Comparative auditory fMRI studies in minipigs: introduction of a new model species to cognitive neuroethology  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
125527
Type KH
Principal investigator Andics, Attila
Title in Hungarian Összehasonlító hallási fMRI vizsgálatok törpemalacon: egy új modellfaj bevezetése a kognitív neuroetológiába
Title in English Comparative auditory fMRI studies in minipigs: introduction of a new model species to cognitive neuroethology
Keywords in Hungarian komparatív, vokalizáció, éber fMRI, fajtárshangok, házi sertés, szocializáció, funkcionális agyi képalkotás
Keywords in English comparative, vocalization, awake fMRI, conspecific sounds, domestic pig, functional brain imaging
Discipline
Behaviourism (Council of Medical and Biological Sciences)40 %
Ortelius classification: Animal ethology
Cognition (e.g. learning, memory, emotions, speech) (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Neuroimaging and computational neuroscience (Council of Medical and Biological Sciences)30 %
Panel Neurosciences
Department or equivalent Department of Ethology (Eötvös Loránd University)
Participants Cuaya Retana, Laura Verónica
Czeibert, Kálmán
Dror, Shany
Gábor, Anna
Gerencsér, Linda
Hernández Pérez, Raúl
Újváry, Dóra
Starting date 2017-10-01
Closing date 2020-12-31
Funding (in million HUF) 20.000
FTE (full time equivalent) 8.52
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A projekt során egy új fajt vonunk be a pályázat alapját képező cikkünkben (Andics és mtsai, 2014) megkezdett összehasonlító agyi képalkotásos vizsgálatainkba: kidolgozzuk a törpemalac fMRI tréningezési és mérési módszertanát, és elvégezzük az első éber törpemalac fMRI kísérleteket, melyek fókusza a különféle érzelmi töltetű fajtárshangokra és heterospecifikus hangokra való neurális érzékenység vizsgálata lesz. Célunk, hogy a korábbi kutya-ember összehasonlító kutatásunk fő állításait és hipotéziseit tágabb evolúciós kontextusban tanulmányozzuk tovább, és letegyük egy általános összehasonlító emlős neuroetológia alapjait.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A projekt alapfeltevése, hogy a házi sertés és specifikusan annak kisméretű változata, a törpemalac alkalmas arra, hogy a kutyához hasonlóan, megfelelő szocializációt és képzést követően az összehasonlító emlős kognitív és affektív idegtudományok jelentős modellfajává váljon. A projekt fő célkitűzése az, hogy két év alatt megvalósítson, a világon elsőként, egy éber törpemalacokon végzett fMRI vizsgálatot, ideértve a szocializációs, tréningezési, automatizált viselkedéselemzési, képalkotásos mérési, elemzési módszertan kifejlesztését, és ezzel letegye a házi sertés funkcionális agyi képalkotásos, összehasonlító szemléletű vizsgálatainak az alapjait.
A hallási fMRI vizsgálatra vonatkozó fő hipotézisünk, hogy a projekt alapját képező cikk kutyában tett felfedezéséhez hasonlóan a házi sertés is a temporális pólusban mutat kiemelt szenzitivitást fajtárshangokra, hogy korai hallókérgi involváltságot találunk az érzelmi töltet értékelésére a hangadó fajától függetlenül, és hogy a hangadások feldolgozására mutatott egyedi variabilitás jól korrelál viselkedéses és funkcionális agyi adatok közt. Mindezek megerősítenék korábbi felvetésünket, miszerint emlősök körében a hangadások feldolgozása evolúciósan ősi, közös neurális mechanizmusokon alapul.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Az összehasonlító agykutatás az emberi agyműködés jobb megértésének szerves része, de a komparatív kognitív és affektív idegtudományi kutatásokhoz is hiányoznak a funkcionális modellek. Az elmúlt években kifejlesztettük az éber kutya fMRI-t és demonstráltuk, hogy a kutya egy alkalmas funkcionális modell. Ugyanakkor alapvető lenne, hogy a módszert más fajokra is alkalmazni tudjuk. Jelen kutatás során lefektetjük az éber törpemalac funkcionális agyi képalkotás alapjait: a házi sertés (Sus scrofa domesticus) agyi funkcióinak vizsgálata orvosbiológiai és állatjóléti szempontból egyaránt jelentős (Lind 2007, Conrad 2011, Stricker-Krongrad 2016), és éber sertés fMRI jelenleg egyáltalán nem létezik.
