כלבים שאומנו לכך יכולים לזהות את סרטן הערמונית. מה זה אומר על היום שבו גם מכונות יוכלו להריח

הן מסוגלות לראות, לשמוע, ואפילו להרגיש מגע • אבל מה יקרה למין האנושי כשמכונות יוכלו להריח? • לכלבים הפתרון • גיליון שכולו קנאה  

ידידו הטוב ביותר של המדע / צילום: Shutterstock | א.ס.א.פ קריאייטיב
ידידו הטוב ביותר של המדע / צילום: Shutterstock | א.ס.א.פ קריאייטיב

למה אתם מוכרחים לקרוא את הכתבה

1. כי היא מרתקת באופן שבו היא נכנסת לקרביים של מהפכה מדעית אשר מצויה בשלבי התהוותה ממש.
2. כי הרבה מעבר לסוגיה המדעית, היא מעוררת סוגיות פילוסופיות שהמאה ה־21 מכריחה אותנו להתעמת איתן יותר ויותר.
3. כי היא מוכיחה כמה רחוקות מכונות (עדיין) מלהתחרות בבני אדם. למעשה, אפילו בכלבים.

***

כלבים מטרידים את אנדריאס מרשין. "כאילו, אני אוהב כלבים", אומר המדען היווני-רוסי במשרדו ב-MIT, "אבל הם לא מפסיקים להוריד לי סטירות".

לשם הבהרה, הוא מראה לי סרטון: כלבה שחורה, לוסי, ניגשת אל שש תחנות שמחסומים קטנים חוצצים ביניהן. בכל תחנה ממתינה כוס זכוכית עם מכסה מחורר, ובתוכה שתן אנושי. כולן מוצבות בגובה אפה של לוסי, שמרחרחת קצרות כל דגימה. היא מבצעת מעין אבחון: היא מחפשת את הניחוח האופייני לסרטן הערמונית, אשר משאיר חותם נדיף ומובהק בשתן. מובהק מבחינתם של כלבים, זאת אומרת. כאשר לוסי מוצאת מה שחיפשה, היא מתיישבת ומקבלת ממתק.

בני אדם - שמשכילים ליצור כלים, והביאו לעולם מזוודות שמסיעות את עצמן ומאיצי טילים רב פעמיים - מתקשים לזהות את סרטן הערמונית. השיטה הקיימת מחייבת לבדוק את הדם של המטופל בחיפוש אחר רמות גבוהות של חלבון מסוים, שמכונה PSA. אלא שלא מדובר בבדיקה מוצלחת במיוחד. החוקר שגילה את ה-PSA לראשונה תיאר את הבדיקה כ"אפקטיבית רק טיפה יותר מהטלת מטבע". תוצאה חיובית שגויה עלולה להוביל לביופסיה של הערמונית: תהליך לא נעים, שכולל החדרה של מחט גדולה מבעד לדופן הרקטום כדי לדגום את הערמונית עצמה.

כלבים שאומנו לכך יכולים לזהות את סרטן הערמונית בדרגת דיוק של למעלה מ-90% - סיבה טובה לכשכש בזנב. בסרטון נדרשות ללוסי רק שתיים-שלוש דקות כדי לבחון את שש הדגימות. מרשין לא יודע את נפשו. "בקומה למטה יש לנו ציוד בשווי 100 מיליון דולר, והכלבה הזאת מנצחת אותי?", הוא אומר, "זה ממש מרגיז".

מרשין אינו רופא. הוא פיזיקאי בהכשרתו, ומנהל את מעבדת Label Free Research Group, שתכליתה להפיל את החומות החוצצות בין הפיזיקה, הביולוגיה, הנדסת החומרים ומדעי המידע. במשרדו יש משקפי שמש שיכולים למדוד גלי מוח, ולצדם כתבי עת על תעופה וספרים על אורולוגיה, על הפיזיקה של התודעה ועל תכנות בפייתון. הוא מדבר מהר ואינו חושש להחליף נושא בהינתן ההזדמנות הקלושה ביותר. הוא מסרב לגרוב גרביים תואמים, כי מי בכלל החליט שהם צריכים להתאים? הוא קצר ועגול, עם רעמת תלתלים בלונדיניים שמקפצת כשהוא מתרגש.

המעבדה שבה מחזיק מרשין ציוד בשווי 100 מיליון דולר נמצאת כמה קומות מתחת למשרדו ב-MIT. בחדר אחד מנסים החוקרים להמציא צבעים חדשים; בחדר אחר מנסים ליצור את החומרים הקלים והחזקים בתבל. אני הגעתי משום ששם מתנהל אחד המחקרים החשובים בדרך לפיתוח של הרחה מלאכותית.

