Awake fMRI rivela come i cervelli canini elaborano nuove parole

La neuroimaging mostra che i cani elaborano differenzialmente pseudowords e parole addestrate.

“Volevamo ottenere i dati dai cani stessi, non solo dai rapporti dei proprietari”.

Il dott. Gregory Berns della Emory University e i suoi colleghi hanno studiato vari aspetti del comportamento del cane utilizzando le analisi risveglio-fMRI per un certo numero di anni. Il Dr. Berns ha fondato The Dog Project: è stato il primo ad addestrare volontariamente i cani ad entrare in uno scanner a risonanza magnetica funzionale (fMRI) ea rimanere immobili durante la scansione senza trattenerli o sedarli. Ad oggi sono stati addestrati più di 880 cani.

Ho pubblicato una serie di saggi sul loro lavoro pionieristico (per favore vedi, ad esempio, “Come i cani vedono il mondo: le scansioni del cervello ci dicono quello che vedono”, “La gelosia nei cani: il brain imaging mostra che sono simili a noi” e “I cani sono anche le persone: ci amano e ci mancano le fMRI dicono”) e un’intervista con il dott. Berns sul suo libro intitolato Cosa vuol dire essere un cane: e altre avventure nella neuroscienza animale . In questa intervista osserva, “Il tema dominante è che vediamo sorprendenti somiglianze nel modo in cui funzionano i cervelli degli animali. Ciò significa che tutti gli animali, siano essi cani o umani, hanno molti processi neurali in comune. Quindi, quando vediamo la stessa parte del cervello di un cane attiva come quella di un essere umano in condizioni simili, l’implicazione è che il cane sta vivendo qualcosa di molto simile a noi. Proprio come gli umani, vediamo una tremenda variazione in queste risposte da un cane all’altro. Ciò significa che i cani, come gli umani, sono individui. Ci stiamo rapidamente spostando oltre la domanda “come è essere un cane” a “com’è essere quel cane”. In Canine Confidential: Perché i cani fanno ciò che fanno Ho sottolineato che non esiste essere può chiamare “il cane” in modo affidabile a causa dell’enorme quantità di variabilità tra questi fantastici animali, anche subito dopo la nascita. Certo, ci sono alcune tendenze generali, ma ciò che cattura sempre il mio occhio è l’enorme quantità di variabilità all’interno della specie tra i cani, compresi i neonati, i fratelli e altri membri della stessa razza o mix.

Il lavoro di Berns e del suo collega prosegue e hanno recentemente pubblicato un saggio su Frontiers of Neuroscience intitolato “Awake fMRI Reveal Brain Regions for Novel Word Detection in Dogs” che è disponibile online gratuitamente. Un riassunto accurato di questa ricerca può essere trovato in un pezzo intitolato “Gli scienziati inseguono il mistero di come i cani elaborano le parole”. Il fondamento logico di questo studio è il seguente: “Molti proprietari di cani pensano che i loro cani sappiano cosa significano alcune parole, ma c’è davvero non sono molte prove scientifiche a sostegno di ciò “, dice Ashley Prichard, un dottorato di ricerca. candidato nel Dipartimento di Psicologia di Emory e primo autore dello studio. “Volevamo ottenere i dati dai cani stessi – non solo rapporti dei proprietari”. Il dott. Berns osserva: “Sappiamo che i cani hanno la capacità di elaborare almeno alcuni aspetti del linguaggio umano poiché possono imparare a seguire i comandi verbali … la ricerca, tuttavia, suggerisce che i cani possono contare su molti altri segnali per seguire un comando verbale, come lo sguardo, i gesti e persino le espressioni emotive dei loro proprietari. ”

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Cani individuali e i loro oggetti addestrati.

