Néha mit nem adna az ember, ha beleláthatna barátai, kollégái, ellenségei fejébe… A modern képalkotó eljárások révén már nem is állunk olyan messze attól, hogy – ha nem is magáncélból, de tudományos kutatások kapcsán – valóban belekukkantsunk mások gondolataiba, érzéseibe. Vajon sikerülhet-e ugyanez h?séges társaink esetében is, és ha igen, mit tanulhatunk bel?le róluk és magunkról?

Manapság a viselkedést?l az agyi folyamatokig igen sokféle szinten kutathatjuk az ember és az állatok érzéseit, gondolatait. Mi ebben az új? – kérdezhetnék a neurobiológiában jártas érdekl?d?k, hiszen már évtizedek óta végeznek vizsgálatokat csibék, patkányok, majmok agym?ködésér?l. Az érzékenyebb lelk? olvasókat megkímélve a részletes leírástól, annyit azért el kell árulnunk, hogy ezen kutatások gyakorlati kivitelezése leginkább az agyba ültetett elektródák jeleinek kiértékelésén alapult, illet?leg az agy egyes területeinek léziója során elveszett funkciók feltárása volt a cél. A családi kutyák szociális és gondolkodási képességeinek tanulmányozására ez az út nyilvánvalóan járhatatlan.

Pedig az utóbbi évek kutatásai igazolták, hogy a kutyák sok szempontból hasonlóan gondolkodnak, viselkednek, mint mi, illetve mint a kicsi gyerekek, így amellett, hogy saját jogon is izgalmas alanyok, egyes humán agyi m?ködések modellezésére is alkalmasak lehetnek. A hazai és külföldi etológiai kutatások sikere logikusan vezetett a háttérben zajló neurális folyamatok feltárásának igényéhez, azaz ha már tudjuk, hogy egyes helyzetekben hogyan viselkednek, mire képesek a kutyák, akkor arra is kíváncsiak vagyunk, milyen agyi mechanizmusok játszanak szerepet e fejlett képességek szervezésében. A modern képalkotó eljárások, különösen a funkcionális MRI (fMRI) humán kutatásokban megfigyelhet? térhódítása teremtette meg a lehet?ségét annak, hogy a kutyák egyes képességeinek hátterében álló idegi folyamatokat is tanulmányozzuk.

A funkcionális MRI (Magnetic Resonance Imaging) a mágneses rezonanciás képalkotás egy fajtája, amely lehet?vé teszi egyes gondolkodási képességek és érzelmi reakciók neurológiai hátterének megismerését. A funkcionális szó arra utal, hogy az eljárással egy agyterület m?ködése vizsgálható, illetve segítségével beazonosíthatók az adott inger feldolgozásáért felel?s agyterületek (szemben az orvosi gyakorlatban alkalmazott diagnosztikai célú, strukturális MRI vizsgálatokkal).. A képalkotó technika lényege, hogy az épp aktív idegsejtek oxigént használnak fel, az oxigénigény változása pedig kihat az adott agyterület vérellátására, a készülék pedig képes észlelni az oxigénben dús és szegény vér mágneses érzékenysége közti eltéréseket, és ebb?l megállapítani a lokális aktivitások helyét. A tudományos kutatások szempontjából kulcsfontosságú, hogy az eljárásnak nincs ismert károsító hatása.

Új módszer kidolgozása

Szinte reménytelen éber, nem rögzített állatokkal fMRI vizsgálatot végezni, mert az alanynak 7-8 percen át teljesen mozdulatlanul kell feküdnie a szkennerben, ami még egy feln?tt embernek sem könny?, így a humán vizsgálatokban is alkalmaznak némi rögzítést. Állatokon végzett kutatásoknál a kábítás vagy a drasztikus rögzítés a szokásos eljárás. A kábítás nyilvánvaló hátránya azonban, hogy számos olyan agyi aktivitás mérésére nincs lehet?ség, mely az éber állat viselkedésének hátterében rejlik, illetve, hogy kimutathatóan csökken az agykérgi aktiváció mértéke, így ugyanarra az ingerre gyengébb, esetleg módosult idegi választ kapunk, mint egy teljesen éber alany esetében. Az állat stabil rögzítése pedig nem csupán állatvédelmi szempontból aggályos, de az állat frusztrációja feltehet?en a neurális m?ködést is befolyásolja. Mivel esetünkben sem a kábítás, sem pedig a fájdalmat és stresszt okozó rögzítés nem jöhetett szóba, kutatócsoportunk egy teljesen új módszert dolgozott ki, melynek lényege, hogy önként jelentkez? gazdák családi kutyáit a vizsgálat el?tt egy speciális program szerint tréningezzük.

