Mozek člověka a psa se dokáže „sladit“. Budeme si vybírat psy s elektrodami na hlavě?

Článek si také můžete poslechnout v audioverzi.

Čínští vědci nedávno prokázali synchronizaci mozkových vln mezi člověkem a psem. Jak taková synchronizace funguje a k čemu ji můžeme využít? Přinese nové možnosti do léčby psychických poruch nebo terapií?

Na to jsme se zeptali Jana Hubeného, který se podobným výzkumem zabývá v Národním ústavu duševního zdraví – ovšem mezi lidmi a mezi potkany, kteří mají podobnou stavbu mozku jako člověk.

Mezi člověkem a psem dochází dle nových výzkumů k synchronizaci mozkových vln. Je to objev světového významu?

Je to první výsledek svého druhu, který se dá brát jako významný. Výzkumníci v Číně využili při dlouhodobém experimentu v letech 2023 a 2024 metodu zvanou hyperscanning, kdy sbíráte neurofyziologická data z více než jednoho zdroje. V tomto případě šlo o měření funkčního projevu mozku psa a mozku člověka. Ještě ale není nasbíráno tolik dat, abychom to ve vědeckém světě potvrdili zcela jednoznačně.

Musíte pochybovat?

I když se něco zdá velké až objevné, je ideální zachovat si střízlivé uvažování a zdravou míru kritiky. Data mohou být něčím „zarušená“, proto vědec musí o výsledcích pochybovat neustále. Pilotní studie testovaná na několika dobrovolnících však ukazuje možnosti směřování dalšího výzkumu porozumění interakce mezi člověkem a psem.

Co jsou vlastně mozkové vlny a jak funguje jejich synchronizace? Mozky spolu nějak vzájemně komunikují, nebo jen stejně reagují na vnější podněty?

Mozkové vlny jsou projevem mozkové aktivity, kterou můžeme měřit pomocí metody EEG na pokožce hlavy v podobě slabého elektrického signálu. Rozdílnost těchto vln nám může poskytnout informaci o tom, v jakém stavu mozek pravděpodobně je – jiné jsou ve spánku, při odpočinku nebo třeba při prohlížení obrázků a poslechu hudby. Co se týče synchronizace, nejedná se o vzájemnou komunikaci, jak ji chápeme například z té verbální. Spíše je to synchronizace z hlediska zpracovávání nebo reakcí na vnější podněty, či při řešení stejné úlohy.

Na co ta zjištění mohou být dobrá v praxi?

Dosud jsme se neurovědním způsobem koukali individuálně na mozek, zejména ten lidský, a měřili jeho individuální aktivitu. Toto je krok dál, kdy se přirozeně posouváme k posouzení vztahu už nikoliv jen dvojice „člověk–člověk“, ale teď poprvé i „člověk–pes“. Snad nám to do budoucna umožní využívat tento nástroj jako dobrý ukazatel nebo i vysvětlující faktor pro interakci a vzájemnou kooperaci dvojic nebo skupin.

Co jste se ještě dozvěděli díky čínskému výzkumu?

Výzkumníci porovnávali výsledky měření zdravých psů spolu se psy s poruchou autistického spektra. Zjistili, že podobnost mozkových signálů mezi nimi výrazně klesá nebo není téměř žádná. Tato metoda by nám mohla pomoci měřit, nakolik je třeba konkrétní pes vhodný pro svého potenciálního páníčka. Ať už pro běžné fungování nebo pro terapeutický proces.

To by se tedy při koupi psa nebo při začátku canisterapie mohly měřit zvířeti i člověku mozkové vlny, a podle toho by se rozhodlo, jestli se budou k sobě hodit, nebo hledat jiného psa?

Ano, mohlo by se do budoucna jednat o případnou aplikaci této metody. Nicméně pro toto tvrzení ještě není nasbíráno dostatečné množství dat, abychom mohli s určitou přesností rozlišit, jak se k sobě budou pes a budoucí majitel hodit. Tato metoda by se ještě musela nezávisle zhodnotit, že je skutečně vhodná pro výběr dvojic. Zatím je těžko použitelná pro širokou veřejnost, ale určitě má potenciál se postupně rozšiřovat.

Jak se to měření dělá? Pes má stejně jako člověk speciální čepici s měřáky?

Ano, u člověka se nasazuje čepička s elektrodami, kterých může být až 256. Celý proces je relativně jednoduchý, protože spolu se domluvíme a můžeme spolupracovat. U psa navíc musíme počítat s tím, že jeho mozek má poněkud jiné anatomické rozložení, takže umístění jednotlivých elektrod tomu musí odpovídat. Bývají to zařízení vyrobená na míru.

Kam může výzkum dál směřovat? A co by mohl dalšího přinést?

V budoucnu by metoda mohla pomoct při monitorování zdravotního stavu nebo i pro analýzu rozvíjejícího se vztahu mezi dvěma jedinci. Ale v první řadě by bylo vhodné ještě hlouběji prozkoumat základní procesy mezi zdravým člověkem a zdravým psem.

Takže budou potřeba další pokusy?

Ano, mám na mysli další experimenty, které by potvrdily nynější výsledky a rozšířily metodiku o hustější pokrytí hlavy senzorovými elektrodami. Výsledky u zdravých dobrovolníků by poté bylo vhodné aplikovat například u pacientů trpících epilepsií nebo u těch s duševním onemocněním. Takový výzkum by mohl vnést trochu více poznání do terapeutického procesu u vztahu člověka se psem. Nicméně tento výzkum je náročný a je zde velké množství proměnných, které by se musely vysvětlit.

Výzkum v Číně prokázal poprvé komunikaci mozkových vln mezi člověkem a jiným živočišným druhem. Jak probíhají podobné výzkumy takové komunikace mezi dvěma lidmi?

Experimenty tohoto typu, i u nás v ústavu, se zatím ubíraly směrem kooperace. Dvojice spolu komunikovala, třeba gesty rukou, ukazovali počet skrze prsty, do toho měli dělat spontánně nějaké obrazce a měli se napodobovat. V tomto případě nám jde o vysvětlení interakce při napodobování druhého člověka a jestli při něm dochází k synchronizaci i na mozkové úrovni.

Dochází?

Ano, jeden příklad můžeme pozorovat v části mozku, která je zodpovědná za sociální interakci. Druhý příklad pozorujeme v hudbě, při měření hudebníků, kteří hráli a snažili se spolu sladit. Při poslední zajímavé studii výzkumníci oslovili čtrnáct dobrovolníků z řad obecenstva, které vybavili měřícími přístroji, a koukali na to, jak hudba synchronizuje jejich mozkovou aktivitu.

Jak tato synchronizace mozkových vln mezi lidmi funguje?

Jak jsem zmiňoval, na vlasové části hlavy můžeme pomocí EEG měřit slabý elektrický signál, což je funkční projev mozku. Má své charakteristiky, které se mění v závislosti na tom, co děláme. Jestli spíme, jestli dáváme pozor nebo jestli s někým mluvíme, tedy nějak interagujeme. A při tomto měření se snažíme dohledat, jak moc je část signálu zodpovědná za sociální interakci podobnou s dalšími zdroji signálu.

Myslíte s jinými lidmi?

Ano, lidmi, kteří mají na hlavách stejné zařízení na snímání signálů EEG. Míra podobnosti těch dvou signálů nám poté určuje, do jaké míry jsou ti lidé – laicky řečeno – na stejné vlně, když je funkční projev mozku podobný, ne-li úplně stejný. Metoda je ale relativně nová a interpretace výsledků ve výzkumu mozku je vždy složitější, protože máme málo metod, jak výsledky kriticky posoudit.

Jestli to tak skutečně je?

Ano, proto jsou zatím jen hypotézy a domněnky, že by to mohlo mít vliv na proces vnímání nějaké události. Pokud slyšíte hudbu, mozek ji podprahově vnímá a nějak reaguje. Při výzkumu pak můžeme sledovat charakteristické změny v mozkové aktivitě. Můžeme třeba říct, že lidé prožívají stejnou emoci. Jejich mozek se prostě ocitá v podobném stavu.

Jak konkrétně se teď tomuto tématu věnujete při výzkumu ve vašem ústavu?

Zatím ne mezidruhově. Pouze člověk–člověk. Čínský výzkum, o kterém se bavíme, nás zaujal právě proto, že tímto způsobem se zatím nikdo mezidruhovému měření nevěnoval. Zajímá nás, jak bychom zjištění mohli využít v našich podmínkách. Jinak také sbíráme neurofyziologická data u potkanů.

Proč zrovna u potkanů?

Potkan má podobné uspořádání mozku jako lidé. Je schopný reagovat podobně na vnější podněty, jakými můžou být zvuková stimulace nebo stimulace pomocí videa. Mezi nedávná zjištění patří například velmi podobná autonomní mozková odpověď v EEG na video stimuly, které mohou vyvolávat domnělý pohyb obrazu – halucinace.

Co potkanovi pustíte na videu a jak poznáte, že má halucinace?

Zjednodušeně řečeno – potkanům pouštíme videa pohybujících se kulatých obrazců a sledujeme jejich elektrofyziologickou odezvu mozku, která je specifická pouze pro pohybující se obrazce. Poté se potkanům podá určitá látka, která tuto specifickou odezvu potlačuje. U potkanů pak můžeme sledovat mizení odezvy na pohybující se obrazce, ale odezva na pevné neměnící se obrazce zůstává stále stejná. 

Co je cílem takového výzkumu?

Potkani mají potvrzené sociální chování a také máme letité zkušenosti s prací s jejich signálem mozkových vln. Tyto zkušenosti bychom rádi využili ve výzkumu komunikace a interakce jednotlivých párů. Při sledování interakce dvou jedinců a jejich projevů chování budeme hledat souvislosti se synchronizací mozkových vln. Na základě tohoto poznání pak ideálně vytvoříme animální (zvířecí – pozn. red.) model komunikace či kooperace na úrovni mozkové aktivity, který poté můžeme srovnávat s modelem lidským. Také tento model by mohl sloužit u předpovědi účinnosti různých léčebných procesů, například u výzkumu léčiv.

Jakým směrem se ubíráte ve výzkumu s lidmi?

Jde nám o mapování interakce mezi mozkovým projevem dvou lidí. Chystáme jednoduché úlohy se vzájemnou kooperací mezi zdravými dobrovolníky.

Co třeba?

Nově máme připravenou experimentální úlohu Trust Game. Dva dobrovolníci sedí proti sobě, jeden dělá bankéře, druhý investora. Zároveň si během této aktivity musí věřit. A budeme mapovat míru jejich kooperace.

K čemu to bude dobré?

Chtěli bychom tímto mapovat proces důvěry mezi hrající dvojící a v ideálním případě nalézt v EEG příznaky, které by předpověděly úspěšnost dvojice. Pokud se nám podaří nalézt souvislost mezi důvěrou a synchronizací mozkových vln, pak můžeme tuto metodu aplikovat u jiných úloh, kde důvěra hraje zásadní roli. Těmi může být například mimo jiné i proces psychoterapie.

Co by to znamenalo?

Pokud experimenty budou vycházet slibně, zkusíme přejít na výzkum ve vztahu dvojice „terapeut–pacient“, kde plánujeme mapovat intenzitu terapie. Třeba i to, jak si terapeut rozuměl s pacientem, tedy do jaké míry mohla být terapie pro pacienta užitečná.

Takže by se dalo změřit, zda je terapeut vhodný pro konkrétního pacienta?

Přesně tak. Měření může zároveň ukázat, který typ terapie je pro pacienta vhodný a který ne. Díky tomu se může případně vyměnit terapeutický proces za jiný. Je to ale běh na dlouhou trať, než se dostaneme k aplikované praxi. Nejprve musíme zkoušet tyto postupy na zdravých dobrovolnících, a tady – v Národním ústavu duševního zdraví – jsme na začátku. Teď budeme nabírat dobrovolníky na ověřování míry důvěry, takže první možné výsledky a interpretace pak budou k dispozici nejdřív za půl roku.

A co výzkum u psů? O těch neuvažujete, třeba ve světle čínských výsledků?

V tento moment ne. Nejedná se o výzkumnou otázku, kterou bychom chtěli momentálně zkoumat, ale jde také o časovou a praktickou náročnost experimentů. Naším primárním cílem je mířit na výzkum lidského mozku v kontextu duševního zdraví.