Mi történik az alvó kutya agyában?

Ha elalvás előtt tanultak valamit, a kutyák mélyebben alszanak.

Kevés olyan emberi viselkedés van, amelynek élettanáról kevesebbet tudnánk, mint az alváséról. Noha az ember ezzel tölti életének negyedét-harmadát, rengeteg a megválaszolatlan kérdés. Annyi mindenesetre bizton állítható, hogy az alvás elengedhetetlen szerepet játszik az emléknyomok hosszú távú rögzülésében (noha arról, hogy pontosan hogyan rögzülnek az emlékek, és hogyan működik a memória, legfeljebb sejtéseink vannak).

Az alvás és a memória kapcsolatának jobb megértéséhez kézenfekvő lenne állatokon vizsgálni a jelenséget. Hiszen akár hasonlóságokat, akár különbségeket találunk az állatok és az ember alvása és emlékezőképessége között, a kutatási eredmények sokat elárulhatnak ezek működéséről és evolúciójáról. Csakhogy, meglepő módon, eddig csak néhány állat (egerek, patkányok, és – nem elírás – méhek) esetében vizsgálták az emlékek alvás alatti megerősödését (az úgynevezett memóriakonszolidációt). Furcsa módon ezt főemlősökön még senki sem vizsgálta, pláne nem kutyán.

Eddig. Most publikálták ugyanis magyar kutatók az első vizsgálat eredményeit arról, hogy vajon mi történhet az alvó kutyák agyában új ismeretek elsajátítása után. Nem ez volt az első kísérlet, amelyben alvó kutyák agytevékenységét vizsgálták a Magyar Tudományos Akadémia Kognitív Idegtudományi és Pszichológiai Intézete (MTA KPI), az ELTE Etológia Tanszék és a Semmelweis Egyetem munkatársai. A korábbi kutatás azonban inkább a teljesen új módszer kidolgozását, semmint új viselkedési információk megszerzését célozta. Abból is látszik, hogy a mostani eredményeket milyen jelentősnek értékeli a tudományos közösség, hogy a kutatás eredményeit bemutató tanulmány a világ legfontosabb szakfolyóirata, a Nature kiadójának egyik lapjában, a Scientific Reportsban jelent meg.

„Az első kísérletünkben, amelyben alvó kutyákat vizsgáltunk elektroenkefalográffal (EEG-vel), csak azt kérdeztük, hogy hogyan változik a kutyák agytevékenysége aktív vagy passzív nap után. Most viszont olyan jelenséget vizsgáltunk, amelynek emberi vonatkozásairól igen kiterjedt irodalom áll rendelkezésre (bár az eredmények nagyon ellentmondásosak), viszont laborállatokon kívül más fajok esetében alig vannak adatok – mondja Kis Anna, az MTA KPI munkatársa, a kutatás vezetője. Azok az állatkísérletek pedig, amelyek a memóriakonszolidációval foglalkoztak, olyannyira eltérő módszert követtek, ami szinte összehasonlíthatatlanná teszi őket a humán vizsgálatok eredményeivel.”

A kutatók igyekeztek az emberi EEG-vizsgálatok metódusához minél inkább hasonló eljárást kidolgozni. Tehát próbáltak az emberi kutatásokban szereplőkhöz hasonló feladatokat adni a kutyáknak, és sérülést nem okozó (noninvazív) módon vizsgálni az agytevékenységüket. A memóriavizsgálatokban szereplő emberek rendszerint új szavakat tanulnak, ezért a kutyáknak is új vezényszavakat kellett elsajátítaniuk (konkrétan az ül és a fekszik angol megfelelőit).

„Tizenöt olyan kutyával dolgoztunk, amelyek ismerték a magyar ül és fekszik vezényszavakat, és a kézjeleket is. A tanulás első fázisában látták a kézjeleket, és eközben hallották a megfelelő angol vezényszavakat. Ezután elhagytuk a kézjeleket, és csak a számukra új vezényszavak maradtak. Ugyanezek a kutyák részt vettek egy kontrollpróbában is, amelyben minden ugyanúgy történt, csak a tanulás maradt ki (ekkor nem új, hanem a már ismert magyar vezényszavakat hallották) – folytatja a vezető kutató. – Az EEG-vizsgálat ugyanúgy zajlott, mint az embereknél. Az általunk használt úgynevezett skalpelektródák működéséhez nem szükséges leborotválni a kutyák szőrét, csak pasztával kell bekenni az érzékelőket, mely odaragasztja őket a kutya fejéhez, és biztosítja az elektromos jelek terjedést. Ezt a kísérlet után le lehet mosni vízzel.”

Persze azt sejthetjük, hogy még a legjólneveltebb kutyának is furcsa lehet az, hogy elektródákat ragasztanak a fejére, amelyekből drótok vezetnek egy gépbe, és mindennek tetejébe azt várják tőle, hogy így aludjon el a laborban. Ezért a tesztek előtt minden állat részt vett egy beszoktató foglalkozáson, ahol megismerkedtek az eszközökkel és a helyzettel. Maga a teszt – meglepő módon – nem éjszaka, hanem nappal történt. Érdekes, hogy a humán memóriakonszolidációs kísérletek többségéhez is délután kell az emberi alanyoknak aludniuk. Ahogy nekünk, úgy a kutyáknak is van délután egy „álmosabb” periódusuk, amikor nagyobb eséllyel alszanak el. A vizsgálatokat erre az időszakra időzítették. Az állatok és gazdáik általában három-három órát töltöttek a kutatóintézetben, ahol miután felragasztották a fejükre az EEG-érzékelőket, gazdáikkal mozoghattak is. Valójában nem volt szükség ilyen hosszú mérésekre az eredmények értékeléséhez, de a legritkább esetben születik az első nekirugaszkodásból megfelelő mennyiségű adat, így természetes, ha a kutatók többször is próbálkoznak és megismétlik a mérést.

A sikeres méréseket követően jött az adatelemzés nem kevésbé bonyolult fázisa. A háromórányi rögzített agyhullámból először el kellett különíteni, hogy mikor volt ébren és mikor aludt a kutya. Ezután az alvási szakaszokon belül meg kellett különböztetni a gyors szemmozgásokkal jellemezhető REM-szakaszt a nem REM-szakaszoktól, és ezeken belül is el kellett választani egymástól a lassú, tehát nagy hullámhosszú delta hullámokat a gyorsabb (és így a felszínesebb alváshoz kapcsolódó) alfa hullámoktól.

„Az EEG-vizsgálatok legszembetűnőbb eredménye az volt, hogy a kutyák, amikor új vezényszavakat tanultak alvás előtt, a nem REM alvási szakaszokban mélyebben aludtak, mint amikor nem tettek szert új ismeretekre – foglalja össze az eredményeket Kis Anna. – Ez kissé tudományosabban megfogalmazva azt jelenti, hogy a nem REM-szakaszban a delta hullámok aránya megnövekedett, ezzel párhuzamosan pedig az alfa hullámok aránya csökkent.”

A kutatók tovább folytatják a kutyák alvásvizsgálatait, például tesztelni fogják, hogyan hat az agyi aktivitásra, ha az ebeket elalvás előtt pozitív (például a gazda simogatása) vagy negatív érzelmi impulzusok érik. Ez utóbbi stresszhelyzetet úgy érik el a kutatók, hogy megkérik a gazdát, egy időre hagyja magára a kutyáját.