Awake fMRI enthüllt, wie Hunde-Gehirne neuartige Wörter verarbeiten

Neuroimaging zeigt, dass Hunde differentielle Pseudowörter und trainierte Wörter verarbeiten.

„Wir wollten Daten von den Hunden selbst erhalten – nicht nur Eigentümerberichte.“

Dr. Gregory Berns und seine Kollegen an der Emory University haben verschiedene Aspekte des Verhaltens von Hunden mithilfe von awake-fMRI-Analysen untersucht. Dr. Berns gründete The Dog Project als erstes Hund, das freiwillig einen funktionellen Magnetresonanztomographen (fMRI) einsetzte und während des Scannens stillstand, ohne sie zu behindern oder zu sedieren. Bis heute wurden mehr als 880 Hunde ausgebildet.

Ich habe eine Reihe von Essays über ihre bahnbrechende Arbeit gepostet (siehe zum Beispiel “Wie Hunde die Welt betrachten: Gehirnscans sagen uns, was sie sehen”, “Eifersucht bei Hunden: Gehirnbilder zeigen, dass sie uns ähnlich sind”) und “Hunde sind auch Menschen: Sie lieben uns und Miss Us fMRIs sagen”) sowie ein Interview mit Dr. Berns über sein Buch “Wie ist es, ein Hund zu sein: Und andere Abenteuer in der tierischen Neurowissenschaft” . In diesem Interview bemerkt er: „Das übergeordnete Thema ist, dass wir erstaunliche Ähnlichkeiten in der Funktionsweise von Tiergehirnen sehen. Dies bedeutet, dass alle Tiere – ob Hund oder Mensch – viele neuronale Prozesse gemeinsam haben. Wenn wir also sehen, dass ein Teil des Gehirns eines Hundes unter ähnlichen Bedingungen wie ein Mensch aktiv ist, bedeutet dies, dass der Hund etwas Ähnliches wie wir erlebt. Genau wie beim Menschen sehen wir bei diesen Reaktionen enorme Unterschiede von einem Hund zum anderen. Dies bedeutet, dass Hunde wie Menschen Individuen sind. Wir bewegen uns schnell über die Frage „Wie ist es, ein Hund zu sein“, zu „Wie ist es, dieser Hund zu sein“. “In Canine Confidential: Warum Hunde das tun, was sie tun? Ich habe betont, dass es kein Wesen gibt, das wir sind “Hund” kann aufgrund der enormen Variabilität dieser erstaunlichen Tiere auch nach der Geburt zuverlässig als “Hund” bezeichnet werden. Sicher, es gibt einige allgemeine Trends, aber was mir immer auffällt, ist die enorme Variabilität innerhalb der Arten zwischen Hunden, einschließlich Wurfgeschwistern, Geschwistern und anderen Mitgliedern derselben Rasse oder Mischung.

Berns und sein Kollege arbeiten weiter an der Reihe und haben kürzlich einen Artikel in Frontiers of Neuroscience mit dem Titel “Awake fMRI enthüllt Gehirnregionen für neuartige Worterkennung bei Hunden” veröffentlicht, der kostenlos online verfügbar ist. Eine genaue Zusammenfassung dieser Forschung findet sich in einem Artikel mit dem Titel “Wissenschaftler jagen das Geheimnis, wie Hunde Wörter verarbeiten.” Die Gründe für diese Studie sind folgende: “Viele Hundebesitzer glauben, dass ihre Hunde wissen, was einige Wörter bedeuten, aber wirklich Es gibt nicht viele wissenschaftliche Beweise, um das zu unterstützen “, sagt Ashley Prichard, ein Ph.D. Kandidat in der Emory-Abteilung für Psychologie und Erstautor der Studie. “Wir wollten Daten von den Hunden selbst erhalten – nicht nur Besitzerberichte.” Dr. Berns bemerkt: “Wir wissen, dass Hunde zumindest einige Aspekte der menschlichen Sprache verarbeiten können, da sie lernen können, verbalen Befehlen zu folgen … Zurück Die Forschung legt jedoch nahe, dass sich Hunde auf viele andere Hinweise verlassen können, um einem verbalen Befehl zu folgen, wie z. B. Blick, Gesten und sogar emotionale Ausdrücke ihrer Besitzer. “

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Einzelne Hunde und ihre trainierten Objekte.

Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Gregory Berns

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Um ihre Forschungen über die Art und Weise, wie Hunde im Gehirn Wörter verarbeiten, durchzuführen, wurden 12 Hunde verschiedener Rassen, die freiwillig von ihrem Menschen zur Verfügung gestellt wurden, darin trainiert, zwei Objekte – einen weichen und einen anderen mit unterschiedlicher Textur – anhand des Namens abzurufen. Während des Trainings wurden die Besitzer gefragt, ob ihr Hund ein Objekt gegenüber dem anderen bevorzugt hat. Die Mehrheit bevorzugte ein weicheres Objekt und dieses wurde als word1 und object1 bezeichnet. Zola hat das Projekt nicht abgeschlossen, da sie den MRT-Scan nicht durchführen konnte. Details zu den dort angewandten Methoden finden Sie im Forschungsaufsatz.

Eddie, einer der Hunde, die an der Studie teilgenommen haben, posiert im fMRI-Scanner mit zwei der in den Experimenten verwendeten Spielsachen

Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Gregory Berns

Nach dem Training wurden die Gehirne von Hunden im MRI-Gerät gescannt, als sie zwei trainierten Wörtern und den entsprechenden Objekten ausgesetzt waren. (Die vollständige Bildunterschrift für das Foto von Eddie lautet: “Eddie, einer der Hunde, der an der Studie teilgenommen hat, posiert im fMRI-Scanner mit zwei der in den Experimenten verwendeten Spielsachen” Monkey “und” Piggy “.) Pseudowörter wurden als Kontrolle verwendet und es folgten die Präsentation neuartiger Objekte. Dazu gehörten “ein Zauberstab, eine Barbie-Puppe, eine gefüllte Raupe, eine hölzerne Zugpfeife, ein Plastikgummiball-Spender, ein gelber Hut, ein Sitzkissen mit Wassermelone, ein Nerf-Ballwerfer usw.”

Die gesamte Gruppe der Hirngruppen zeigt die uneingeschränkte Aktivierung aller Wörter gegenüber allen Objekten.

Quelle: Mit freundlicher Genehmigung von Gregory Berns

Die Forscher entdeckten, dass die Hunde die Wörter deutlich hörten und die Objekte im MRI-Scanner sahen. Sie schreiben: “Die positive Aktivierung wurde für den auditorischen Kortex für Wörter lokalisiert und die negative Aktivierung für Präsentationsobjekte im Parietalcortex (Abbildung 4; Bild links). Damit wurde bestätigt, dass die Hunde die Wörter hörten und die Objekte sahen.” Analysen fanden sie auch heraus, dass “die Analyse der interessierenden Kontraste im ganzen Gehirn nur im richtigen parietotemporalen Kortex für den Kontrast [Pseudoworte – trainierte Wörter] eine signifikante Aktivierung zeigte” und “Analyse der Kontraste von [word1 – word2] und [roman] – unerwartet] waren nicht signifikant, da bei der oben genannten Voxel-Signifikanz kein Cluster überlebt hatte. “

Darüber hinaus verwendeten sie die Searchlight Multivoxel Pattern Analysis (MVPA), um potenzielle Hirnregionen zu untersuchen, die für unterschiedliche Repräsentationen der Wörter kodieren können. Sie schreiben: „Die Suchscheinkarte von word1 vs. word2, die Regionen identifizierte, die an der Diskriminierung der trainierten Wörter beteiligt waren, zeigte vier Cluster informativer Voxel (Abbildung 6): posteriorer Thalamus / Hirnstamm; Amygdala; linker temporoparietaler Übergang (TPJ); und linker Caudatkern des Rückens. Sieben Hunde teilten sich informative Voxel in oder in der Nähe des linken Temporalkortex, die die Genauigkeitsschwelle von 0,63 überschritten hatten (Abbildung 7). “Sie erfuhren auch, dass sieben Hunde„ Cluster in den linken Temporal- und Parietallappen zeigten, was eine gewisse Heterogenität in der der Wortunterscheidung zugrunde liegenden Position nahelegt . “Wenn sie ihre Daten mit dem vergleichen, was für Menschen bekannt ist, schreiben sie:„ Die Art und Weise, in der Hunde Wörter lernen, ist anders als Menschen… Obwohl Menschen die Bedeutung von Wörtern leicht auf eine Vielzahl von Zusammenhängen verallgemeinern, ist dies möglicherweise nicht der Fall für Hunde. ”

Welche Hundeohren sagen dem Gehirn des Hundes: Was bedeuten Worte für sie?

