Сайты партнеров




GEO приглашает

26 октября в самом сердце Москвы, в доме Пашкова, журнал Forbes отметил 100-летний юбилей. Мероприятие стало финальным в череде торжеств, посвященных юбилею легендарного бизнес-издания по всему миру


GEO рекомендует

В расписании авиакомпании Lufthansa на лето 2018 появилось пять новых маршрутов. Они свяжут Франкфурт с Глазго, Кишиневом, Санторини и Меноркой, а Фуншал на Мадейре с Мюнхеном. Билеты уже в продаже


Мозг виляет собакой

Чем, как и что думают о нас наши лучшие друзья? Последние научные эксперименты помогают ученым буквально «заглянуть в голову» собакам и лучше понять их психологию
текст: Ольга Добровидова
Эльке Фогельзанг

Золотистый ретривер по кличке Перл смирно лежит на полу и выжидающе смотрит из деревянной конструкции, похожей на старинные колодки для преступников, на хозяина. Свою длинную морду собака умостила на желтой поролоновой подставке, на которой спереди маркером написано ее имя. Перл не наказана, наоборот, за свои старания она получает угощение, после чего радостно виляет хвостом, нарушая правила эксперимента.

Перл, как и другие собаки, участвующие в программе «Дог Проджект», которую проводит университет Эмори в Атланте, учатся не бояться магнитно-резонансной томографии — современной медицинской технологии, с помощью которой нейробиологи надеются «залезть» им в головы. Там ученые рассчитывают найти ответы на загадки собачьей психологии, которые интересуют людей вот уже пару десятков тысяч лет.

дебаты о том, где и когда человек впервые одомашнил предков современных лаек, корги и мопсов, в конце марта вышли на новый уровень. Якутские ученые рассказали журналистам об удивительной находке в вечной мерзлоте — двух трехмесячных «ледниковых» щенках, живших примерно 12,5 тысяч лет назад. Тела и геномы щенят, которые очень хорошо сохранились в условиях арктической тундры, тщательно изучаются: специалисты надеются, что эти исследования помогут выяснить, как и где могла произойти, возможно, самая важная встреча между человеком и животным.

По оценкам 2012 года, «последствий» этой встречи — тех самых лаек, корги, мопсов и других собак — в мире было 525 миллионов, ненамного меньше, чем людей в Северной Америке. А в России, по данным опроса, проведенного «Левада-центром» в 2014 году, породистая или беспородная собака есть примерно у 30 процентов жителей (кошки чуть популярнее, они есть у 43 процентов россиян).

Люди, очевидно, любят собак, и эта любовь взаимна — по крайней мере, на химическом уровне. Как выяснили весной 2015 года японские нейробиологи из университета Адзабу, когда собака и ее хозяин смотрят друг другу в глаза, у обоих резко повышается уровень окситоцина — гормона, который помогает людям формировать эмоциональные связи (например, между матерью и младенцем). Авторы исследования утверждают, что это первая «межвидовая» дружба, подкрепленная гормонами.

Взаимные чувства собак и их двуногих друзей изучены неплохо: например, благодаря психологам из университета штата Пенсильвания мы знаем, что общение с незнакомой собакой снимает стресс лучше, чем со знакомым человеком — если хотите успокоиться, ищите, кого почесать за ушком. По данным, которые приводит Американская кардиологическая ассоциация, у хозяев собак при прочих равных условиях артериальное давление ниже, чем у тех, у кого собаки нет. Собаки зевают «заразно», как и люди, причем делают это чаще в присутствии тех, кого знают. Кроме того, они умеют оценивать надежность конкретного человека как источника информации (например, понимают, обманывает ли он их насчет того, куда спрятал еду) и действовать соответственно. Психологи из университета штата Калифорния в Сан-Диего даже обнаружили, что собаки ревнуют людей к… плюшевым собачкам, если хозяева уделяют игрушечным псинам больше внимания.

Но ученым недостаточно просто знать то, что прекрасно известно всем хозяевам собак: эти чудесные существа умны, искренни, благородны, весьма похожи на нас самих и вообще не зря считаются лучшими друзьями человека. Им подавай конкретные механизмы, системы и даже участки мозга, которые делают собаку собакой — и со временем они научились такие участки находить.

В 1870 году двое немецких медиков, Густав Фрич и Эдуард Хитциг, провели необычный эксперимент: они обездвижили живых собак, аккуратно вскрыли им черепные коробки и стали подавать ток на разные участки коры собачьего мозга. Оказалось, что под воздействием тока у собак двигались передние и задние лапы, а также дергались мышцы шеи — причем не хаотично, а совершенно определенным образом.

