Die Untersuchung von Netzwerken im Gehirn von Hunden liefert weitere Einblicke in die Evolution von Säugetieren

Eine Studie über Gehirnnetzwerke von Hunden zeigt, dass während der Evolution des Gehirns von Säugetieren die Rolle des cingulären Cortex, einer tief in der Großhirnrinde gelegenen bilateralen Struktur, teilweise von den seitlichen Frontallappen übernommen wurde, die das Lösen von Problemen, das Umschalten von Aufgaben usw. steuern. und zielgerichtetes Verhalten. Die Studie basiert auf einem neuen fMRI-Gehirnatlas im Ruhezustand von Hunden, der bei der Analyse von Krankheiten helfen kann, die durch dysfunktionale Integration und Kommunikation zwischen Gehirnbereichen gekennzeichnet sind.

Forscher, die sich dafür interessieren, wie Hunde denken, können dies nicht nur aus ihrem Verhalten ableiten, sondern auch ihre Gehirnaktivität mithilfe der fMRT (funktionelle Magnetresonanztomographie) untersuchen, um zu identifizieren und zu sehen, welche Bereiche des Gehirns aktiv sind, wenn der Hund auf äußere Reize reagiert. Die Methode identifiziert die Gehirnmechanismen, die das Lernen und Gedächtnis des Hundes beeinflussen, was zu überlegenen Hundetrainingsmethoden sowie zu Erkenntnissen über die Evolutionsschritte führt, die zur Entwicklung der menschlichen Gehirnfunktion führten.

Die Abteilung für Ethologie an der Eötvös-Loránd-Universität (ELTE) ist seit 2006 führend bei der Entwicklung der Methodik für fMRT-Messungen bei Hunden. Die Trainingsmethodik für Haushunde wurde von Márta Gácsi entwickelt, die auch maßgeblich zur Einführung der Assistenz beigetragen hat Hundetraining in Ungarn. Von dort übernahm sie viele Methoden und ergänzte sie durch sozial motiviertes Training, das auf konkurrierenden Trainingsprinzipien basiert, die durch ethologische Forschung entdeckt wurden.

„Bei diesem Ansatz wird der Lernende stark motiviert, die Aufgabe zu lernen, indem er die Arbeit eines bereits ausgebildeten Hundes beobachtet und sich das dafür erhaltene Lob wünscht. Als Ergebnis des fMRT-Trainings ist der ausgebildete Hund in der Lage (und möchte es unbedingt!) acht Minuten lang regungslos im Kernspintomographen liegen, im Austausch für erwartete Streicheleinheiten und Leckerlis.“

In den letzten Jahren ging es bei der fMRT bei Hunden im Allgemeinen darum, den Tieren Geräusche vorzuspielen und zu untersuchen, welche Gehirnbereiche bei der Verarbeitung der Geräusche im Gehirn aktiviert werden.

Gehirnaktivitätssignale werden typischerweise auf einen anatomischen Atlas projiziert, um festzustellen, welche Gehirnregion betroffen ist.

Das Problem besteht jedoch darin, dass funktionelle Aktivitäten unregelmäßig sind und nicht unbedingt anatomisch definierten regelmäßigen Grenzen folgen. Teile des Gehirns sind im Allgemeinen an der gemeinsamen Verarbeitung spezifischer Eingaben beteiligt, das heißt, sie agieren synchron und bilden ein funktionelles Gehirnnetzwerk. „Wir haben beschlossen, einen Atlas des Hundegehirns zu erstellen, der anatomische Regionen in funktionelle Netzwerke organisiert, zeigt, welche Regionen zu einem Aufgabentyp gehören und ihre Lage zeigt“, sagte Dora Szabo, Erstautorin der in veröffentlichten Studie Struktur und Funktion des Gehirns.

Neuer Atlas für Hundehirnforscher

Zur Erstellung des funktionellen Gehirnatlas wurden 33 ausgebildete Familienhunde in die Studie einbezogen. Während der fMRT-Aufnahme wurde den Hunden keine andere Aufgabe gestellt, als ruhig im Scanner zu liegen. Hierbei handelt es sich um das sogenannte Ruhezustands-fMRT, kurz rs-fMRT, bei dem die Gehirnaktivität untersucht wird, ohne dass sich der Proband einer bestimmten Aufgabe widmet, ohne sich zu konzentrieren oder an etwas Bestimmtes zu denken, im „Ruhezustand“. Auf diese Weise gewonnene Daten können Aufschluss darüber geben, welche Gehirnbereiche funktionell miteinander verbunden sind und welche am engsten miteinander verbunden sind, sodass Forscher Netzwerke und Verbindungen im Gehirn untersuchen können.

Die ursprüngliche Methodik wurde durch die Anwendung der Netzwerktheorie mit Hilfe von Milan Janosov, einem Netzwerk- und Datenwissenschaftler an der Central European University, weiter verbessert. Während frühere Forschungen nur modellbasierte Netzwerke unabhängig von anatomischen Grenzen beschreiben konnten, ermöglichten neue MRT-Gehirnatlanten von Hunden, die die anatomischen Regionen in der erforderlichen Auflösung widerspiegeln, den Forschern die Untersuchung der Stärke der Verbindungen zwischen Netzwerkmitgliedern oder zwischen Netzwerken sowie den Vergleich von Arten aufgrund dieser die große Anzahl der gemessenen Hunde.

Gehirne werden bei Hunden und Menschen von unterschiedlichen Bereichen dominiert

Laut der Studie spielen Netzwerke im lateralen Frontallappen (Frontoparietal), die Problemlösung, Aufgabenwechsel und zielgerichtetes Verhalten steuern, bei Hunden eine geringere Rolle als beim Menschen. An ihrer Stelle spielt der cinguläre Cortex, eine bilaterale Struktur tief in der Großhirnrinde, eine zentrale Rolle. Es ist an einer Reihe lebenswichtiger Prozesse sowie an der Belohnungsverarbeitung und Emotionsregulation beteiligt. Der cinguläre Kortex ist bei Hunden proportional größer als beim Menschen.

Die Auswirkungen des Alterns

Die Forscher vermaßen Hunde unterschiedlichen Alters, der älteste war 14 Jahre alt. Wie bereits erwähnt, müssen die Hunde bewegungslos liegen, um gültige Messungen zu erhalten.

„Die Daten zeigten, dass ältere Hunde etwas schlechter in der Lage waren, ihre Ausgangsposition beizubehalten. Dieser Unterschied war jedoch sehr gering, da selbst bei ihnen die Verschiebung des Kopfes weniger als 0,4 mm betrug. In dieser Hinsicht sind sie ähnlich.“ für den Menschen, da ältere Menschen es im Vergleich zu jüngeren Menschen auch schwieriger finden, über einen längeren Zeitraum still zu bleiben“, sagte Eniko Kubinyi, eine leitende Forscherin, die das kognitive Altern bei Hunden untersucht.

Die Studie bietet einen Einblick in die Entwicklung des menschlichen Gehirns und legt nahe, dass während der Evolution des Gehirns von Säugetieren die Rolle des cingulären Kortex teilweise von frontoparietalen Regionen übernommen wurde. Darüber hinaus kann der neue rs-fMRI-Gehirnatlas bei der Untersuchung von Erkrankungen helfen, bei denen die Integration und Kommunikation zwischen Gehirnbereichen beeinträchtigt ist und es zu einer dysfunktionalen Aufgabenteilung kommt. Alter, Angstzustände und psychiatrische Störungen sind einige Beispiele für solche Erkrankungen.