Célunk az volt, hogy a kutyák gazdájuk jelenlétében 7-8 percig az emberekhez hasonló módon, azaz éber állapotban, rögzítés és kábítás nélkül, nyugodtan és mozdulatlanul feküdjenek az MRI készülékben. Ehhez nyilvánvalóan meg kell nyernünk az önkéntes együttm?ködésüket. A néhány hónapos tréningprogram több részb?l áll: a kutyát el?ször jutalmazással arra tanítjuk, hogy fejét el?renyújtva mozdulatlanul feküdjön, majd meg kell gy?znünk arról, hogy ne aggódjon az MRI-berendezés által keltett zaj és enyhe rezgés miatt. Sem póráz, sem nyakörv nincs rajta, csupán a pozitív meger?sítésre, illetve a gazda és a kiképz? rábeszél? készségére, az ember és kutya között korábban kiépült bizalomra alapozunk. A tréning nemcsak kondicionálásra épül, hanem szociális tanuláson alapuló módszereket is használunk (ahogy egy kisgyerek meggy?zése során is tennénk). Kés?bb sem kényszerítjük a kutyákat semmilyen módon a teszthelyzetbe, bármikor kibújhatnak a szkennerb?l, amikor csak akarnak.

Kutatócsoportunk el?ször 2008-ban számolt be a tudományos világnak két tréningezett kutyán végzett éber fMRI vizsgálatról, de akkor még inkább csak kerestük a módszerben rejl? lehet?ségeket. Nem csupán a kutyák szelíd meggy?zésének technikáját kellett kidolgoznunk, hanem az emberénél jóval kisebb – és némileg eltér?en „összeszerelt” – kutyaagy m?ködésének mérésére alkalmas beállításokat és a kiértékelés módszertanát is. Közben nemrégiben egy amerikai kutatócsoport adott hírt családi kutyán végzett éber fMRI vizsgálatokról, és bár az ? módszereik kevésbé megbízható eredményekhez vezettek (a két vizsgált kutya egyszerre csak rövid ideig tartotta a fejét a tekercsben, így több mérésb?l kellett összerakniuk egy tesztet és egyedileg értékelni a kutyákat), ráébredtünk: ha nem akarunk hátrányba kerülni, egy ilyen forradalmian új területen nem várhatunk addig, míg minden tekintetben tökéletesen elégedettek leszünk az alkalmazott megoldásokkal. A mi kutatásaink egyik er?ssége, hogy nagyobb elemszámú minta tesztelésén alapul, tehát csoportszint? elemzést tesz lehet?vé. Megközelítési módszerünk másik különlegessége az összehasonlító jelleg – azaz hogy ugyanazon ingerek hatását embereken és kutyákon is megvizsgáljuk.

Hogyan fogalmazzunk kérdéseket az agynak?

Amikor embereken végeznek fMRI vizsgálatokat, a kutatók számos jól bevált módszer közül válogathatnak az ingerek prezentálására: képeket, filmeket vetíthetnek, hangokat játszhatnak le, akár illatanyagokat is bejuttathatnak az orrba. Arra is van lehet?ség, hogy az agyi aktivitás mérését összekapcsolják a közvetlen válaszadással, mert az alany egy gomb megnyomásával teszt közben is jelezheti a helyes választ, a megfelel? pillanatot. Kutyák esetében viszont minden technikai megoldást újra ki kell találni, mert más a testfelépítésük (még a fülhallgató sem könnyen illeszkedik a fejükre), másképp fekszenek a szkennerben (az emberek hanyatt, a kutyák hason), és persze nem könny? nekik elmagyarázni, hogy bár hosszú perceket kell szoborrá merevedve tölteniük, azért ne aludjanak el (bár ez a baleset állítólag az emberekkel is gyakran megesik).

A kutyák mérési eredményeit az emberen is alkalmazott alapvet? elv szerint elemezzük, azaz a bemutatott ingerek hatására létrejöv? változásokból következtetünk az érintett agyi területek hollétére. Nyilvánvaló tehát, hogy az fMRI eredménye nem azt árulja el, hogy pontosan mire is gondol az agy gazdája, csak arról ad információt, hogy az adott inger mely agyterületet aktiválja és milyen mértékben. A komparatív megközelítés különlegessége pedig abban rejlik, hogy lehet?séget teremt a két faj egyedeire jellemz? neurális válaszok helyének és mértékének egybevetésére.

Els? vizsgálatainknál két okból is akusztikus ingerek alkalmazása mellett döntöttünk. Egyrészt a kutya és ember kivételes együttélése ugyanabban a társas környezetben (a háziasítás több tízezer éve, plusz az egyedfejl?dési tapasztalatok) különleges lehet?séget nyújt arra, hogy egy másik fajhoz tartozó, ám mégis fontos szociális partner akusztikus kommunikációjának hatását elemezzük. Ritka jelenség ugyanis, hogy két leszármazásilag ilyen távol álló faj érzelemkifejez? hangjai ennyire jelent?sek legyenek a másik számára. Másrészt a tanszéki kutatások úttör? szerepet játszottak a kutyák vokalizációjának tudományos igény? feltárása terén (nem összetévesztend? a csodás „kutyaugatás-fordító” készülékekr?l szóló szenzációhajhász híradásokkal), és az elemzések eredményei mellett kutyahangok széles skálája is rendelkezésünkre áll mint ingeranyag.

Gyakran hallhatjuk, hogy a kutyák milyen sokat megértenek abból, amit mondunk nekik – még ha er?sen megoszlik is a gazdák és szakért?k véleménye arról, hogy a szavak jelentése vagy inkább a hangsúly, a hangmagasság és egyéb nem nyelvi tényez?k segítenek abban, hogy a kutyák reakciója valamiféle „megértésr?l” tanúskodjon (hiszen az életben és az etológiai tesztekben is csupán a megfigyelhet? viselkedésb?l tudunk következtetni arra, mi járhat a kutya fejében). Azonban ha azt a kérdést feszegetjük, vajon mi, emberek mennyire értjük meg a kutya „beszédét”, már több tudományos ismeret áll rendelkezésre. Kérd?íves felmérések például arról tanúskodnak, hogy az emberek valóban különbséget tudnak tenni különböz? helyzetekben (játék el?tt, kikötve, ház?rzéskor, stb.) felvett, így feltehet?en eltér? érzelmi állapotot tükröz? ugatások között. (Lásd Sokatmondó és bosszantó ugatások c. cikkünket a 2013/4. számban)

De vajon érzelmeit szavak nélkül kifejez? társunk hangjainak mely akusztikus jellemz?i segítik leginkább a megértést? Képesek vagyunk-e értelmezni az ugatás mellett a nyüszítés, morgás és más kutyahangok üzenetét is (hiszen morgás jelleg? hangokat nem csupán dühében adhat ki a kutya, hanem például kunyeráláskor is). És vajon kutyáink agya is hasonló szabályok mentén értékeli a mi nem nyelvi vokalizációnkat, ha ki akarja olvasni érzelmeinket?

Épp fMRI vizsgálatok igazolták, hogy az emberi agyban speciális mechanizmusok segítik a csak ránk, emberekre jellemz? hangok felismerését, illetve azok érzelmi töltésének érzékelését. Ám elég keveset tudunk e képességünk evolúciós eredetér?l, mert pár f?eml?sön végzett kutatástól eltekintve még nem vizsgálták az olyan hangadásokra épül? neurális mechanizmusokat, amelyek a fajon belüli és fajok közti felismerést és megértést szolgálják. Ezért els? vizsgálatainkban – az új módszertani megoldások fejlesztése és tesztelése mellett – a vokalizációra érzékeny agykérgi területek evolúciójának és szociális megismerésben betöltött szerepének megértéséhez próbálunk egy lépéssel közelebb kerülni.

Az agy válaszol (csak meg kell fejteni)

Etológusként a viselkedési tesztek végeztével a szokásos eljárás, hogy ízekre szedjük a megfigyelhet? magatartásmintázatot, és a tudományos kérdés jellegét?l függ?en elemezzük az egyes elemek el?fordulásának gyakoriságát, id?tartamát, sorrendjét, stb. Tehát például ha arra vagyunk kíváncsiak, megérti-e a kutya a gazda szavaiban rejl? „üzenetet”, olyan helyzetet kell teremtenünk, amelyben a kutya viselkedési válaszából nagy valószín?séggel következtethetünk arra, mi játszódhatott le az elméjében. Ez nem könny?, de többnyire megoldható feladat. Szinte lehetetlen azonban megbízható kísérleti módszert kidolgozni olyan tudományos kérdések megválaszolására, amelyeket embereknél kérd?ívekkel oldunk meg – például hogy hogyan értékeli 100 különféle hang érzelmi töltését. Úgy t?nik, a jöv?ben ilyenkor a viselkedéses tesztek helyét átveheti az fMRI.

A neurális vizsgálatok kiértékelése viszont meglehet?sen komplex folyamat, mert az fMRI az agyról nem egyfajta térbeli filmfelvételt hoz létre, hanem inkább sorozatképeket készít pár másodpercenként, amelyek bonyolult feldolgozás során állnak össze értelmezhet? adatokká. Ráadásul az emberi agyak sem teljesen egyformák, kutyák esetében pedig (gondoljunk csak különböz? fajtáknál a fej méretére és arányaira) fokozottan szembesülünk ezzel a problémával. Így nem egyszer? eldönteni, miként válasszuk meg a viszonyítási alapul szolgáló „mintaagyat”, illetve hogyan lehet a csoportszint? elemzésnél kiküszöbölni az egyedi agyak eltéréseib?l ered? hatásokat. Az embereken már bevált módszereket Andics Attila kollégánk igazította az újszer? összehasonlító vizsgálat igényeihez, amíg azok adaptálhatóvá nem váltak a kutyaagy, illetve kutyák neurális reakcióinak elemzésére.

Bár az fMRI sem csodafegyver és nem alkalmas gondolatolvasásra, reményeink szerint összehasonlító vizsgálataink általánosságban is segíthetnek megérteni a vokalizációra érzékeny agykérgi területek evolúcióját és szociális megismerésben betöltött szerepét. A kutyákon végzett tesztek módszertanának továbbfejlesztésével (vizuális és szagingerek bevezetése) pedig egyre több információhoz juthatunk a viselkedéskutatás által már feltárt kutya-ember, illetve kutya-gyerek hasonlóságok hátterében álló neurológiai folyamatokról is.