Во время общения человека и собаки активность их мозга синхронизируется

Взаимоотношения людей и собак развиваются на протяжении более чем 30 тысяч лет. За это время собаки развили способность воспринимать эмоции и коммуникативные сигналы человека, понимать и реагировать на них. Мало какое животное достигло такого же уровня взаимопонимания с человеком, как собака. Однако до сих пор непонятно, какие нейронные механизмы лежат в его основе.

При социальных взаимодействиях у их участников происходит синхронизация активности нейронов, отражающая степень взаимности, уровень совместного внимания, качество и результат взаимодействия. Такая синхронизация была обнаружена не только у людей, но и у мышей, летучих мышей, а также у нечеловекообразных приматов. Но до настоящего момента речь шла только об общении между представителями одного вида, а исследований межвидовых взаимодействий активности мозга не проводилось. Ученые из Китая и Великобритании предложили исследовать межмозговую синхронизацию, возникающую при общении особей разных видов, на примере взаимодействия собак и людей.

Одновременная регистрация активности мозга проводилась с использованием неинвазивной беспроводной электроэнцефалографии (ЭЭГ). В экспериментах участвовали собаки породы бигль и незнакомые собакам люди. Электроды (16 штук) размещались в областях лобной, теменной, височной и затылочной коры головного мозга. Наблюдения проводились в трех вариантах: собака и человек находятся 1) в разных комнатах без социальных взаимодействий, 2) в одной комнате с социальными взаимодействиями (взаимный взгляд и поглаживание), 3) в одной комнате без социальных взаимодействий.

Для исследования влияния социального опыта на межмозговую связь собака взаимодействовала с ранее незнакомым человеком на протяжении пяти дней. При этом уровень межмозговой синхронизации в лобных и теменных областях собаки и человека на пятый день общения был значительно выше, чем в первый день. Продление этого эксперимента еще на пять дней показало, что уровень межмозговой синхронизации в лобных и теменных областях выходит на плато на седьмой день социальных взаимодействий.

Таким образом, ключевыми регионами коры головного мозга, задействованными в синхронизации активности при общении, оказались лобные (визуальные сигналы) и теменные (соматосенсорные сигналы) области (лобно-теменная сеть).

Взаимный зрительный контакт и социальное прикосновение — это две основные формы невербального общения. При общении людей между собой один из них спонтанно оказывается в ведущей роли, а второй становится последователем, и это распределение ролей приводит к повышению синхронизации мозговой активности. В случае животного социальное прикосновение в виде поглаживания указывает на привязанность человека к нему; поглаживание снижает уровень стресса, укрепляет социальное взаимодействие с человеком и улучшает настроение животного. Взаимные взгляды приводят к более высокому уровню межмозговой синхронизации (особенно в лобной области коры), чем нахождение собаки и человека в одном помещении без взаимодействия. Аналогичный эффект давали поглаживания: межмозговая синхронизация при поглаживаниях была существенно выше, чем без них (особенно в теменной области коры). Наибольший же и даже синергический эффект давало полное социальное взаимодействие: взаимный взгляд в сочетании с поглаживанием. Синхронизация при этом была намного более выраженной, чем сумма эффекта двух отдельных стимулов. Это говорит о том, что мультимодальные стимулы приводят к выраженной межмозговой нейронной синхронизации.

Отношения «лидер–последователь» занимают важное место в социальной жизни животных. Для домашних собак, существующих в устоявшейся системе социальной иерархии, люди-хозяева являются лидерами. Для исследования эффекта межмозговой синхронизации использовали метод генерализованной частной направленной когерентности (generalized partial directed coherence, GPDC), который позволяет определять направление информационного потока, анализируя фазы колебаний активности в коре мозга. Согласно полученным данным, GPDC значительно усиливалась на 4–5 дни взаимодействия в лобных и теменных областях, причем поток был направлен от человека к собаке.

В экспериментах также участвовали собаки c мутациями в SHANK3, то есть с генетической предрасположенностью к развитию расстройства аутистического спектра (РАС). К его характерным проявлениям относят дефицит общения и социального взаимодействия. Например, у детей с РАС регистрируется низкий уровень мозговой активности при общении с родителями. Оказалось, что собаки–носители мутации в SHANK3 не синхронизировались с человеком при общении с ним; даже продолжительность социального взаимодействия не способствовала усилению синхронизации. Соотношение мощности медленных мозговых тета-волн (4–8 Гц) и быстрых бета-волн (13–30 Гц) — широко используемая метрика для оценки внимания. Расчет этого соотношения у собак с мутацией SHANK3 показал, что они испытывают дефицит внимания, как и дети с РАС и СДВГ, которые также демонстрируют дефицит внимания к социальным сигналам. В случае модельных собак эта проблема временно решалась однократным введением психоделика — диэтиламида лизергиновой кислоты (ЛСД). Одной дозы ЛСД оказалось достаточно, чтобы собака с мутацией SHANK3 продемонстрировала межмозговую синхронизацию при общении с человеком, увеличивающуюся на протяжении пяти дней социальных взаимодействий. Анализ соотношения тета/бета показал, что ЛСД способствует восстановлению нарушенного внимания у таких животных.

Исследователи приходят к выводу, что нарушения синхронизации нейрональной активности при социальных взаимодействиях можно использовать как биомаркер РАС. При этом ЛСД и ее производные могут рассматриваться как потенциальные препараты для смягчения проявлений этих расстройств.

Восстановление ответа на окситоцин и социального поведения в мышиной модели аутизма