Psí pesimisti: Prekvapivo lepší čuchači rakoviny a iných chorôb

Malý bígl Billy s klapavými ušami obchádza platformu a oňucháva sériu otvorov. Jej cieľom je nájsť v použitých maskách ten správny pach, ktorý signalizuje prítomnosť rakoviny.

Rakovina mení "volatilom" človeka – jedinečný súbor prchavých organických zlúčenín v dychu, pote, krvi a moči. Billy a jej kolegovia sa naučili detekovať tieto jemné pachové stopy v maskách ľudí s diagnostikovanou rakovinou. Vedci skúmajú aj to, ako psy dokážu odhaliť ochorenia ako COVID-19, malária, ale aj psychické stavy vrátane posttraumatickej stresovej poruchy.

Vedci objavili výnimočné schopnosti psov detekovať choroby v roku 1989, keď pes odhalil rakovinu u svojho majiteľa. Klinickí lekári však psy na diagnostiku bežne nepoužívajú. Okrem zrejmých logistických prekážok sa psy výrazne líšia v presnosti čuchu. Výskumníci čoraz častejšie zisťujú, že schopnosť čuchať choroby závisí od osobnosti psa a od toho, ako dobre ho pozná jeho tréner. Nové výskumné snahy sa zameriavajú na zistenie, ktoré psy sú na túto prácu najvhodnejšie, a na interpretáciu správania psov počas čuchovej skúšky.

Sharyn Bistre Dabbah, veterinárka z University of Bristol v Anglicku, sa so svojimi kolegami z britskej charitatívnej organizácie Medical Detection Dogs zamerala na to, ako osobnosť zvierat – najmä ich úroveň optimizmu alebo pesimizmu – ovplyvňuje schopnosti detekcie chorôb. Ich výsledky sa nedávno objavili v časopise PLoS One.

Komentár redakcie: Článok prináša zaujímavý pohľad na využitie psov pri detekcii chorôb, pričom zdôrazňuje nielen ich výnimočné čuchové schopnosti, ale aj vplyv ich osobnosti na presnosť detekcie. Je pozoruhodné, že pesimistické psy sú v tomto smere dokonca úspešnejšie. Článok tiež poukazuje na snahy o vytvorenie elektronických "nosov", ktoré by v budúcnosti mohli nahradiť psy pri detekcii chorôb, no zároveň zdôrazňuje, že psy v súčasnosti prekonávajú elektronické zariadenia v presnosti a schopnosti zovšeobecňovať. Táto kombinácia biologického a technologického prístupu ponúka nádej na zlepšenie diagnostiky rôznych ochorení.

Výskumníci najprv ukázali psom, čo sa nachádza za dvoma zástenami na jednom konci miestnosti: "pozitívne" miesto s chutnou pochúťkou a "negatívne" miesto s prázdnou miskou. Pri následných návštevách miestnosti sa psy zvyčajne s radosťou ponáhľali k prvému, ale veľmi pomaly kráčali, keď išli skontrolovať druhé – alebo tam jednoducho nešli vôbec.

Potom vedci umiestnili misky za dve nové zástery medzi pozitívnym a negatívnym miestom a psy klasifikovali ako "optimistické" alebo "pesimistické" na základe toho, ako rýchlo tieto nové miesta preskúmali.

Následne tím vyhodnotil, ako presne dokáže každý pes vybrať pach choroby, na ktorého detekciu bol trénovaný, spomedzi iných pachov. V priemere sa ukázalo, že pesimistické psy sú rozvážnejšie. Pesimistické psy sú opatrnejšie a "opatrnejší pes nemusí robiť chyby," hovorí Dabbah.

Ďalšie osobnostné črty tiež zohrávajú úlohu, hovorí Clara Wilson, ktorá sa na University of Pennsylvania zaoberá psami, ktoré čuchajú choroby a stres. Psy, ktoré si užívajú vzrušenie z lovu – a darí sa im pri hľadaní nezvestných osôb alebo skrytých bômb – môžu považovať oňuchávanie vzoriek chorôb znova a znova za dosť opakujúce sa. "Chceme psa, ktorý nie je frustrovaný. [Mal by] to považovať za obohacujúce, aj keď to nemusí byť také vzrušujúce," vysvetľuje Wilson.

