Untersuchungen belegen die Gehirnsynchronisation zwischen Menschen und Hunden

Studie zeigt, wie gegenseitiges Anschauen und Streicheln das Gehirn von Mensch und Hund synchronisiert, während autismusbedingte Genmutationen bei Hunden diese Verbindung verringern.

In einer aktuellen Studie veröffentlicht in Fortgeschrittene WissenschaftForscher untersuchten speziesübergreifende Hirnverbindungen zwischen Hunden und Menschen. Sie untersuchten auch, ob autismusbedingte Genanomalien bei Hunden die soziale Interaktion zwischen Mensch-Hund-Paaren behindern.

Hintergrund

Die Verbindung zwischen Mensch und Hund hat sich im Laufe der Zeit entwickelt, wobei Hunde aufgrund ihrer Schutz- und Jagdfähigkeiten gezähmt wurden. Sie sind zu wertvollen Haushaltsmitgliedern geworden und bieten Kameradschaft und emotionale Unterstützung. Partnerschaften zwischen Arten bringen gegenseitigen Nutzen, erreichen aber selten das Ausmaß der Kommunikation zwischen Mensch und Hund. Hunde können über Gesichtsausdrücke, Verhaltensweisen und Stimmtöne verschiedene menschliche Emotionen und sprachliche Zeichen lesen, verstehen und darauf reagieren. Die Gehirnmechanismen, die der sozialen Kommunikation zwischen den Arten zugrunde liegen, sind jedoch noch unbekannt.

Über die Studie

In der vorliegenden Studie untersuchten Forscher die Gehirnprozesse, die die Kommunikation zwischen Mensch und Hund ermöglichen. Sie untersuchten den Einfluss autismusbedingter Genveränderungen bei Hunden auf die sozialen Interaktionen zwischen den beiden Arten.

Nicht-invasive drahtlose Elektroenzephalogramme (EEG) erfassten gleichzeitig die Gehirnaktivität bei Beagles (Forschungshunde) und Menschen während sozialer Interaktionen. Um die Ergebnisse zu validieren, bewerteten die Forscher die Korrelationen zwischen den Gehirnen zwischen verschiedenen Bereichen des Gehirns in drei Situationen. Die Situationen umfassten keine sozialen Interaktionen in getrennten Räumen, mit sozialer Interaktion in einem Raum und ohne soziale Interaktion in einem Raum. Zu den sozialen Interaktionen gehörten Streicheln und gegenseitiges Anschauen.

Die Forscher verglichen die Interhirnkopplung während vollständiger sozialer Interaktionen (gegenseitiger Blick + Streicheln) mit partieller sozialer Interaktion (gegenseitiger Blick oder Streicheln allein), um die synergistischen Effekte von gegenseitigem Blick und Streicheln auf die Interhirnkopplung zu bewerten. Sie untersuchten außerdem Gehirnaktivitätszusammenhänge zwischen Hunden und menschlichen Teilnehmern verschiedener Studien und zeichneten fünf Tage lang die Gehirnaktivitäten der beiden Arten während sozialer Interaktionen auf, um den Einfluss sozialer Vertrautheit auf die neuronale Kopplung zwischen Gehirnen zu bewerten.

Die Anatomie des menschlichen Gehirns

Anschließend führten die Forscher eine zusätzliche fünftägige Untersuchung durch, um die Dauerhaftigkeit oder Veränderungen der Interaktionen zwischen den Gehirnen über längere Zeiträume hinweg zu bewerten. Lineare Regressionen untersuchten den Zusammenhang zwischen der Dauer sozialer Interaktionen und der Aktivität zwischen den Gehirnen. GPDC-Algorithmen (Generalized Partial Directed Coherence) bewerteten die Direktionalität der Aktivitätskopplung zwischen Gehirnen.

Die Forscher entwickelten ein Autismus-Spektrum-Störungsmodell (ASD) für Hunde mit SH3- und multiplen Mutationen der Ankyrin-Repeat-Domäne 3 (Shank3) unter Verwendung der Genomeditierung von Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (CRISPR)-assoziiertem Protein 9 (Cas9).

