风很大，每隔几秒钟就改变方向，把我的头发吹进眼睛里。尽管有寒风，安迪却在紧追着气味。这只一岁多、接受了几个月训练的黑色拉布拉多犬，熟练地在混凝土块、砖头、金属格栅和木托盘组成的空地上穿梭。它凭借稳健的步伐和灵敏的鼻子，在几秒钟内就找到了藏在瓦砾堆里的人，并持续吠叫，直到得到它最喜欢的软球玩具和训练师热切的赞扬。
在瓦砾场上接受测试的四只狗都找到了假定的受害者，但安迪做得最快——这清楚地表明他即将毕业，很快就能投入工作了。宾夕法尼亚大学兽医学院工作犬中心（PVWDC）的工作人员也同意这一点，这就是为什么来自加拿大第2搜救队（Canada Task Force 2）的肯（Ken）最近来这里花两周时间熟悉安迪。如果一切顺利，他将和这只狗一起离开费城，前往阿尔伯塔，组成一个联合搜救队。
这只是工作犬中心为它的犬类学员准备的职业之一。自中心成立以来的十多年里，近 200 只不同品种的毛茸茸毕业生已在灾难响应、尸体搜寻、爆炸物和毒品检测、入侵物种监测甚至疾病检测研究等领域工作。几乎所有进入 PVWDC 的狗都能找到一份稳定的与嗅觉相关的工作，因为——与导盲犬或警犬更专业的训练项目不同——PVWDC 的人们会尽最大努力遵循狗的意愿。如果一只狗是“方枘”，那么几乎肯定会找到“圆凿”与之匹配。
“最重要的是它们在做自己喜欢的事情，”我参加的公开导览的领队、该中心的志愿者和外展协调员露丝·德西德里奥（Ruth Desiderio）说。她解释说，狗通过明显的兴奋度和犹豫不决来表达它们的兴趣和能力，并被允许 accordingly 发展。如果一只狗喜欢寻找隐藏的人的挑战，但害怕响亮、突然的撞击声——也许它们注定要从事野外搜救，而不是城市搜救。如果它们喜欢闻东西并获得奖励，但又喜欢规律性，那么在实验室里长期工作可能最适合它们。
狗通常由工作犬繁育者捐赠给该机构，从八周大就开始训练。它们来自成功的嗅探犬的成熟血统。大多数是不同来源的拉布拉多犬、马里努阿犬和牧羊犬——尽管在我访问的那天，还有一只意大利松露犬和一只德国短毛指示犬。即使有血统优势，PVWDC 的毕业率也高达 90% 以上。科学家和工作人员说，少数未能毕业的狗通常是因为医疗原因而非行为原因而辍学。
每一只穿过大门的小狗都有机会发光。“我们假设所有的狗都会是超级巨星，”该中心执行主任、宾夕法尼亚大学兽医学院教授辛迪·奥托（Cindy Otto）说。高强度的城市搜救是所有狗开始训练的任务，但当一只幼犬对挑战不那么兴奋时，它们就会转向其他机会，奥托解释道。通过这种合作的、以犬为中心的方法，PVWDC 增进了我们对狗的能力、如何最好地确保它们在工作中的健康和安全以及嗅觉检测科学的理解。
该中心的种子是在 2001 年 9 月 11 日袭击事件发生后不久播下的，当时奥托在零号公园（Ground Zero）待了 10 天，帮助照顾现场的搜救犬（以及后来的尸体搜寻犬）。这次事件促使她思考动物的福祉，以及如何训练和照顾工作犬以最大化它们的能力。在一项初步的长期研究项目中，她和同事们在 15 年的时间里跟踪了 95 只部署到零号公园的狗，并与 55 只未部署的狗进行了比较。在这项研究期间，PVWDC 于 2012 年成立。最终，研究人员发现，那些帮助嗅出 9/11 生还者和遇难者的狗 没有遭受严重的长期健康后果或增加疾病风险（与 人类急救人员 不同）。然而，这一线索引出了许多其他问题。
现在，每周五天，大约有二十几只轮换的狗被寄养家庭（有时也是中心工作人员）送到 PVWDC，就像日托一样。这座小小的单层建筑里有几个铺着泡沫地板的房间，里面摆满了玩具、坡道、桶和其他训练工具，还有一个研究区域，可以设置电脑化的嗅觉盒和摄像头，以便仔细记录狗在各种嗅觉测试中的表现。
