 |
A new translational approach to study the neurocognitive bases of autism.
|
Help 
Print 
|
Here you can view and search the projects funded by NKFI since 2004
Back »
|
| |
Details of project |
|
|
| Identifier |
128448 |
| Type |
K |
| Principal investigator |
Topál, József |
| Title in Hungarian |
Az autizmus neurokognitív alapjainak egy új transzlációs modellel való vizsgálata. |
| Title in English |
A new translational approach to study the neurocognitive bases of autism. |
| Keywords in Hungarian |
kutya, autizmus, kogníció, viselkedés, transzlációs modell |
| Keywords in English |
dog, autism spectrum disorder, behavior, cognition, translational model |
| Discipline |
| Psychology (Council of Humanities and Social Sciences) | 75 % | | Ortelius classification: Experimental psychology | | Cognition (e.g. learning, memory, emotions, speech) (Council of Medical and Biological Sciences) | 25 % |
|
| Panel |
Social Sciences Committee Chairs |
| Department or equivalent |
Institute of Cognitive Neuroscience and Psychology (Research Center of Natural Sciences) |
| Participants |
Gergely, Anna
Kiss, Orsolya
Koós-Hutás, Édua Piroska
Kovács, Krisztina
Nagy, Bernadett
Petró, Eszter
Turcsán, Borbála
|
| Starting date |
2018-09-01 |
| Closing date |
2023-03-31 |
| Funding (in million HUF) |
35.721 |
| FTE (full time equivalent) |
14.87 |
| state |
closed project |
Summary in Hungarian A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Az elmúlt évek során különböző neurokognitív értelmezési keretek születtek az autizmus spektrumzavar (ASD) magyarázatára, jelen kutatás ezek közül két újabban előtérbe került elképzelésre fókuszál. Egyik a Társas Motivációs Deficit (TMD) elmélet, amely szerint az autizmus tüneteinek elsődleges oka az elme társas ingerek iránt való csökkent érdeklődése. A másik pedig az Atipikus Elvárási Hiba Tolerancia (AEHT) hipotézis, miszerint a tünetek kulcstényezője az, hogy az elme sajátos módon észleli és dolgozza fel az elvárt eseményektől való eltéréseket, és ezért képtelen a „jelek” (jelentést hordozó változások) és a „zaj” (véletlenszerű fluktuációk) egymástól való elválasztásra és megtanulható összefüggések kiszűrésére.
A projekt elsődleges célja hogy további lépéseket tegyünk annak érdekében, hogy a kutya, mint jó transzlációs értékkel bíró modell bevezethető legyen az autizmus kutatásába. Azok a viselkedés(-evolúciós) konvergenciák ugyanis, amelyek a kutya és ember között megfigyelhetőek egyedülállóan alkalmassá teszik ezt a fajt arra, hogy rajta keresztül a TMD és AEHT elképzelések predikcióit teszteljük. A kutatás célja (1) a társas késztetések területén valamint (2) az elvárásoktól való eltérés észlelésében és az azokra adott válaszokban megfigyelhető diszfunkciók vizsgálata az ASD-szerű viselkedési jellegeket mutató kutyákon. Ennek során felmérjük társas készségeik különböző megnyilvánulásait és az abban megfigyelhető variabilitást, továbbá az ASD-szerű viselkedési jellegek alapján besorolt kutyák viselkedésének megfigyelésével, neurohormonális (oxitocin kezelés) és neurális (alvási EEG) adatok gyűjtésével vizsgáljuk TMD és AEHT hipotézisek predikcióit.
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 kutatás során a kutyák viselkedésének különböző helyzetekben való megfigyelésével teszteljük az autizmus spektrumzavar (ASD) két különböző neurokognitív magyarázó elméletéből (TMD, ill. AEHT - lásd fentebb) származó predikciókat. A vizsgálatok alapkérdése, hogy az egyes kutyákban különböző mértékben megjelenő társas késztetések és az elvárási hiba iránt mutatott toleranciájukban megfigyelhető egyedi különbségek mennyire mutatnak konzisztens összefüggést az autisztikus viselkedési tünetek megjelenésével.
Azaz, hogy az ASD-szerű viselkedések mutatnak-e együttjárást
(1) a társas ingerek iránti figyelem csökkenésével, (2) a társas ingerek jutalmazó erejének csökkenésével, (3) a mások viselkedéshez és elvárásaihoz való igazodás késztetésének csökkenésével, (4) az elvárási hiba feldolgozása során a „csökkenthető” és „nem csökkenthető” bizonytalanság közötti különbség gyenge diszkriminálásával, és (5) a környezeti ingerek újdonságának túlértékelésével (t.i. intoleráns és rugalmatlan elvárási hiba észlelés).
A tervezett vizsgálatok azt is segíthetnek tisztázni, hogy (6) az ASD-szerű viselkedési jellegekkel bíró kutyáknak vannak-e nehézségei a bekövetkező események feltételes valószínűségének felbecslésével és hogy (7) van-e kapcsolat az autisztikus viselkedési sajátosságok különböző megnyilvánulásai és a között, hogy az oxitocin rendszer stimulálása milyen mértékben képes befolyásolni a kutyák társas válaszkészségét. E kérdések megválaszolása nagy mértékben elmélyítheti a jelenség megértését, és további összehasonlító vizsgálatokra ösztönöz azáltal, hogy új utakat nyit a hagyományos rágcsáló modellek mellett a kutya, mint transzlációs modell bevezetésével.
