彼女は「特別な能力」を使って科学者が病気の初期症状を解読するのを助けた

誰もが知っているように、犬は強力な嗅覚を持っています。医療用嗅覚犬は、人間のさまざまな癌、慢性疾患、パーキンソン病などを嗅ぎ分けることに成功しています。嗅覚というのは、とても捉えどころがなく神秘的なものです。それは直感に関係しているようで、正確で強力ですが、検証したり繰り返したりするのは難しいようです。嗅覚が超優れている人も数人います。彼らは犬と同じことをするだけでなく、犬ではできないこともします。

著者 |ビプシアンレン

COVID-19パンデミックの初期には、多くの西側諸国がSARS-CoV-2のキャリアを捜索するために「COVID-19探知犬」を導入した。無症状で核酸検査も陰性だったが、探知犬によってウイルス保有者と「診断」された人もいると報じられている。数日後、彼らは新型コロナウイルス感染症の症状を示し始めた。 [1]

研究によると、特別に訓練された犬は、新型コロナウイルスのPCR検査で陽性となった人の97％を正確に識別でき、PCR検査で陰性となった感染者も91％の精度で特定できるという。そのため、鼻腔スワブや咽頭スワブは、よく訓練された犬のスワブほど優れていないと嘆く人もいます。 [2]

図1. 任務中のCOVID-19探知犬タラ[1]

鼻腔には3億個もの嗅覚受容体があり、脳内の嗅球の容積は人間の30倍にもなります。贈られた犬の綿棒は長い間、医療の分野で活躍してきました。複数の研究論文やニュース報道によると、医療探知犬は人間のさまざまな癌、慢性疾患、パーキンソン病などを嗅ぎ分けることに成功している。

科学者らは、犬が正確に何を嗅いだのかは分からないが、基本的な生理学的レベルでは、癌や病原菌感染は人間の代謝を変化させ、病気の人と健康な人の間では嗅覚に非常に微妙な違いがあり、その違いは非常に微妙であるため、ガスクロマトグラフィー質量分析法などの精密な化学分析を使用しても検出できないと述べている。しかし、犬は「病気の匂い」を嗅ぎ分け、微妙な違い、つまり病気の人に特徴的な独特の匂いの特徴やパターンを感知し、それに反応する能力を持っています。 [3]

たとえば、人間の皮膚の特定の部分から放出される体臭は、化合物 A、B、C、D が特定の割合で構成さ れています。これら 4 つの物質のいずれかを取り出して犬に嗅がせても、犬は何の反応も示しません。しかし、病気の人が発するABCD体臭は、健康な人の体臭とは異なります。成分Bの含有量が多すぎる可能性があります。そして、犬に患者の匂いを嗅がせると、犬はABCDの体臭が普通の人とは異なる特徴を持っていることを敏感に識別し、フィードバックすることができます。

多くの科学研究チームが、犬の嗅覚を利用して病気の匂いを分析・分解し、ABCDのどの要素またはどの要素が異常で異常な匂いを引き起こしているかを正確に判断しようとしています。

匂いで患者を識別するとなると、人間は確かに犬よりはるかに劣ります。しかし、実際に犬と同じことをすると同時に、犬ができないようなことをするスーパー嗅覚を持つ人も数人います。

ムスクの香りはとても良い

パーキンソン病の信号を送っている

人間の脳は幼児期に匂いのライブラリを構築し始め、成人になっても発達し続けます。嗅覚過敏症と呼ばれる遺伝的疾患を持つ人々にとって、この匂いのライブラリは非常に大きくて洗練されており、匂いを検出して識別する並外れた能力を与えています。

70代のスコットランド人、ジョイ・ミルンは看護師であり、遺伝性の嗅覚過敏症を患っている。彼女は子供の頃にこの超能力を発見しました。ジョイのおばあちゃんは、母親から受け継いだ優れた嗅覚を孫娘に伝えただけでなく、母親がジョイに教えたのと同じように、幼いジョイに匂いの特徴を識別できるように訓練しました。

看護師として、ジョイは病気の臭いを嗅ぎ分けられる豊富な臨床嗅覚ライブラリを構築してきました。約30年前、夫のレスがパーキンソン病と診断されたとき、ジョイさんは、夫の首の後ろから何年も嗅いでいた麝香のような臭いが警告サインだと気づきました。彼女は他のパーキンソン病患者からもその臭いを嗅いでいたのです。

図2. 結婚式当日のミルン夫妻[4]