Вот как нейробиолог из Принстонского университета Чарльз Гросс сегодня описывает эксперимент Фрича и Хитцига: поскольку в Берлинском физиологическом институте тогда не было специальных площадок для работы с животными, ученые проводили опыты дома, привязывая собак к туалетному столику фрау Хитциг, супруги одного из исследователей, прямо в ее спальне.
Не используя эфир или морфин, они вскрывали собакам череп и разрезали твердую мозговую оболочку, наблюдая при этом «сильную боль» у животного, а затем по платиновым проводкам подавали слабые разряды тока от батареи — такие, что у них самих чуть пощипывало язык. Обнаружив участок коры головного мозга собаки, по-видимому, управлявший движением передней лапы животного, Фрич и Хитциг срезали его скальпелем. Собака и после этого продолжала двигать передней лапой, но уже заметно хуже.

Оба экспериментатора прежде наблюдали похожие эффекты у лягушек и кроликов, а также, что немаловажно, у людей. Поработавший полевым хирургом Фрич в том же 1870 году заметил, что у некоторых солдат, раненных в голову во время Франко-Прусской войны, дергались конечности, когда им накладывали повязки на открытые раны. Однако никому из тогдашних физиологов толком не удавалось заставить «работать» мозг с помощью электричества — людей с открытыми травмами черепа, которых можно бить током, к счастью, было гораздо меньше, чем требовалось для медицинских экспериментов.

Поэтому несчастные подопытные псы Фрича и Хитцига страдали не зря: с их помощью ученым наконец удалось получить первое экспериментальное подтверждение существования моторной (двигательной) зоны коры — участка, «отвечающего» за все произвольные движения обладателя мозга. Более того, Фричу и Хитцигу впервые удалось получить реальные свидетельства локализации функций на коре: это был важный аргумент в споре о том, что, собственно, представляет собой мозг, и как именно он работает.

К счастью, сейчас, почти 150 лет спустя, нейробиологам уже не нужна хирургическая пила, чтобы заглянуть в головы собакам и понять, как там что устроено. Где брали собак Фрич и Хитциг и что стало потом с подопытными животными, неизвестно, но сегодняшние исследователи проводят свои эксперименты и на родных домашних питомцах.

Современные инструменты исследования мозга на туалетный столик не поместятся: магнитно-резонансные томографы обычно занимают целые кабинеты, а для полноценных экспериментов необходимо множество другого специального оборудования, совместимого с гигантским и очень мощным магнитом (которым, по сути, и является МРТ).

Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет увидеть, как работает мозг, не «открывая» черепную коробку. Активность различных участков мозга можно изучать по небольшим, но заметным изменениям в притоке и оттоке крови: чем сильнее «занята» конкретная область, тем больше она потребляет кислорода — и тем больше его туда нужно доставить. Таким образом, можно не только составлять статичные карты активности мозга (где именно «находится» восприятие речи, зависть или что-нибудь еще), но и отслеживать изменение активности мозга в динамике — например, пока человек смотрит видео или слайд-шоу из фотографий.

Функциональная МРТ абсолютно безопасна для тех, чей мозг нужно рассмотреть, и не требует никаких хирургических вмешательств. Однако «шевелить» при этом можно только извилинами: чтобы картинка получилась качественной, нужно, чтобы сам обладатель извилин довольно долго оставался максимально неподвижным. Но если «объект исследования» обездвижен анестезией, он вряд ли сможет реагировать на команды экспериментатора, а значит, и пользы от томографии будет мало.

Людям довольно просто объяснить, что ради науки нужно чуть-чуть полежать, не двигаясь, в большой гудящей трубе, поэтому для исследования человеческого мозга МРТ используется уже несколько десятилетий. Но кошки, кролики, мыши, крысы, приматы не столь сговорчивы. Как исследовать их мозг в томографе, не прибегая к анестезии?

Четыре года назад нейробиолог Грегори Бернс из университета Эмори в Атланте (США) вместе с коллегами начал первый эксперимент по изучения собачьего мозга без усыпления — с помощью функциональной томографии. Бернс был убежден, что если уж военные научили собак вести себя спокойно и действовать в боевых условиях, то и полежать смирно в томографе 10-15 секунд подопытный пес тоже сможет.

Собаки оказались идеальными для таких исследований: с одной стороны, их действительно просто научить «правилам поведения» во время МРТ, а с другой — у хозяев собак (среди которых попадаются и нейробиологи!) накопилось много вопросов о том, как работает мозг их питомцев. О чем думает собака, глядя на вас? Что происходит в ее голове, когда она слышит ваш голос в записи? Правда ли, что собаки перенимают «повадки» своих хозяев?

Исследователи из университета Эмори начали с поиска ответа на простой вопрос: что думает собака, когда ей говорят об угощении? Оказалось, что примерно то же самое (и тем же самым местом), что и человек.

