地研究嗅覺通路和嗅覺障礙產(chǎn)生的機制，對研究嗅覺系統(tǒng)的改變更有價值。最常用的幾種方法包括病理學(xué)檢查，在嗅覺障礙的動物標(biāo)本上可以看到細(xì)胞凋亡、空泡等變化；還包括蛋白及核酸表達(dá)的檢查，對相應(yīng)組織中某些標(biāo)志性蛋白及核酸的檢查可以間接地反映嗅覺功能及提示嗅覺障礙的原因，如cFos蛋白可反映大腦組織活動程度，對cFos蛋白的觀察可以一定程度上起到功能磁共振的作用。

三、影像學(xué)方法

（一）嗅覺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)影像檢查

有研究證明嗅球及嗅束等神經(jīng)結(jié)構(gòu)的生長與周圍神經(jīng)沖動的輸入有關(guān)，所以嗅覺障礙后嗅覺系統(tǒng)各部位可有一定的不依賴于年齡的結(jié)構(gòu)改變，通過磁共振影像檢查可以發(fā)現(xiàn)這些改變，例如嗅球體積變小、嗅溝缺失或變淺、嗅束缺失等現(xiàn)象，從而間接評價嗅覺功能。這種方法用于工作犬品種篩選時，對于深度分析犬的潛在嗅覺作業(yè)能力具有應(yīng)用價值。

（二）嗅覺系統(tǒng)功能影像檢查

這是目前學(xué)術(shù)界進行嗅覺研究的熱點方向之一，包括功能性磁共振成像、PET成像和腦信號的光學(xué)成像等。

1、功能磁共振檢查。功能磁共振檢查技術(shù)有很多，用于嗅覺系統(tǒng)功能的fM RI技術(shù)近些年在研究神經(jīng)功能方面發(fā)揮著巨大的作用，此方法無放射暴露，可反復(fù)測試，對于研究嗅覺相關(guān)皮層的定位、嗅覺功能障礙情況下嗅覺相關(guān)皮層反應(yīng)的變化等有極大的應(yīng)用價值。

2、腦功能光學(xué)成像。主要的實驗技術(shù)有激光散斑襯比成像和內(nèi)源信號光學(xué)成像。由神經(jīng)元活動所引起的有關(guān)物質(zhì)組分、運動狀態(tài)的改變而導(dǎo)致其光學(xué)特性的變化，這種方法對于深層腦組織的觀察沒有效果。

在工作犬的嗅覺研究方面，基礎(chǔ)性研究將犬品種選育等發(fā)揮重要作用；通過深入研究和設(shè)備集成，開發(fā)出一種簡單易行的嗅覺評估方法及設(shè)備將會對工作犬使用技術(shù)有根本性的提升。

（作者單位：公安部警犬技術(shù)學(xué)校，110034）

(本文圖片由作者提供）

（編輯：顏 勤）