Interpretácia správania psa trénerom môže tiež skresliť výsledky detekcie, hovorí Akash Kulgod, spoluzakladateľ spoločnosti Dognosis so sídlom v Bengaluru, ktorá vycvičila Billyho. Namiesto toho, aby psy učili vykonávať konkrétne správanie, ako je sadanie alebo štekanie, keď zachytia pridelený pach – proces, ktorý si vyžaduje viac času a môže viesť k tomu, že psy "klamú" pre pochúťky – Kulgod a jeho tím priamo analyzujú prirodzenú reč tela každého psa. Na základe toho, ako sebavedomo sa psy pohybujú, čo sa analyzuje pomocou nástrojov strojového učenia založeného na počítačovom videní, dokáže tím odhaliť úspešné detekcie. "Jeden z našich psov oňucháva a potom s veľkou istotou urobí kotrmelec, aby sa dostal k krmítku," hovorí Kulgod. "Každý má svoje vlastné jedinečné zvláštnosti – ale to všetko sa dá kvantifikovať, pretože to všetko súvisí s týmto očakávaním odmeny, ktoré máte z minulých sedení."

V pilotnej štúdii s 200 testovacími vzorkami zahŕňajúcimi 10 typov rakoviny, prezentovanej na tohtoročnej konferencii American Society of Clinical Oncology, psy Dognosis detekovali 96 percent prípadov rakoviny. Ďalej tím Dognosis rozšíri svoju štúdiu na 1 500 testovacích vzoriek.

Lekári v súčasnosti diagnostikujú mnohé druhy rakoviny pomocou kombinácie krvných testov a biopsií. Výskumníci neustále hľadajú menej invazívne metódy – vrátane možností, ktoré priamo zahŕňajú našich psích spoločníkov, ako aj elektronické nosy inšpirované nimi. Psy v súčasnosti prekonávajú elektronické čuchače. Táto prevaha však nemusí trvať večne, tvrdí Andreas Mershin, vedecký riaditeľ startupu RealNose.ai so sídlom v Bostone. On a jeho kolegovia vyvíjajú elektronické nosy na oňuchávanie vzoriek moču na rakovinu prostaty a iné ochorenia. Ak strojové čuchanie nakoniec prekoná schopnosti psov, mohlo by to pomôcť vyriešiť problém škálovateľnosti – a dať zvieratám prestávku.

Mershinov tím umiestnil cicavčie čuchové receptory na elektronický čip a použil algoritmy strojového učenia na interpretáciu výstupu. Technika sa zameriava na širšie vzorce medzi detekovanými molekulami, a nie na ich individuálne kategorizovanie.

Ani psy si v hlave neodškrtávajú zoznam molekúl; jednoducho "vedia", ako rakovina vonia. To im pomáha presne ju vnímať bez ohľadu na to, z ktorého orgánu pochádza alebo čo pacient jedol pred odovzdaním vzorky dychu. "Psy dokážu zovšeobecňovať. Je im jedno, akým písmom je pach napísaný; jednoducho ho správne interpretujú," hovorí Mershin.

V štúdii publikovanej v PLoS One Mershin a jeho tím použili modely strojového učenia na rozpoznanie a analýzu vzorcov rôznych odorantov vo vzorkách moču od potvrdených pacientov s rakovinou prostaty. Ich zistenia, ktoré vychádzajú z práce s diagnostickými údajmi od Medical Detection Dogs, naznačujú, že zameranie sa na tento typ "pachového charakteru" by mohlo fungovať ako škálovateľná alternatíva k psom, aj keď je v súčasnosti oveľa pomalšia.

Medzitým, späť na testovacej platforme, Billy s klapavými ušami rýchlo detekuje jemný pach rakoviny v jednej z masiek, ktoré oňuchávala – a sebavedomo sa vracia, aby dostala svoju odmenu. Takéto testy ukazujú silný potenciál, hovorí postdoktorandka Amritha Mallikarjun z University of Pennsylvania: "Psy nám vďaka svojmu úžasnému čuchu a detekčným schopnostiam ukazujú, ako by technológia mohla vyzerať o 10 až 15 rokov."