Alvó kutyák és a tanulás – újabb magyar tudományos felfedezés

Magyar viselkedéskutatók mutatták ki a világon először, hogy a tanulás jelentős mértékben befolyásolja a kutyák alvás alatti agytevékenységét. A Magyar Tudományos Akadémia, az Eötvös Loránd Tudományegyetem és a Semmelweis Egyetem közös kutatása alapján most már kijelenthető, hogy az új ismerek rögzülése a kutyák agyában hasonlóképpen megy végbe, mint az emberekében. A kutatás tudományos elismertségét, jelentőségét mutatja, hogy a tanulmány a világ egyik legfontosabb szakfolyóiratában, a Nature kiadójának egyik lapjában, a Scientific Reportsban jelent meg.

Az alvás az emberi tevékenységek egyik legrejtélyesebbje, élettanáról rendkívül keveset tudunk, s a hiányos ismeretek még szembetűnőbbek, ha arra gondolunk, hogy életünk negyedét-harmadát töltjük alvással. Annyi azonban biztos, hogy az alvás elengedhetetlen szerepet játszik az emléknyomok hosszú távú rögzítésében. Bár kézenfekvő volna az alvás és a memória kapcsolatát állatokon vizsgálni – hiszen a hasonlóságok mellett a különbségek is sokat elmondhatnak az alvás és az emlékezőtehetség működéséről és evolúciójáról –, eddig csak néhány állat esetében kutatták az emlékek alvás alatti megerősödését, az úgynevezett memóriakonszolidációt. Előbb vizsgáltak egereket, patkányokat és meglepő módon méheket, mint főemlősöket. Erre mostanáig kellett várni, amikor is magyar kutatók a világon először publikálták eredményeiket arról, vajon mi történhet az alvó kutyák agyában új ismeretek elsajátítása után.

Korábban is sor került olyan kísérletre, amelyben a a Magyar Tudományos Akadémia Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézete (MTA KPI), az ELTE Etológia Tanszék és a Semmelweis Egyetem munkatársai alvó kutyák agytevékenységét vizsgálták, ám az akkori kutatás az új viselkedési információk megszerzése helyett még a teljesen új módszer kidolgozását célozta.

eeg

A kutatók ugyanis igyekeztek az emberi EEG-vizsgálatok módszeréhez minél inkább hasonló eljárást kidolgozni. Az emberi kutatásokban szereplőkhöz hasonló feladatokat próbáltak tehát adni a kutyáknak, és sérülést nem okozó, azaz noninvazív módon vizsgálni az agytevékenységüket. A nemrég kifejlesztett technika részletes leírása ezen a linken elérhető. Az ilyen módon rögzített agyhullámokból kideríthetővé vált, hogy a kutyák feldolgozzák-e, és ha igen, hogyan azokat az élményeket, amelyek közvetlenül alvás előtt érik őket. A memóriavizsgálatokban szereplő emberek rendszerint új szavakat tanulnak, ezért a kutyáknak is új vezényszavakat kellett elsajátítaniuk: az „Ül!” és a „Fekszik!” utasítások angol megfelelőit.

„Tizenöt olyan kutyával dolgoztunk, amelyek ismerték a magyar ül és fekszik vezényszavakat és a kézjeleket is. A tanulás első fázisában látták a kézjeleket, és eközben hallották a megfelelő angol vezényszavakat. Ezután elhagytuk a kézjeleket, és csak a számukra új vezényszavak maradtak. Ugyanezek a kutyák részt vettek egy kontrollpróbában is, amelyben minden ugyanúgy történt, csak a tanulás maradt ki (ekkor nem új, hanem a már ismert magyar vezényszavakat hallották) – nyilatkozta Kis Anna vezető kutató, a tanulmány első szerzője. – Az EEG-vizsgálat ugyanúgy zajlott, mint az embereknél. Az általunk használt úgynevezett skalpelektródák működéséhez nem szükséges leborotválni a kutyák szőrét, csak pasztával kell bekenni az érzékelőket, mely odaragasztja őket a kutya fejéhez, és biztosítja az elektromos jelek terjedést. Ezt a kísérlet után le lehet mosni vízzel.”

Pipitér2-1024x765

A kutatók a kutyák közérzetére is odafigyeltek: mivel minden bevezetés nélkül drótok és gépek között egy laborban aludni elég szokatlan lenne egy kutya számára, először minden állat egy beszoktató foglalkozáson vett részt, ahol megismerkedett az eszközökkel és a helyzettel. Meglepő módon maga a teszt nem éjszaka, hanem nappal történt – csak úgy, mint ahogy a humán memóriakonszolidációs kísérletek többségéhez is délután kell az emberi alanyoknak aludniuk. Ugyanis a kutyáknak, ahogy nekünk is, van egy „álmosabb” periódusuk délután, amikor hajlamosabbak az elalvásra, így erre az időszakra időzítették a vizsgálatokat. Az állatok, gazdáikkal együtt, általában három-három órát töltöttek a kutatóintézetben, ahol az EEG-érzékelők felragasztása után mozoghattak is. Összességében nem volt szükség ilyen hosszú mérésekre az eredmények értékeléséhez, de mivel az első próbálkozásból a legritkább esetben születik megfelelő mennyiségű adat, természetes, hogy a kutatók többször is megismétlik a mérést.

A sikeres méréseket követte az adatelemzés összetett lépése: a háromórányi rögzített agyhullámból először el kellett különíteni azt, hogy mikor volt ébren és mikor aludt a kutya; majd az alvási szakaszokon belül meg kellett különböztetni a gyors szemmozgásokkal jellemezhető REM-szakaszt a nem REM-szakaszoktól, amelyet mélyalvásnak szoktunk nevezni, és ezeken belül is el kellett választani egymástól a lassú, tehát nagy hullámhosszú delta hullámokat a gyorsabb (és így a felszínesebb alváshoz kapcsolódó) alfa hullámoktól. Kis Anna az eredményeket így foglalja össze: „Az EEG-vizsgálatok legszembetűnőbb eredménye az volt, hogy a kutyák, amikor új vezényszavakat tanultak alvás előtt, a nem REM alvási szakaszokban mélyebben aludtak, mint amikor nem tettek szert új ismeretekre. Ez kissé tudományosabban megfogalmazva azt jelenti, hogy a nem REM-szakaszban a delta hullámok aránya megnövekedett, ezzel párhuzamosan pedig az alfa hullámok aránya csökkent.” Mindez arra utal tehát, hogy a tanulást követően mélyebben alszanak a kutyák, ami párhuzamba állítható azzal, amit az emberek esetében alvásról és tanulásról tudni lehet. Az eredmény rendkívül jelentős, hiszen ez az első alkalom, hogy bebizonyították, a korábban kutatott kutya-ember párhuzamok a memóriakonszolidáció és az alvás alatti agytevékenység szintjén is léteznek.

A korábbi, több mint egy évtizedes kutatás azt támasztotta alá, hogy a kutyák sok tekintetben humán-analóg szociális és kognitív képességekkel rendelkeznek. Ez, egyszerűbben szólva azt jelenti, hogy a kutyák viselkedése nagyon hasonló egy 1-2 éves gyerekéhez. Két tárgy közül a kisgyerek és a kutya is azt választja, amelyikre a szülő, a gazda rámutat. Kis Anna magyarázatából kiderül, az állatvilágból egyedül a kutya tesz így „ösztönösen”, még a csimpánz, legközelebbi rokonunk sem. Ehhez hasonló párhuzam az is, hogy a kutya, ha megszólítják, felveszi a szemkontaktust az emberrel, tudván, hogy róla van szó, hogy a megszólító szavai neki fognak szólni. Ennél is érdekesebb, hogy a kutya érzékeny rá, figyeli-e őt az ember vagy sem: kiderült ugyanis, hogy a kisgyerekhez hasonlóan a kutya is addig kerüli általában a tiltott dolgokat, amíg magán érzi a gazdája tekinteté, és sokkal hajlamosabb „rosszaságra”, ha tudja, hogy nincs szem előtt. Arról azonban a szakembereknek nincs biztos tudásuk, hogy mindezt a háziasítást jelentő evolúció eredményezte-e, vagy tanult viselkedés a kutya részéről – Kis Anna szerint a legvalószínűbb a két tényező együttes hatása.

DSCN0410-Copy-1024x768

A mostani kutatás nem csak azt mutatta ki, hogy megváltozott a kutyák agytevékenysége a tanulást követően, de azt is, hogy az egyes egyedek EEG-spektruma összefügg azzal, hogy alvás után mennyire emlékeztek a tanultakra. „A tanulás nagyon fontos része a kutyák életének, és tudjuk, hogy a kutyák nagyon sikeresen tanulnak, akár az emberek utánzásáról, akár új szóbeli utasítások elsajátításáról van szó” – fogalmaz Gácsi Márta etológus, az MTA-ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoport tudományos főmunkatársa. A legújabb eredmények tehát, amelyek arra mutatnak, hogy a kutyák esetében is van tényleges kapcsolat a tanulás és az alvás között, nagyon fontosak mint a munkakutyák képzése szempontjából, mint a gazdának, aki tanítani akarja a kutyáját. A kutatók azonban kiemelik, ezek pusztán az első eredmények ezen a területen, és valószínűsíthető, hogy a különböző tanulási helyzetek és az ezekhez tartozó memóriakonszolidáció más és más módon áll kapcsolatban az alvással.

A kutatók folytatják a kutyák alvási agyműködésének vizsgálatát, a következőkben arra szeretnének választ kapni, hogyan hatnak az agyi aktivitásra az érzelmi típusú ingerek, vagyis ha a kutyákat elalvás előtt pozitív érzelmi pulzusok érik (például a gazda simogatása) vagy negatívak, például ha gazdáik magukra hagyják őket.

További érdekes kérdés a témában, hogy vajon mindennapi tapasztalatunk, hogy kutyáink épp úgy képesek az álmodásra, mint mi, tudományosan bizonyíthatóak-e. Egyes élettani jelenségek az álmodást látszanak alátámasztani, mivel a kutyáknál is megfigyeltek az emberi REM-fázishoz hasonló alvásfázist; ezenfelül pedig egyáltalán nincs tudományos válasz arra, hogy amikor az ebek alvás közben az ébrenléthez hasonló mozdulatokat (csámcsogás, ugatás, lábak mozgatása) végeznek, vajon mi történik, ha nem álmodás – ezek ellenére Kis Anna megerősítése alapján egyelőre nincs egzakt tudományos bizonyíték a kérdésre.

A kutatást bemutató, Scientific Reportsban megjelent cikk „The interrelated effect of sleep and learning in dogs (Canis familiaris); an EEG and behavioural study” címmel ezen a linken olvasható.

A kutatásról további fotókat és egy videót pedig ezen a linken lehet megnézni.

Forrás: elte.hu, mno.hu, miskolcihirek.com

Képek forrása: fwallpapers.com, kutyaetologia.elte.hu