English below
Reference: Iotchev, I.B., Szabó, D., Kis, A., Kubinyi E. Possible association between spindle frequency and reversal-learning in aged family dogs. Sci Rep 10, 6505 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-63573-9
Magyar kutatók először írtak le állatokon az alvó agy aktivitása és a kognitív leépülés között összefüggést. Az EEG-vel mérhető “alvási orsók” megnövekedett frekvenciája, amit korábban embereknél a demencia megjelenésével hoztak kapcsolatba, kutyák esetén is rosszabb tanulási képességekkel jár.
A kevesebb néha az agyműködéssel kapcsolatban is több. Ritmikus agyi aktivitás esetén a magasabb frekvenciájú, vagyis adott idő alatt több hullámú rezgések megjelenése akár aggodalomra is okot adhat, például fokozott sejtpusztulásra utalhat az agyban. Alvási orsók esetén - ezek az alvás közben az agyról EEG segítségével készített felvételekben megfigyelhető mintázatok - a magasabb frekvencia akár a demencia megjelenését is előre jelezheti.
Az ELTE kutatóinak a Scientific Reports-ban megjelent közleménye elsőként mutatott ki az alvási orsók frekvenciája és a kognitív leépülés közti összefüggést kutyákon. „Korábban leírtuk, hogy az emberekhez hasonlóan az alvási orsók frekvenciája az életkor előrehaladtával kutyáknál is növekszik.” – mondja Dr. Kubinyi Enikő, a Szenior Családi Kutya Program vezetője. „Mivel az idős kutyák rosszabbul tanulnak, feltételeztük, hogy az orsók jellegzetességei a tanulási képességgel is összefüggenek.”
A kutatók 58 idős kutya gazdáját hívták be az Etológia Tanszékre, ahol a kutyáknak jutalomfalatokat kellett megkeresniük. A kutatók először azt vizsgálták, hogy képesek-e felidézni a kutyák, 5 rejtekhely közül melyikben van jutalom. A második feladat sokkal nehezebb volt. Például megtanulták a kutyák, hogy a jutalom két egyforma tányér közül mindig a jobb oldaliban van, majd a kutatók megcserélték a jutalom helyét. Az idős kutyák rendszerint rugalmatlanok és az efféle cseréhez nehezen alkalmazodnak. Ezután a kutyák az TTK KPI alváslaboratóriumában aludtak egyet. "Három hónap elteltével ismét felvettük ugyanezeket az adatokat, ami kétfajta összehasonlítást is lehetővé tett” – magyarázza Szabó Dóra, aki idős kutyák agyműködésének vizsgálatáról írja a doktori dolgozatát. „Egyrészt számszerűsíteni tudtuk az időben egymáshoz közel mért viselkedéses és alvási összefüggéseket, másrészt az is kiderült, hogy az eltelt időben történt-e változás.”
Ivaylo Iotchev, a kutyák alvási orsójának felismerésére képes algoritmus megalkotója némileg meglepődött az eredményeken: „Eddig csak egyetlen humán vizsgálat hozta összefüggésbe az alvási orsók frekvenciáját az időskori kognitív leépüléssel, demenciával. Ezért meglepődtem, hogy kutyáknál is ezt az eredményt találtuk.” A kutatók azt találták, hogy az orsók jellegzetességei közül kizárólag frekvenciája jelezte a kutyák tanulási feladatban nyújtott teljesítményét, de ez mind rövidtávon, mind 3 hónappal később megbízható mérőszámnak bizonyult. Dr. Kis Anna, a családi kutyákon végzett EEG kutatások egyik megalapítója kifejtette: „Tulajdonképpen érthető, hogy az alvási orsók frekvenciája hosszabb időn keresztül is változatlan, mivel ezt, ellentétben az orsók előfordulási gyakoriságával, nem befolyásolják az új élmények, információk.”