נטייה להמעיט בחשיבות חוש הריח

יש כיום לא מעט רובוטים שמסוגלים לראות, לשמוע, לדבר ולחשוב (בערך), אבל בהצלחה למי שרוצה לנסות למצוא רובוט שיכול להריח. אחת הסיבות הפשוטות לכך היא שבני אדם נטו מאז ומעולם להמעיט בחשיבותו של חוש הריח - אנחנו מין של סנובים שכלתניים ומוטי ראייה. קאנט טען שהריח הוא המיותר מבין חמשת חושינו. סקר שנערך ב-2011 מצא כי 53% מבני ובנות 16-22 היו מעדיפים לוותר על חוש הריח מאשר על הסמארטפונים והמחשבים שלהם.

בשנים האחרונות הולך ומתבהר כי באמצעות המכשיר המתאים, חוש הריח הוא סוג של כוח על. במשך אלפי שנים, בני אדם היללו את יכולות המעקב של הכלבים; משטרות השתמשו בהם כדי לאתר פצצות, סמים וגופות. אלא שמאז ראשית שנות האלפיים, ממצאים חדשים הרחיבו במידה דרמטית את הבנתנו באשר לדברים שכלבים מסוגלים לעשות באמצעות אפם.

בהתחלה הבינו החוקרים שכלבים מסוגלים להריח את ראשיתה של מלנומה. אחר כך התברר שהם מסוגלים לעשות זאת גם עם סרטן השד, סרטן ריאות, סרטן המעי הגס וסרטן השחלות. הם יכולים להריח את השעה לפי תנועת האוויר בחדר; לחזות אפיזודות סוכרתיות שעות לפני שהן מתרחשות; ולזהות מצבי רוח אנושיים גם בלי לראות אותם. כל זה נכון לא רק לכלבים. אחות סקוטית בעלת אף רגיש במיוחד לימדה את החוקרים כי אנשים הלוקים בפרקינסון מתחילים להדיף "ניחוח מושק עצי" מובהק, כמה שנים לפני שהם מפגינים תסמינים אחרים של המחלה.

כל אלה מובילים לתובנה שאינה נוגעת רק לכלבים, אלא לעולם הגשמי עצמו: אירועים, מחלות ומצבי נפש מותירים חותם באוויר. מערכות ריח רגישות מסוגלות להבחין בחותם הזה - שאינו נגיש למדע משום בחינה אחרת. נראה שהריח הוא לפעמים הדרך הטובה ביותר להבחין בדברים נסתרים. לעיתים קרובות, האמצעי השני באיכותו לצורך כך הוא יקר (כרומטוגרפיית גז/ספקטרומטריית מאסה), כואב (ביופסיה) או בלתי אפשרי (טלפתיה).

למרבה הצער, סיבה אחרת לכך שאין תחת ידינו רובוטים מריחים היא שחוש הריח הוא תעלומה ביולוגית עיקשת. המדענים עדיין מנסים להבין מה בדיוק מאפשר לנו להבחין בתרכובות הנדיפות הללו ואיך בדיוק המוח שלנו מסווג את המידע.

מרשין מאמין שלא באמת צריך להבין כיצד יונקים מריחים כדי לייצר אף מלאכותי. הוא מהמר שכדי להבין כיצד פועל האף, אפשר קודם כול לבנות כזה. לצדו של המנטור שוגואנג ז'אנג, הוא מנסה לבנות התקן שיוכל להתחרות בכלבים.

אנדראס מרשין / צילום : פרטי
 אנדראס מרשין / צילום : פרטי

מדע חדש? צאו למדוד ריח

במאי 1914 דיבר אלכסנדר גרהם בל בפני בוגרי בית ספר תיכון בוושינגטון. ממציא הטלפון, שהיה אז בן 67, נשא נאום מוזר: שיר הלל לתצפית, למדידה ולסקרנות פשוטה, בלוויית שפע רעיונות משונים. חלק ניכר מהנאום הוקדש לתחומי מחקר שקהל בני העשרה יכול לעסוק בהם. "ניסיתם פעם למדוד ריח?", שאל. "מה זה? חלקיקי חומר שנישאים באוויר או מין ויברציה, כמו צליל?", שאל. "אם מדובר בחלקיקים, אולי תוכלו לשקול אותם; אם בוויברציה, תוכלו לשקף אותה במראה", המשיך. "אם אתם שואפים למצוא מדע חדש, צאו למדוד ריח".

מאז, חלפו מאה שנים ויותר. איש עדיין לא הצליח למדוד ריח, ועדיין ניטשת אפילו מידת מה של ויכוח באשר לשאלה האם ריח הוא ויברציה או אינטראקציה כימית בין חלקיקים. תיאוריית הוויברציה שנויה במחלוקת, אבל איש אינו מבין את חוש הריח די הצורך כדי לפסול אותה לגמרי.

למעשה, רק ב-1991 הצליחו מדענים למפות לראשונה את אבני הבניין הגנטיות והגופניות של יכולת ההרחה בקרב יונקים. באותה שנה פרסמו הביולוגים לינדה באק וריצ'רד אקסל מאמר מכונן; הם גילו כ-1,000 גנים שמקודדים כ-1,000 קולטני ריח בעכברים, והראו שהקולטנים האלה הם ראשיתו של חוש הריח ביונקים. הם מתקיימים ברקמה דקה שממוקמת בחלקו העליון של חלל האף, ממש ליד נקודת המפגש עם הגולגולת. כשאנחנו שואפים עמוק, אנחנו יונקים את המולקולות הנדיפות שבחדר בכיוון הקולטנים האלה. האינטראקציה שבין החלקיקים לקולטנים מתחילה תגובת שרשרת שבסופה נשלחים מסרים אל המוח.

באק ואקסל לא ידעו לומר מה טבען של האינטראקציות האלה. הם שיערו שמדובר במעין יחסי מנעול/מפתח בין קולטני הריח שבאפינו לבין המולקולות שבאוויר. אבל מספר הקולטנים שמצאו הוביל לבעיה מתמטית. לבני אדם יש קולטני ריח מכ-400 סוגים, הרבה פחות מאשר לעכברים, אבל אנחנו מסוגלים להריח כ-10,000 ניחוחות נבדלים.

באק ואקסל שיערו שהריח הוא תוצאה של שילוב: המחקר שלהם הראה שכל קולטן מותאם לתגובה לקומץ מולקולות שונות, ושהאפים שלנו חשים בניחוחות שונים כאשר קולטנים רבים פועלים בעת ובעונה אחת. ג'ון קאוור, שהיה אז חוקר באוניברסיטת טאפטס, משווה את זה לנגינה של אקורדים בפסנתר. "לפסנתר יש רק 88 קלידים", הוא אומר. "אם הייתי יכול להשתמש בקליד אחד לכל ריח, הייתי מסוגל להבחין רק ב-88 ריחות". אבל אם הריחות דומים יותר לאקורדים, המתמטיקה מסתדרת.

בהשראתם של באק ואקסל, שב-2004 זכו בפרס נובל הודות למחקריהם, מרשין ומדענים אחרים רואים בריחות רשימה פשוטה של מולקולות. מי שרוצה להבין את ריח השום, הם מניחים, ימצא את התשובה ברכיביו הכימיים. "התשובה", שיער מרשין באמצע העשור הקודם, "כתובה איפשהו במולקולות האלה".

מכונות רחרוח לאיתור מוקשים

לא עבר זמן רב מאז שבאק ואקסל הציגו את עיקר הממצאים שלהם ועד לניסיונות המשמעותיים הראשונים לבנות אף מלאכותי. סוכנות דארפא (DARPA) רצתה למצוא כלי שיחליף את הכלבים באיתור מוקשים, ומאז 1997 השקיעה 25 מיליון דולר בתוכנית "אף הכלב". הסוכנות מימנה את מחקריהם של מדענים ברחבי ארה"ב שניסו לבנות מכונות רחרוח, שנבחנו בשדה במיזורי.

בקרקע הוטמנו מוקשים מכל הסוגים, החל במוקשים נגד אדם, שגודלם כפחיות שימורים של טונה, וכלה במוקשים נגד טנקים. המרעומים אומנם הוסרו כדי להבטיח שאף מוקש לא יתפוצץ כשידרכו עליו, אבל מכת ברק הייתה עשויה לפוצץ את חומרי הנפץ. "ברגע שהיה אפילו רמז לסופה", מספר קאוור, שלקח חלק בתוכנית, "התפנינו משם".

קאוור בנה התקן אפור, בגודל של קופסת נעליים, שאותו כינה לימים ScenTrak. בהתקן לא היו קולטני ריח של ממש, אלא רצועות של מולקולות שיגיבו, כך ידע, ל-DNT - מולקולה נפוצה ברוב המוקשים היבשתיים. כאשר ScenTrak התקרב למוקש, ה-DNT נקשר לפולימרים וההתקן התריע "מוקש!".

כך קרה, לפחות, בתנאים אידיאליים. ScenTrak הצליח לאתר עקבות DNT באוויר של מעבדה שהייתה חפה מכל ריח אחר. כאשר קאוור העביר את ההתקן הלוך ושוב מעל אדמת השדה, המכשיר התבלבל. הפולימרים הגיבו ל-DNT, אך הם הגיבו גם למזג האוויר, לצמחים או לסוגים שונים של אדמה.

התקנים אחרים שלקחו חלק בתחרות, ובכללם Fido ו-Cryonose, התבססו על אותה תיאוריה, בקירוב. כולם השתמשו בפולימרים שרגישים לתרכובות מסוימות. וכולם הפגינו פונקציונליות צרה למדי.

אחת הסיבות לכך היא שהתיאוריה שלפיה נבנו ההתקנים הייתה מצומצמת. כיום, רוב המדענים סבורים שתיאוריית המנעול/מפתח פשוטה מדי. במקרים מסוימים, מולקולות דומות בצורתן הן בעלות ריחות שונים; במקרים אחרים, תרכובות שונות בצורתן הן בעלות ריח דומה. במילים אחרות: צורתה של מולקולה אינה ביטוי נרדף לריח שלה. נראה שקולטנים רבים יכולים להיקשר למולקולות רבות ושונות, ולהיפך. אלא שלכל קולטן יש מה שמדענים מסוימים מכנים "זיקה" מובהקת לכל מולקולה.

