В течение многих лет команда профессора Лаури Паркконена из Университета Аалто разрабатывала квантовые оптические датчики для измерения магнитных полей мозга с использованием метода, известного как магнитоэнцефалография (МЭГ). В традиционных МЭГ сверхпроводящие датчики работают при очень низких температурах и нуждаются в сантиметровой теплоизоляции, а квантовые оптические датчики работают при комнатной температуре, поэтому их можно размещать прямо на поверхности головы. Это позволяет более точно измерять магнитные поля мозга.

Паркконен и его команда планируют использовать новый метод, чтобы развить свою более раннюю работу по измерению мозговой активности у кошек и собак . Теперь они планируют охарактеризовать сложность временных структур в сенсорных стимулах , которые может отслеживать мозг кошки и собаки. Аналогичные эксперименты на людях показали, что наш мозг вырабатывает специфические реакции на отклонения в сложных структурах только тогда, когда мы обращаем внимание на стимулы и осознаем отклонения. Как только техника будет усовершенствована, Паркконен и его команда планируют использовать ее для проведения аналогичных измерений у человеческих младенцев .

Эксперименты начнутся этой осенью — хотя Паркконен уже провел некоторые предварительные тесты со своей семейной кошкой Русой — и ожидается, что проект продлится до 2026 года. Исследователи надеются, что их результаты откроют беспрецедентное окно в когнитивные способности кошек и собак. , и это также может помочь преодолеть разрыв между нашим пониманием человеческого мозга и мозга других млекопитающих.

Измерение мозга кошек и собак

Мозговая активность у собак уже измерялась с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ). Однако мышцы вокруг черепа собаки искажают ЭЭГ, что делает ее неточным индикатором мозговой активности. Традиционные датчики МЭГ в жестком шлеме не подходят для животных, кроме человека, потому что эти устройства должны быть адаптированы к размеру головы каждого вида и даже породы, что было бы очень дорого. Новые датчики преодолевают обе трудности, позволяя команде получать необходимые данные.

«В лаборатории кошки и собаки будут слушать повторяющиеся серии звуков со случайно отклоняющимися последовательностями. У людей отклонение от заученного имплицитного правила вызывает специфическую реакцию в мозгу. Наша цель — выяснить, могут ли кошки и собаки также генерируют реакции мозга на эти отклонения в виде более сложных звуковых последовательностей, а также снижает ли перенаправление внимания эти реакции, как это происходит у людей», — говорит Паркконен.

Паркконен уже экспериментировал с очень простыми измерениями на своей домашней кошке Русе, которая любит, когда ее держат на руках в течение длительного времени, что важно для успешного измерения. Ее привезли в лабораторию за пару часов до замеров, чтобы она успела акклиматизироваться, так как кошки очень трепетно ​​относятся к своему пространству.

«Мы смогли измерить слуховые вызванные реакции кошки на два разных звука, которые возникали с разной вероятностью и в случайном порядке. Для менее частых звуков мозг кошки вырабатывал специфическую реакцию обнаружения изменений, подобную реакции человеческого мозга в аналогичный эксперимент», — говорит Паркконен.

Изучение мозговой активности у младенцев

Хотя первоначальные эксперименты будут проводиться на кошках, измерительная установка будет разработана таким образом, чтобы она подходила как для кошек, так и для собак, а долгосрочная цель состоит в том, чтобы разработать измерительную установку, подходящую для человеческих младенцев.

Паркконен объясняет, что у кошек и человеческих младенцев есть общая черта, из-за которой некоторые измерения мозга сложнее, чем у собак. «По нашему опыту, профессионал может научить собаку смотреть на визуальный стимул достаточно долго, чтобы можно было записывать реакции мозга, но с кошками и человеческими младенцами это вряд ли сработает. Таким образом, слуховые стимулы действуют на кошек и младенцев лучше, чем зрительные стимулы. В лаборатории слуховые стимулы воспроизводятся громкоговорителем, и наушники не нужны».

Держите голову неподвижно

В предварительном эксперименте Паркконен поднес квантово-оптический датчик МЭГ к голове своей кошки, пока она слушала звуки. В будущих экспериментах датчики будут аккуратно прикреплены к голове животного с помощью ошейника, чтобы они не меняли своего положения по отношению к мозгу, когда кошка или собака поворачивают голову.

«Мы также будем делать видеозаписи во время измерений МЭГ, что облегчит идентификацию и удаление мешающих сигналов, вызванных движением головы», — говорит Паркконен.

Паркконен также надеется узнать о сходствах и различиях между видами. В прошлом активность мозга у нечеловеческих животных в основном измерялась инвазивно с использованием электродов внутри черепа. Разрабатываемый новый метод позволит измерять активность мозга неинвазивно, так же, как у здоровых людей.

Лабораторные тесты уже были одобрены комитетом по этике исследований. По мнению комитета, это не считается экспериментом на животных, потому что животным не причиняют боли. Визуализация МЭГ безболезненна и безопасна для пациента. В экспериментах участвуют обычные домашние животные, которые возвращаются домой примерно через час тестирования. В них не вводят никаких веществ. Используемые слуховые стимулы также являются стандартными, то есть их можно услышать дома.

« Кошек и собак поощряют оставаться неподвижными во время эксперимента с помощью положительного подкрепления, например, с помощью лакомств. Их не заставляют оставаться неподвижными; это даже ухудшит техническое качество измерений», — объясняет Паркконен.