A cikk a Qubit számára íródott.
Közel három évtizede foglalkozunk azzal az ELTE Etológia Tanszéken, hogy hogyan gondolkodnak a kutyák. Ma már nem csak a viselkedésükből következtethetünk erre, hanem az agyi aktivitásuk vizsgálatából is. Az fMRI (funkcionális mágneses rezonancia képalkotás) segítségével megjelölhető, vizualizálható, hogy melyik agyterületek aktívak, miközben a kutya a környezetből érkező ingerekre reagál. Így beazonosíthatjuk, melyek azok az agyi folyamatok, amelyek a kutya tanulását és emlékezetét befolyásolják. Ez hozzájárulhat jobb kiképzési módszerek kialakításához, de egyben arról is információt nyerhetünk, hogy az evolúció során milyen lépések vezettek el az emberi agyműködés kialakulásához.
Az fMRI vizsgálatokhoz arra van szükség, hogy a vizsgált alany percekig mozdulatlanul feküdjön egy szűk csőben, fülvédőt viselve a zaj ellen. A Qubit olvasóinak talán nem újdonság, hogy kutyák is megtaníthatók erre, félévnyi tanulás után lelkesen, önként hasalnak az MR készülékben. De aki most hall erről először, annak érdekes lehet, hogy munkahelyünk, az ELTE Etológia Tanszék élen járt a kutya fMRI mérések módszertanának kidolgozásában. Kollégáink már a 2008-as budapesti Canine Science Forum-on bemutatták két kutya adatait, akikkel évek óta jártak a Kaposvári Egyetem MR készülékéhez mérésekre. A kiképzési módszertant Gácsi Márta dolgozta ki, aki sokat tett a magyarországi segítőkutya-képzés bevezetéséért is. Sok módszert onnan vett át, kiegészítve az etológiai kutatások révén megismert, társas késztetésen alapuló rivális tréninggel, amikor a tanuló egy már képzett kutya munkáját látva és az azért bezsebelt dicséretet áhítva erősen motivált a feladat megtanulására. Az fMRI tréning eredményeként a képzett kutya 8 percen át képes (és szeretne!) mozdulatlanul feküdni az MR szkennerben, a várható sok-sok simogatásért és jutalomfalatért cserébe. Az utóbbi években számos publikáció jelent meg kutya fMRI témakörben, Andics Attila vezetésével. Ezekben általában hangokat játszottak le az állatoknak és azt vizsgálták, hogy a hangok agyi feldolgozása során melyik agyterületek aktiválódnak.
Hálózatok nyugalmi állapotban
Az agyi aktivitás jeleit általában egy anatómiai atlaszra vetítjük és így határozzuk meg, pontosan melyik agyi régió érintett. Probléma ugyanakkor, hogy a funkcionális aktivitások szabálytalanok, nem feltétlenül követik az anatómiailag kijelölt szabályos határokat. Vannak olyan területek, amik általában együtt vesznek részt bizonyos ingerek feldolgozásában, tehát szinkronban működnek, szakszóval funkcionális agyi hálózatot alkotnak. Elhatároztuk, hogy készítünk egy olyan kutyaagy-atlaszt, amely az anatómiai régiókat funkcionális hálózatokba rendszerezve mutatja meg azt, hogy melyek tartoznak egy feladattípushoz, és egyúttal szemlélteti is ezek elhelyezkedését. Ebben Czeibert Kálmán állatorvos, neuroanatómus volt segítségünkre.
Az effajta mérést resting state (nyugalmi állapotú) fMRI-nek, röviden rs-fMRI-nek nevezzük. Az rs-fMRI során tehát úgy vizsgáljuk agy aktivitását, hogy közben a vizsgált alany nem végez semmilyen aktív tevékenységet, nem koncentrál semmire, úgymond “alapállapotban” van. A mérés által kapott adatokból kiderül, hogy milyen agyterületek állnak egymással funkcionális kapcsolatban, melyek között a legszorosabb az összeköttetés. A rs-fMRI tehát lehetővé teszi az agyi hálózatok és kapcsolatok vizsgálatát.