הזיקה המיוחדת הזו, אומרת התיאוריה העכשווית, מסבירה את הניחוחות השונים. לפסנתר אין רק 88 קלידים שאפשר לנגן בהם אקורדים; יש לו גם דוושות. "אפשר ללחוץ על קליד פסנתר במידות שונות של כוח, אפשר לעשות את זה חזק, חלש וכן הלאה", אומר ז'אנג, "לחיצה חזקה תפיק צליל אחד ולחיצה קלה תפיק צליל אחר". במילים אחרות: תיאוריית הריח מסובכת מכפי שחשבנו.

רובוט כלב / איור : צילום:Shutterstock א.ס.א.פ קריאייטיב
 רובוט כלב / איור : צילום:Shutterstock א.ס.א.פ קריאייטיב

למה חוש הריח הוא כזו תעלומה

מרשין וז'אנג הם צמד מוזר, אך הרמוני. מרשין לא נוהג לצעוד באותה דרך פעמיים. כשאנחנו הולכים לאיבוד בדרך מהקפטריה ב-MIT למשרד שלו, הוא מודה שזה קורה לו לא פעם. הוא מעיד על עצמו שהוא דיסלקט, עיוור צבעים שאינו מבדיל בין ורוד לאפור ובעל הפרעת קשב. לפעמים הוא שוכח את הכתובת של עצמו. בנוסף, הוא ניחן גם בסקרנות כפייתית.

פעם תכנן משחק לילדים שבמסגרתו הם אמורים לטבול כדור צמר גפן בבושם, לעטות כיסוי עיניים ואז לאתר את הכדור לאחר שהוחבא. נוסף על אפים, הוא בונה בנמיביה בתים עשויים מפטריות, ועובד על דרכים להסיר מתכות כבדות ממים. "זה לא מתאים לחיים שלי, לעשות רק דבר אחד", הוא אומר. "אבל אני אוהב לעבוד עם אנשים ממוקדים, שעושים דבר אחד ממש טוב".

כזה הוא ז'אנג, שמנהל קבוצת מחקר משלו: המעבדה לארכיטקטורה מולקולרית. מרשין חסר מנוחה - ואילו הוא איטי ומחושב. "בשביל מדע מוצלח צריך להתמקד", אומר ז'אנג, "אסור שדברים אחרים יסיחו את דעתך". ב-2003, ז'אנג חיפש פרויקט חדש, והתמקד בקולטני הריח. איש לא הצליח לבחון קולטן כזה בעיניים ממש, גם לא בעקבות עבודתם החלוצית של באק ואקסל.

זו אחת הסיבות לכך שחוש הריח הוא כזו תעלומה. ברמה הבסיסית ביותר, אין לנו יכולת לבחון ישירות את פעולתם של הקולטנים הזעירים האלה. האם הם באמת נקשרים למולקולות? איך? האם גורמים אחרים, כמו למשל לחות או נוכחות של תרכובות אחרות, משפיעים על התגובה שלהם? איש אינו יודע.

ז'אנג רצה לשנות את המצב, ולשם כך ביקש למצוא דרך לראות קולטן ריח. "החלטנו לעבוד על משהו מסתורי, ולהקדיש לעניין כמה שנים", הוא אומר.

בראשית הדרך, ז'אנג ידע שקולטני ריח הם חלבוני ממברנה, ושהם מבנים קטנים, מורכבים ומשונים. כל קולטן מעוצב כמעין פתיל ארוך שמתפתל הלוך ושוב מבעד לממברנה דקה שמפרידה בין התא לבין העולם שמחוצה לו. אם התבנית המפותלת נפגעת או משתנה, הקולטן מפסיק לעבוד. ומה אם הקולטן נוטה או הפוך? גם אז המצב משתבש.

ז'אנג שקד על המשימה מאז 2003, אבל הוא עדיין לא הצליח לראות קולטן, וכמוהו גם כל יתר החוקרים. הקולטנים פשוט קטנים מדי. ז'אנג מתאר את האינטראקציה בין מולקולת הריח לקולטן כ"קופסה שחורה לגמרי".

עם זאת, מחקרו של ז'אנג נמצא שימושי ב-2007, כאשר השיקה דארפא פרויקט ריח שני, RealNose. לפרויקט, שיצא לדרך לנוכח המלחמות בעיראק ובאפגניסטן, היו מטרה חדשה ומידה חדשה של דחיפות. במקום לחפש מוקשים, האפים המכניים נדרשו לזהות מטעני גחון שפגעו קשות בכוחות האמריקאיים. הפעם לא יכלו המדענים להשתמש בפולימרים או בהתקנים סינתטיים כדי לחקות את פעולת הקולטנים. בתור חיישנים, היה עליהם להשתמש בקולטני ריח של יונקים.