Az éber malac fMRI kockázatos vállalkozás, de megítélésünk szerint a világon jelenleg a mi kutatócsoportunkban, az itt bemutatott szocializációs-tréningezési módszertannal a legnagyobb az esély arra, hogy áttörést érjünk el. Sikeres éber funkcionális képalkotásos mérések esetén arra számítunk, hogy eredményeinket egy jelentős presztízsű folyóiratban publikálhatjuk.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A házi sertés nemcsak húsállatként játszik fontos szerepet, hanem orvosbiológiai kutatásokban is - szervi, idegi működésük vizsgálata rendkívül jelentős modellként szolgál az emberi test működésének, betegségeinek jobb megértéséhez. Állatjóléti és orvosbiológiai szempontból is alapvetően fontos lenne ezért, hogy élő, éber, együttműködő sertések agyműködését, különféle környezeti és szociális ingerekre adott agyi válaszreakciókat is vizsgálhassuk, és segítségükkel az emberi agyműködést is jobban modellezhessük. Éber agyi képalkotásos vizsgálatra sertésekkel eddig még sehol a világon nem került sor. Kutatásunk célja, hogy elsőként végezzük el és ezzel megalapozzuk az éber sertés agyműködésének képalkotásos (fMRI) vizsgálatait. Az éber malac fMRI kockázatos vállalkozás, de megítélésünk szerint a világon jelenleg a mi kutatócsoportunkban, az itt bemutatott szocializációs-tréningezési módszertannal a legnagyobb az esély arra, hogy áttörést érjünk el.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In this project we involve a new species in our comparative brain imaging investigations that began with the paper (Andics et al. 2014) that constitutes the basis of the present application: we will develop the fMRI training and measurement protocols for minipigs, and we will conduct the first awake minipig fMRI experiments, focusing on the neural sensitivities to various emotional vocalizations from conspecifics and heterospecifics. We aim at investigating our earlier dog-human comparative studies' claims and hypotheses in a broader evolutionary context, and setting the stage for a general comparative mammalian neuroethology.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
We propose that the domestic pig and specifically its small-sized variant, the miniature pig is suitable to become, similarly to the dog, after careful socialization and training, an important model species for comparative mammalian cognitive and affective neurosciences. The project's main aim is to realize within two years, for the first time worldwide, an awake pig fMRI study, involving the necessary development of the socialization, training, automated behaviour-analyzing and brain imaging and analysis protocols, and with that to establish the bases of comparative functional brain imaging investigations in the domestic pig.
With respect to the auditory fMRI experiment, we hypothesize that as we discovered earlier in dogs, pigs also have a conspecific-preferring voice area in the temporal pole region of the brain, and that they show early auditory cortex involvement for analyzing vocal emotions, independent of the vocalizer species, and that individual variability in vocalization processing covaries between behavioural and functional brain imaging data. All these would support our earlier proposal that among mammals, vocalization processing is based on evolutionarily ancient, shared neural mechanisms.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Comparative brain research is crucial for understanding human brain mechanisms, but functional models are missing for cognitive and affective neuroscientific studies. In recent years we developed awake dog fMRI and demonstrated that dog is a suitable functional model. But it would be essential to have the possibility to apply this method to other species. In this project we establish the bases of awake pig functional brain imaging: the investigation of the brain functions of the domestic pig (Sus scrofa domesticus) is very important for both a biomedical and an animal welfare perspective (Lind 2007, Conrad 2011, Stricker-Krongrad 2016). To date, no awake pig fMRI exists at all.
Performing awake pig fMRI is a high risk, high gain plan, and we believe that at present our research group is in the best position wordwide to make significant steps forward and realize it, using the here developed socialization and training protocols. We expect that in case of successful awake pig functional brain imaging, we will be able to publish our results in a high-prestige journal.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Domestic pigs are important not only for meat production, but also for biomedical research - the functioning of their organs and neural capacities serves as an extremely important model for a better understanding of how the human body works, and of human diseases. It would therefore be essential, for both biomedical and animal welfare reasons to investigate the functioning pig brain's responses to various environmental and social stimuli, and to use this knowledge to better model human brain functions. Functional brain imaging in pigs have never been performed before. Our goal is to conduct the very first awake pig fMRI study and by that to establish comparative brain imaging methods in a new species. Performing awake pig fMRI is a high risk, high gain plan, and we believe that at present our research group is in the best position wordwide to make significant steps forward and realize it, using the here developed socialization and training protocols.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt során létrehoztuk a törpemalacok szocializációját biztosító Családi Törpemalac Programot, kidolgoztuk az éber törpemalac fMRI tréningezési és mérési, az éber EEG mérési módszertanát, a hallási eseményfüggő potenciál (ERP) elemzési technikáját, valamint a kapcsolódó viselkedéses, etológiai vizsgálatok módszerét, és ERP elemzéssel EEG mérést, továbbá viselkedéses vizsgálatokat végeztünk. Az EEG vizsgálatban a ERP-k közti eltérések, friss humán kutatásokkal analóg módon, a fajtárshangok elkülönült agyi feldolgozását mutatták, és eltérő idői ablakokat találtunk a fajtárshangok nemvokális hangoktól és a más fajok vokális hangjaitól származó agyi elkülönítésre. Az összehasonlító viselkedés vizsgálatokkal megmutattuk, hogy a közvetlen emberközelben nevelt törpemalacoknál, a kutyákkal ellentétben, nem alakul ki általános preferencia az ember iránt, viszont számukra új környezetben több fizikai kontaktust igényelnek a gazdájuktól, mint a kutyák. Spontán megjelennek náluk a kutyákhoz hasonló interspecifikus szociális-kommunikációs viselkedési formák, de a kutyáknál kevésbé fogékonyak az emberi jelzésekre, s néha inkább saját stratégiájukat követik. Semleges helyzetben a malacok közel azonos gyakorisággal kezdeményeznek interakciót az emberrel, mint a kutyák, problémamegoldás közben azonban önállóbban próbálják elvégezni a feladatot, s nem fordulnak annyiszor az ember felé.
Results in English
During the project, we established the Family Pig Project for the socialization of miniature pigs, developed the methodology for fMRI training, for fMRI and EEG measurement and for related behavioural ethology studies with miniature pigs, and EEG measurements with event-related potential (ERP) analysis and behavioural studies were performed. In the EEG study, differences between ERPs, analogous to recent human research, showed distinct brain processing for species sounds, and we identified different time windows for neural differentiation of species sounds from nonvocal sounds or from vocal sounds of other species. The comparative behavioural studies revealed that living in a human family is not enough for developing an early general human preference in pigs, while in a novel environment they need more physical contact with their caregiver than dogs do. Miniature pigs raised in close human contact show some similar patterns of spontaneous socio-communicative behaviours as family dogs, but species-predispositions make them less receptive to human cues, and sometimes they rather follow their own strategies. In a neutral situation pigs turn to humans, initiating interactions as much as dogs do. But in a problem solving situation, where dogs often stop trying alone and display human-oriented communicative behaviours, pigs keep trying to solve the task on their own.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=125527
Decision
Yes





 

List of publications

  
Pérez Fraga, P, Gerencsér, L & Andics, A: Human proximity seeking in family pigs and dogs, https://doi.org/10.1038/s41598-020-77643-5, 2020
Perez Fraga, P, Gerencsér, L, Lovas, M, Újváry, D, & Andics, A: Who turns to the human? Companion pigs’ and dogs’ behaviour in the unsolvable task paradigm, https://doi.org/10.1007/s10071-020-01410-2, 2020
Gerencsér L, Lovas M, Perez Fraga P, Gábor A, Ujváry D, Gácsi M, Andics A: Differential responses of socialized minipigs to their caregivers; attachment bond or social preference?, https://www.dropbox.com/sh/2il38pokmu7cdn0/AABI9gsTt5Q2qqlYACmyvBAUa?dl=0, 2018
Lovas M, Gerencsér L, Pérez Fraga P, Ujváry D, Andics A: To be perceptive or not to be perceptive, that is the question. A comparative study of interspecific communicative interactions with pigs and dogs, https://www.dropbox.com/sh/2il38pokmu7cdn0/AABI9gsTt5Q2qqlYACmyvBAUa?dl=0, 2018
Perez Fraga P, Gerencsér L, Lovas M, Ujváry D, Andics A: There is my reward! A comparative sturdy of showing behaviour towards humans in young dogs and pigs, https://www.dropbox.com/sh/2il38pokmu7cdn0/AABI9gsTt5Q2qqlYACmyvBAUa?dl=0, 2018
Perez Fraga P, Gerencsér L, Lovas M, Ujváry D, Andics A: Who seeks for human assistance when facing an unsolvable problem? A comparative study of pigs’ and dogs’ looking behavior, https://www.dropbox.com/sh/2il38pokmu7cdn0/AABI9gsTt5Q2qqlYACmyvBAUa?dl=0, 2018
Perez Fraga P, Ferdinandy B, Gerencsér L, Andics A: What's new? Individual variation in response to novelty in minipigs (Sus scrofa domesticus), https://www.dropbox.com/sh/2il38pokmu7cdn0/AABI9gsTt5Q2qqlYACmyvBAUa?dl=0, 2018
Perez Fraga P, Gerencsér L, Andics A: Pig-human interspecific communication. Can pigs "ask for help"?, https://www.dropbox.com/sh/2il38pokmu7cdn0/AABI9gsTt5Q2qqlYACmyvBAUa?dl=0, 2018
Gerencsér L, Perez Fraga P, Lovas M, Ujvary D, Andics A: Comparing interspecific socio-communicative skills of socialized juvenile dogs and miniature pigs, Animal Cognition, doi:10.1007/s10071-019-01284-z, 2019
Magyari L, Andics A: Event-related potential for discriminating conspecific voices from heterospecific voices and environmental noise in minipigs, https://www.dropbox.com/s/lo49ro8zpa2lgub/MagyariL_MET_2019_Abstract_OralPresentation_.docx?dl=0, 2019
Perez Fraga P, Gerencsér L, Lovas M, Ujváry D, Andics A: Looking for human company. Similarities and differences in socialized young dogs’ and mini pigs’ response to the presence of their caregiver, https://www.dropbox.com/s/5ti3v7c7trcq822/PerezFraga_MET_2019_OralPresentation_Abstract.docx?dl=0, 2019
Perez Fraga P, Gerencsér L, Lovas M, Ujváry D, Andics A: Who looks for human assistance? A comparative study of pigs’ and dogs’ performance in an unsolvable task paradigm, https://www.dropbox.com/s/y73rul57vln8n0e/PerezFragaP_ESCBC_2019_OralPresentation_Abstract.docx?dl=0, 2019
Ujváry D, Lovas M, Perez Fraga P, Gerencsér L, Andics A: Development of a training protocol for awake fMRI measurements on miniature pigs, https://www.dropbox.com/s/gw3ho6fo0cimras/Ujvary_ATM_2018_Poster.pdf?dl=0, 2018
Magyari L, Andics A: Event-related potential for discriminating conspecific voices from heterospecific voices and environmental noise in minipigs, https://eltehu-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/eszter_borbala_farkas_ttk_elte_hu/EXOpre-3iEZFt41iWlVSp5YBGPfKgooYUc5vxmB-OWkhyQ?e=BUegg0, 2019
Gerencsér L, Lovas M, Perez Fraga P, Gábor A, Ujváry D, Gácsi M, Andics A: Differential responses of socialized minipigs to their caregivers; attachment bond or social preference?, https://eltehu-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/eszter_borbala_farkas_ttk_elte_hu/Ebdx8QYW5CdNsW8u8mGp4nMBfF4Cad2fwRSGptHqU1ewvQ?e=DiSbxJ, 2018
Perez Fraga P, Gerencsér L, Lovas M, Ujváry D, Andics A: There is my reward! A comparative sturdy of showing behaviour towards humans in young dogs and pigs, https://eltehu-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/eszter_borbala_farkas_ttk_elte_hu/EYiiN36zD-pChSUq_IeXW-8Bi2VZNWHFr6Q_bp2yopR3BQ?e=f7uFu3, 2018
Perez Fraga P, Ferdinandy B, Gerencsér L, Andics A: What's new? Individual variation in response to novelty in minipigs (Sus scrofa domesticus), https://eltehu-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/eszter_borbala_farkas_ttk_elte_hu/ETxM4h7uUaFHu9DPEaGDjRoB3rMl7coud3Mz9qjALdqlwA?e=jcZbUB, 2018
Ujváry D, Lovas M, Perez Fraga P, Gerencsér L, Andics A: Development of a training protocol for awake fMRI measurements on miniature pigs, https://eltehu-my.sharepoint.com/:b:/g/personal/eszter_borbala_farkas_ttk_elte_hu/EX6oenQyMGxDkI6Go08mcz0BBNKvw_UZJqs1iRTeZ6wzhA?e=pVmPym, 2018
Pérez Fraga, P, Gerencsér, L & Andics, A: Human proximity seeking in family pigs and dogs., https://doi.org/10.1038/s41598-020-77643-5, 2020
Perez Fraga, P, Gerencsér, L, Lovas, M, Újváry, D, & Andics, A: Who turns to the human? Companion pigs’ and dogs’ behaviour in the unsolvable task paradigm, https://doi.org/10.1007/s10071-020-01410-2, 2020




 

Events of the project

  
2020-08-17 10:01:38
Résztvevők változása
2019-07-25 16:49:36
Résztvevők változása



Back »