Atlas otak anjing menyoroti evolusi dan fungsi otak manusia

ringkasan: Sebuah studi baru-baru ini menggunakan atlas otak anjing telah menghasilkan wawasan penting tentang evolusi otak manusia. Dengan menyelidiki aktivitas otak pada anjing melalui pencitraan resonansi magnetik fungsional, para peneliti telah mengungkapkan peran penting dari korteks cingulate dan lobus prefrontal lateral dalam pemecahan masalah dan pengalihan tugas.

Penelitian ini juga menjelaskan bagaimana wilayah otak bekerja secara sinkron untuk membentuk jaringan tugas-spesifik. Studi inovatif ini menawarkan potensi dalam memahami kondisi yang berkaitan dengan komunikasi dan integrasi di wilayah otak, termasuk penuaan, kecemasan, dan gangguan kejiwaan.

Fakta-fakta kunci:

1. Studi ini menggunakan atlas otak fMRI keadaan istirahat anjing baru untuk menganalisis aktivitas otak anjing dan mengungkapkan peran penting korteks cingulate dalam perkembangan otak mamalia.
2. 33 anjing terlatih berpartisipasi dalam penelitian ini, dan rekaman fMRI dilakukan saat anjing sedang istirahat.
3. Atlas otak rs-fMRI yang baru dapat membantu mempelajari kondisi di mana integrasi dan komunikasi antar bagian otak terganggu, seperti penuaan, kecemasan, dan gangguan kejiwaan.

sumber: ELTE

Sebuah studi tentang jaringan otak anjing mengungkapkan bahwa selama perkembangan otak mamalia, peran korteks cingulate, struktur bilateral yang terletak jauh di dalam korteks serebral, sebagian diambil alih oleh lobus frontal lateral, yang mengontrol penyelesaian masalah, pengalihan tugas, dan perilaku yang diarahkan pada tujuan.

Studi ini mengandalkan atlas otak fMRI, yang dapat membantu menganalisis penyakit yang ditandai dengan cacat pada integrasi dan komunikasi antar wilayah otak.

Para peneliti tertarik pada bagaimana anjing berpikir tidak hanya dapat menyimpulkan ini dari perilaku mereka, tetapi juga menyelidiki aktivitas otak mereka menggunakan pencitraan resonansi magnetik fungsional (fMRI) untuk mengidentifikasi dan melihat area otak mana yang aktif ketika anjing bereaksi terhadap rangsangan eksternal.

Metode ini mengidentifikasi mekanisme otak yang memengaruhi pembelajaran dan ingatan anjing, yang mengarah ke metode pelatihan anjing yang unggul serta mempelajari langkah-langkah evolusioner yang mengarah pada evolusi fungsi otak manusia.

Departemen Behaviorisme di Universitas Eötvös Loránd (ELTE) telah menjadi yang terdepan dalam mengembangkan metodologi pengukuran fMRI anjing sejak tahun 2006.

Metodologi pelatihan anjing peliharaan dikembangkan oleh Márta Gácsi, yang juga memberikan kontribusi signifikan terhadap pengenalan pelatihan anjing pendamping di Hungaria.

Dia mengadopsi banyak metode dari sana, melengkapinya dengan pelatihan bermotivasi sosial berdasarkan prinsip-prinsip pelatihan kompetisi yang telah ditemukan melalui penelitian perilaku.

Dalam pendekatan ini, pelajar sangat termotivasi untuk mempelajari tugas dengan mengamati pekerjaan anjing yang sudah terlatih dan ingin memujinya. Sebagai hasil dari pelatihan MRI, anjing yang terlatih mampu (dan sangat bersemangat!) untuk berbaring diam dalam pemindai MRI selama delapan jam.menit, berlawanan dengan petting dan suguhan yang diharapkan.

Dalam beberapa tahun terakhir, fMRI anjing umumnya melibatkan permainan suara untuk hewan dan menyelidiki daerah otak mana yang diaktifkan selama otak memproses suara.

Sinyal aktivitas otak biasanya ditampilkan pada atlas anatomi untuk mengidentifikasi area otak yang terkena.

Masalahnya, bagaimanapun, adalah bahwa aktivitas fungsional tidak teratur, dan tidak harus mengikuti batas reguler yang ditentukan secara anatomis. Bagian otak umumnya terlibat dalam pemrosesan masukan tertentu secara bersama-sama, yaitu bekerja secara serempak, membentuk jaringan otak fungsional.

“Kami memutuskan untuk membuat atlas otak anjing yang mengatur daerah anatomis menjadi jaringan fungsional, menunjukkan daerah mana yang memiliki jenis tugas tertentu dan menunjukkan lokasinya.” kata Dora Szabo, penulis pertama studi yang diterbitkan di Struktur dan fungsi otak.

Atlas baru untuk peneliti otak anjing

Untuk membuat atlas otak fungsional, 33 anjing keluarga terlatih dilibatkan dalam penelitian ini. Selama perekaman fMRI, anjing-anjing itu tidak diberi tugas apa pun selain berbaring diam di dalam pemindai.

Inilah yang disebut fMRI keadaan istirahat, atau singkatnya rs-fMRI, yang memeriksa aktivitas otak tanpa orang tersebut terlibat dalam tugas tertentu, tanpa berkonsentrasi atau memikirkan sesuatu secara khusus, dalam “keadaan istirahat”.

Data yang diperoleh dengan cara ini dapat mengungkap wilayah otak mana yang secara fungsional terkait satu sama lain dan mana yang saling berhubungan erat, memungkinkan peneliti untuk mempelajari jaringan dan koneksi otak.

Metodologi asli lebih ditingkatkan dengan menerapkan teori jaringan dengan bantuan Milan Yanusov, seorang ilmuwan jaringan dan data di Universitas Eropa Tengah.