Исследователи научили собак не только сидеть в томографе, как положено, но и различать два сигнала, которые хозяева подавали им ладонями: если ладонь поднята вертикально, значит, «есть вкусная еда» (хот-дог), а если обе ладони вытянуты горизонтально — «еды нет». Сравнив результаты функциональной томографии собак и людей («человеческий» эксперимент с добровольцами и «вкусным фруктовым соком» Бернс провел десять лет назад), ученые выяснили, что за мотивацию и ожидание удовольствия и у нас, и у собак, по-видимому, «отвечает» одна и та же структура мозга — так называемое хвостатое ядро, где много рецепторов к нейромедиатору дофамину, важному элементу внутренней «системы вознаграждения» мозга.

Впоследствии группа Бернса использовала свои наработки по «профессиональной подготовке» собак к исследованию в томографе и выяснила, например, что запах знакомых людей для собаки гораздо «важнее» запахов незнакомых людей или даже знакомых сородичей. То самое хвостатое ядро в мозге собаки сильнее реагировало именно на «родных» людей, запах пота которых, аккуратно собранный на стерильные тампоны, давали понюхать животным прямо в томографе.

Одновременно с этим вторая группа ученых под руководством Аттилы Антича из будапештского университета Эотвош Лоранд сравнила людей и собак по другому параметру — восприятию звука. Одиннадцать собак и 22 человека во время функционального МРТ прослушали одинаковый набор звуков — человеческую речь, смех, лай и рычание собак, а также шум улицы. В результате ученые впервые выявили у собак области височной коры, связанные с обработкой «речи» сородичей. Кроме того, у собак, как и у людей, вероятно, есть особые механизмы для определения эмоциональных оттенков голоса.

Наконец, третья группа из нейробиологического института Национального автономного университета Мексики в городе Керетаро в марте этого года опубликовала в журнале «ПЛоС УАН» статью о том, как именно собаки распознают и различают человеческие лица (то, что собаки не только отличают знакомых людей от незнакомцев, но и определяют, улыбается ли человек, было известно благодаря более ранним исследованиям).

Во время эксперимента семи подопытным собакам показывали фотографии человеческих лиц и различных предметов — кружек, телефонных будок и игрушек. Как и у людей, других приматов и даже овец (правда, макаки и овцы распознают только сородичей, не различая людей), у собак, узнававших человеческие лица в череде изображений, активными оказались несколько участков височной коры. Это означает, что специальные «инструменты» для распознавания лиц и морд появились у млекопитающих довольно давно.

В дальнейшем ученые планируют использовать технологии отслеживания взгляда, чтобы разобраться, куда и когда смотрят собаки в томографе, а также понять, отличается ли их восприятие человеческих лиц от восприятие морд других собак.

Пока подобные исследования не отличаются размахом, так как подготовка собак и обработка данных МРТ требуют много времени и ресурсов. Но на собак «заглядываются» все больше лабораторий, так что есть надежда, что в скором будущем люди будут лучше понимать, что именно на уме у их питомцев.

Мексиканские нейробиологи говорят, что подружились со всеми владельцами четвероногих участников эксперимента и собираются работать с ними и дальше. «Хозяева собак обычно удивляются, что их любимцы могут сидеть смирно, Они-то привыкли, что собаки все время в движении», — отмечает Лаура Куайя, одна из авторов эксперимента.

Теоретически «заглянуть» в мозг своей Жучки может каждый, кто живет поблизости от какой-нибудь лаборатории, занимающейся такими исследованиями. Чтобы стать героем научной статьи, ваша собака должна быть не очень маленькой и легко учиться новому. Самыми обучаемыми традиционно считаются бордер-колли, лабрадоры и золотистые ретриверы — эти породы входят во все рейтинги самых умных собак. А одна знаменитая бордер-колли по кличке Чейзер вообще научилась узнавать и приносить по команде более тысячи предметов, попав на американское телевидение как самая умная собака в мире. Но, конечно, никто не будет проверять у вашего питомца родословную, и умные дворняжки могут справиться с задачей не хуже чистокровных чемпионов.

Команда Грегори Бернса опубликовала несколько видеороликов о том, как собак учат подниматься в томограф по лесенке, занимать правильное положение, не шевелиться и не пытаться раньше времени съесть угощение из рук ученых. К замкнутому пространству и шуму работающего аппарата собаки привыкают поэтапно: с помощью картонных трубок и подпорок для головы, деталей настоящего томографа, шумопоглощающих наушников, которые к собачьим ушам аккуратно приматывают специальной мягкой лентой, затычек для ушей и, само собой, разных лакомств.

Судя по видео, даже самую дисциплинированную собаку не так-то просто отучить вилять хвостом при виде хозяина, довольного ее успехами. К каждой собаке нужен персональный подход: с кем-то надо гулять перед каждой сессией, кому-то — вдоволь наиграться, а для остальных всегда есть вкусная еда. Но когда собака уже подготовлена к эксперименту, то она помнит, что надо делать, даже если не видела томограф несколько месяцев.

26.05.2016