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檢查狗大腦中的網絡為哺乳動物進化提供了進一步的見解

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檢查狗大腦中的網絡為哺乳動物進化提供了進一步的見解


覆蓋在3D立體定位腦圖譜上的功能性腦網絡的精選視圖 。不同的顏色代表不同的功能網絡 。a左側，B腹側，C提取的扣帶回區域 ， D右側 ， E背側 。學分:大腦結構與功能(2023) 。DOI: 10.1007/s00429-023-02625-y
據埃特沃斯·羅蘭大學：一項關于犬大腦網絡的研究表明，在哺乳動物大腦進化過程中，扣帶皮層(位于大腦皮層深處的雙邊結構)的作用部分由控制解決問題、任務轉換和目標導向行為的外側額葉接管 。這項研究依賴于一種新的犬靜息狀態fMRI大腦圖譜，它可以幫助分析以大腦區域之間的整合和交流功能失調為特征的疾病 。
對狗如何思考感興趣的研究人員不僅可以從它們的行為中推斷出來，而且他們還可以使用fMRI(功能性磁共振成像)來調查它們的大腦活動，以識別和查看當狗對外部刺激做出反應時大腦的哪些區域是活躍的 。該方法確定了影響狗的學習和記憶的大腦機制，從而產生了優良的狗訓練方法以及關于導致人類大腦功能發展的進化步驟的知識 。
自2006年以來 ， etvs loránd大學(ELTE)的動物行為學系一直處于開發犬fMRI測量方法的前沿 。寵物狗的訓練方法是由Márta Gácsi開發的，他也為匈牙利引入輔助犬訓練做出了重大貢獻 。她從那里采用了許多方法，并通過動物行為學研究發現的基于競爭對手訓練原則的社會激勵訓練來補充這些方法 。
在這種方法中，學習者有強烈的動機通過觀察已經訓練好的狗的工作來學習任務，并渴望得到表揚 。由于fMRI訓練的結果，受過訓練的狗能夠(并且渴望！)一動不動地躺在核磁共振掃描儀里八分鐘，以換取預期的愛撫和款待 ?！?br>近年來，犬類的功能性核磁共振成像通常包括給動物播放聲音，并調查大腦在處理聲音的過程中激活了哪些大腦區域 。
大腦活動信號通常被投射到解剖圖譜上，以確定哪個大腦區域受到影響 。
然而，問題是功能活動是不規則的，不一定遵循解剖學上定義的規則邊界 。大腦的各個部分通常參與共同處理特定的輸入 ， 即它們同步行動，形成功能性的大腦網絡 。“我們決定創建一個狗大腦圖譜，將解剖區域組織成功能網絡，說明哪些區域屬于一種任務類型，并展示它們的位置 ， ”發表在《大腦結構和功能》上的這項研究的第一作者多拉·薩伯說 。
狗腦研究者的新圖譜
為了創建功能大腦圖譜，研究中包括了33只經過訓練的家犬 。在fMRI記錄過程中，狗除了躺在掃描儀中不動之外，沒有接受任何任務 。這就是所謂的靜息狀態fMRI ， 簡稱rs-fMRI，它在受試者沒有參與任何特定任務，沒有專注或思考任何特定事情的情況下，在“靜息狀態”下檢查大腦活動 。通過這種方式獲得的數據可以揭示哪些大腦區域在功能上彼此相關，哪些區域連接最緊密，從而使研究人員能夠研究大腦網絡和連接 。
在中歐大學網絡和數據科學家米蘭·雅諾索夫(Milan Janosov)的幫助下 ， 通過應用網絡理論，最初的方法得到了進一步增強 。雖然以前的研究只能描述基于模型的網絡，而不考慮解剖邊界 ， 但新的犬MRI大腦圖譜以所需的分辨率反映了解剖區域，使研究人員能夠研究網絡成員之間或網絡之間的連接強度 ， 并由于測量了大量的狗而比較物種 。
狗和人類的大腦由不同的區域控制
根據這項研究，控制解決問題、任務轉換和目標導向行為的外側額葉(額頂葉)網絡在狗中的作用小于人類 。在他們的位置，扣帶皮層，一個位于大腦皮層深處的雙邊結構，起著中心作用 。它參與了許多重要的過程，以及獎勵處理和情緒調節 。狗的扣帶皮層比人類的大 。
衰老的影響
研究人員測量了不同年齡的狗，最大的14歲 。如前所述 ， 狗必須一動不動地躺著以獲得有效的測量值 。
“數據顯示，年齡較大的狗保持初始姿勢的能力稍差 。然而，這種差異非常小 ， 因為即使在他們的情況下，頭部的位移也不到0.4毫米 。在這方面，他們與人類相似，因為老年人也發現與年輕人相比，更難長時間保持靜止，”研究狗認知老化的高級研究員Eniko Kubinyi說 。
這項研究提供了人類大腦進化的一瞥，表明在哺乳動物大腦進化過程中，扣帶皮層的作用部分由額頂葉區域接管 。此外，新的rs-fMRI大腦圖譜可以幫助研究跨大腦區域的整合和交流受損的情況，從而導致任務分工失調 。衰老、焦慮和精神障礙是這種情況的一些例子 。