Sementara penelitian sebelumnya hanya dapat menggambarkan jaringan berbasis model terlepas dari batas anatomi, atlas otak MRI anjing baru yang mencerminkan daerah anatomi dengan akurasi yang diperlukan telah memungkinkan para peneliti untuk mempelajari kekuatan koneksi antara anggota jaringan atau antar jaringan, serta membandingkan spesies. karena ukuran populasi anjing yang besar.

Otak didominasi oleh berbagai daerah pada anjing dan manusia

Menurut penelitian, jaringan di lobus frontal lateral (frontal-parietal) yang mengontrol pemecahan masalah, pengalihan tugas, dan perilaku yang diarahkan pada tujuan memiliki peran yang lebih kecil pada anjing daripada pada manusia. Sebagai gantinya, korteks cingulate, struktur bilateral yang terletak jauh di dalam korteks serebral, memainkan peran sentral.

Itu terlibat dalam sejumlah proses vital selain pemrosesan hadiah dan regulasi emosi. Korteks cingulate pada anjing secara proporsional lebih besar daripada manusia.

efek penuaan

Para peneliti mengukur anjing dari berbagai usia, yang tertua berusia 14 tahun. Seperti disebutkan sebelumnya, anjing harus berbaring diam untuk mendapatkan pengukuran yang benar.

Data mengungkapkan bahwa anjing yang lebih tua sedikit kurang mampu mempertahankan posisi awal mereka.

Namun, perbedaan ini sangat kecil bahkan dalam kasus mereka, head offset kurang dari 0,4 mm. Dalam aspek ini, mereka mirip dengan manusia, karena orang yang lebih tua juga merasa lebih sulit untuk mempertahankan keheningan dalam waktu yang lama dibandingkan individu yang lebih muda,” kata Eniko Coppini, peneliti senior yang mempelajari penuaan kognitif pada anjing.

“Studi ini memberikan gambaran sekilas tentang perkembangan otak manusia, menunjukkan bahwa selama evolusi otak mamalia, peran korteks cingulate sebagian diambil alih oleh daerah fronto-parietal.”

Selain itu, atlas otak rs-fMRI yang baru dapat membantu menyelidiki kondisi di mana integrasi dan komunikasi di seluruh wilayah otak terganggu, yang mengarah pada pembagian tugas yang tidak efisien. Penuaan, kecemasan dan gangguan mental adalah beberapa contoh dari kondisi tersebut.

Pendanaan: Proyek ini telah menerima dana dari European Research Council (ERC, 680040), dari Hungaria Academy of Sciences melalui hibah kepada MTA-ELTE Companion Animal Research Group ‘Lendület/Momentum’ (PH1404/21) dan National Brain Program 3.0 (NAP2022-I-3/2022). ), serta Kelompok Riset Etika Komparatif ELKH-ELTE (01031).

Tentang penelitian ini di Neuroscience News

pengarang: Sarah Boom
sumber: ELTE
komunikasi: Sarah Baum – ELTE
gambar: Gambar dikreditkan ke Neuroscience News

Pencarian asli: akses terbuka.
“Node sentral dari jaringan otak fungsional anjing terkonsentrasi di cingulate gyrusOleh Márta Gácsi et al. Struktur dan fungsi otak

ringkasan

Node sentral dari jaringan otak fungsional anjing terkonsentrasi di cingulate gyrus

Dibandingkan dengan bidang fMRI manusia, pengetahuan tentang jaringan fungsional pada anjing sangat langka. Dalam makalah ini, kami menyajikan peta jaringan fungsional (wilayah minat) berbasis ROI pertama dari otak anjing pendamping. Kami memeriksa 33 anjing yang terjaga dalam ‘keadaan bebas tugas’.

Subjek terlatih kami, mirip dengan manusia, rela tidak bergerak selama pemindaian. Tujuan kami adalah untuk menyediakan peta referensi dengan perkiraan terbaik saat ini dari organisasi korteks serebral yang diukur dengan konektivitas fungsional.

Hasilnya memperluas studi ICA (Independent Component Analysis) spasial sebelumnya (Szabo et al. dalam Sci Rep 9 (1): 1.25. https://doi.org/10.1038/s41598-019-51752-22019), dengan studi saat ini mencakup (1) lebih banyak subjek dan (2) protokol pemindaian yang ditingkatkan untuk menghindari kelainan bentuk lateral asimetris.

pada anjing, mirip dengan manusia (Sacca et al. dalam J Neurosci Methods. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2021.109084, 2021), keusangan meningkatkan perpindahan bingkai (yaitu gerakan kepala) pada pemindai.

Terlepas dari pendekatan yang berbeda secara inheren antara ICA bebas model dan ROI berbasis model, jaringan fungsional yang dihasilkan menunjukkan kesamaan yang luar biasa.

Namun, dalam penelitian ini, kami tidak mendeteksi jaringan pendengaran tertentu. Sebagai gantinya, kami mengidentifikasi dua jaringan multi-regional yang sangat saling berhubungan yang meluas ke daerah parasimpatis (Sylvian L, Sylvian R), termasuk masing-masing daerah pendengaran, bersama dengan korteks asosiatif, sensorik, dan insular.

Jaringan perhatian dan kontrol tidak dibagi menjadi dua jaringan ad hoc yang benar-benar terpisah. Secara umum, pada anjing, pleksus dan akson fronto-parietal kurang dominan dibandingkan pada manusia, dengan cingulate gyrus memainkan peran sentral.

Naskah ini memberikan upaya pertama untuk memetakan jaringan fungsional seluruh otak pada anjing melalui pendekatan berbasis model.