לז'אנג היה יתרון משמעותי על המדענים האחרים שהתחרו על המענקים מדארפא. הודות לעבודה שכבר ביצע קודם לכן, עמדה לרשותו אחת המעבדות היחידות בעולם שהיה לה ניסיון בגידול של קולטני ריח בתאים עובריים. מרשין, מצדו, לא רווה עונג מהדרישות שהציבה דארפא. "התמרדתי במשך כמה חודשים", הוא אומר. הוא לא רצה לטרוח על קולטני הריח התובעניים האלה וניסה לשכנע את דארפא שהדרישה שהציבו הייתה רעיון גרוע.

בשביל מה להשתמש במבנה הביולוגי הממשי אם יהיה קל יותר להשתמש במשהו סינתטי? משהו שלא יפסיק לעבוד כי הוא נטוי או הפוך? "אנחנו הרי רוצים לעוף כמו ציפורים, אבל זה לא שאנחנו בונים מטוסים מנוצות", הוא חשב. "אנחנו רוצים משהו שיהיה יותר טוב מציפורים!". מרשין פשוט רצה חיישן שיוכל להבהיר איזה מולקולות נמצאות בחדר, אבל הוא לא רצה לוותר על המימון, ולכן נכנע.

לגדל קולטני ריח במעבדה

מרשין וז'אנג החליטו לגדל קולטני ריח במעבדה ואז למרוח אותם על מעגל מודפס. אם ישתמשו במספר גדול די הצורך של קולטנים, הניחו, הסטטיסטיקה מלמדת שבסופו של דבר, מספיק מהם ימוקמו בכיוון הנכון. אחר כך יחברו את המעגל המודפס לזרם חשמלי, וכשהקולטנים יגיבו לתרכובות הנדיפות, צורתם תשתנה ממש כפי שקורה באף אמיתי.

בוקר בהיר אחד, בראשית האביב, מרשין מוביל אותי אל המעבדה שלו. הוא מפשפש בין פריטים ובוחן את תכולתם של כמה ארגזי קרטון עד שהוא מוצא דגמים ישנים של אף מלאכותי. ביד אחת הוא שולף בקבוק פלסטיק ששתי זרבוביות הוצמדו אליו בדבק אפוקסי. בידו השנייה יש שבב פלסטיק דק בקצה כמה חוטי חשמל. "הנה האף הראשון", הוא אומר.

האף הזה נכשל. נדמה שהקולטנים פועלים, אבל הבקבוק היה גדול מדי. הריחות השתהו זמן רב, והקשו על המדענים לקבל קריאה ברורה. לפיכך, הכינו כמה אבטיפוסים אחרים, ובדקו דרכים שונות להביא את משב האוויר אל השבב.

מרשין ממשיך לחפש בין האבטיפוסים ולבסוף שולף את ה-Nano-Nose, ההתקן שהוא וז'אנג שלחו אל דארפא בסופו של דבר. ההתקן כולו בגודל של מחבת גדולה, והמילים "רכוש הממשל הפדרלי של ארה"ב" מתנוססות עליו. "זה היה בשביל דארפא", אומר מרשין, "אז זה היה צריך להיראות משוריין".

לאחר העבודה על הדגמים הקודמים, הם החליטו להתמקד בעיצוב שכלל מערך של שמונה לוחות מודפסים, שגודלו של כל אחד מהם ככרטיס אשראי. כל לוח נקבע בתוך תא אטום לאוויר משל עצמו בתוך מעטפת המתכת העמידה, והיה ערוך לקבל משב ניחוח משלו ולהגיב בדפוס חשמלי משלו. הריחות עצמם נשלחו פנימה באמצעות משאבת אוויר שחיקתה פעולת שאיפה עמוקה.

ז'אנג ומרשין הקדישו להתקן 15 חודשים של עבודה קדחתנית, שלא הסתיימה בדדליין שקבעה דארפא. כשהגיע הזמן להציג את מלאכתם, מרשין מילא רכב מסחרי גדול בתכולת מעבדה שלמה, פחות או יותר - צינורות מסוגים שונים, מזרקים, שולחן אופטי במשקל 130 קילו ומחולל תדרים בשווי 70 אלף דולר - ונסע מבוסטון לבולטימור. הוא לקח איתו אפילו את מערכת העברת הריח שלהם: מדפסת הזרקת דיו לשעבר, שזכתה לכינוי StinkJet.

במקור, ביקש מרשין להתקין מתחת ל-Nano-Nose מחשב על שיוכל לבחון מאגרי נתונים הנוגעים לאלפי תרכובות, ולספק תדפיס של מה שנקלט באף. אבל הם לא הגיעו לזה.

דארפא סיפקה להם רשימות ריחות שהמכונה אמורה לזהות. ראשית כול, מרשין וז'אנג העבירו את הריחות דרך ה-Nano-Nose ותיעדו את תגובותיו; הרעיון היה לאמן את האף באמצעות לפטופ ואלגוריתם, וכך ללמד אותו איזה ריח הוא אמור לזהות. בניסוי עצמו נדגם כל ריח עלום שמונה פעמים. התוצאה תהיה תהליך אלימינציה שיסייע לאלגוריתם לפסול תוצאות חיוביות שגויות. זה לא היה מורכב כמו מחשב על עם יכולות לכריית נתונים, אבל הם הניחו שזה עשוי לעבוד.

