Этологи из Университета Этвеша Лоранда (Венгрия) вместе с коллегами из Венского университета (Австрия) и Национального автономного университета Мексики провели два эксперимента с собаками. Животных отправили на функциональную магнитно-резонансную томографию.
Испытуемым показывали фото незнакомых людей, чтобы исключить влияние личной привязанности к человеку на реакцию мозга. Сначала сравнивали изображения счастливых и нейтральных лиц, затем питомцам демонстрировали четыре типа выражений: счастье, грусть, страх и гнев. Статья об этом вышла в журнале iScience.
В первом эксперименте участвовали восемь собак в возрасте от 18 до 53 месяцев: шесть бордер-колли, лабрадор и золотистый ретривер. Семь животных уже умели спокойно лежать в сканере в позе сфинкса, а восьмую собаку дополнительно обучили этой процедуре. Животные оставались без фиксации и могли покинуть томограф в любой момент.
Каждый блок с фотографиями продолжался семь секунд, потом следовал интервал в 12,25 секунды с белым экраном. Каждый пес прошел пять сеансов фМРТ, а исследование проводили в течение двух-трех дней. Фотографии подобрали так, чтобы низкоуровневые визуальные характеристики вроде насыщенности, яркости и контраста не различались между счастливыми и нейтральными лицами.
Счастливые выражения лица вызывали более выраженный фМРТ-сигнал (BOLD-сигнал, blood oxygen level dependent). Его зафиксировали в крупном участке правой височной коры, который распространялся до хвостатого ядра. Объем этого кластера составил 25 327 кубических миллиметра.
Затем авторы исследования проверили, реагировала выявленная область именно на счастье или просто на человеческие лица с эмоциональными выражениями. Для этого в эксперименте с 12 собаками — восемь бордер-колли, три ретривера и один метис — применили машинное обучение. Шесть животных участвовали и в первом этапе.
Классификатор анализировал паттерны активности в области, обнаруженной в первом эксперименте, и должен был определить, какое выражение лица видела собака. Так удалось статистически значимо отличить счастливые лица от каждого из трех отрицательных выражений. Средняя точность составила 69,8% для пары «счастье — грусть», 60,9% для «счастье — гнев» и 63,5% для «счастье — страх». Для сравнения отрицательных выражений между собой такой подход результата выше случайного уровня не дал: точность составила 54,7% для «грусть — гнев», 50% для «грусть — страх» и 48,4% для «гнев — страх».
Это означало, что обнаруженный в первом эксперименте участок мозга собак особенно чувствителен к счастливым лицам, но сам по себе не позволял различить три отрицательных выражения. Поэтому ученые перешли к анализу активности всего мозга. Он дал уже другой результат.
Паттерны активности в правой ростральной супрасильвиевой извилине различались для грустных и испуганных лиц. Еще два участка — правая средняя эктосильвиева извилина и левая сплениальная извилина — различали гневные и испуганные лица. Для грустных и гневных лиц статистически значимого различия не выявили. Все зафиксированные различия сохранялись при проверке устойчивости результатов между отдельными запусками фМРТ.
Таким образом, активность отдельных участков мозга собак различалась в ответ на некоторые негативные эмоции человека, причем страх отделялся и от грусти, и от гнева. Как предположили авторы исследования, страх обладает для собак большей заметностью, вызывает более сильное возбуждение или имеет особое поведенческое значение.
Научная работа имела несколько ограничений. В эксперименте с машинным обучением участвовали всего 12 собак, поэтому не исключен остаточный риск переобучения модели, хотя ученые выполнили перекрестную проверку между запусками и 100 000 перестановок для статистической оценки.
Кроме того, большинство участвовавших в исследовании животных были породы бордер-колли, поэтому результаты пока нельзя уверенно распространять на всех собак. Наконец, испытуемым показывали статичные фото, тогда как в обычной жизни они воспринимают человеческие эмоции одновременно по лицу, движениям тела, голосу и другим сигналам. Тем не менее исследователи назвали свой результат первым нейровизуализационным свидетельством того, что мозг собак способен различать некоторые отрицательные эмоции человека.