2015年、ライス氏は病気のため亡くなった。それ以来、ミルン看護師は、亡くなる前に夫と交わした約束、つまりパーキンソン病の診断と治療に貢献する約束を果たし始めました。

彼女はマンチェスター大学化学学部の研究室に入り、そこで「生活」し、パーキンソン病患者が着用するTシャツや使用済みガーゼを扱い、それらの皮脂を嗅いだ。そうです、皮膚の皮脂腺から分泌される油です。

皮脂は体臭を発するワックス状の脂質を豊富に含む体液で、科学的には人間の代謝によって生成される揮発性有機化合物 (VOC) と呼ばれます。パーキンソン病患者は皮脂代謝に異常があります（この異常は病気の進行とともに変化します）。そのため、皮脂には独特のバイオマーカーが含まれており、それが蒸発して嗅覚異常者の鼻腔に入り、「パーキンソン病臭」となるのです。 [5]

ミルン氏は、患者の麝香のような体臭は、背中上部や額など皮脂の分泌が多い部分に集中していたが、脇の下には異常な臭いはなかったと述べた。さらに、彼女は誰かが病気にかかっているかどうかを 95% の精度で検出することができます。 [6]

図3. ミルンの仕事風景[7]

化学学部の質量分析部門の責任者であり、研究室長でもあるペルディタ・バラン氏は、ミルンの嗅覚を利用して、患者と健康な人々から採取した皮脂の揮発性物質の二重化学分析（熱脱着-ガスクロマトグラフィー-質量分析）と嗅覚分析を実施した。徹底的なデータ分析の結果、彼女は最終的に、パーキンソン病に関連する揮発性代謝物のグループ、すなわちペリルアルデヒド、馬尿酸、エイコサン、オクタデカナールを特定しました。 [8]

健康な人と比較すると、パーキンソン病患者の皮脂中のエイコサン濃度は有意に増加し、ペリルアルデヒド濃度は有意に低下し、馬尿酸とオクタデカナールの明らかな増加は見られません。

ミルンは、この珍しい代謝産物の組み合わせを嗅いだとき、強い麝香のような香りを感じ取った。

甘いビスケット、発酵を広げる

睡眠障害は早期に発症する

前述のように、パーキンソン病患者の異常な皮脂代謝は、病気の進行とともに変化します。ミルンの目標は、誰もが診察できる患者を特定することだけではない。彼女は、典型的な症状や異常がない初期のパーキンソン病患者を診断できるように、医師や科学者が早期診断法を最適化できるよう支援したいと考えています。

ミルンは、マンチェスター大学バイオテクノロジー研究所のメタボロミクスの専門家で、バランの同僚であるドルパド・トリベディと協力し始めた。

パーキンソン病は中高年に多く見られます。これは2番目に多い神経変性疾患であり、世界中で600万人の患者が罹患しています。典型的な症状としては、安静時振戦、筋硬直、動作緩慢、姿勢バランス障害などの運動機能障害があり、これらは通常、中期から後期に現れます。その前に、患者は数年間続く前駆症状の期間を経験します。

前駆期パーキンソン病の患者は、まだ運動機能障害はありませんが、体臭の変化、皮膚の健康状態の変化、嗅覚の低下、便秘、急速眼球運動睡眠行動障害（RBD）など、一見無関係と思われる兆候が現れることがあります。

急速眼球運動睡眠（レム睡眠）中、正常な人の体は麻痺し、夢の中での行動を実際に起こすことができなくなります。しかし、これによって抑制されず、睡眠中に激しい動きをする人もいます。これが RBD です。

トリベディ氏によれば、これらの人々の少なくとも70％は神経疾患を発症するだろう。

ミルンは夫の初期の症状を思い出すが、その症状の一つはRBDだった。 「そのとき、彼の体臭が変だと気付きましたが、あまり気にしていませんでした。その後、彼は本格的なパーキンソン病を発症し、彼の体臭は強烈な麝香のような匂いになりました。」

図4. RBDエピソードのモニタリングと記録[9]

トリベディ氏とミルン氏は、パーキンソン病の前駆症状患者の体臭を解読しようと試みた。

研究チームは、パーキンソン病患者、RBD患者、健康なボランティアを実験に参加させ、彼らの背中上部から皮脂サンプルを採取し、化学分析と機械学習の手法で皮脂の揮発性代謝物レベルを比較し、ミルンの嗅覚報告と組み合わせて、最終的にRBD患者の18のVOC特性を導き出し、彼らの代謝物の化学的特性が健康群とパーキンソン病群の中間であることを証明した。 [10]