A szerzők azonban óvatosak az eredmények értelmezésével. Az alvási orsók frekvenciája csak a tanulási teljesítménnyel fügött össze, a memóriával nem. „Talán azért, mert a tesztek eltérő nehézségűek voltak. Érdemes még ezt a jelenséget alaposabban megvizsgálni, és akkor kiderül, mennyire megbízható az, amit most találtunk.” – veti fel Dr. Kubinyi Enikő. „Az eredmények mégis jelentősek, mert tudomásunk szerint először sikerült állatokon is leírni alvási orsón alapuló kognitív öregedési markert.” Ez a marker az alvási orsók megnövekedett frekvenciája, amit korábban embereknél a demencia megjelenésével hoztak kapcsolatba. Az új vizsgálat szerint nem csak embereknél, hanem a kutyáknál is rosszabb tanulási képességekkel jár, így előre jelezheti a kognitív hanyatlást.
A kutatók videót is készítettek, amiben az alvási orsók is láthatók.
A kevesebb néha az agyműködéssel kapcsolatban is több. Ritmikus agyi aktivitás esetén a magasabb frekvenciájú, vagyis adott idő alatt több hullámú rezgések megjelenése akár aggodalomra is okot adhat, például fokozott sejtpusztulásra utalhat az agyban. Alvási orsók esetén - ezek az alvás közben az agyról EEG segítségével készített felvételekben megfigyelhető mintázatok - a magasabb frekvencia akár a demencia megjelenését is előre jelezheti.
Az ELTE kutatóinak a Scientific Reports-ban megjelent közleménye elsőként mutatott ki az alvási orsók frekvenciája és a kognitív leépülés közti összefüggést kutyákon. „Korábban leírtuk, hogy az emberekhez hasonlóan az alvási orsók frekvenciája az életkor előrehaladtával kutyáknál is növekszik.” – mondja Dr. Kubinyi Enikő, a Szenior Családi Kutya Program vezetője. „Mivel az idős kutyák rosszabbul tanulnak, feltételeztük, hogy az orsók jellegzetességei a tanulási képességgel is összefüggenek.”
A kutatók 58 idős kutya gazdáját hívták be az Etológia Tanszékre, ahol a kutyáknak jutalomfalatokat kellett megkeresniük. A kutatók először azt vizsgálták, hogy képesek-e felidézni a kutyák, 5 rejtekhely közül melyikben van jutalom. A második feladat sokkal nehezebb volt. Például megtanulták a kutyák, hogy a jutalom két egyforma tányér közül mindig a jobb oldaliban van, majd a kutatók megcserélték a jutalom helyét. Az idős kutyák rendszerint rugalmatlanok és az efféle cseréhez nehezen alkalmazodnak. Ezután a kutyák az TTK KPI alváslaboratóriumában aludtak egyet. "Három hónap elteltével ismét felvettük ugyanezeket az adatokat, ami kétfajta összehasonlítást is lehetővé tett” – magyarázza Szabó Dóra, aki idős kutyák agyműködésének vizsgálatáról írja a doktori dolgozatát. „Egyrészt számszerűsíteni tudtuk az időben egymáshoz közel mért viselkedéses és alvási összefüggéseket, másrészt az is kiderült, hogy az eltelt időben történt-e változás.”
Ivaylo Iotchev, a kutyák alvási orsójának felismerésére képes algoritmus megalkotója némileg meglepődött az eredményeken: „Eddig csak egyetlen humán vizsgálat hozta összefüggésbe az alvási orsók frekvenciáját az időskori kognitív leépüléssel, demenciával. Ezért meglepődtem, hogy kutyáknál is ezt az eredményt találtuk.” A kutatók azt találták, hogy az orsók jellegzetességei közül kizárólag frekvenciája jelezte a kutyák tanulási feladatban nyújtott teljesítményét, de ez mind rövidtávon, mind 3 hónappal később megbízható mérőszámnak bizonyult. Dr. Kis Anna, a családi kutyákon végzett EEG kutatások egyik megalapítója kifejtette: „Tulajdonképpen érthető, hogy az alvási orsók frekvenciája hosszabb időn keresztül is változatlan, mivel ezt, ellentétben az orsók előfordulási gyakoriságával, nem befolyásolják az új élmények, információk.”
