周士兵

工作犬嗅觉研究方法 及 应用探析

周士兵

嗅觉是各种动物的感觉功能之一，它同触觉、视觉、听觉一样，是动物感知外界信息的基本能力。

对于工作犬嗅觉进行测定，不仅能判断犬的嗅觉功能是否正常，还能进一步判断不同犬种、不同个体、不同状态下犬的嗅觉能力，进而评价犬种或犬的作业水平，这具有相当高的实用价值。

人类在大约一百五十万年以前就开始驯养犬，现代意义的工作犬也有一百多年的历史，人们也注意到犬嗅觉的灵敏性并利用了犬的这一特点，所以将其用于狩猎、追踪及近年来广泛使用的搜毒、搜爆等作业。但对于工作犬嗅觉功能的研究到目前为止还没有一个全面、客观、权威的标准方法。但目前在动物实验中的常见的嗅觉评估或测定方法对我们研究工作犬具有一定的借鉴价值，故在这里做概括性的介绍。

一、行为观察和测量法

动物实验的最大特点在于动物无法准确地、及时地和实验者进行交流。尽管工作犬可以被训练形成许多作业能力，但犬与人交流仍存在一定障碍。好在人类在驯化和训练犬的过程中积累了丰富的行为学经验，可以据此观察或测量其行为，这种方法在犬的嗅觉实验中发挥了重要作用。嗅觉灵敏的动物其学习和记忆能力、寻食能力等行为与嗅觉都有很高的相关性。在研究中我们可以观察和记录其行为状态或变化，从而判断其嗅觉的变化。目前可以评估嗅觉功能的行为学方法有以下几种。

（一）隐藏食物实验法

这种方法是目前最常用于检测动物嗅觉功能的行为学检测方法，虽然看起来是较粗线条的实验，但易行且效果明显。目前比较通用的方法是由N athan于2004年报道的，他的实验中用找寻到食物小球所需时间作为数据进行统计分析，即从小鼠被随机放置于盒子中开始，到小鼠揭开食物小球并用它的前爪或牙齿抓住食物小球的时间，如果5 m in(300 s)内小鼠未找到食物小球，即判定小鼠存在嗅觉功能障碍的标准。在挑选工作犬过程中，目前通常的做法是在一块约9平方米的地面隐藏2块牛肉，在3分钟内找到视为嗅觉无障碍，实践证明这一方法有效。

（二）嗅觉测量仪测定法

Slotnick等利用行为学原理设计出一种用于动物实验的嗅觉测量仪，可以通过改变气味的浓度后观察动物的行为学变化来评价其嗅觉。该系统经众多实验验证其对动物嗅觉的检测是有效的，因操作方便且可进行多种设计，此方法被广泛应用于动物嗅觉功能的评估。在对工作犬的嗅觉进行测定时，可以应用犬相对敏感的人体气味进行“气味鉴别”式的测试，或用丁酸等纯净气味对犬进行追踪方式的测定。

（三）双瓶实验

在对其它动物进行研究中，有研究证实小白鼠在分辨某些物质的时候主要是依赖于嗅觉而非味觉，例如盐酸、盐酸奎宁等这些挥发性的物质。因嗅觉障碍时动物分辨饮用水和实验溶液的能力下降，通过两种溶液被动物饮用的程度可以评估动物嗅觉障碍的程度。可以考虑借鉴这种方法测试3月龄以下的犬的嗅觉，以对犬的嗅觉能力进行筛选，但要注意对测试溶质的选择，注意安全性。

（四）超声发声实验

人们一直认为犬具有“第六感觉”，比如在地震前的异常反应等。很多动物都具有类似的情况。这与动物不为人知的感觉能力有关。比如：新生小鼠嗅到成年鼠窝的气味时可发出一种超声作为回应，检测这种超声的出现与否可以判断其嗅觉功能是否正常。Lem asson等用新生小鼠的嗅上皮，成功地证实了该检测方法的可行性。测试表明，犬的听觉频率范围为20~36000赫兹，可以推断犬在20000赫兹以上的对于人来说的“超声波”有一定的用途，其是否能发出与这种超声波尚未见报道，但上述方法不失为一种新的研究思路。

行为学方法在动物实验的嗅觉评估中有很重要的作用，对嗅觉功能的初步评估价值较为肯定，可行性及可重复性较高。但存在的问题是本类实验受个体差异影响较大，需要进行预测量、预备性训练等，测试结果量化不精确。