ここで指摘しておかなければならないのは、このプロジェクトに参加したRBD患者には運動機能障害がなく、研究チームは彼らがパーキンソン病の前駆症状の患者であるかどうかを判断できなかったということである。

ミルン氏にとって、パーキンソン病のサンプルは麝香のような匂いがし、RBD グループは全体的にビスケットのような甘い匂いがしたが、RBD のサンプルのうち 3 つにはパーキンソン病の匂いが混ざっているようだった。

その後の臨床追跡調査により、RBD が疑われた 3 人の患者のうち 2 人にパーキンソン病の典型的な兆候が見られたことが判明しました。

「病気の匂いを嗅ぎ分け、それを詳細に分析できるのは本当にすごい」とトリベディ氏は語った。 「分析化学の観点から言えば、非常に一貫性のある揮発性シグネチャーを特定し、スーパーノーズもそれを検出したということです。もちろん、RBD 患者全員がパーキンソン病を発症するわけではありません。そのため、パーキンソン病の前駆症状を持つ人と、パーキンソン病を発症しない RBD 患者との体臭シグネチャーの違いを判断するために、さらに研究を行う必要があります。」

学術界の同僚たちはトリベディ氏らの研究を称賛した。「神経変性疾患は、特に初期段階では診断が難しい。この研究は、初期のパーキンソン病のVOC特性に検出可能な変化があることを確認した。パーキンソン病を早期に診断できれば、効果的に進行を遅らせたり、この壊滅的な病気を治療したりできるかもしれない。」[11]

灰白質が燃えるように痛みが耐え難い

妊娠中の敏感さの兆候、トレーニングの美しさ

人間はどのようにして超嗅覚を発達させたのでしょうか、そしてその基本的なメカニズムは何でしょうか?科学者たちはまだこれについて深い洞察を得ていません。しかし、彼らは長年の研究と観察に基づいて、嗅覚過敏の原因を4つの側面から説明しようとしました。

遺伝学

研究により、KAL1 遺伝子の重複や過剰発現、あるいは SCN9A 遺伝子によってコード化されたナトリウムイオンチャネル Nav1.7 の変異など、特定の遺伝的要因が嗅覚を強化する可能性があることが示されています。

KAL1 遺伝子の発現により糖タンパク質アノスミン 1 が生成されます。これは嗅覚系の神経細胞の成長と移動に重要です。その喪失は嗅覚障害につながる可能性があり、その過剰発現は嗅覚過敏症に関連する可能性があります。 [12]

SCN9A 遺伝子は疼痛遺伝子としても知られています。それがコード化する電位依存性ナトリウムイオンチャネル Nav1.7 は、痛みのスイッチのようなものです。スイッチが異常であれば、人体は痛みに対して全く無感覚になったり、痛みを極度に恐れるようになります。痛みの知覚が欠如している人は嗅覚を失うことが多いですが、痛みを特に恐れる人は優れた嗅覚を獲得することがあります。 [13]

他の研究では、OCRL遺伝子の変異による遺伝性疾患であるロウ症候群（眼脳腎症候群）の患者も、嗅覚が優れた状態で生まれる可能性があることが示されています。 [14]

健康上の問題と妊娠

多くの研究で、さまざまな健康状態と嗅覚過敏との関連性が報告されています。これらの症状には、ライム病、片頭痛、体液障害、ホルモン欠乏、特定の薬剤の使用などが含まれます。これらが嗅覚を増強する具体的なメカニズムは不明ですが、体内の電解質に作用することで嗅覚受容体が生成する信号に間接的に影響を及ぼす可能性があると推測するのは妥当です。

多くの妊婦は、これまで慣れていた特定の匂いが突然不快に感じられるようになったと主張しています。これまでの研究では、妊婦の約3分の2が自分の嗅覚が一般の人よりも鋭いと感じていることが報告されている。

研究者たちは、妊娠が嗅覚にどのような変化をもたらすかについての数十の論文を検討し、妊婦の嗅覚は全体的に強化されるのではなく、特定の匂いに対してより敏感になるという結論に達した。これまで検知できなかった匂いを検知できることを証明するには証拠が不十分である。[15]妊娠中の嗅覚の増加は、通常、永続的な変化ではなく一時的なものです。

脳の違いと記憶

2019年に発表された研究で、科学者たちはスーパー嗅覚を持つ人々の脳の驚くべき特徴を明らかにしようとした。研究者らは、嗅覚が鋭敏であると申告した男性25人と正常な男性20人を集め、脳スキャンを使用して嗅覚に関連する脳領域の灰白質の容積を比較した。 [16]