Fonte: per gentile concessione di Gregory Berns

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Per condurre le loro ricerche sul modo in cui i cervelli dei cani elaborano le parole, 12 cani di razze diverse, volontari dal loro essere umano, sono stati addestrati a recuperare due oggetti – uno morbido e un altro di consistenza diversa – per nome. Durante l’allenamento, ai proprietari veniva chiesto se il loro cane mostrava una preferenza per un oggetto rispetto all’altro. La maggior parte preferiva l’oggetto più morbido e questo era etichettato come word1 e object1. Zola non ha completato il progetto perché non era in grado di completare la scansione MRI. I dettagli sui metodi utilizzati sono disponibili nel saggio di ricerca.

Eddie, uno dei cani che hanno partecipato allo studio, posa nello scanner fMRI con due dei giocattoli usati negli esperimenti

Fonte: cortesia Gregory Berns

Dopo l’allenamento, i cervelli dei cani sono stati scansionati nella macchina per la risonanza magnetica perché erano esposti a due parole addestrate e agli oggetti corrispondenti. (La didascalia completa della foto di Eddie recita: “Eddie, uno dei cani che ha partecipato allo studio, posa nello scanner fMRI con due dei giocattoli usati negli esperimenti,” Scimmia “e” Piggy “.”) Pseudowords sono stati usati come controllo e sono stati seguiti dalla presentazione di nuovi oggetti. Comprendevano “una bacchetta a bolle, una bambola Barbie, un bruco ripieno, un fischietto di legno, un distributore di gomme di plastica, un cappello giallo, un cuscino del sedile dell’anguria, un lanciarazzi Nerf, ecc.”

Mappa di tutto il cervello del cervello che mostra l’attivazione senza soglia di tutte le parole rispetto a tutti gli oggetti.

Fonte: per gentile concessione di Gregory Berns

I ricercatori hanno scoperto che i cani hanno chiaramente sentito le parole e hanno visto gli oggetti quando erano nello scanner MRI. Scrivono, “l’attivazione positiva è stata localizzata alla corteccia uditiva per le parole e l’attivazione negativa per gli oggetti di presentazione nella corteccia parietale (Figura 4, immagine a sinistra), confermando che i cani hanno sentito le parole e hanno visto gli oggetti”. analisi, hanno anche scoperto “L’analisi del cervello intero dei contrasti di interesse ha rivelato un’attivazione significativa solo all’interno della corteccia parietotemporale destra per il contrasto [pseudowords – parole addestrate]” e “Analisi del cervello intero dei contrasti di [parola1 – parola2] e [romanzo – imprevisto] non erano significativi in ​​quanto nessun cluster sopravviveva alla soglia del significato di voxel sopra menzionato. ”

Inoltre, hanno utilizzato l’analisi del pattern multivoxel search search (MVPA) per esplorare potenziali regioni cerebrali che potrebbero codificare per diverse rappresentazioni delle parole. Scrivono: “La mappa di searchlight di word1 vs. word2, che identificava le regioni coinvolte nella discriminazione delle parole addestrate, mostrava quattro gruppi di voxel informativi (Figura 6): talamo posteriore / tronco cerebrale; amigdala; giunzione temporoparietale sinistra (TPJ); e lasciato il nucleo caudato sinistro. Sette cani hanno condiviso voxel informativi nella o vicino alla corteccia temporale sinistra che ha superato la soglia di accuratezza di 0,63 (Figura 7). “Hanno anche appreso che sette cani” mostravano grappoli nei lobi temporali e parietali a sinistra, suggerendo una certa eterogeneità nella posizione sottostante la discriminazione di parola “Quando hanno confrontato i loro dati con ciò che è noto per gli umani, scrivono” Il modo in cui i cani imparano le parole è diverso da quello degli umani … Anche se gli esseri umani generalizzano facilmente il significato delle parole in una varietà di contesti, questo potrebbe non essere il caso per i cani. ”

Quali orecchi di cani dicono al cervello dei cani: cosa significano le parole per loro?

“… l’elaborazione di parole umane da parte dei cani utilizza processi di base come il rilevamento delle novità, e per alcuni cani, può anche includere rappresentazioni uditive ed edonistiche”.