外面，在费城“被遗忘的底部”（Forgotten Bottom）的停车场和工业区中，有一个敏捷训练场——有梯子、平衡木、平台和跷跷板——还有一个瓦砾场，里面有大约 50 个不同的人类藏身之处。每只动物的日常安排都是定制的，但通常包括一些体能训练（俯卧撑、深蹲、侧步和转体都是日常训练的一部分）；训练任务，如敏捷测试或搜救挑战；嗅觉练习；以及大量的玩耍、休息和散步。作为工作研究动物的一部分狗，还会花一部分时间参与检测实验，尝试寻找隐藏的气味样本或对新的气味浓度或刺激物做出反应。
训练或测试时间很短，有时只有几分钟，但仍然富有成效。就像肌肉需要定期锻炼来维持一样，鼻子也需要。该中心的搜救主管艾玛·加拉斯·穆兰尼（Emma Gaalaas Mullaney）说：“嗅闻是一种膈肌锻炼。”它也是一种智力挑战，可能是一项令人沮丧、情感上耗费精力的任务。“你必须对它们的嗅闻时长进行训练，”她补充道。
在为服务犬提供训练的同时，该中心的科学家们也在研究动物和教育过程。最近，研究人员 描述了哪些行为特征 对搜救犬最成功，设计并 测试了减少犬只在炎热条件下工作的危险过热的协议， 优化了体能训练 和评估，以帮助狗避免和从伤病中恢复，并发现狗可以检测到 与假肢相关的感染。
认知科学家、PVWDC 博士后研究员艾姆里塔·马利卡金（Amritha Mallikarjun）说，嗅觉本质上是根据化学成分识别和辨别事物的能力，而嗅觉是狗感知世界的主要感官。狗通过不断混合和漂浮在空气中的环境分子来评估和理解周围环境。马利卡金说，它们捕捉微弱气味痕迹的敏锐能力，加上狗和人类出色的沟通能力，可以作为检测各种事物（包括疾病和环境污染物）的宝贵工具。
我们的四条腿的朋友在嗅觉方面非常敏锐，在许多情况下，它们的探测能力比现有的机器和技术更强。奥托解释说，狗“闻得到色彩”。“就像《威利在哪里》（Where’s Waldo?）一样，我们用视觉，而它们用鼻子找出那个细微的、与众不同的东西，”她补充道。PVWDC 的犬类嗅觉和行为科学家、博士后克拉拉·威尔逊（Clara Wilson）指出，犬类的鼻子可以调整得很灵敏，以至于研究人员有时不得不重新审视和修改他们最初的研究设计。在 一项 2010 年的医学研究 中，一只探测犬从一个最初通过活检被归类为健康对照的样本中正确地识别出了早期前列腺癌。在狗坚持认为是癌症后，患者重新进行了活检，并发现了癌症。
嗅觉能力可以通过气味检测阈值来量化，即空气样本中达到某种气味可察觉所需的靶分子相对量。不同气味在不同水平下可被检测到，但狗无疑是冠军嗅探者。在训练和让狗适应实验室实验时，PVWDC 的工作人员依赖一种有霉味的合成嗅剂，称为“通用检测化合物”（Universal Detection Compound）。威尔逊说，普通人的鼻子可以检测到 UDC 的浓度约为万分之一。而狗则可以在浓度低至百万分之几的 UDC 中嗅出它。
威尔逊指出，至关重要的是，即使在存在许多其他气味的情况下，狗也能以如此低的阈值检测到目标气味。这意味着，即使周围有很多人，或者风带着远方的气味吹来，训练有素的搜救犬也能在瓦砾下找到隐藏的人类气味。这也意味着，在一个人体气味或血液样本中存在的所有其他化合物中，一只探测犬也能分辨出它是否带有癌症或感染的味道。
在我访问期间，我看到科学家们让马利卡金的寄养犬兼研究犬达尔顿（Dalton）进行一系列嗅觉盒试验。这些黑色塑料方块大约有一个大烤箱的大小，配备了精确的气味释放系统，以随机顺序从一个圆孔中释放出少量气味。达尔顿被训练在检测到目标气味（在此情况下是 UDC，而不是疾病样本）时，会站定在特定的方块上，鼻子对准孔洞。方块顶部的红外检测光束测量达尔顿的鼻子在任何给定方块上停留的时间，并在预设秒数过后发出哔哔声，确认狗的选择。一旦哔哔声发出，达尔顿就会跑到训练师那里获得奖励（一块奶酪、一些热情的抚摸或一个玩具）。为了避免干扰测试，人们站在隔板后面，通过电脑屏幕观察。
