Koponyák alapján alkottak látványos 3D-modelleket a kutyák agyáról

Koponyák alapján alkottak látványos 3D-modelleket a kutyák agyáról

Mindössze kétszerese egy megtermett nápolyi masztiff agytérfogata az apró csivaváénak

Digitalizált koponyák alapján rekonstruálták az ELTE  és a Kaposvári Egyetem kutatói 24 kutyafajta és 4 vadon élő farkasféle agyát. A képek és modellek szemléletesen mutatják be az egyes fajták közötti jelentős alak- és térfogatbeli különbségeket. Az agy ugyanis nem méretarányosan változik a kis- és nagytestű kutyafajták között, és az arckoponya hossza lényeges hatással van egyes agyterületekre, főleg a szaglólebenyre és a homloklebeny elülső részére.

Az agy ugyan nem fosszilizálódik, de akár egy koponya alapján is lehetséges dinoszauruszok, madarak, emlősök, (ős)emberek agyának fejlettségét rekonstruálni a csont belső felszínének mintázata és formája alapján. Ennek eléréséhez régebben fokozatosan megszilárduló anyaggal töltötték ki a koponyaüreget (pl. megolvasztott fémmel vagy műanyaggal), amely így felvette az agykoponya belső formáját. Az így elkészült öntvényt, ami nagy pontossággal tükrözte az agy alakját, kibontották a koponyából. Ezeket az agyi öntvényeket nevezik endokasztoknak (az angol ‘endocranial cast’ kifejezés nyomán).

Mivel a hagyományos endokasztos eljárás gyakran invazív, és így a csont sérülését okozhatja a koponyalyukak bezárásakor, illetve az öntvény eltávolításakor, ezért a diagnosztikai képalkotó eljárások elterjedése óta ezek a módszerek előnyt élveznek, mivel nem ártalmasak a csontra. Ez egy múzeumi példánynál vagy egy őskori fosszíliánál alapvető fontosságú. A csontok vizsgálatára az egyik legjobb lehetőséget a komputertomográfiás képalkotás (CT) adja. Így a kutatók nem csak a csontot tudják megvizsgálni, annak minden alak- és szerkezetbeli jellegzetességével, hanem megfelelő szoftverekkel digitális öntvényeket is elő tudnak állítani. Ez pedig sokkal nagyobb szabadságot ad, ugyanis egy digitális modell tetszőleges módon vágható, színezhető, forgatható, kiegészíthető, áttetszővé tehető, sőt, a 3D-nyomtatással szinte bármilyen méretben és darabszámban elő is állítható és kézbevehető.

https://youtu.be/R7k-b-soVN4

Egy beagle koponyája és digitális agyi öntvénye (endokasztja). A videót készítette: Dr. Czeibert Kálmán

A komputertomográfiás képalkotás azt is jól láthatóvá teszi, hogyan változott meg a kutyafajták agya a mesterséges szelekció hatására. Az ELTE TTK Anatómiai, Sejt- és Fejlődésbiológiai Tanszék kutatójának, dr. Csörgő Tibornak a gyűjteménye közel 400 kutyakoponyát tartalmaz 152 fajtából, ezek közül 28-at vizsgáltak meg alaposabban a Frontiers in Veterinary Science-ben októberben megjelent tanulmányukhoz a kutatók. “A háromdimenziós modellezés eredményeként sikerült olyan részletességgel visszaadni az agy felszínét, hogy nemcsak a főbb agyi tekervények helye, hanem egyes erek lenyomata is tisztán látszik a modelleken”. – mondta dr. Czeibert Kálmán, állatorvos, az ELTE Szenior Családi Kutya Program posztdoktor kutatója, a tanulmány első szerzője. “A virtuális endokasztok világosan megmutatják azt is, hogy a koponya arcorri részének rövidülése együtt jár az agy egyre erősebb torzulásával: a szaglóhagyma fokozatosan hátrébb tolódik, és bizonyos fajtákban, például a mopszoknál és a francia buldogoknál szinte egészen a homloklebeny alá kerül. Ez pedig megváltoztatja az egyes területek egymáshoz viszonyított arányát.”

Az új kollekció az ELTE Etológia Tanszéken működő, az Európai Kutatási Tanács (ERC) támogatásából létrehozott Kutya Agy- és Szövetbank része. A bank segítségével a kutatócsoport a jövőben azt szeretné vizsgálni, hogyan függ össze az agy alakjának megváltozása a viselkedéssel, a szaglással, a kommunikációs és problémamegoldó képességgel. ”Az alaki eltérést ellensúlyozhatja az adott területen található idegsejtek eloszlása, mennyisége, funkciója és a kapcsolataik más agyi központokkal. Ehhez viselkedéstesztek, különböző képalkotó- (CT, MR, EEG), szövettani- és molekuláris vizsgálatok egyaránt szükségesek lehetnek.” – mondja Kubinyi Enikő, az ELTE tudományos főmunkatársa, a kutatócsoport vezetője. “A tompa orrú kutyáknak lehet, hogy rosszabb a szaglása, de egyes szemészeti sajátosságaiknak köszönhetően sokkal több mindent észrevesznek az emberek jelzéseiből.”

“Az egyik fő célunk a tudományos ismeretterjesztés volt.” – teszi még hozzá Czeibert. “A digitális képalkotással jól láthatók az egyes fajták közti különbségek. Például figyelemreméltó, hogy miközben egy átlagos felnőtt csivava és egy nápolyi masztiff között a testtömegkülönbség közel harmincszoros, a koponyaűr (és ennek következtében az agyak) térfogata mégis mindössze alig kétszeres eltérést mutat egymástól.” A kutatók a későbbiekben további koponyák digitalizálását tervezik mikroevolúciós vizsgálatokhoz egy nemzetközi együttműködés keretében.

Egy csivava és egy nápolyi masztiff koponyája és endokasztja (a koponya alapján rekonstruált agya) méretarányosan egymás mellé helyezve. A képet készítette: Dr. Czeibert Kálmán

Egy nápolyi masztiff és egy csivava az agyi modellekkel együtt. A fotók forrása: Wikimedia Commons. A képet készítette: Dr. Czeibert Kálmán

23 kép Dropboxban: https://www.dropbox.com/sh/7dl2zenq2danhys/AACsFoczm6tU6cTdTq01Gav3a?dl=0 Koponyára vetített endokasztok felül és oldalnézetből. Amerikai buldog, angol buldog, angol szetter, ausztrál juhászkutya, beagle, border collie, boxer, bullterrier, Cavalier King Charles spániel, csau-csau, csivava, dobermann, francia buldog, komondor, mopsz, nápolyi masztiff, német juhászkutya, orosz agár, skót juhászkutya, valamint szürke farkas.

Ugyanezek a képek Google Drive-ban (ha a link nem működik, kérjük, másolja a böngészőbe): https://drive.google.com/drive/folders/1E0VbHqeqqv5l3QJvE-n8rLHNV8rDOWtE

Ugyanezek a képek Google Photos-ban: https://photos.app.goo.gl/8FPB3B57SjEcfc3P9

Videó: https://youtu.be/R7k-b-soVN4

Eredeti tanulmány: Czeibert, K., Sommese, A., Petneházy, Ö., Csörgő, T., Kubinyi, E.: Digital endocasting in comparative canine brain morphology, Frontiers in Veterinary Science. 7. 2020. https://doi.org/10.3389/fvets.2020.565315

A kutatást az Európai Kutatási Tanács (ERC) “Cognitive Ageing in Dogs” starting pályázata (EVOLOR 680040) támogatta.