Wie sehen Hunde die Welt? Humanforscher wollten die visuelle Wahrnehmung im Gehirn von Hunden entschlüsseln

Hunde und Menschen haben sich in den letzten 15.000 Jahren gemeinsam entwickelt. Heutzutage leben Hunde oft als Haustiere in menschlicher Umgebung. Manchmal schauen sich Hunde wie Menschen zu Hause Videos an und scheinen es zu verstehen.

Wie sieht also die Welt in den Augen von Hunden aus?

Kürzlich hat eine Studie der Emory University visuelle Bilder aus den Gehirnen von Hunden entschlüsselt und damit zum ersten Mal enthüllt, wie das Gehirn des Hundes rekonstruiert, was es sieht. Die Forschung wurde im Journal of Visual Experiments veröffentlicht.

Papieradresse: https://www.jove.com/t/64442/through-dog-s-eyes-fmri-decoding-naturalistic-videos-from-dog

Die Forscher zeichneten zwei fMRT auf neuronale Daten von wachen, ungezügelten Hunden, während sie dreimal insgesamt 90 Minuten lang 30-minütige Videos ansahen. Anschließend nutzten sie Algorithmen des maschinellen Lernens, um Muster in den neuronalen Daten zu analysieren.

Gregory Berns, Professor für Psychologie an der Emory University und Co-Autor der Arbeit, sagte: „Wir können die Gehirnaktivität des Hundes überwachen, während er das Video ansieht, und bis zu einem gewissen Grad rekonstruieren, was er sieht. Wir können das tun.“ Das ist ziemlich bemerkenswert.“

Berns und Kollegen leisteten Pionierarbeit bei der Verwendung der fMRT-Scantechnologie bei Hunden und brachten den Hunden bei, während der Messung der neuronalen Aktivität völlig still und ungezügelt zu bleiben. Vor zehn Jahren veröffentlichte das Team das erste fMRT-Gehirnbild eines vollständig wachen, ungezügelten Hundes und öffnete damit die Tür zu dem, was Berns „The Dog Project“ nennt.

Berns mit Callie, der ersten Hündin, deren Gehirnaktivität im völlig wachen und ungezügelten Zustand gescannt wurde.

Im Laufe der Jahre hat das Labor von Berns mehrere Studien darüber veröffentlicht, wie das Gehirn von Hunden Sehvermögen, Sprache, Gerüche und Belohnungen (z. B. Lob oder Futter) verarbeitet.

Gleichzeitig schreitet die Technologie des maschinellen Lernens weiter voran und ermöglicht es Wissenschaftlern, einige Aktivitätsmuster des menschlichen Gehirns zu entschlüsseln. Berns begann sich dann zu fragen, ob eine ähnliche Technologie auf Hundegehirne angewendet werden könnte.

Diese neue Forschung basiert auf maschinellem Lernen und fMRT-Technologie. fMRT ist ein Neuroimaging-Verfahren, das Magnetresonanztomographie nutzt, um durch neuronale Aktivität verursachte Veränderungen der Hämodynamik zu messen. Diese Technologie ist nicht-invasiv und spielt eine wichtige Rolle auf dem Gebiet der Lokalisierung von Gehirnfunktionen. Außer beim Menschen wurde die Technologie bisher nur bei einer Handvoll anderer Arten eingesetzt, darunter auch bei einigen Primaten.

Einführung in die Forschung

Bei dem Experiment wurden zwei Hunde eingesetzt. Es beweist, dass maschinelles Lernen, fMRT und andere Technologien allgemein für die Analyse von Hunden eingesetzt werden können. Die Forscher hoffen auch, dass diese Studie für andere hilfreich sein wird, um tiefer zu gehen. Erfahren Sie mehr darüber, wie verschiedene Tiere denken.

Der experimentelle Ablauf ist ungefähr wie folgt:

Experimentelle Teilnehmer: Bhubo, 4 Jahre alt; Daisy, 11 Jahre alt. Beide Hunde hatten zuvor an mehreren fMRT-Trainingssitzungen teilgenommen (Bhubo: 8 Sitzungen, Daisy: 11 Sitzungen), bei denen einige auf einen Bildschirm projizierte visuelle Reize betrachteten. Die beiden Hunde wurden aufgrund ihrer Fähigkeit ausgewählt, längere Zeit im Scanner zu bleiben, ohne sich zu bewegen, ohne von ihren Besitzern gesehen zu werden.

Videoaufnahmen: Nehmen Sie Videos aus der Perspektive des Hundes auf, um alltägliche Szenen im Leben eines Hundes festzuhalten. Zu diesen Szenarien gehören Gehen, Füttern, Spielen, Interaktion mit Menschen, Interaktionen von Hund zu Hund usw. Das Video wurde in 256 einzigartige Szenen geschnitten, von denen jede ein Ereignis darstellt, beispielsweise einen Hund, der mit einem Menschen kuschelt, einen Hund rennt oder einen Spaziergang. Jeder Szene wird basierend auf ihrem Inhalt eine eindeutige Nummer und Bezeichnung zugewiesen. Die Szenen wurden dann in fünf größere Zusammenstellungsvideos mit einer Länge von jeweils etwa 6 Minuten geschnitten.

Experimentelles Design: Die Teilnehmer wurden zunächst mit einem 3T-MRT gescannt, während sie sich ein Zusammenstellungsvideo ansahen, das auf einen Bildschirm hinter dem MRT-Loch projiziert wurde. Bei Hunden wird der Kopf nach vorherigem Training in speziell angefertigte Kinnstützen gelegt, um eine stabile Kopfposition zu erreichen, wie im Bild unten dargestellt. Das Experiment wurde dreimal angeschaut, jede Betrachtung dauerte 30 Minuten. Das Video hat eine Gesamtdauer von 90 Minuten.

Während des Experiments wurde gleichzeitig fMRT verwendet, um den Hund zu scannen, und dann wurden die Daten analysiert. Das Experiment verwendete den Ivis-Algorithmus für maschinelles Lernen, eine nichtlineare Methode, die auf dem Siamese Neural Network (SNN) basiert hat den hochdimensionalen Erfolg biologischer Daten analysiert. Darüber hinaus wurden im Experiment auch maschinelle Lernalgorithmen wie Scikit-Learn und RFC verwendet.

Daisy wurde gescannt. Ihre Ohren wurden abgeklebt, um Ohrstöpsel an Ort und Stelle zu halten und Lärm zu vermeiden.

Diese Studie verglich die Funktionsweise des Gehirns von Menschen und Hunden. Ergebnisse von zwei menschlichen Probanden zeigten, dass ein Modell, das mithilfe neuronaler Netze entwickelt wurde, Gehirndaten mit einer Genauigkeit von 99 % auf objektbasierte und aktionsbasierte Klassifikatoren abbildete. Bei der Dekodierung von Hundegehirnmustern war das gleiche Modell nicht anwendbar Aktionsklassifizierung, Genauigkeit erreicht 75 % – 88 %. Dies verdeutlicht erhebliche Unterschiede in der Funktionsweise des Gehirns von Menschen und Hunden, wie unten in den experimentellen Ergebnissen für Menschen (A) und Hunde (B) gezeigt. Diesbezüglich kam Berns zu dem Schluss: „Wir Menschen sind sehr besorgt darüber, was wir sehen, aber Hunden scheint es weniger darum zu gehen, wen oder was sie sehen, als vielmehr um das Handlungsverhalten.“ Originaltext der Arbeit, um mehr über die Forschungsdetails zu erfahren.

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