הבדיקות שערכה דארפא היו מבוקרות. מרשין וצוותו לא הורשו להיכנס לחדר עם המכשיר שלהם במהלכן. הוא לא הורשה אפילו לגשת לשירותים בלי ליווי. במהלך הפסקות הצהריים, מיהר הצוות לקחת את האף אל חדר המלון שלהם ולהלחים לו חלקים כדי לשפר את תפקודו, בעודם מזמינים אוכל משירות חדרים.

המרוץ המטורף השתלם. ה-Nano-Nose צלח את מבחן הרחרוח, והצליח להבחין בריחות נפרדים במעבדה. הוא אפילו גבר על כלבים בסביבה מבוקרת, וזיהה ניחוחות בריכוזים נמוכים. ולא היה לו שום צורך במחשב על. למעשה, אמר מרשין, הוא פעל טוב יותר בלעדיו. מרשין מצא שהניסוי חשף בפניו פן חשוב ובסיסי באשר לפעולת חוש הריח: האפים שלנו אינם כלים אנליטיים. הם לא מנתחים את רכיבי הריח. "המולקולה נושאת את המסר", הוא אומר, אבל היכרות עם המולקולה לבדה לא תבהיר לנו איזו חוויה חושית ממתינה לנו. "חשבנו שכשאנחנו מריחים משהו עולה מין רשימה של מולקולות וריכוזים", הוא אומר. "זה לא נכון".

מתברר שקיצור הדרך של מרשין היטיב לשקף את האופן שבו יונקים מעבדים ריח. במקום להקדיש מידה שווה של תשומת לב חישובית לכל התרכובות שאנחנו שואפים, המוח שלנו ממיין את המידע בצורה היררכית, לפי חשיבותו. אנחנו יכולים לחסום את הריחות שלא מעניינים אותנו בחדר.

הקולטנים שלנו עדיין מבחינים בתרכובות, אבל המוחות שלנו לא מקדישים להם תשומת לב. ולצד זאת, אם נמקד את תשומת לבנו באותות שהקולטנים שולחים, נוכל להבחין בניחוח דק של בצלצלי שאלוט או של שוּמָר בתוך רוטב גדוש ניחוחות מתחרים של עגבניות, פלפלים ושום.

מרשין הבין כי כדי להבין את הריח ולהשתמש בו, אין לו צורך ברשימה של מולקולות. הוא צריך לדעת מה הריח של משהו, ולא ממה הוא עשוי - ומדובר בדברים שונים. "זה השיעור הכי חשוב שלמדתי בכל הקריירה המדעית שלי", הוא אומר, "חשבנו שאנחנו מבינים איך אפים פועלים, אבל לא ידענו כלום".

הכלבלב צועד חדור מטרה

בוקר חמים אחד, בספטמבר, אני יוצאת לחפש עצמות עם הרועה הגרמני קאטו, שאולף לאתר עצמות אדם. קאטו ובעליו, פגי תומפסון, מתנדבים בשירות מערכת החוק. הם עוזרים לחפש מטיילים שאבדו, קורבנות שריפה וקורבנות פשע.

סגרנו את קאטו בבית והקמנו זירת פשע בחצרה של תומפסון: ארבעה דונמים על צלע גבעה שמשקיפה אל סן חוזה. תומפסון שלפה מהחניה שלה שק עצמות, צנצנת עם שיניים וגאזה מוכתמת בדם. "בכל פעם שאני עוברת הליך רפואי, אני מבקשת לשמור את התחבושות", היא אומרת ללא שמץ של הומור. "בקליפורניה אין בעיה חוקית להחזיק בשרידי אדם". היא מביאה אל אפי גוש של עור אדם מיובש. יש לו ריח מעופש ואנושי במידה משונה. אנחנו מפזרים כמה עצמות ושיניים על שביל הגישה, מתחת לכמה שיחים ועל הדשא. את העור היא טומנת בגזע עץ קטן.

לאחר מכן, אנחנו מוציאים את קאטו ותומפסון אומרת לו: "חפש". הכלבלב הידידותי נעשה ענייני להפתיע. הוא צועד הלוך ושוב, חדור מטרה, אפו קרוב לקרקע. את העור הוא מוצא בתוך חמש דקות. בשביל העצמות והשיניים נדרשות לו פחות מעשר דקות נוספות.

ה-Nano-Nose מרשים, אבל צריך יותר מאשר כמה לוחות חשמליים כדי לחקות את כל מה שקאטו עושה כאשר הוא מתחקה אחר ריח. פול ואגונר, מדען שחוקר את חוש הריח הכלבי באוניברסיטת אובורן, מעריך שיידרשו "עוד עשורים" כדי לייצר מכונות שיתחרו בהצלחה ביכולות הריח הטבעיות. ואגונר, שמפעיל גם תוכנית הכשרה משל עצמו לכלבי גישוש, טוען שהמכונות נכשלות כבר בראשית תהליך הרחרוח. "הכול מתחיל בשלב הדגימה", הוא אומר. כעיקרון, מכונות אינן מיטיבות לרחרח. כלבים שואפים ונושפים כחמש פעמים בשנייה, ונחיריהם מנתבים את זרם האוויר פנימה והחוצה בנתיבים שונים. ה-Nano-Nose יכול להתמקד בניחוח מטרה מסוים, אך לכלבים יש יכולת מדהימה לעשות זאת ממרחק עצום.

מה מתרחש במוחו של קאטו כשהוא לוכד את הניחוח? איש אינו יודע. ככל שאנחנו ממשיכים במעלה השרשרת, מקולטני הריח אל האופן שבו המוח מעבד ומבין את המידע, הכול נעשה "חשוך יותר ויותר", אומר ואגונר.

ועם כל זאת, גם חוש הריח של כלבים אינו מושלם. בביקור השני שלי אצל תומפסון צפיתי באנני, כלבת רועה בלגי בת שלוש, מאבדת כל שמץ של ריכוז בעודה מתחקה אחר עצם בגלל מפגש עם חזירים בשדה סמוך. "זה קשה כשכלבים לא רגילים לכל מיני דברים", מסבירה תומפסון.

כלבים נתפסים לתסכול. הם מתעייפים. הם מגיבים לרגשות של בעליהם. ואי אפשר לפרוס אותם בקנה מידה נרחב, מטבע הדברים. אין הרבה כלבים שאומנו היטב לזיהוי פצצות או מחלות, והם יקרים - עד 25 אלף דולר לאחד. לסקטור הביטחוני בארה"ב אין מספיק כלבים בשביל לענות על צורכיהן של הסוכנויות השונות, החל ברשות לביטחון בתעבורה (TSA) וברשויות האכיפה המקומית וכלה בצבא.

כאשר מדובר בכלבים שאומנו לזהות בעיות רפואיות, המצב מורכב יותר: לא זו בלבד שמספרם קטן, אלא שקשה גם למצוא להם מקום במתקנים רפואיים. למרות כל הממצאים המדהימים מהשנים האחרונות - 100%-90% הצלחה בזיהוי סרטן בשלבים מוקדמים - השימוש בכלבים כמסייעים לאבחון עדיין אינו נפוץ.

גידול קולטנים בתאי שמרים

שוב במעבדה ב-MIT, מרשין מוריד קופסה כחולה מאחד המדפים. בתוכה יש ערבוביה של חוטי חשמל ירוקים, כחולים ושחורים. היא נראית כמו אחת הקופסאות שלרובנו יש באיזשהו ארון, גדושה ומלאה כבלים ומתאמים למכשירים שכבר איבדנו או החלפנו מזמן. אבל לכמה מהחוטים האלה מחוברים כרטיסי פלסטיק לבנים, דומים לכרטיסי אשראי. זה ה-Nono-Nose החדש, בעיצוב שונה וקטן פי כמה מתיבת המתכת שבדקה דארפא.

בשנים האחרונות המשיך ז'אנג להתעסק בקולטני הריח שמשמשים את ה-Nano-Nose שלו ושל מרשין. וחשוב מזה: הוא הפסיק לגדל אותם בתאים עובריים, ומצא דרך להצמיח אותם במבחנה. עדיין לא קל לטפל בקולטנים, אבל הם יציבים יותר ונוחים יותר לשימוש מאשר אחיהם האורגניים. מרשין וז'אנג הצליחו גם להקטין את המעגלים המודפסים של ההתקן, כך שכיום אפשר להשתמש בו במפעל, כדי לרחרח מוצרים לצורך בקרת איכות, או בממגורה כדי לזהות ריח שעלול להעיד על כך שהתבואה מתקלקלת. מרשין וז'אנג אומרים שנכון לרגע זה, אין להם עניין להפוך את המחקר שלהם לפרויקט עסקי.

החברה היחידה שהייתה נועזת די הצורך לתכנן טכנולוגיה מסחרית המסתמכת על קולטני ריח - בעיצוב דומה לזה של ה-Nano-Nose - היא ארומיקס, חברת סטארט-אפ קטנה מעמק הסיליקון. במובנים מסוימים, ארומיקס שאפתנית אף יותר ממרשין וז'אנג. ה-Nano-Nose משתמש רק בכ-20 סוגי קולטנים, ומתכנן כל אף בהתאם לייעודו. ארומיקס, לעומת זאת, מעוניינת למקם את כל 400 קולטני הריח האנושיים על השבב שלה, EssenceChip: לוחית פלסטיק של 8 על 12 ס"מ.

כאשר הם נחשפים לריח, הקולטנים נכנסים לפעולה. איזה ריח יש לקוקה-קולה? ולשאנל 5? התשובה, כאמור, היא לא רק רשימה של מולקולות. "זה דפוס של תגובות קולטנים", אומר כריס הנסון, מייסד החברה. עד כה, הצליחה ארומיקס לייצג רק קומץ מ-400 הקולטנים. ההנחה היא שכאשר יתווספו עוד ועוד קולטנים, עיבוד הריח הדיגיטלי יהיה מפורט יותר.

"זה חלון לחוויה החושית האנושית", אומר הנסון. ואם כך, מדובר בחלון שברירי. ארומיקס מגדלת את הקולטנים שלה בתאי שמרים, והיא עבדה קשה כדי להציג מוצר בסיסי.

מרשין, מצדו, עדיין נבוך לנוכח חזותו המבולגנת של ה-Nano-Nose, אך תלתליו מתחילים לקפץ כשאנחנו מדברים על יישומיו האפשריים. נכון לעכשיו, מדובר בגלאי גרידא. אין לו יכולת לפענח את הנתונים שהוא אוסף. אבל מרשין וז'אנג רוצים שיהיה חכם - כמו כלב. וכאן נכנסים לתמונה יריביהם הפרוותיים מהסרטון, שמפליאים לזהות את נוכחותו של סרטן הערמונית. מתברר שמרשין לא רק מתחרה בכלבים, אלא גם משתף פעולה איתם.

מרשין מזמין אותי להתיישב על כס הכבוד במשרדו: כיסא עם ריפוד קטיפתי שחור, שעליו ישבה גם פלורין, כלבה שיודעת לזהות סימנים לסרטן הערמונית, כשבאה לבקר. פלורין ולוסי שייכות לקבוצה הבריטית "כלבי זיהוי רפואיים", שאימנה רבים מהכלבים שלמדו לזהות ריחות הקשורים לסוגי סרטן שונים.

מרשין וז'אנג מאמנים כיום מערכת בינה מלאכותית. כמה מהנתונים נאספו בידי הקבוצה הבריטית, ונוגעים לתגובותיהם של הכלבים לדגימות שתן ספציפיות - האם התריעו על נוכחות סרטן, כמה זמן השתהו לצד הדגימה וכן הלאה - ונתונים אחרים נאספו בידי מרשין וז'אנג. מרשין אומר שמאגרי הנתונים יעזרו להם לבחור את הקולטנים שיש להתקין ב-Nano-Nose. פריצת הדרך תתרחש ברגע שיעביר דגימות שתן ב-Nano-Nose ויתחיל לאסוף נתונים על תגובותיו. אז יוכל לבחון את שלושת מאגרי הנתונים ולחפש קורלציות. כל השתן כבר ממתין לו במעבדה, קפוא ומוכן לשימוש.

בסופו של דבר, הרעיון הוא להריץ מעין מבחן טיורינג, רק לריח - לחקות את התוצאות שהפיקו הכלבים עד שלא ניתן יהיה להבחין בין תגובותיו של ה- Nano-Nose לתגובות הכלבים. אם הכול יעלה יפה, ה- Nano יהיה יותר מאשר מתקן חישה. הוא יהיה לכלי אבחוני. ככל שמאגר הנתונים יהיה עשיר יותר, האף יהיה מוצלח יותר.

אלכסנדר  גרהם בל/ צילום : wikimedia Library and-Archives Canada
 אלכסנדר גרהם בל/ צילום : wikimedia Library and-Archives Canada

אף מלאכותי בכל סמארטפון

בסופו של דבר, מרשין רוצה לראות את ה-Nano-Nose כחלק מהטלפון הסלולרי. הוא מדמיין את השימוש שניתן יהיה לעשות בגרסה אינטימית כזו של ההתקן שלו - גרסה שצמודה לגוף בעליה במשך רוב שעות היממה, ואוספת מידע על בריאותו. בסופו של דבר, האף יוכל להתריע בפניכם שצריך לבדוק את השומה על הירך, להתריע מפני צניחת סוכר או לספר שהתחלתם להדיף את הריח שמבשר פרקינסון. ה-Nano-Nose יוכל להתלוות אליכם בכל מקום ולפקח עליכם כפי שאף רופא לא יוכל.

הרעיון מסחרר, אך גם מטריד. באיזו מידה נוכל לשלוט בנתוני פרופיל הריח שלנו? אם הטלפון שלכם מסוגל להריח אתכם, מה יוכלו לעשות התקנים אחרים? בעולם שיש בו חיישני ריח דיגיטלי שאפשר להטמין בכיס, חיישנים כאלה יימצאו ודאי בכל מקום - ממש כפי שקרה עם מצלמות וידיאו. אם מצבכם הגופני ומצב הרוח שלכם משאירים עקבות באוויר, אין ספק שיהיו עוד גורמים מלבדכם ומלבד הרופאה שלכם שישמחו לקרוא אותם. חברת הביטוח, לדוגמה.

מרשין אינו חושש ממדינת המעקב "הרחרוחית". בתור אדם שמוצף בגירויים דרך קבע, הוא חושש בעיקר מהיום שבו יתחילו התקנים לשלוח אלינו ריחות. "אני אתמוך בכל טכנולוגיה שתוכל להריח אותנו, אבל אסתייג מכל טכנולוגיה שרוצה שאנחנו נריח אותה", הוא אומר. "אל תיתן לטלפון להתחיל להכניס לך ריחות לראש. זה רעיון גרוע".

צרו איתנו קשר *5988