La ricerca mostra la sincronizzazione cerebrale tra esseri umani e cani

La ricerca mostra la sincronizzazione cerebrale tra esseri umani e cani

Uno studio mostra come guardarsi e accarezzarsi a vicenda sincronizza il cervello umano e quello del cane, mentre le mutazioni genetiche legate all'autismo nei cani riducono questa connessione.

In un recente studio pubblicato suScienza avanzataI ricercatori hanno esaminato le connessioni cerebrali tra specie diverse tra cani e esseri umani. Hanno anche esaminato se le anomalie genetiche legate all’autismo nei cani ostacolano l’interazione sociale tra le coppie uomo-cane.

sfondo

Il legame tra uomo e cane si è evoluto nel tempo, con i cani addomesticati per le loro capacità protettive e di caccia. Sono diventati membri preziosi della famiglia, fornendo compagnia e supporto emotivo. Le partnership interspecie apportano vantaggi reciproci ma raramente raggiungono il livello di comunicazione tra uomo e cane. I cani possono leggere, comprendere e rispondere a varie emozioni umane e segnali linguistici attraverso espressioni facciali, comportamenti e toni vocali. Tuttavia, i meccanismi cerebrali alla base della comunicazione sociale tra le specie rimangono sconosciuti.

A proposito dello studio

Nel presente studio, i ricercatori hanno esaminato i processi cerebrali che consentono la comunicazione tra esseri umani e cani. Hanno esaminato l’influenza dei cambiamenti genetici legati all’autismo nei cani sulle interazioni sociali tra le due specie.

Elettroencefalogrammi wireless non invasivi (EEG) hanno registrato simultaneamente l’attività cerebrale nei beagle (cani da ricerca) e negli esseri umani durante le interazioni sociali. Per convalidare i risultati, i ricercatori hanno valutato le correlazioni cerebrali tra diverse aree del cervello in tre situazioni. Le situazioni includevano nessuna interazione sociale in stanze separate, con interazione sociale in una stanza e senza interazione sociale in una stanza. Le interazioni sociali includevano coccolarsi e guardarsi l'un l'altro.

I ricercatori hanno confrontato l’accoppiamento intercerebrale durante le interazioni sociali complete (sguardo reciproco + carezze) con l’interazione sociale parziale (sguardo reciproco o solo carezze) per valutare gli effetti sinergici dello sguardo reciproco e delle carezze sull’accoppiamento intercerebrale. Hanno anche esaminato le connessioni dell’attività cerebrale tra cani e partecipanti umani in vari studi e hanno registrato l’attività cerebrale delle due specie durante le interazioni sociali per cinque giorni per valutare l’influenza della familiarità sociale sull’accoppiamento neurale tra i cervelli.

L'anatomia del cervello umano

I ricercatori hanno poi condotto un ulteriore studio di cinque giorni per valutare la durabilità o i cambiamenti nelle interazioni tra i cervelli per periodi di tempo più lunghi. Le regressioni lineari hanno esaminato la relazione tra la durata delle interazioni sociali e l'attività cerebrale. Gli algoritmi Generalized Partially Directed Coherence (GPDC) hanno valutato la direzionalità dell'accoppiamento delle attività tra i cervelli.

I ricercatori hanno sviluppato un modello di disturbo dello spettro autistico (ASD) per cani con mutazioni SH3 e multiple di ripetizioni di ankyrin nel dominio 3 (Shank3) utilizzando l'editing del genoma della proteina 9 (Cas9) associata a brevi ripetizioni palindromiche regolarmente interspaziate (CRISPR).

Studi comportamentali come il test a tre camere e gli esperimenti di interazione uomo-cane hanno mostrato sintomi simili all'autismo nei mutanti. Per cinque giorni, i ricercatori hanno esplorato la connessione neurale del cervello tra cani mutanti e esseri umani. I rapporti delle onde theta/beta (TBR) suggerivano problemi di attenzione nei mutanti durante le interazioni sociali tra esseri umani e cani.

I ricercatori hanno anche esaminato gli effetti della dietilamide dell'acido lisergico (LSD), una sostanza psichedelica, sulla funzione cerebrale. Hanno somministrato una singola dose di 7,5 μg/kg di peso corporeo di LSD per via intramuscolare e hanno osservato l'effetto dopo 24 ore.

Risultati

Accarezzare e fissarsi reciprocamente ha portato alla sincronizzazione intercerebrale nelle aree parietali e frontali del cervello durante le interazioni uomo-cane. Queste aree del cervello sono coinvolte nell’attenzione congiunta. L'associazione intercerebrale in queste aree cerebrali di cani ed esseri umani causata solo dal guardarsi o coccolarsi reciprocamente era molto inferiore rispetto alle interazioni sociali combinate, comprese le coccole e lo sguardo reciproco.

Nel corso di cinque giorni, l’intensità della sincronizzazione è aumentata man mano che la diade uomo-cane è diventata più familiare. Le analisi di regressione lineare hanno rivelato una forte associazione positiva tra tempo di contatto sociale, correlazioni tra attività cerebrali e valori GPDC. Dopo una settimana di contatto sociale, le regressioni della curva di crescita logistica hanno mostrato che la correlazione intercerebrale nelle aree frontale e parietale si era stabilizzata.

Le correlazioni intercerebrali tra esseri umani e cani erano molto più basse nelle diverse sessioni rispetto alle stesse sessioni di interazione. I risultati mostrano che l’impegno reciproco tra cani ed esseri umani è cruciale per le connessioni neurali tra i cervelli. Durante l'interazione sociale uomo-cane, l'uomo prende l'iniziativa e il cane lo segue. I canini mutati hanno mostrato una vigilanza ridotta e hanno eliminato le connessioni tra i cervelli. Una singola dose di LSD risolse i problemi.

Conclusioni

Lo studio ha scoperto che le sincronizzazioni neurali tra i cervelli dei cani di famiglia e degli esseri umani sono identiche a quelle osservate nelle interazioni uomo-uomo. La rete frontoparietale è essenziale per coordinare l'attività tra i cervelli e prestare attenzione alle informazioni sensoriali. I cani con mutazioni Shank3 hanno mostrato scarsi circuiti cerebrali e attenzione paragonabili a quelli con ASD. Una singola dose di LSD ha ripristinato la ridotta connettività cerebrale e l’attenzione congiunta nei cani mutanti, suggerendo che l’LSD può migliorare il deterioramento sociale nei pazienti con ASD.

I risultati suggeriscono possibili marcatori biologici dell’attività neuronale intercebrale per la diagnosi dei disturbi dello spettro autistico e lo sviluppo di specifici analoghi non allucinogeni dell’LSD per trattare i deficit sociali. Ulteriori ricerche sull’accoppiamento cerebrale potrebbero migliorare la conoscenza dei meccanismi neurologici alla base delle interazioni sociali tra persone con sviluppo tipico e persone con malattie mentali come l’ASD.

Fonti: