MTA-ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoport (2012-2017)

 Célkitűzéseink

Az ELTE Etológia Tanszékén már közel 20 éve folyó kutatások igazolták hipotézisünket, amely szerint a kutya és az ember közti számos viselkedési hasonlóság egy olyan konvergens evolúciós folyamat eredménye, amelynek során a kutya alkalmazkodott az emberi környezethez. Ezen funkcionális hasonlóságok a két faj viselkedéskomplexében nemcsak a fő dimenziókban, de a komponensek, ún. „szocális primitivák” szintjén is tetten érhetők. A domesztikáció során ezekre ható irányító szelekció specifikus különbségeket hozott létre a farkashoz képest, másrészt egy további, szétválasztó szelekció olyan variabilitást eredményezett, ami kivételes lehetőséget teremt a mögöttes biológiai mechanizmusok elemzésére. Így a kutya ígéretes modellállat az emberi szociális kogníció evolúciójának tanulmányozására.

Az eddigi kutatások eredményeképp leírt kutyamodell értelmezési lehetőségeit interdiszciplináris megközelítéssel kívánjuk tovább szélesíteni. Célunk eléréséhez két alapvető tudományos eszköztárat alkalmazunk párhuzamosan, ami a viselkedés-tudományokban teljesen újszerű, szinergikus megközelítést eredményez.

Egyfelől a hagyományos, analitikai felfogást követve a szociális viselkedés alapjaira koncentrálva főképp a humán kötődési viselkedés, az agresszió és a szociokognitív interaktivitás kutyában megjelenő analóg formáinak és azok genetikai hátterének vizsgálatát tervezzük a legmodernebb, nem-invazív eljárások alkalmazásával, beleértve a teljes genomanalízist, funkcionális viselkedésgenetikai módszereket és agyi aktivitás mérését (fMRI).

Másfelől megkíséreljük egy megfelelő szintetikus eljárás alkalmazásával bizonyítani, hogy a kutyán leírt humán-analóg szociális viselkedésformák más, nem biológiai alapon szerveződő ágensek, például a társrobotok emberrel való interakciós képességeit is javítják, hiszen az emberek komplex és főként nyelvi kommunikáción alapuló szociális élete hasonló kihívást jelent a robotok számára, mint amilyenekkel hajdan a kutya szembesült.

A kutatást széles körű hazai és nemzetközi kooperációban végezzük, melynek eredményeként egy olyan természetes állati modell alapjait kívánjuk lefektetni, amely döntően hozzájárul az ember evolúció biológiai modellezéséhez, illetve új irányt adhat a robotikai kutatásoknak.

Előzmények:
Az MTA-ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoport 1998-tól kezdődően két ciklusban végzett átfogó kísérletes vizsgálatokat a kutyán. Ezt követően a további kutatásoknak az ELTE Etológiai Tanszéke adott otthont. Kiindulási elképzelésünk, miszerint a kutya viselkedésének tanulmányozása révén egy új emberi evolúciós modell kidolgozása válhat lehetővé, ma már kézzel fogható közelségbe került.

Miklósi, Á., Topál, J., Csányi, V. 2004. Comparative social cognition: What can dogs teach us? Animal Behaviour, 67: 995-1004.

 

Eto-Robotika

Az emberekkel szoros együttműködésre képes szociális robotok kifejlesztése a robotika egyik legdinamikusabban fejlődő ágazata. Egyre inkább úgy tűnik, hogy a hatékony ember-robot kommunikáció és interakció megalkotása olyan új kihívást jelent, amely csak több tudományterület szakértőinek összefogásával oldható meg sikeresen.

Etológiai szempontból a szociális robotok feladatuk teljesítése során egyfajta társ szerepkört töltenek be (pl. segítő robotok), így leginkább egy olyan másik faj képviselőiként érdemes kezelni őket, amely nem képes emberi módon kommunikálni (pl. beszélni), mégis hihetően és érthetően fejez ki egyszerű érzelmeket, szándékokat.

Figyelembe véve a jelenleg rendelkezésre álló, autonóm módon működő robotok kommunikációs képességeit és az ilyen robotok potenciális funkcióit az emberi környezetben, az ember-állat interakció, azon belül is leginkább a kutya-ember együttműködés tűnik ideális modellnek a szociális robotok megtervezéséhez.