这个特定练习的目标很简单：研究人员只是想让达尔顿在进行了几周的其他嗅觉任务后，重新适应这种检测。但结果仍然令人印象深刻。一轮又一轮，达尔顿迅速地辨认出正确的方块，而普通人对此毫无察觉——它经常直接从房间的另一边走到那里，甚至不看其他方块。即使在没有任何方块发出气味的测试中，这只 5 岁的拉布拉多犬也知道该怎么做。它简要地检查了每个选项，然后回到测试区域的入口处，期待地看着训练师。
加拉斯·穆兰尼指出，沟通和训练不是单行道。她经常与她的狗托比（Toby）一起作为志愿者搜救队成员执行搜救任务。她说，狗不断地提供反馈，并塑造着它们的训练者如何回应。“一旦我们学会了理解它们在告诉我们什么，我们就能与狗进行非常细微的交流，”她解释道。在嗅觉检测中，人们经常向狗提出它们不知道答案的问题。为了解读它们的反应意味着什么，必须建立一种关系。猪、大象和熊等其他动物在嗅觉方面可能与狗一样好，甚至更好——但很少有动物能够将这种非凡的感官能力转化为人类的语言。
在一次鼻肿瘤检测研究中，马利卡金回忆起一次试验，她和她的同事突然将给狗闻的样本从血浆样本换成了粘液样本。“我们想看看它们对这种新型样本的反应，”她解释道。据推测，气味标记的某些方面可能仍然存在于疾病阳性样本中，但狗可能无法在新的背景下识别它。作为回应，其中一只狗即兴发挥：它将张开的嘴悬停在阳性样本上方，同时回头看着它的训练师。这并不是它被训练来回应血浆阳性的“坐姿警报”，但它清楚地表明它理解那个特殊的粘液样本中有值得注意的东西，同时也表达了不确定性并寻求指导。“这是一个完整的对话，”马利卡金说。
探测犬的训练和维护成本昂贵。在 PVWDC，德西德里奥指出，照顾和教育每只狗的费用高达 50,000 美元。（尽管与宾夕法尼亚大学有关联，但该中心并未获得学校的直接资助。相反，他们依靠捐赠和补助金来维持其工作。）她的观点是，并非所有的医学检测 都能或应该被狗的鼻子所取代。相反，通过评估狗能闻到什么，研究人员希望分离出构成疾病特征气味的化学成分，并开发出更好的诊断工具。
在 2022 年的一项研究 中，马利卡金、奥托和他们的合著者训练狗识别卵巢癌患者的血液样本。然后，他们进行了多项测试，以确定狗对血液样本的哪些成分做出反应。他们发现，卵巢癌可以通过许多挥发性有机化合物检测出来，并且最重要的生物标志物是分子量最小、最容易蒸发的。了解这一点可以为如何收集、储存和检测患者的血液样本提供信息。通过进一步研究，科学家可以帮助构建更好、更具体、更准确的筛查测试。
嗅觉科学不仅对人类疾病有用。PVWDC 的研究人员还表明，狗可以用于检测一种致命且难以诊断的 犬类癌症。在另一个正在进行的项目中，马利卡金和她的同事发现，狗可以在实验室和野外都能嗅出一种恶性的环境病原体。
慢性消耗病是一种 致命且难以治疗的朊病毒感染，影响野生鹿、麋鹿和驼鹿，并已在美国传播数十年。根据 2023 年的一项研究，该疾病在鹿群中的可见症状可能需要很长时间才能显现，但通过嗅闻粪便颗粒（甚至只是 在粪便颗粒附近存放一段时间的棉球），狗可以以超过 80% 的准确率识别出该疾病的存在。如果后续研究表明狗确实能够比其他检测方法更快地调查区域内的慢性消耗病，则有助于野生动物管理者更快地建立隔离区和管理协议——从而可能减缓其传播。保护犬 以前曾被用于类似的应用，以寻找隐藏的入侵物种、追踪濒危植物或动物，以及识别真菌病原体。
奥托说：“我认为一切都有气味。”她指的是一切。威尔逊之前的一些研究发现，狗可以闻到压力 和负面的人类情绪状态。所有探测犬研究中的主要问题不是气味是否存在，而是我们是否能够分离出任何给定的气味，然后训练动物识别它们，奥托补充道。随着 PVWDC 和其他地方的科学家们继续探索这个问题，答案反复且一贯地是肯定的。这些探索发现了新的疾病气味标记、增强搜救嗅觉检测和挽救生命的新方法，以及评估环境健康的新途径。到目前为止，她和她的合作者——无论是人类还是犬类——都还没有找到可能性的极限。
