Alvás és orsó: hasonlóság a kutyák és az emberek alvásfüggő tanulási mechanizmusa között
Az ELTE TTK Etológia Tanszék valamint az MTA TTK kutatóinak tanulmánya azt vizsgálja, milyen eredményeket hoz a kutyák alvásfüggő tanulása, van-e különbség az egyes nemek között, illetve milyen összefüggések mutathatók ki a kutyák agyműködése és az úgynevezett alvási orsók között.
Hogyan működik a kutyaagy? A képalkotó eljárások terjedésével folyamatosan nő az érdeklődés az iránt, mi zajlik az ember „legjobb barátjának” fejében. Ennek ellenére sok olyan alapvető agyi funkció, ami más fajoknál már ismert, még mindig feltérképzetlen terület a kutyaagyban. Ezek közé tartozik az alvási orsó, ami – ellentétben azzal, ami miatt Csipkerózsika hosszú álomba zuhant – rövid (0,5-5 mp-es), ritmikus, fokozatosan növekvő, majd csökkenő amplitúdójú, orsó alakú EEG hullámforma a lassú hullámú alvás során. Szerepe a tanulásban és az alvási stabilitásban régóta ismert emberek és rágcsálók esetében, de a kutyákat tekintve még abban sem volt megegyezés, hogy mi tekinthető alvási orsónak. Egy új magyar tanulmány azonban feltárta, hogy a kutyák alvási orsói sokkal hasonlóbbak az emberéhez, mint azt korábban feltételezték. Akárcsak az embereknél, a jobb tanulási képességű kutyák alvási EEG görbéjében is gyakrabban jelennek meg orsók. Különbség van a nemek között is: a szukák ügyesebbek voltak a kapott feladatban, és ezzel párhuzamosan több orsót azonosított EEG görbéjükben az erre specializált algoritmus.
„Amit az alvási orsókról tudunk, azt embereken és rágcsálókon végzett kutatásokon alapszik. De egyáltalán nem triviális kérdés az, hogy mennyire univerzális a jelenség. A madaraknak például nincs alvási orsójuk, holott az agyuk felépítése alapján elvileg lehetne.” – mondja Ivaylo Iotchev, a Scientific Reports-ban megjelent tanulmány első szerzője, aki Németországból érkezett doktorandusz az ELTE Etológia Tanszékén. Kis Anna, az MTA TTK munkatársa hozzáteszi: „Az emlősök közül találtak már alvási orsót macskánál, kutyánál, lajhárnál, oposszumnál, patkányoknál, egereknél és embereknél, de csak az utóbbi három fajnál ismerjük az előfordulási gyakoriságokat és a funkciót.” Az egereknél és a rágcsálóknál is hasonló lefutású az orsó: 9-16 hullám másodpercenként. Más fajoknál csak 10 Hz-esre becsülik a belső frekvenciát (vagyis a hullámok számát másodpercenként).
A kutyáknál a becslések rendkívül eltérőek a frekvenciát tekintve: 2-5 Hz-től 12-16 Hz-ig terjednek. „Háromféle frekvenciabeállítással alvási orsókat kerestünk kutyák alvási EEG-jében, és teszteltük, hogy melyik módszerrel függenek össze a detektált hullámok a tanulási képességgel, hasonlóan ahhoz, ahogyan ez emberekben és rágcsálókban történik.” – magyarázza Gilles van Luijtelaar, a talamikus oszcillációk szakértője (a talamusz a köztiagy legnagyobb régiója, az agykéreg és a kéreg alatti központok átkapcsolásában van fontos szerepe, az alvási orsók forrása). Kis Anna hozzátette: „A vizsgálathoz egy korábbi adatsort használtunk, amiben háromszor gyűjtöttünk EEG jeleket ugyanazoktól a kutyáktól. Először akkor, amikor hozzászoktak az elektródákhoz, amiket vízzel lemosható ragasztóval rögzítünk a fejükön és a testükön. A másik két alkalommal pedig az után, hogy ismert feladatokat kellett végrehajtaniuk (kontroll helyzet), illetve új (angol) vezényszavak tanulásakor (tanulási helyzet).” Kubinyi Enikő, a kutatás vezetője így foglalta össze az eredményeket: „Mi is meglepődtünk, amikor kiderült, hogy a tanulási sikert leginkább olyan hullámok előfordulása prediktálta, amelyek az emberéhez hasonlóak. És akárcsak az embereknél, ez sokkal gyakoribb a női nemben. A szuka kutyák sikeresebbek is voltak a tanulási feladatban a kanoknál.”
A kutatás a Szenior Családi Kutya Program része, amiben kutyák elméjének öregedését vizsgálják, az Európai Kutatási Tanács finanszírozásában. „Ezek az eredmények új távlatokat nyitnak számunkra, hiszen az orsók előfordulása, amplitúdója, hossza és frekvenciája eltér az egészségesen és a patológiásan öregedő embereknél.”- vonja le a következtetést Iotchev. „Az állatorvosok számára jól ismert az EEG módszertana, bár egyelőre ritkán alkalmazzák. Hasznosabbá válhat számukra, ha egyre jobban azonosítjuk és mérjük az olyan agyi jeleket, mint amilyen az alvási orsó”.
Eredeti közlemény: Scientific Reports: Iotchev, I. B., Kis, A., Bódizs, R., van Luijtelaarm G., Kubinyi, E. 2017. EEG Transients in the sigma range during non-rem sleep predict learning in dogs. Scientific Reports, 7, 12936(2017) doi: 10. 1038/s41598-017- 13278-3
