Punti salienti della ricerca.
- È stato osservato un accoppiamento neurale tra cani e umani, in particolare con il contatto visivo e le carezze.
- La sincronizzazione cerebrale si rafforza man mano che cani e umani diventano più familiari tra loro.
- I cani con specifiche mutazioni genetiche, che compromettono la connettività neurale, hanno mostrato un accoppiamento neurale inferiore, ma hanno risposto ai trattamenti sperimentali.
Questa ricerca Disrupted Human–Dog Interbrain Neural Coupling in Autism-Associated Shank3 Mutant Dogs, pubblicata a settembre 2024, rivela che l’attività cerebrale di cani e umani può sincronizzarsi quando si guardano reciprocamente negli occhi o quando c’è un contatto fisico affettivo (carezze).
Noto come accoppiamento neurale, questo fenomeno, ovvero la sincronizzazione dell’attività neurale fra individui, costituisce la base neurale delle interazioni sociali è stato osservato nelle interazioni all’interno delle specie, ma osservarlo tra specie diverse evidenzia l’esclusivo legame uomo-cane.
Lo studio ha scoperto che le regioni frontali e parietali delle diadi uomo-cane, rispettivamente collegate all’attenzione e alla concentrazione, si allineano più strettamente man mano che aumenta la familiarità tra cane e proprietario nell’arco di cinque giorni, e l’analisi del flusso di informazioni suggerisce che l’uomo è il leader, mentre il cane è il seguace durante le interazioni uomo-cane.
In particolare, i cani con una mutazione genetica legata alla connettività neurale hanno avuto difficoltà con la sincronizzazione, ma con un trattamento sperimentale questo effetto potrebbe essere migliorato. Questa ricerca offre nuove intuizioni su come umani e cani costruiscono relazioni più profonde e connesse.
1 Introduzione
La comunicazione tra esseri umani e cani si è evoluta nel corso di 30.000 anni, con i cani che sono stati i primi addomesticati dagli esseri umani per le loro abilità di caccia e capacità protettive. Nel tempo, i cani sono diventati membri integranti di molte famiglie, fornendo supporto emotivo e compagnia. Mentre alcune relazioni interspecie si formano sulla base di benefici reciproci come la protezione, raramente raggiungono lo stesso livello di comunicazione visto nelle diade uomo-cane. Inoltre, i cani si sono evoluti per leggere, comprendere e rispondere a un’ampia gamma di stati emotivi umani e segnali comunicativi attraverso comportamenti, espressioni facciali e persino toni vocali,[2-4] offrendo uno straordinario livello di compagnia attiva che non si vede spesso in altri animali domestici o da compagnia, come i gatti. Tuttavia, i meccanismi neurali alla base della comunicazione distintiva ed efficace tra esseri umani e cani sono in gran parte sconosciuti.[5]
L’accoppiamento neurale è quando l’attività cerebrale di due o più individui si allinea durante un’interazione. Per gli umani, questo avviene spesso in risposta a una conversazione o a una storia.
Durante le interazioni sociali, gli individui interagenti non sono isolati, ma sono inseriti in un sistema multicerebrale. Studi precedenti hanno scoperto che gli animali all’interno della stessa specie mostrano accoppiamento neurale intercerebrale durante le interazioni sociali. Questi accoppiamenti neurali sono stati inizialmente osservati negli esseri umani e successivamente trovati nei topi, nei pipistrelli[11] e nei primati non umani. È stato dimostrato che l’accoppiamento neurale intercerebrale riflette la reciprocità nelle interazioni sociali, l’attenzione congiunta e la qualità e l’esito delle interazioni sociali.
Questa connessione tra i cervelli è probabilmente importante nel dare forma alle risposte durante gli incontri sociali e potrebbe dare origine a comportamenti complessi che non verrebbero osservati isolatamente, come il potenziamento del lavoro di squadra o dell’apprendimento.
Mentre studi precedenti sull’accoppiamento neurale intercerebrale si sono concentrati esclusivamente sulle interazioni all’interno di una specie, non è ancora noto se l’accoppiamento dell’attività intercerebrale si verifichi anche tra individui di specie diverse. L’attaccamento unico tra esseri umani e cani solleva importanti questioni su come gli stati neurali di cani ed esseri umani possano accoppiarsi tra loro quando interagiscono, come ciò possa riflettere i loro stati interni delle interazioni sociali in corso come l’attenzione congiunta e come ciò possa variare con la capacità dei cani di interagire con gli esseri umani. Il presente studio mira a indagare se l’accoppiamento esiste e, in tal caso, se le mutazioni genetiche associate all’autismo nei cani possano compromettere l’interazione sociale tra esseri umani e cani.