I risultati di questo studio seminale possono essere riassunti come segue. Cito alcuni dal documento di ricerca originale per essere sicuro di sistemare le cose. I ricercatori scrivono, “Usando il risveglio-fMRI nei cani, abbiamo trovato prove neurali per la rilevazione di novità uditive nel dominio del linguaggio umano. Il segno distintivo di questa scoperta è stata una maggiore attivazione nella corteccia parietotemporale a pseudosordi romanzeschi relativi a parole addestrate . Quindi, anche in assenza di una risposta comportamentale, dimostriamo che i cani elaborano il linguaggio umano almeno fino al punto di differenziare le parole che hanno sentito prima da quelle che non hanno. Il meccanismo di tale rilevamento di novità può essere radicato nella presentazione relativamente meno frequente degli pseudowords (rilevamento di oddball) o nella mancanza di significato ad essi associato (elaborazione lessicale). “(La mia enfasi)

Gli autori chiedono anche: “Allora, cosa significano le parole per i cani?” La loro risposta: “Anche se i nostri risultati suggeriscono un ruolo di primo piano per la novità nell’elaborazione delle parole umane da parte dei cani, questo lascia la domanda su cosa rappresentano le parole. Una possibilità è che le parole non avessero altra rappresentazione se non il relativo valore edonico degli oggetti. “La loro conclusione finale recita:” Questi risultati evidenziano i potenziali meccanismi con cui i cani elaborano le parole. La novità della parola sembra giocare un ruolo importante. La forte risposta della regione parietotemporale a pseudoword suggerisce che i cani hanno alcune capacità di base per differenziare le parole con associazioni da quelle che non lo fanno. Studi futuri potrebbero rivelare se queste rappresentazioni rimangono nel dominio uditivo o se tali rappresentazioni sono invarianti rispetto alla modalità. “Quando si confrontano i risultati con gli umani, la ricercatrice Ashley Prichard nota che” le persone mostrano generalmente una maggiore attivazione neurale per le parole conosciute rispetto alle parole nuove “.

Che cosa significa tutto questo?

Chiaramente, il cervello dei cani rileva parole diverse, e la novità è una variabile importante in come e dove viene fatto. Quando i risultati sono considerati nel loro complesso, il dott. Berns afferma che il presente studio mostra che i cani “sembrano avere una rappresentazione neurale del significato delle parole che sono state insegnate, al di là di una risposta pavloviana di basso livello”. I ricercatori sono anche prudenti notare che i risultati potrebbero essere stati influenzati dalle razze e dai mix dei cani che hanno studiato, dalle loro diverse dimensioni e dalle variazioni nelle capacità cognitive individuali. Sottolineano anche che le loro conclusioni non significano “le parole pronunciate sono il modo più efficace per un proprietario di comunicare con un cane. In effetti, altre ricerche condotte anche da Prichard e Berns e recentemente pubblicate su Scientific Reports, hanno dimostrato che il sistema neurale di ricompensa dei cani è più in sintonia con i segnali visivi e di profumo che con quelli verbali. “Accanto a queste note, Ashley Prichard osserva,” Dal punto di vista del cane, tuttavia, un comando visivo potrebbe essere più efficace, aiutando il cane a imparare il trucco più velocemente. ”

Mi è davvero piaciuto leggere di questa ricerca e imparare come il cervello dei cani elabora parole diverse. È una ricerca chiaramente rilevante dal punto di vista ecologico, in quanto attinge davvero a un modo molto comune, forse il modo più comune, in cui uomini e cani comunicano tra loro. Ricerche come questa dimostrano anche che la scienza canina non è una “scienza soft” e che studi neurobiologici ed etologici dettagliati sono fondamentali per imparare di più su come i cani interagiscono e percepiscono il loro mondo.

Restate sintonizzati per ulteriori informazioni sulle affascinanti vite cognitive ed emotive dei cani. C’è ancora tanto da imparare.