Как работает собачий нюх? В новом исследовании лазерные датчики "видят" запахи в мозге собак

Как известно, у собак удивительный нюх. Они способны обнаруживать запахи в концентрациях, которые мы, люди, даже не можем себе представить. Но как именно мозг собаки обрабатывает эти запахи? И можно ли «увидеть» эту обработку с помощью современных технологий?

Группа исследователей из Израиля и США решила ответить на эти вопросы, разработав новаторский подход, сочетающий лазерную технологию и искусственный интеллект (ИИ). Они стремились понять, какие области мозга собаки активны при распознавании различных запахов, и как эти запахи можно идентифицировать по изменениям в этих областях.

Собачий нос: почему он такой особенный?

Прежде чем углубиться в исследование, стоит напомнить, почему собаки так хорошо чуют. У них намного больше обонятельных рецепторов, чем у людей — до 300 миллионов против наших скромных 6 миллионов. Их носовая полость и обонятельный эпителий также больше, что позволяет им обнаруживать широкий спектр запахов. Вдобавок ко всему, уникальные воздушные потоки в носу собаки помогают им лучше улавливать и анализировать запахи.

Изучение мозга собаки: три ключевые области

В своей работе ученые сосредоточились на трех областях мозга собаки, которые, как известно, играют важную роль в обработке запахов:

• Обонятельная луковица: Первый пункт назначения для запахов, где происходит их первичная обработка и фильтрация.
• Гиппокамп: Важен для формирования и поддержания кратковременной памяти, особенно в связи с запахами и вознаграждением.
• Миндалевидное тело: Участвует в обработке эмоций и формировании ассоциаций между запахами и определенными исходами.

Лазеры, камеры и искусственный интеллект: технология в действии

Чтобы «увидеть» мозговую активность собак, исследователи использовали лазер и камеру для захвата спекл-паттернов — узоров, образующихся при отражении лазерного луча от поверхности. Эти узоры меняются в зависимости от мельчайших колебаний, происходящих в мозге. Далее, ИИ-модель XGBoost анализировала эти спекл-паттерны для выявления закономерностей, связанных с различными запахами.

В эксперименте участвовали собаки разных пород, которым предъявляли четыре запаха: чеснок, ментол и алкоголь. Спекл-паттерны захватывались из трех ключевых областей мозга каждой собаки, а затем анализировались ИИ.

Что показали результаты?

Анализ выявил, что миндалевидное тело играет ключевую роль в различении запахов. Модель ИИ показала высокую точность в определении того, какой запах предъявлялся собаке, на основе спекл-паттернов, полученных из миндалевидного тела.

Значение открытия

Это исследование открывает новые перспективы для понимания того, как собаки воспринимают запахи. Оно также демонстрирует потенциал использования лазерного анализа и ИИ для разработки компактных устройств, способных интерпретировать обонятельные восприятия собак для человеческого понимания. Представьте себе устройство, которое может «переводить» запахи, обнаруженные собакой, в понятную для нас информацию!

Будущее исследований: новые горизонты

Конечно, это только начало. Исследователи признают, что необходимы дополнительные исследования для устранения систематических ошибок и повышения точности модели. В будущих экспериментах планируется увеличить размер выборки и разнообразие запахов, а также учитывать концентрацию запаха и предшествующий опыт собак.

Кроме того, ученые заинтересованы в изучении анатомических и функциональных особенностей разных пород собак, чтобы лучше понять их уникальные обонятельные способности.

В конечном счете, это исследование может привести к разработке новых технологий для обнаружения наркотиков, диагностики заболеваний и даже улучшения нашей способности общаться с животными. Кто знает, возможно, в будущем мы сможем «услышать» мир запахов так, как его слышат собаки!