二、生理学测量法

一般认为，犬的嗅觉比人类的嗅觉灵敏几十到上万倍。这与犬的品种、用于比较的气味类型、人及犬的嗅觉状态密切相关。嗅觉形成的过程，无论在人还是在犬，其感受、传导都是个比较复杂的过程。气味分子通过鼻腔到达嗅黏膜后被其表面的黏液所吸附，进而在黏膜层中扩散，到达嗅细胞。达到阈浓度的气味分子可刺激嗅细胞产生嗅觉电位，这是其感受过程。产生的嗅觉电位通过嗅神经穿过筛骨筛板，到达嗅球，其内有第2级神经元，再通过嗅束传导至初级嗅皮质及皮质内侧核，而后至海马回的内嗅皮层即次级嗅皮层，神经冲动引起大脑皮层的激活才能最后引发嗅觉。嗅觉功能的客观评估方法包括了对嗅觉感受、传导通路上各种指标，主要是电生理指标的测量。

（一）电生理学方法

1、嗅电图法。将电极直接置于嗅区黏膜，当其接受嗅素刺激时记录到的一种慢相负性电位变化称为嗅电图，目前普遍认为它是单个嗅细胞电位变化的总和，嗅电图已经在动物实验中得到证实。嗅电图的意义在于对嗅黏膜损伤评估有价值，缺点是对其嗅觉的传导及中枢段没有测量，且一般为有创实验。

2、嗅觉脑电图法。嗅觉诱发脑电图是指在给予嗅刺激时，实验对象的脑电图可发生变化，H irano等用犬做实验时成功地获得了该变化，在他的实验中发现脑电图的快波对嗅觉功能的意义较大。嗅觉脑电图产生的机制还不是很明确，而且其特异性不是很高，但这个研究方向在公安部有研究立项，在所属的警犬基地已经开展了初步的研究。在这种研究方向中，对嗅觉脑电的有效测量位置定位、脑电波分析、专用脑电设备的改进、无创口测量技术等方面都是重要的、需要突破的关键点。

3、嗅觉诱发电位法。又称为嗅觉事件相关电位，最早是用电刺激动物嗅黏膜时在头皮特定部位记录到稳定的脑电位的变化，该方法经过一段时间的发展后认为其和自然嗅觉之间有一定的差距，故逐渐被化学气味诱导的嗅觉诱发电位所取代，目前使用的已经比较少。这种方法用来证明嗅觉传导通路是否畅通比较可行。

电生理方法特别是嗅觉脑电图法的研究，对于工作犬作业时状态的监测、气味鉴别作业的可信度评估具有潜在的实用价值。

（二）组织学方法

指解剖取组织后进行检查的方法，在动物实验中有很广泛的应用，从部位选择上看整个嗅觉传导通路包括从嗅黏膜直到海马回的内嗅皮层都有报道。与上一点类似，组织学方法可以更好地提示病因，也利于更好地研究嗅觉通路和嗅觉障碍产生的机制，对研究嗅觉系统的改变更有价值。最常用的几种方法包括病理学检查，在嗅觉障碍的动物标本上可以看到细胞凋亡、空泡等变化；还包括蛋白及核酸表达的检查，对相应组织中某些标志性蛋白及核酸的检查可以间接地反映嗅觉功能及提示嗅觉障碍的原因，如cFos蛋白可反映大脑组织活动程度，对cFos蛋白的观察可以一定程度上起到功能磁共振的作用。

三、影像学方法

（一）嗅觉系统结构影像检查

有研究证明嗅球及嗅束等神经结构的生长与周围神经冲动的输入有关，所以嗅觉障碍后嗅觉系统各部位可有一定的不依赖于年龄的结构改变，通过磁共振影像检查可以发现这些改变，例如嗅球体积变小、嗅沟缺失或变浅、嗅束缺失等现象，从而间接评价嗅觉功能。这种方法用于工作犬品种筛选时，对于深度分析犬的潜在嗅觉作业能力具有应用价值。

（二）嗅觉系统功能影像检查

这是目前学术界进行嗅觉研究的热点方向之一，包括功能性磁共振成像、PET成像和脑信号的光学成像等。

1、功能磁共振检查。功能磁共振检查技术有很多，用于嗅觉系统功能的fM RI技术近些年在研究神经功能方面发挥着巨大的作用，此方法无放射暴露，可反复测试，对于研究嗅觉相关皮层的定位、嗅觉功能障碍情况下嗅觉相关皮层反应的变化等有极大的应用价值。

2、脑功能光学成像。主要的实验技术有激光散斑衬比成像和内源信号光学成像。由神经元活动所引起的有关物质组分、运动状态的改变而导致其光学特性的变化，这种方法对于深层脑组织的观察没有效果。

在工作犬的嗅觉研究方面，基础性研究将犬品种选育等发挥重要作用；通过深入研究和设备集成，开发出一种简单易行的嗅觉评估方法及设备将会对工作犬使用技术有根本性的提升。

（作者单位：公安部警犬技术学校，110034）

(本文图片由作者提供）

（编辑：颜 勤）