Verhaltensstudien wie der Dreikammertest und Mensch-Hund-Interaktionsexperimente zeigten autismusähnliche Symptome bei den Mutanten. Fünf Tage lang erforschten Forscher die neuronale Verbindung zwischen den Gehirnen zwischen mutierten Hunden und Menschen. Theta/Beta-Wellen-Verhältnisse (TBR) deuteten auf Aufmerksamkeitsprobleme bei den Mutanten während der sozialen Interaktionen zwischen Menschen und Hunden hin.

Forscher untersuchten auch die Auswirkungen von Lysergsäurediethylamid (LSD), einem Psychedelikum, auf die Gehirnfunktion. Sie verabreichten eine Einzeldosis von 7,5 μg/kg Körpergewicht LSD intramuskulär und beobachteten die Wirkung nach 24 Stunden.

Ergebnisse

Streicheln und gegenseitiges Anstarren führten bei Mensch-Hund-Interaktionen zu einer Interhirnsynchronisation im parietalen und frontalen Bereich des Gehirns. Diese Gehirnbereiche sind an der gemeinsamen Aufmerksamkeit beteiligt. Die interhirne Assoziation in diesen Gehirnbereichen von Hunden und Menschen, die allein durch gegenseitiges Anschauen oder Streicheln verursacht wurde, war viel geringer als bei kombinierten sozialen Interaktionen, einschließlich Streicheln und gegenseitigem Anstarren.

Über fünf Tage hinweg nahm die Intensität der Synchronisation zu, je vertrauter die Mensch-Hund-Dyade wurde. Lineare Regressionsanalysen ergaben einen starken positiven Zusammenhang zwischen der Zeit des sozialen Kontakts, den Korrelationen zwischen den Gehirnaktivitäten und den GPDC-Werten. Nach einer Woche sozialer Kontakte zeigten Regressionen der logistischen Wachstumskurve, dass die Interhirnkorrelation im Frontal- und Parietalbereich ein Plateau erreicht hatte.

Die Interhirnkorrelationen zwischen Menschen und Hunden waren in verschiedenen Sitzungen viel geringer als in denselben Interaktionssitzungen. Die Ergebnisse zeigen, dass die gegenseitige Beteiligung zwischen Hunden und Menschen für die neuronalen Verbindungen zwischen den Gehirnen von entscheidender Bedeutung ist. Während der sozialen Interaktion zwischen Mensch und Hund übernimmt der Mensch die Führung und der Hund folgt ihm. Die mutierten Eckzähne zeigten eine geringere Aufmerksamkeit und eliminierten die Verbindungen zwischen den Gehirnen. Eine Einzeldosis LSD löste die Probleme.

Schlussfolgerungen

Die Studie ergab, dass die neuronalen Synchronisationen zwischen den Gehirnen zwischen Familienhunden und Menschen mit denen identisch sind, die bei Mensch-Mensch-Interaktionen beobachtet werden. Das frontoparietale Netzwerk ist für die Koordination der Aktivitäten zwischen den Gehirnen und die Aufmerksamkeit für sensorische Informationen von wesentlicher Bedeutung. Hunde mit Shank3-Mutationen zeigten eine schlechte Gehirnschaltung und Aufmerksamkeit, vergleichbar mit denen mit ASD. Eine Einzeldosis LSD stellte bei den mutierten Hunden die verminderte Verbindung zwischen den Gehirnen und die Gelenkaufmerksamkeit wieder her, was darauf hindeutet, dass LSD die soziale Beeinträchtigung bei ASD-Patienten verbessern kann.

Die Ergebnisse deuten auf mögliche biologische Marker der neuronalen Aktivität zwischen dem Gehirn für die Diagnose von Autismus-Spektrum-Störungen und die Entwicklung spezieller nicht-halluzinogener LSD-Analoga zur Behandlung sozialer Defizite hin. Weitere Forschungen zur Gehirnkopplung könnten das Wissen über die neurologischen Mechanismen verbessern, die den sozialen Interaktionen zwischen sich normal entwickelnden Menschen und Menschen mit psychischen Erkrankungen wie ASD zugrunde liegen.

Quellen: