Emocje wymalowane na twarzy
Każdy właściciel psa z pewnością wie, że wystarczy się uśmiechnąć, by pies zareagował entuzjastycznie. A jednocześnie wystarczy zmarszczyć brwi, by przywarł do podłogi. Zdolność psów do odczytywania ludzkiej mimiki jest dobrze udokumentowana behawioralnie, ale jej biologiczne podłoże pozostawało w dużej mierze niezbadane. W pracy opublikowanej w czasopiśmie iScience zespół Raúla Hernándeza-Péreza i Laury Cuayi zajrzał do wnętrza psiego mózgu, by sprawdzić, jak dokładnie przetwarza on ludzkie wyrazy twarzy [1]. Uzyskane wyniki badań były szczególnie interesujące. Okazało się, że psi mózg nie tylko rozpoznaje uśmiech, lecz przetwarza go w wyspecjalizowanej sieci neuronalnej, a negatywnych emocji nie traktuje jako jednej, niezróżnicowanej kategorii.
Jak zajrzeć do mózgu psa
Warto podkreślić, że metodologia pracy, która sprawdza się w przypadku ludzi, nie zawsze jest równie skuteczna przy badaniu zwierząt. Wbrew pozorom zbadanie mózgu psa metodą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) stanowi poważne wyzwanie dla naukowców. Technika ta mierzy lokalne zmiany natlenowania krwi, będące pośrednim wskaźnikiem aktywności neuronalnej. Jednakże kluczowe jest to, że zwierzę musi pozostać całkowicie nieruchome przez czas skanowania mózgu, a jakikolwiek ruch głowy zaburza wyniki. Przez dekady wydawało się to nieosiągalne bez znieczulenia, które jednak wyłącza dokładnie te procesy poznawcze, które są przedmiotem badania.
Przełomu dokonał zespół Gregory’ego Bernsa, który w pracy opublikowanej w 2012 roku w PLoS ONE wykazał, że psy można wytrenować metodą wzmocnienia pozytywnego, by dobrowolnie i bez stosowania środków sedatywnych leżały nieruchomo w skanerze [2]. Zwierzęta uczą się kłaść głowę na specjalnej podpórce, noszą specjalny ochraniacz na uszy tłumiący hałas maszyny i patrzą na ekran, a ruch głowy w trakcie prób udaje się utrzymać poniżej jednego milimetra [2]. Co istotne dla późniejszych badań nad emocjami, już wtedy Berns i współpracownicy zaobserwowali aktywację jądra ogoniastego (nucleus caudatus) w odpowiedzi na sygnał zwiastujący nagrodę pokarmową – dokładnie tak, jak przewidywała literatura poświęcona tematyce uczenia przez wzmocnienie [2]. Ta metoda przyczyniła się do rozwoju całej gałęzi badań polegających na neuroobrazowaniu psiego mózgu.
Wcześniejsze prace w tym nurcie wykazały, że mózg psa dysponuje wyspecjalizowanym obszarem przetwarzania obrazu twarzy. Daniel Dilks i współpracownicy w 2015 roku w skroniowej części psiego mózgu zidentyfikowali region reagujący silniej na twarze niż na przedmioty codziennego użytku [3]. Niemal równolegle zespół Cuayi, Hernándeza-Péreza i Conchy w pracy z 2016 roku wykazał, że percepcja ludzkich twarzy angażuje u psów przede wszystkim obustronną korę skroniową [4]. Nowe badanie stanowi więc bezpośrednią kontynuację tej linii. Tutaj jednak kluczowe pytanie nie brzmi “czy pies przetwarza obraz ludzkiej twarzy”?, ale raczej “w jaki sposób pies rozróżnia emocje?”.
Uśmiech trafia do układu nagrody
W pierwszym eksperymencie badacze zeskanowali mózgu ośmiu psów, którym pokazano zdjęcia obcych ludzi o wyrazie twarzy albo radosnym, albo neutralnym. Twarze uśmiechnięte wywołały silniejszą odpowiedź niż neutralne w prawostronnym skupisku (klasterze) kory skroniowej, rozciągającym się aż do jądra ogoniastego i obejmującym dziobowy zakręt Sylwiusza [1]. To połączenie dwóch obszarów jest znaczące. Kora skroniowa odpowiada u psów za przetwarzanie wzrokowe wyższego rzędu, w tym za analizę twarzy. Jądro ogoniaste natomiast, będące częścią prążkowia, stanowi kluczowy węzeł układu nagrody – tej samej struktury, której aktywność Berns wcześniej zaobserwował przy sygnale zapowiadającym jedzenie.
Można by z tego wyciągnąć wniosek, że skoro ludzki uśmiech aktywuje u psa ośrodek nagrody, to prawdopodobnie niesie dla niego pozytywną wartość emocjonalną i motywacyjną [1]. Ludzka radość nie jest dla psa neutralnym bodźcem wzrokowym, lecz sygnałem o realnym znaczeniu afektywnym – czymś, czego mózg aktywnie poszukuje. Jednakże należy podkreślić, że autorzy badania apelują o ostrożność i przestrzegają przed nadinterpretacją ich ustaleń. Powiązania emocji, motywacji i konkretnych połączeń neuronalnych wymagają dalszej naukowej weryfikacji przed postawieniem twardych tez.
Mózg psa potrafi różnicować trudne emocje
W drugim eksperymencie udział wzięło dwanaście psów, które oglądały tym razem twarze wyrażające cztery emocje: radość, złość, strach i smutek, a ich aktywność mózgową analizowano za pomocą klasyfikatora uczenia maszynowego. Jest to algorytm uczący się rozpoznawać charakterystyczne wzorce aktywności odpowiadające poszczególnym kategoriom bodźców. Wykorzystując wiedzę na temat funkcjonowania obszaru zidentyfikowanego w pierwszym eksperymencie, badacze wykazali, że klasyfikator potrafi odróżnić radość od każdej z trzech negatywnych emocji, ale nie potrafi rozróżnić negatywnych emocji między sobą – przynajmniej w obrębie tego regionu mózgu [1]. Sieć skroniowo-ogoniasta reaguje więc w sposób szczególny właśnie na radość, wyraźnie oddzielając uśmiech od wszystkiego, co negatywne.
Kluczowe pytanie brzmiało jednak: czy psi mózg widzi różnicę między poszczególnymi negatywnymi emocjami, czy tylko dzieli świat na „dobre” i „złe”? Aby to sprawdzić, zespół zastosował analizę podobieństwa reprezentacji (ang. representational similarity analysis) – metodę porównującą, w jaki sposób podobne lub odmienne są wzorce aktywności neuronalnej wywołane przez różne bodźce. Analiza ujawniła odrębne wzorce różnicujące złość od strachu (w prawym środkowym zakręcie ektosylwialnym i lewym zakręcie śródbrzeżnym) oraz smutek od strachu (w prawym dziobowym zakręcie nadsylwialnym), choć nie wykazano, by występowała istotna różnica między przetwarzaniem złości oraz smutku [1]. To pierwszy bezpośredni dowód, że mózg psa potrafi odróżnić dwie konkretne negatywne ekspresje twarzy, a nie jedynie odseparować bodźce przyjemne od nieprzyjemnych [1].
Ustalenia badaczy obalają uproszczony obraz, w którym pies odbierałby ludzkie emocje wyłącznie na jednym wymiarze – pozytywnym albo negatywnym. Strach na ludzkiej twarzy generuje w psim mózgu inny wzorzec niż złość, mimo że obie emocje są odbierane jako nieprzyjemne. Sam fakt, że to akurat strach wyodrębnia się najwyraźniej, ma sens w kontekście ewolucji. Rozpoznanie ludzkiego lęku może być dla psa sygnałem o zagrożeniu w otoczeniu, istotnym dla obu tych gatunków, które nauczyły się współpracować.
Czy pies od zawsze czytał nam z twarzy
Odkrycia międzynarodowego zespołu naukowców mają kluczowe znaczenie dla psychologii ewolucyjnej. Gdy porównujemy zdolności społeczne człowieka z małpami naczelnymi, analizujemy cechy odziedziczone prawdopodobnie po wspólnym przodku sprzed kilku milionów lat. Z psami jest jednak inaczej. Linie ewolucyjne psa i człowieka rozeszły się około 90-100 milionów lat temu, a mimo to pies rozwinął wyrafinowane umiejętności odczytywania ludzkich sygnałów. To przykład ewolucji konwergentnej – niezależnego pojawienia się podobnych rozwiązań u organizmów o odległym pokrewieństwie. W tym przypadku prawdopodobnie napędzanych udomowieniem w ciągu tysięcy lat wspólnego życia.
Neuroobrazowe podstawy tej ewolucyjnej zależności zidentyfikowali wcześniej Attila Andics i współpracownicy w pracy opublikowanej w 2014 roku w Current Biology – pierwszym porównawczym badaniu neuroobrazowym gatunku nienaczelnego i człowieka [5]. Wykazali oni, że psy, podobnie jak ludzie, mają w korze słuchowej obszary wrażliwe na głos. Dowiedli przy tym, że wrażliwość na emocjonalną barwę wypowiedzi angażuje u obu gatunków analogicznie zlokalizowane okolice kory [5]. Pies przetwarza ludzkie emocje zarówno na podstawie głosu, jak i wyrazu twarzy, wykorzystując do tego struktury mózgowe zdumiewająco podobne do ludzkich. Mimo braku wspólnego przodka, który mógłby te struktury przekazać.
Z optymizmem nie należy przesadzać
Autorzy z niezwykłą jak na tę dziedzinę dyscypliną hamują entuzjazm, który ich odkrycie mogłoby wzbudzić u niektórych miłośników czworonogów. Wykazanie, że psi mózg odróżnia strach od złości, nie oznacza automatycznie, że pies przeżywa te emocje tak samo jak człowiek ani że je pojmuje w ludzki sposób [1]. Badanie dowodzi istnienia neuronalnych połączeń umożliwiających różnicowanie ludzkich stanów emocjonalnych, nie zaś tożsamości subiektywnego doświadczenia obu gatunków.
Co więcej, nieruchome zdjęcie twarzy to mimo wszystko dość ubogi bodziec w porównaniu z tym, czego pies doświadcza w realnym życiu, gdzie integruje wyraz twarzy z postawą ciała, tonem głosu i sygnałami zapachowymi. Prawdziwe rozpoznanie emocji przez psa jest procesem wielozmysłowym, a badanie bierze pod uwagę tylko jeden jego wymiar. Wreszcie należy pamiętać, że wszystkie psy uczestniczące w eksperymencie były zwierzętami domowymi z kochających rodzin. Psy wolno żyjące, poruszające się w zupełnie innym świecie społecznym, mogą przetwarzać ludzkie sygnały odmiennie i być do nich mniej przystosowane.
Najlepszy przyjaciel człowieka
Mimo przedstawionych zastrzeżeń najnowsze badania pomagają poszerzyć naszą wiedzę na temat działania psiego mózgu. Wiemy już, że nie tylko rejestruje on ludzką twarz jako zbiór cech wzrokowych, lecz nadaje jej znaczenie emocjonalne. Laura Cuaya, jedna z autorek badania, postuluje, by widzieć w psach istoty emocjonalną, które wyewoluowały razem z nami, by rozumieć nasze wyrazy twarzy i dzielić z nami przestrzeń życiową. Neuroobrazowanie pokazuje, że gdy pies patrzy nam w oczy, jego mózg wykonuje szereg operacji umysłowych. A tysiące lat wspólnej historii zapisały się nie tylko w psim zachowaniu, lecz w samej architekturze jego mózgu.