In questo studio, i ricercatori hanno utilizzato l’elettroencefalogramma (EEG) wireless non invasivo per misurare simultaneamente l’attività cerebrale nei cani da laboratorio (beagle) e negli esseri umani non familiari mentre erano impegnati in interazioni sociali. Abbiamo dimostrato per la prima volta che l’accoppiamento neurale intercerebrale diretto avviene tra esseri umani e cani, in particolare nelle regioni frontale e parietale, entrambe associate all’attenzione congiunta. Inoltre, abbiamo scoperto che le mutazioni Shank3 associate all’autismo nei cani hanno abolito l’accoppiamento neurale intercerebrale e l’attenzione congiunta durante le interazioni uomo-cane e questi fenotipi sono stati salvati da una singola dose di dietilamide dell’acido lisergico psichedelico (LSD), che riapre il periodo critico dell’apprendimento della ricompensa sociale nei topi.[13] I nostri risultati hanno implicazioni per la comprensione dei meccanismi neurali alla base dell’interazione sociale efficace tra cani di famiglia ed esseri umani e suggeriscono un potenziale dell’LSD nel migliorare i deficit sociali nell’ASD.
Discussione dei risultati
Questo studio è il primo a segnalare e caratterizzare l’accoppiamento dell’attività intercerebrale durante le interazioni tra specie diverse.
Nello studio recente, i ricercatori hanno studiato l’accoppiamento neurale utilizzando un’apparecchiatura di registrazione dell’attività cerebrale chiamata elettroencefalografia non invasiva (EEG). Questa utilizza un casco contenente elettrodi che rilevano i segnali neurali, in questo caso, dai beagle e dagli esseri umani coinvolti nello studio.
I ricercatori hanno esaminato cosa accadeva a questi segnali neurali quando cani e persone erano isolati l’uno dall’altro e in presenza l’uno dell’altro, ma senza guardarsi. Poi ai cani e agli esseri umani era permesso interagire fra loro.
Quando cani e umani si guardavano e i cani venivano accarezzati, i loro segnali cerebrali si sincronizzavano. I modelli cerebrali nelle aree chiave del cervello associate all’attenzione, corrispondevano sia nel cane che nella persona.
I cani e le persone che si sono familiarizzati di più durante i cinque giorni dello studio hanno avuto una maggiore sincronizzazione dei segnali neurali. Studi precedenti sulle interazioni uomo-uomo hanno scoperto che una maggiore familiarità tra le persone ha portato anche a modelli cerebrali più simili. Quindi la profondità della relazione tra persone e cani può rendere più forte l’accoppiamento neurale.
La capacità dei cani di formare forti legami con le persone è ben nota. Uno studio del 2022 ha scoperto che la presenza di umani familiari potrebbe ridurre le risposte allo stress nei giovani lupi, parenti stretti del cane. Formare connessioni neurali con le persone potrebbe essere uno dei modi in cui si sviluppa la relazione cane-uomo.
I ricercatori hanno anche studiato il potenziale effetto delle differenze nel cervello sull’accoppiamento neurale. Lo hanno fatto includendo cani con una mutazione in un gene chiamato Shank3, che può portare a una connettività neurale compromessa nelle aree cerebrali collegate all’attenzione.
Questo gene è responsabile della produzione di una proteina che aiuta a promuovere la comunicazione tra le cellule ed è particolarmente abbondante nel cervello. Le mutazioni in Shank3 sono state anche associate a disturbi dello spettro autistico negli esseri umani.
I cani dello studio con la mutazione Shank3 non hanno mostrato lo stesso livello di corrispondenza dei segnali cerebrali con le persone, come quelli senza la mutazione. Ciò era potenzialmente dovuto a una segnalazione e a un’elaborazione neurale compromesse.
Tuttavia, quando i ricercatori hanno somministrato ai cani dello studio con la mutazione Shank3 una singola dose di LSD (una droga allucinogena), hanno mostrato livelli di attenzione aumentati e hanno ripristinato l’accoppiamento neurale con gli esseri umani. È noto che l’LSD promuove il comportamento sociale nei topi e negli esseri umani, sebbene vi siano chiaramente preoccupazioni etiche su tale trattamento.
I risultati della ricerca mostrano che la forza, la direzione e le regioni cerebrali associate all’attenzione dell’accoppiamento dell’attività intercerebrale durante le interazioni uomo-cane sono simili a quelle durante le interazioni uomo-uomo [9, 16, 17]. In particolare, hanno scoperto che la rete frontoparietale è una rete cerebrale critica coinvolta nell’accoppiamento dell’attività intercerebrale. La rete frontoparietale è coinvolta in modo cruciale nella selezione attentiva delle informazioni sensoriali.
Le funzioni distinte delle due regioni cerebrali, ovvero frontale per gli stimoli visivi/facciali e parietale per gli stimoli somatosensoriali, nella rete frontoparietale possono spiegare i risultati secondo cui lo sguardo reciproco ha indotto un accoppiamento dell’attività intercerebrale più elevato nella regione frontale, mentre le carezze hanno indotto un accoppiamento dell’attività intercerebrale più elevato nella regione parietale. Alcuni studi hanno dimostrato che la rete frontoparietale svolge un ruolo fondamentale nella fisiopatologia dell’ASD.