Új atlasz a kutyaagy-kutatóknak
Az atlasz elkészítéséhez 33 tréningezett családi kutyát vontunk be a vizsgálatba. Az fMRI felvétel elkészítése alatt a kutyák nem kaptak semmilyen feladatot azon kívül, hogy mozdulatlanul feküdjenek.
A funkcionális atlasz felépítésének korábbi, statisztikai megközelítésű módszertanát továbbfejlesztettük, integrálva a hálózattudomány több elméletét Janosov Milán, a CEU hálózatkutatója segítségével. A négy évvel korábban közölt munkánk során csupán az anatómiai határoktól független, modell alapú hálózatokat tudtuk leírni. Mostanra viszont már rendelkezésünkre állnak olyan MRI agyatlaszok, ahol az anatómiai régiókat megfelelő felbontásban ábrázolták, észlelhetővé vált a szürke és fehérállomány közti határ. Így lehetőség nyílt a hálózat tagjai vagy a hálózatok közötti kapcsolatok erősségének vizsgálatára, sőt, megfelelő elemszám esetén akár fajok összehasonlítására is.
Más terület domináns a kutyák agyában, mint az embereknél
A kutatás eredményei szerint a kutyák agyában kisebb a szerepe a problémamegoldásban, feladatok közötti váltásban, célvezérelt viselkedésben meghatározó, a homloklebeny oldalsó részén elhelyezkedő (frontoparietális) hálózatoknak, mint az ember esetében. Helyettük a központi szerepet az ún. cinguláris kéreg tölti be, ami a kétoldali nagyagykéreg belső, egymás felé tekintő részén elhelyezkedő páros képlet. Számos létfontosságú folyamatban vesz részt, kapcsolatban áll a jutalomközpontokkal és az érzelmeket szabályozó régiókkal is. A kutyák cinguláris kérge arányaiban nagyobb, mint az emberé.
A cinguláris kéreg (piros színnel) az fMRI vizsgálatokra kiképzett Barney nevű golden retriever agyában
Az öregedés hatása
Méréseinkben különböző életkorú kutyák vettek részt, a legidősebbek 14 évesek voltak. Ahogy említettük, a méréshez a kutyáknak mozdulatlanul kell feküdni, és ezt természetesen egy publikációban igazolni is kell. Az adatokból kiderült, hogy az idősebb kutyák kicsit kevésbé képesek tartani a kezdeti pozíciójukat. De csak egészen kicsivel, hiszen még náluk is 0,4 mm-nél kisebb volt a fej elmozdulása. Ebben egyébként hasonlítanak hozzánk, hiszen az idős embereknek is kevésbé sikerül fenntartaniuk a mozdulatlanságot hosszú perceken át, mint a fiataloknak.
Szabó Dóra (j), a tanulmány vezető szerzője és Báji Rita (b) kiképző Kamillával, a kutatásban részt vett egyik legidősebb kutyával, rs-fMRI mérés után
Köszönet a gazdáknak
Vizsgálatunk bepillantást enged az emberi agy evolúciójába, felveti, hogy az emlősök agyfejlődése során a cinguláris kéreg szerepét részben a frontoparietális régiók vették át. Emellett az új rs-fMRI agyatlasz elősegítheti az olyan jelenségek vizsgálatát is, amelyeknél sérül az agyterületek közötti együttműködés, és ezáltal nem működik megfelelően a feladatmegosztás. Ilyenek például az öregedés, a szorongás és a pszichiátriai zavarok.
A kutatás a Brain Structure and Function című lapban jelent meg. A támogatók között szeretnénk kiemelni az MTA Magyar Tudományos Lendület, valamint Nemzeti Agykutatási Programját és a gazdákat, akik elkötelezett segítőink, éveken át részt vesznek a kutyájukkal az fMRI kiképzésben és mérésekben.
Szerzők: Kubinyi Enikő, Szabó Dóra, ELTE Etológia tanszék
Eredeti cikk: Szabó, D., Janosov, M., Czeibert, K. et al. Central nodes of canine functional brain networks are concentrated in the cingulate gyrus. Brain Struct Funct (2023). https://doi.org/10.1007/s00429-023-02625-y