A szerzők azonban óvatosak az eredmények értelmezésével. Az alvási orsók frekvenciája csak a tanulási teljesítménnyel fügött össze, a memóriával nem. „Talán azért, mert a tesztek eltérő nehézségűek voltak. Érdemes még ezt a jelenséget alaposabban megvizsgálni, és akkor kiderül, mennyire megbízható az, amit most találtunk.” – veti fel Dr. Kubinyi Enikő. „Az eredmények mégis jelentősek, mert tudomásunk szerint először sikerült állatokon is leírni alvási orsón alapuló kognitív öregedési markert.” Ez a marker az alvási orsók megnövekedett frekvenciája, amit korábban embereknél a demencia megjelenésével hoztak kapcsolatba. Az új vizsgálat szerint nem csak embereknél, hanem a kutyáknál is rosszabb tanulási képességekkel jár, így előre jelezheti a kognitív hanyatlást.
A kutatók videót is készítettek, amiben az alvási orsók is láthatók.
The activity of the sleeping brain can indicate learning performance decline
High fast seep spindle frequency in dogs is characteristic of both aging and learning performance decline according to new research on pet dogs.
In the brain,
less is sometimes more. As far as rhythmic activity is concerned, higher
frequencies (i.e. more waves/second) are often alarming. In populations of dopaminergic
cells, for example, they appear as a compensatory response when cell-death is prevalent.
With regard to sleep spindles – brief patterns observed in EEG recordings of the
sleeping brain, higher instantaneous frequencies have been shown to foreshadow
dementia.
In a new study released in Scientific Reports by researchers from the Eötvös Loránd University in
Budapest, Hungary, a direct association between spindling frequency and
cognitive decline was demonstrated for the first time in dogs. “We had already
confirmed, that in dogs, like humans, older individuals display spindles with
on average higher intrinsic frequencies,” noted Dr. Enikő Kubinyi, group leader
of the Senior Family Dog Project, focusing on cognitive aging in dogs, “as yet, it remained an open
question which age-related changes in spindling are also biomarkers of cognitive
aging.”
“We compared
behavioral data from two types of learning task with spindle activity obtained
from the same animals’ EEG recordings. We tested the memory and the learning performance of 58 family dogs, who also slept in a sleeping laboratory a few weeks later, while their brain activity was recorded with EEG.” explained Dóra Szabó which had been
developing and comparing different paradigms for testing old dogs’ learning
abilities, “behavior and EEG were measured twice, with at least 3 months
distance between the first and second measurement of each, allowing us to make
two types of comparison. Firstly, we were able to test if relatively close in
time measures of spindle activity and learning performance correlate, and
secondly, if changes in behavior from the first to the second measurement are
mirrored by changes in spindling.”
 |
| Short-term memory task |
Ivaylo
Iotchev, who had developed a spindle detection algorithm for dogs in 2017 was partly
surprised by the results “that spindle frequency increases with age was long
known and at least one study revealed a connection with dementia in humans, but
this is not as well replicated as the aging-associated decline in spindle
amplitude and occurrence.” As yet, the authors found that frequency was the
only factor to predict the dogs’ performance on a reversal-learning task, both
when task performance and spindle frequency were compared directly and when
changes between the first and second measurement of each variable were
compared. Dr. Anna Kis, one of the founding mothers of non-invasive dog EEG
studies in Budapest, elaborates “Spindle occurrence is usually compared with
memory performance on the same day, thus we are not as surprised that spindle
counts showed no association with behavior in our set-up. Spindle frequency can
also be expected to be more stable across longer periods of time, because
unlike spindle occurrence, it is not affected by exposure to novel information,
i.e. day to day experience.”
The authors
did raise some notes of caution, too. “The associations between frequency and
reversal learning differed significantly between two versions of this task,
which might have been caused by differences in difficulty between the two
conditions. This raises the need for further exploration,” stated Dr. Kubinyi.
“As yet, we are excited to report the first to our knowledge cross-species
replication concerning a spindle-derived marker of cognitive aging. High
spindle frequency, associated with dementia onset risk in humans has now been
shown to correlate with worse reversal learning in the dog. While in each
species replications will be needed to solidify this effect, this is exciting
in light of dogs’ importance as translational models for human aging.”
 |
| Sleep spindle properties |
The researchers made a video as well.