I risultati di questa ricerca suggeriscono che i cani portatori di mutazioni Shank3 hanno mostrato un circuito neurale compromesso analogo a quello dei pazienti con ASD. Analizzando il TBR, che è stato utilizzato come biomarcatore dell’attenzione,[37] abbiamo rivelato un’attenzione compromessa nei cani portatori di mutazioni Shank3 durante le interazioni uomo-cane. Inoltre, studi precedenti hanno riportato che l’accoppiamento dell’attività intercerebrale negli esseri umani mostra direzionalità leader-seguace. Questo studio ha esteso questi risultati tra gli esseri umani alle diadi uomo-cane tra specie diverse e ha indicato la direzionalità uomo-cane dell’accoppiamento dell’attività intercerebrale durante le interazioni sociali.
L’accoppiamento dell’attività cerebrale è interrotto nelle diadi uomo-cane mutante che interagiscono socialmente. La ragione di ciò non è nota al momento, ma potrebbe essere causato dalla ridotta reattività neurale nei cani mutanti. Questa nozione è supportata dal fatto che la stimolazione luminosa ha indotto una costrizione pupillare più lenta e ridotta nei cani mutanti Shank3, indicando un’efficienza di elaborazione del segnale neurale compromessa.
Studi precedenti dimostrano che l’LSD migliora il comportamento sociale nei topi [51, 52], suggerendo un potenziale terapeutico dell’LSD per i deficit sociali nei pazienti con ASD. Nardou et al. hanno recentemente dimostrato nei topi che la capacità di riaprire il periodo critico dell’apprendimento della ricompensa sociale è una proprietà condivisa tra i farmaci psichedelici, incluso l’LSD.[13] Abbiamo dimostrato per la prima volta che una singola dose di LSD ha salvato l’accoppiamento interencefalico compromesso e l’attenzione congiunta nei cani mutanti Shank3, suggerendo che l’LSD può potenzialmente migliorare i deficit sociali nell’ASD, sebbene il meccanismo alla base dell’effetto di salvataggio rimanga poco chiaro.
Tuttavia, ci sono ancora alcune limitazioni del presente studio. Date le grandi dimensioni e lo spessore del muscolo temporale nei cani, l’estrazione di segnali EEG di alta qualità dalla regione temporale del cervello del cane non era fattibile. Pertanto, non possiamo escludere la possibilità di accoppiamento di attività intercerebrale nelle regioni temporali. Grandi movimenti fisici generano artefatti di movimento sostanziali nei dati EEG, impedendoci così di utilizzare impostazioni più naturali di interazioni uomo-cane, come il gioco libero per studiare l’accoppiamento di attività intercerebrale. Notiamo anche che in assenza di ricostruzioni della fonte, non possiamo concludere con certezza che l’accoppiamento di attività cerebrale basato sull’analisi EEG del cuoio capelluto a 16 canali si verifichi esclusivamente nelle regioni cerebrali fronto-parietali.
Nonostante queste limitazioni, il presente studio fornisce prove dirette che le interazioni sociali uomo-cane coinvolgono attività neurali accoppiate e che l’attenzione congiunta contribuisce all’accoppiamento di attività intercerebrale tra cani e umani. Inoltre, le mutazioni del gene autistico ad alto rischio Shank3 nei cani portano a deficit di attenzione. Inoltre, i deficit sociali dei cani mutanti Shank3 sono stati salvati da una singola dose di LSD. Riteniamo che l’esclusivo paradigma sperimentale e le metodologie sviluppate nel presente studio siano utili per chiarire i meccanismi neurali alla base dei deficit sociali nell’ASD. Inoltre, i nostri risultati suggeriscono potenziali biomarcatori dell’attività intercerebrale per la diagnosi dell’ASD e lo sviluppo di analoghi non allucinogeni ingegnerizzati dell’LSD per correggere i deficit sociali. Ulteriori studi sull’accoppiamento dell’attività cerebrale potrebbero approfondire la nostra comprensione dei meccanismi neurali alla base delle interazioni sociali tra individui umani con sviluppo tipico e dei deficit sociali nei pazienti con disturbi psichiatrici, tra cui l’ASD.
I ricercatori hanno chiarito che c’è ancora molto da imparare sull’accoppiamento neurale tra cani e esseri umani.
Nel frattempo queste ricerca avvalora l’ipotesi che il contatto visivo e tattile affettivo promuovano la sincronizzazione delle attività interneurali fra umano e cane e contribuiscano quindi fattivamente a produrre e migliorare la connessione e la coregolazione.
Più familiarità inoltre si crea fra i partner più forte diventerà accoppiamento neurale.
Fonte: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202402493