Nem „kutyaszerű” robotok fejlesztését javasoljuk, azaz véleményünk szerint a robotok fizikai megjelenését és motoros képességeit a kívánt funkcióhoz kell igazítani, és csupán a viselkedésükben érdemes alkalmazni az emberénél egyszerűbb, ám számára is jól értelmezhető szociális viselkedésformákat. Eddigi kutatásaink számos területen bebizonyították, hogy a kutya különleges szociális készségei (kötődés, függőség) és kommunikációs képességei (emberi jelek értelmezése, ember által értelmezhető jelek adása) révén képes igen sikeres munkakapcsolat létrehozására az emberrel. Feltételezéseink szerint a kutya komplex szociális és kognitív struktúráiból a lényegi elemek kiválasztásával létrehozható egy vizuális és akusztikus kommunikációra képes, biológiai lényként értelmezhető ágens.

Így kutatásaink fő célja egy „mesterséges társ” (de nem ember vagy kutya robot) azon viselkedésformáinak, képességeinek, helyzethez illő reakcióinak etológiai módszerekkel történő meghatározása, amelyek alkalmassá tehetik nem csupán hatékony, hanem emocionális szempontból is értelmezhető interakciókra az emberrel.

Előzmények:
Egy korábbi öt éves EU projekt keretein belül (EU FP-7-NEST (FP7-215554):“Living with Robots and Interactive Companions”, http://lirec.eu/) tíz, különböző tudományterületet képviselő kutatócsoport együttműködésében dolgoztunk. A projekt célja olyan interaktív társrobotok kifejlesztése volt, amelyek képesek érzelmeket és szándékokat közvetíteni a humán partner felé, és amelyek alkalmasak hosszú távú kapcsolat kialakítására az emberrel.

Korábbi tagok: Devecseri Viktor, Tajti Ferenc

Kovács, Sz., Gácsi, M., Vincze, D., Korondi, P., Miklósi, Á. 2011. A novel, ethologically inspired HRI model implementation: Simulating dog-human attachment. In: 2nd International Conference on Cognitive Infocommunications: CogInfoCom, Budapest, Hungary, IEEE Computer SocietyPress, pp. 1-4. (ISBN:9781457718069)

Syrdal, D.S., Koay, K.L., Gácsi, M., Walters, M.L., Dautenhahn, K. 2010. Video Prototyping of dog-inspired non-verbal affective communication for an appearance constrained robot. 19th IEEE International Symposium on Robot and Human Interactive Communication, (RO-MAN 10), Viareggio, Italy, 632-637.

Miklósi, Á.  2009. How to make agents that display believable empathy? An ethological approach to empathic behavior. Autonomous Agents and Multi Agent Systems, Proceedings of Workshop 20: Empathic Agents.

Miklósi, Á., Gácsi, M. 2012. On the utilization of social animals as a model for social robotics. Frontiers in Psychology, 3: 75. 

Vincze, D., Kovács, Sz., Gácsi, M., Korondi, P., Miklósi, Á., Baranyi, P. 2012. A novel application of the 3D VirCA environment: modeling a standard ethological test of dog-human interactions. Acta Polytechnica Hungarica, 9: 107-120.

Genetika

A szociális viselkedés számos más fenotípushoz és betegséghez hasonlóan komplex jelleg, amelyet a környezeti és genetikai tényezők együttesen alakítanak ki. Így egy-egy gén hatása csak kis mértékben járul hozzá az adott jelleg meghatározásához, azonban ezen gének azonosítása fontos lehet az idegi folyamatok molekuláris hátterének megismerésében. Munkacsoportunk a szociális viselkedés kialakításáért felelős kandidáns gének genetikai variációit, polimorfizmusait tanulmányozza. A polimorfizmusokat adatbázisok segítségével, valamint különböző kutyafajták és farkas genom kandidáns régióinak szekvenálásával azonosítjuk. Vizsgálataink elsősorban a kandidáns gének kódoló illetve szabályozó régióira terjednek ki. Az azonosított polimorfizmusokat nagyobb mintaszámú kutya illetve farkas populációban genotipizáljuk real-time PCR, allél-specifikus PCR és PCR–RFLP módszer segítségével. A genotípus–fenotípus asszociációt statisztikai elemzéssel állapítjuk meg. A polimorfizmusok biológiai hatását in vitro technikák segítségével tanulmányozzuk.