結果は、スーパー嗅覚者の脳では、匂い情報の収集と匂いの学習・記憶を司る2つの主要領域で灰白質の容積が大きく、神経活動が活発であることを示した。もちろん、研究チームはこれらの違いが遺伝的なものか後天的なものかを判断することはできない。

時には、アレルギー性の嗅覚は特定の記憶、特に否定的な記憶と密接に関連していることがあります。ある研究チームが、自分の嗅覚が優れていると信じている人々を対象に、「嗅覚記憶」の重要性を理解するための調査を実施した。調査結果によると、回答者は香水や汗などの匂いを特定の否定的な結果や不快な記憶と結び付けており、回答者にとってこれらの環境臭は不快感や嫌悪感を引き起こすことがわかりました。 [17]

もちろん、この調査は十分に包括的なものではなく、回答者の鼻があらゆる種類の匂いに敏感なのか、それとも否定的な記憶にのみ反応するのが得意なのかはわかりません。

他の研究でも同様の結果が得られています。ホルムアルデヒドやピリジンなどの特定の匂いに対する一部の人々の敏感さは、否定的な経験と関連しており、職場での否定的な経験に基づいて「超嗅覚」が発達するというものです。

意図的なトレーニング

超嗅覚は訓練できるのか？もしそうなら、その超大国はどれくらい続くのでしょうか?

英国の科学者たちは嗅覚を「訓練」しようと試みた。彼らは200人以上のボランティアを募集し、カスタマイズされた臭気分散装置の助けを借りて、必要に応じてさまざまな濃度の臭気を嗅ぐように依頼しました。このデバイスは、ほとんど感じられない最低レベルから非常に強い最高レベルまで、8 段階の濃度のフェニルエチルアルコール (ローズの香り) またはユーカリオイル (ミントの香り) を放出できます。 [18]

各人はまず嗅覚テストを受けて、自分が嗅ぎ分けられる最低濃度レベルを調べる必要があります。すべてのテスト結果を平均すると、「平均的な人が嗅ぎ分けられる最低濃度閾値」が得られます。

平均閾値より 3 レベル低い濃度の匂いを嗅ぐことができる場合、その人は嗅覚過敏症であることを意味します。

その後の単一のテストでは、参加者の 2% が際立って優れた嗅覚を発揮しました。さらに10％の被験者は、10週間にわたり週1回繰り返しテストを受けた際、一時的に嗅覚が鋭敏になったが、その後すぐに正常に戻った。

訓練によって並外れた嗅覚が身につくと信じる理由があります。プロのソムリエや調香師は、訓練を通じて味の最も微妙な側面まで探求できるのではないでしょうか?実際、嗅覚障害の人が訓練によって嗅覚を取り戻すことは珍しくありません。 [19] そのため、意図的なトレーニングは、ミルンの特定の病気を診断する独特の能力を開発するのにも役立つ可能性があります。

参考文献

[1] https://www.theguardian.com/world/2021/may/24/faster-than-pcr-test-dogs-detect-covid-coronavirus-london-bmj

[2] https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0268382#sec014

[3] https://www.nature.com/articles/d41586-022-01629-8

[4] https://www.bbc.com/news/uk-scotland-62795737

[5] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7908024/

[6] https://www.smithsonianmag.com/smart-news/women-who-can-smell-parkinsons-helps-develop-a-skin-swab-diagnostic-test-180980741/

[7] https://www.bbc.com/news/uk-scotland-47627179

[8] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6487537/

[9] https://www.lemonde.fr/blog/realitesbiomedicales/tag/rem-sleep-behavior-disorder/

[10] https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.03.01.530578v1.full

[11] https://www.the-scientist.com/news-opinion/disease-scent-signatures-disclose-what-the-nose-knows-71161

[12] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4412513/

[13] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ejp.1272

[14] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25480730/

[15] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3915141/

[16] https://link.springer.com/article/10.1007/s11682-018-0008-9

[17] https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1359105313481080

[18] https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-laryngology-and-otology/article/abs/superosmic phenomenon/4D0D83E5A49D994EC6E3C6FD19AC17AE

[19] https://www.fifthsense.org.uk/stories/

この記事は科学普及中国星空プロジェクトの支援を受けています

制作：中国科学技術協会科学普及部

制作：中国科学技術出版有限公司、北京中科星河文化メディア有限公司

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