„… Bei der Verarbeitung von menschlichen Wörtern bei Hunden werden grundlegende Prozesse wie die Erkennung von Neuheiten verwendet. Bei einigen Hunden kann es sich auch um auditive und hedonische Darstellungen handeln.“

Die Ergebnisse dieser wegweisenden Studie können wie folgt zusammengefasst werden. Ich zitiere einige der ursprünglichen Forschungsarbeiten, um sicherzugehen, dass die Dinge richtig liegen. Die Forscher schreiben: „Mit Hilfe von awake-fMRI bei Hunden fanden wir neuronale Beweise für die Erkennung auditorischer Neuheiten im Bereich der menschlichen Sprache. Das Markenzeichen dieses Befundes war eine stärkere Aktivierung des parietotemporalen Kortex für neuartige Pseudowörter gegenüber trainierten Wörtern . Selbst wenn keine Verhaltensreaktion vorliegt, zeigen wir, dass Hunde menschliche Sprache mindestens so weit verarbeiten, dass sie Wörter unterscheiden, die sie zuvor von anderen gehört haben. Der Mechanismus einer solchen Neuheitserkennung kann entweder auf der relativ seltenen Darstellung der Pseudowörter (Oddball-Erkennung) oder der damit verbundenen Bedeutungslosigkeit (lexikalische Verarbeitung) beruhen. “(Meine Betonung)

Die Autoren fragen auch: „Was bedeuten Wörter für Hunde?“ Ihre Antwort: „Auch wenn unsere Ergebnisse eine bedeutende Rolle für die Neuheit bei der Verarbeitung von menschlichen Wörtern bei Hunden zeigen, bleibt die Frage, was die Wörter darstellen. Eine Möglichkeit ist, dass die Wörter keine andere Repräsentation als den relativen hedonischen Wert der Objekte hatten. “Ihre abschließende Schlussfolgerung lautet:„ Diese Ergebnisse zeigen mögliche Mechanismen auf, mit denen Hunde Wörter verarbeiten. Die Wortneuheit scheint eine wichtige Rolle zu spielen. Die starke Reaktion der parietotemporalen Region auf Pseudowörter legt nahe, dass Hunde eine grundlegende Fähigkeit haben, Wörter mit Assoziationen von denen zu unterscheiden, die dies nicht tun. Zukünftige Studien können zeigen, ob diese Repräsentationen im auditorischen Bereich verbleiben oder ob diese Repräsentationen für die Modalität unveränderlich sind. “Als Forscher Ashley Prichard ihre Ergebnisse mit Menschen vergleicht, stellt sie fest:„ Menschen zeigen normalerweise eine stärkere neuronale Aktivierung für bekannte Wörter als neuartige Wörter. “

Was bedeutet das alles?

Es ist offensichtlich, dass das Gehirn von Hunden unterschiedliche Wörter erkennt, wobei Neuheit eine wichtige Variable dafür ist, wie und wo dies geschieht. Wenn die Ergebnisse als Ganzes betrachtet werden, sagt Dr. Berns, dass die vorliegende Studie zeigt, dass Hunde „eine neuronale Repräsentation für die Bedeutung der Wörter haben, die ihnen beigebracht wurden, abgesehen von einer pawlowschen Reaktion auf niedrigem Niveau.“ Die Forscher sind auch vorsichtig zu beachten, dass die Ergebnisse möglicherweise von den Rassen und Mischungen der untersuchten Hunde, ihrer unterschiedlichen Größe und den unterschiedlichen individuellen kognitiven Fähigkeiten beeinflusst wurden. Sie betonen auch, dass ihre Schlussfolgerungen nicht bedeuten, dass „gesprochene Wörter der effektivste Weg für einen Besitzer sind, mit einem Hund zu kommunizieren. Andere Forschungsarbeiten, die ebenfalls von Prichard und Berns durchgeführt und kürzlich in Scientific Reports veröffentlicht wurden, haben gezeigt, dass das neuronale Belohnungssystem von Hunden stärker auf visuelle und auf Duftnoten als auf verbale abgestimmt ist. “In diesem Sinne bemerkt Ashley Prichard: Aus Sicht des Hundes könnte ein visueller Befehl jedoch effektiver sein und dem Hund helfen, den Trick schneller zu lernen. “

Ich habe es wirklich genossen, über diese Forschung zu lesen und zu erfahren, wie das Gehirn von Hunden verschiedene Wörter verarbeitet. Es ist eindeutig eine ökologisch relevante Forschung, da sie wirklich auf eine sehr häufige Art und Weise aufbaut, vielleicht auf die allgemeinste Art und Weise, in der Menschen und Hunde miteinander kommunizieren. Forschungen wie diese zeigen auch, dass die Hundewissenschaft keine “weiche Wissenschaft” ist und dass detaillierte neurobiologische und ethologische Studien von entscheidender Bedeutung sind, um mehr über die Interaktion von Hunden in ihrer Welt zu erfahren.

Erfahren Sie mehr über das faszinierende kognitive und emotionale Leben von Hunden. Es gibt noch so viel zu lernen.