Samenvatting: Een recente studie met behulp van een nieuwe hondenhersenatlas heeft geleid tot belangrijke inzichten in de evolutie van het menselijk brein. Door hersenactiviteit bij honden te onderzoeken met behulp van fMRI, onthulden onderzoekers de cruciale rol van de cingulate cortex en laterale frontale kwabben bij het oplossen van problemen en het wisselen van taak.
Het onderzoek benadrukte ook hoe hersengebieden synchroon werken om taakspecifieke netwerken te vormen. Deze innovatieve studie biedt mogelijkheden voor het begrijpen van aandoeningen die verband houden met communicatie en integratie in het hersengebied, waaronder veroudering, stress en psychiatrische stoornissen.
Basiselementen:
- De studie gebruikte een nieuwe fMRI-hersenatlas in de rusttoestand van honden om de hersenactiviteit van honden te analyseren en onthulde de belangrijke rol van de cingulate cortex in de evolutie van de hersenen van zoogdieren.
- 33 getrainde gezinshonden namen deel aan het onderzoek en er werden fMRI-opnamen gemaakt terwijl de honden in rust waren.
- De nieuwe rs-fMRI-hersenatlas zou kunnen helpen bij het bestuderen van aandoeningen waarbij de integratie en communicatie tussen hersengebieden wordt belemmerd, zoals veroudering, angst en psychiatrische stoornissen.
Bron: KOM OP
Een studie van hondenhersennetwerken onthult dat tijdens de evolutie van het zoogdierbrein de rol van de cingulate cortex, een bilaterale structuur die zich diep in de hersenschors bevindt, gedeeltelijk werd overgenomen door de laterale frontale kwabben, die het oplossen van problemen, het wisselen van taken regelen . en doelgericht gedrag.
De studie is gebaseerd op een nieuwe fMRI-hersenatlas voor honden in rusttoestand die kan helpen bij het analyseren van ziekten die worden gekenmerkt door disfunctionele integratie en communicatie tussen hersengebieden.
Onderzoekers die geïnteresseerd zijn in hoe honden denken, kunnen dit niet alleen afleiden uit hun gedrag, maar kunnen ook hun hersenactiviteit onderzoeken met behulp van fMRI (functionele magnetische resonantiebeeldvorming) om te identificeren en te zien welke hersengebieden actief zijn wanneer de hond reageert op externe prikkels.
De methode identificeert de hersenmechanismen die het leren en geheugen van honden beïnvloeden, wat resulteert in superieure hondentrainingsmethoden en inzicht in de evolutionaire stappen die hebben geleid tot de ontwikkeling van de menselijke hersenfunctie.
De afdeling Ethologie van de Eötvös Loránd Universiteit (ELTE) loopt sinds 2006 voorop bij de ontwikkeling van de methodologie voor fMRI-metingen bij honden.
De trainingsmethodiek voor gezelschapshonden is ontwikkeld door Márta Gácsi, die ook een belangrijke bijdrage heeft geleverd aan de introductie van assistentiehondentraining in Hongarije.
Van daaruit nam hij veel methoden over en vulde ze aan met sociaal gemotiveerd onderwijs op basis van tegengestelde onderwijsprincipes die door ethologisch onderzoek waren ontdekt.
“Bij deze benadering wordt de leerling sterk gemotiveerd om de taak te leren door het werk van een reeds getrainde hond te observeren en te verlangen naar de lof die daarvoor wordt ontvangen. Door de fMRI-training kan (en wil!) de getrainde hond acht minuten stil liggen in de MRI-scanner, in ruil voor de verwachte aaitjes en lekkernijen.”
In de afgelopen jaren omvat fMRI bij honden over het algemeen het afspelen van geluiden voor de dieren en het onderzoeken welke delen van de hersenen worden geactiveerd tijdens de verwerking van geluiden door de hersenen.
Signalen van hersenactiviteit worden meestal geprojecteerd op een anatomische atlas om te bepalen welk deel van de hersenen is aangetast.
Het probleem is echter dat functionele activiteiten onregelmatig zijn en niet noodzakelijkerwijs anatomisch gedefinieerde normale grenzen volgen. Delen van de hersenen zijn over het algemeen betrokken bij het samen verwerken van specifieke invoer, d.w.z. ze werken synchroon en vormen een functioneel hersennetwerk.
“We wilden een hondenhersenatlas maken die anatomische regio’s organiseert in functionele netwerken, die aangeven welke regio’s tot een type taak behoren en hun locaties laten zien.” zei Dora Sabo, eerste auteur van de studie gepubliceerd in Structuur en functie van de hersenen.
Nieuwe atlas voor onderzoekers van hondenhersenen
Om de functionele hersenatlas te maken, werden 33 getrainde gezinshonden in het onderzoek opgenomen. Tijdens de fMRI-opname kregen de honden geen andere taak dan stil te liggen in de scanner.
Dit is de zogenaamde rusttoestand fMRI, of afgekort rs-fMRI, die hersenactiviteit onderzoekt zonder dat de proefpersoon zich bezighoudt met een bepaalde taak, zonder zich te concentreren of na te denken over iets in het bijzonder, in een “rusttoestand”.
Op deze manier verkregen gegevens kunnen onthullen welke hersengebieden functioneel aan elkaar gerelateerd zijn en welke nauwer met elkaar verbonden zijn, waardoor onderzoekers de netwerken en verbindingen van de hersenen kunnen bestuderen.
De oorspronkelijke methodologie werd verder versterkt door netwerktheorie toe te passen met de hulp van Milan Janosov, een netwerk- en datawetenschapper aan de Central European University.
Hoewel eerder onderzoek alleen op modellen gebaseerde netwerken kon beschrijven die onafhankelijk waren van anatomische grenzen, stelden nieuwe honden-MRI-hersenatlassen die de anatomische regio’s met de vereiste resolutie weerspiegelen, onderzoekers in staat om de sterkte van verbindingen tussen netwerkleden of tussen netwerken te bestuderen, en om soorten te vergelijken vanwege het grote aantal gemeten honden.
De hersenen worden gedomineerd door verschillende regio’s bij honden en mensen
Volgens de studie spelen netwerken in de laterale frontale kwab (frontoparietaal) die het oplossen van problemen, het wisselen van taken en doelgericht gedrag regelen, een kleinere rol bij honden dan bij mensen. In plaats daarvan wordt een centrale rol gespeeld door de cingulate cortex, een bilaterale structuur diep in de hersenschors.
Het is betrokken bij een aantal vitale processen, evenals beloningsverwerking en emotieregulatie. De cingulate cortex bij honden is verhoudingsgewijs groter dan bij mensen.
De gevolgen van veroudering
De onderzoekers maten honden van verschillende leeftijden, waarvan de oudste 14 jaar oud was. Zoals eerder vermeld, moeten honden stationair zijn om geldige metingen te verkrijgen.
“Uit de gegevens bleek dat oudere honden iets minder goed in staat waren om hun oorspronkelijke positie te behouden.
“Dit verschil was echter erg klein, want zelfs in hun geval was de verplaatsing van het hoofd minder dan 0,4 mm. In dit opzicht zijn ze vergelijkbaar met mensen, aangezien oudere mensen het ook moeilijker vinden om gedurende langere tijd onbeweeglijk te blijven in vergelijking met jongere mensen.” zei Eniko Kubinyi, een senior onderzoeker die cognitieve veroudering bij honden bestudeert.
“De studie geeft een kijkje in de evolutie van het menselijk brein, wat suggereert dat tijdens de evolutie van het zoogdierbrein de rol van de cingulate cortex gedeeltelijk werd overgenomen door de frontopariëtale gebieden.”
Daarnaast kan de nieuwe rs-fMRI-hersenatlas helpen bij het onderzoeken van aandoeningen waarbij de integratie en communicatie tussen hersengebieden is verstoord, met als gevolg een disfunctionele taakverdeling. Veroudering, stress en psychiatrische stoornissen zijn enkele voorbeelden van dergelijke aandoeningen.
Financiering: Het project heeft financiering ontvangen van de European Research Council (ERC, 680040), van de Hongaarse Academie van Wetenschappen via een subsidie aan de MTA-ELTE Companion Animal Research Group ‘Lendület/Momentum’ (PH1404/21) en het National Brain 3.0 Program (NAP2022 -I-3/2022), evenals de Comparative Ethology Research Group ELKX-ELTE (01031).
Over dit neurowetenschappelijk onderzoeksnieuws
Auteur: Sara Bohm
Bron: KOM OP
Contact: Sara Bohm – KOM OP
Afbeelding: Afbeelding gecrediteerd aan Neuroscience News
Originele onderzoek: Vrije toegang.
“Centrale hubs van functionele hondenhersennetwerken zijn geconcentreerd in de gyrus” door Márta Gácsi et al. Structuur en functie van de hersenen
Abstract
De centrale hubs van de functionele hersennetwerken van de hond zijn geconcentreerd in de helix
In vergelijking met het gebied van menselijke fMRI is kennis over functionele netwerken bij honden schaars. In dit artikel presenteren we de eerste anatomisch gedefinieerde op ROI (regio van belang) gebaseerde functionele netwerkkaart van de hersenen van gezelschapshonden. We hebben 33 wakkere honden gescand in een “niet-taakconditie”.
Onze getrainde proefpersonen blijven, net als mensen, gewillig stil tijdens het scannen. We streven ernaar een referentiekaart te bieden met een huidige beste schatting voor corticale organisatie zoals gemeten door functionele connectiviteit.
De bevindingen vormen een uitbreiding van een eerder onderzoek naar ruimtelijke ICA (onafhankelijke componentenanalyse) (Szabo et al. in Sci Rep 9(1):1.25. https://doi.org/10.1038/s41598-019-51752-2, 2019), met de huidige studie omvat (1) meer proefpersonen en (2) een verbeterd scanprotocol om asymmetrische laterale vervormingen te voorkomen.
Bij honden, zoals bij mensen (Sacca et al. in J Neurosci Methods. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2021.109084, 2021), resulteerde veroudering in een toename van frame shifting (d.w.z. hoofdbeweging) op de scanner.
Ondanks de inherent verschillende benaderingen tussen modelvrije ICA en modelgebaseerde ROI, vertonen de resulterende functionele netwerken een opmerkelijke overeenkomst.
In de huidige studie hebben we echter geen gedefinieerd auditief netwerk geïdentificeerd. In plaats daarvan identificeerden we twee sterk verbonden, laterale netwerken met meerdere regio’s die niet-homotrope regio’s omspannen (Sylvian L, Sylvian R), inclusief overeenkomstige auditieve regio’s, samen met associatieve en sensorimotorische cortex en de insulaire cortex.
De aandachts- en controlenetwerken werden niet opgesplitst in twee volledig gescheiden, exclusieve netwerken. Over het algemeen waren bij honden frontopariëtale netwerken en hubs minder dominant dan bij mensen, waarbij de gyrus een centrale rol speelde.
Het huidige manuscript biedt de eerste poging om functionele hersennetwerken bij honden in kaart te brengen door middel van een op modellen gebaseerde benadering.