A kutya-, és a farkasgenom összehasonlításával megvizsgáljuk, melyek azok a lokuszok, amelyek feltehetően összefüggésbe hozhatók a domesztikációs folyamattal. A következő lépésben megvizsgáljuk, vajon e lokuszok implikálnak-e valamilyen viselkedési funkciót. A megfelelő genetikai polimorfizmust hordozó fajtán specifikus tesztek segítségével igazoljuk a viselkedés, illetve a genetikai variabilitás közötti összefüggést.

Saját, illetve szakirodalmi adatokra alapozva megvizsgáljuk, hogy egyes kutyaspecifikus viselkedésformák (pl. ugatás), milyen variabilitást mutatnak fajtán belül, illetve fajták között. A kapott fenotipikus variabilitást összevetjük a genetikai variabilitással (egyedtől gyűjtött DNS alapján), genome wide analysis (GWAS) módszerek alkalmazásával.

Előzmények:
A kutyák túlzott aktivitása, és az ezzel gyakran együtt járó impulzivitás a gazdák beszámolói alapján az egyik leggyakoribb viselkedési probléma. Korábbi kutatásunkban (Héjjas et al., 2007a, 2007b, 2009, Kubinyi et al, 2012) kapcsolatot találtunk e viselkedésjegyek és a D4-es típusú dopamin receptor (DRD4) valamint a tirozin-hidroxiláz (TH) enzim génjének típusai között. Azok a német juhászkutyák, amelyek a gének hosszabb változatát is hordozzák, általában kevésbé aktívak, nyugodtabbak, mint azok, amelyek csak a rövidebbet. A szibériai husky fajtában a D4-es típusú dopamin receptor génjének exon 3 szakasza igen változatos, a farkasokra jellemző alléllal is rendelkezik. Akárcsak a német juhászkutyáknál, a huskyk közül is a hosszabb allélokat hordozó kutyák kevésbé aktívak és impulzívak (Wan et al., 2013). A viselkedés és génpolimorfizmus asszociációjának kutatása mellett az SE Orvosi Vegytani, Molekuláris Biológiai és Patobiokémiai Intézetének laboratóriumában új hosszúságpolimorfizmusokat is azonosítottunk a dopaminerg rendszerrel kapcsolatos gének körében és funkcionális elemzéseket is végeztünk (Héjjas et al., 2009).

Korábbi tagok: Bencze Melinda, Vargáné Kis Anna

Marx Péter, Arany Ádám, Rónai Zsolt, Antal Péter, Sasvári-Székely Mária, 2011. Az oxitocinreceptor genetikai variabilitásának in silico elemzése. Neuropsychopharmacologia Hungarica, XIII. évf. 3. szám

Neuroetológia

Éber és nem rögzített állatokkal MR vizsgálatot végezni rendkívül bonyolult, hiszen számos metodikai nehézséggel kell számolni, ezért a gyakorlatban kábítást és/vagy rögzítést szokás alkalmazni. Kutatócsoportunk egy új módszert dolgozott ki, melynek lényege, hogy a kutyákat egy speciális, pozitív megerősítésen alapuló program szerint tréningezzük az MR vizsgálat előtt, így rögzítés és kábítás nélkül, nyugodtan és mozdulatlanul fekszenek a készülékben.

A már kidolgozott protokollok szerint a kutya az fMRI készülékben fekve különböző szociálisan releváns ingerekkel találkozik, így feltárhatjuk azokat a neurális struktúrákat, amelyek szerepet játszanak a specifikus vizuális és akusztikus szociális ingerek értelmezésében. Emberi és kutya kísérleti alanyok komparatív vizsgálatával mód nyílik a különféle ingerek feldolgozásában megfigyelhető eltérések és esetleges azonosságok felderítésére is.