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 autizmus spektrum zavar (ASD) a pervazív fejlődési zavarok közé tartozó neuropszichiátriai rendellenesség, melyek tünetei már korai gyermekkorban jelentkeznek és egész életen át tartó fogyatékos állapotot eredményezhetnek. Az elmúlt évtizedek epidemiológiai kutatásai alapján jelenleg az ASD a világon a leggyorsabban növekvő fejlődési rendellenesség. Tény azonban, hogy az ASD kialakulásának hátterében álló szabályozó folyamatok mindmáig nem eléggé ismertek, bár a mélyebb megismerés érdekében különböző állati modellek alkalmazására eddig is számos próbálkozás történt már.
A hagyományosan alkalmazott rágcsáló modellek transzlációs értéke sajnos messze nem kielégítő, mivel ezek a fajok nem rendelkeznek az emberéhez mérhető komplex társas viselkedéssel és így az ASD számos jellegzetessége – különösen azok, amelyek fejlett kognitív készségeket feltételeznek – nem vizsgálható egéren vagy patkányon. Ezt felismerve a javasolt kutatás azt az elképzelést próbálja érvényre juttatni, miszerint a kutya a humán autizmus ígéretes transzlációs modelljeként, a rágcsáló fajokhoz képest alkalmasabb alany lehet az autizmus jelenségeinek vizsgálatára.
A tervezett vizsgálatok a kutya ASD-szerű viselkedéseinek fenotípusos leírása mellett elemzik az oxitocin rendszer viselkedési tünetek szabályozásában játszott szerepét és újfajta betekintést nyújthatnak az autizmus hátterében feltételezett információ-feldolgozási folyamatokba (pl. az alvási EEG spektrális és temporális jellegzetességei és az autisztikus tünetek közötti összefüggések elemzésével).
E kutatások nemcsak hozzájárulhatnak ahhoz, hogy jobban megértsük az ember autisztikus viselkedéseinek hátterét, de új utat is nyitnak egy klinikai szempontból relevánsabb állati modellrendszer kidolgozása felé. A vizsgálatok eredményei a szélesebb (laikus) közönség számára is érdekesek lehetnek, hiszen a kutya emberéhez sok szempontból hasonló társas készségeinek szabályozásába engednek betekintést, és így hozzájárulhatnak egyes kutyacsoportok (pl. szociális viselkedési problémákkal küzdő kutyák) életminőségének javításához is.
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 mentális zavarok egyre növekvő társadalmi terhet jelentenek, s e rendellenességek kiváltó okainak pontos megismerése komoly kihívás elé állítja a kutatókat. Megfelelő állatmodellek kifejlesztése számos területen segítheti az ilyen irányú kutatásokat. E modellek fontos szempontja azonban, hogy mind a tünetek megnyilvánulása, mind az azokat létrehozó folyamatok hasonlóak legyenek az emberéhez. Korábbi vizsgálatokban igazolták, hogy a kutya alkalmas modellként szolgálhat számos mentális zavar kutatásában. Nemcsak azért, mert közös evolúciós és egyedfejlődési története van az emberrel, hanem azért is, mert az emberhez való alkalmazkodása során társas készségei és motivációs rendszere sok szempontból az emberéhez hasonlóvá alakult. E felismerésekre alapozva kutatásunk célja a kutya, mint modellfaj bevezetése az autizmus spektrum zavar vizsgálatára. A vizsgálatok fókuszában az autisztikus elme működésének két jellegzetes sajátossága áll: (1) a társas motiváció elégtelensége és (2) az arra való képtelenég, hogy az elvárt eseményektől való eltérés észlelése nyomán felismerje a tanulható szabályszerűséget hordozó „jeleket” és azokat elkülönítse a „zaj”-tól (ingerek véletlenszerű fluktuációi).
A kutatás során vizsgáljuk a kutyák társas készségeinek különböző megnyilvánulásait, és az azokban rejlő egyedi variabilitást, valamint azt, hogy az autisztikus jellemzők együtt járnak-e a kutyákban is a társas motivációs deficittel és az elvárásoktól való eltérés atipikus észlelésével. Az eredmények egyaránt értékes adatokkal szolgálhatnak az alapkutatás (pl. kognitív pszichológia, etológia), és az alkalmazott kutatás (pl. állatorvos-tudományok) számára.
| Summary Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
In the past few years different neurocognitive frameworks have been proposed to account for symptoms in autism spectrum disorder (ASD). The current proposal focuses on two recent accounts. First, the social motivation deficits theory (SMD) which suggests an underlying deficit in social motivation as a primary cause of autism, and second, the atypical tolerance for prediction error theory (ATPE) claiming that the core deficit of autism stems primarily from the impaired ability to disentangle signals (i.e. learnable regularities) and noise (i.e. ‘meaningless’ deviations from predictions).
The central aim of this project is to further elaborate on the idea that dogs provide a novel translational animal model for the study of autism spectrum disorder. We propose that the behavioural (evolutionary) convergences between dogs and humans make dogs especially suitable for studying the relevance of the SMD and ATPE concepts in ASD-like behaviours.
More specifically, this research seeks to examine (1) the impairment in the motivation for social affiliation and (2) the atypical perception of and responding to deviations from expectations as potential dysfunctions shared across individuals with ASD-like behaviour in dogs. That is, the purpose of this current proposal is threefold: (1) to assess different aspects of social competence in dogs and to explore variability in their general social skilfulness; (2) to select dogs affected with ASD-like traits differently; (3) development of experimental paradigms to examine SMD and ATPE accounts and to collect behavioural, neuro-hormonal (oxytocin) and neural (EEG) data from dogs.
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.
In a series of behaviour tests we will explore the predictions derived from two recent neurocognitive accounts of the autism spectrum disorder (ASD): the social motivation deficits (SMD) and the atypical tolerance for prediction error (ATPE). Our central research question pertains to whether differences in social affiliative motivation and tolerance for prediction error are consistent with the degree to which dogs show ASD-like behaviours.
More specifically, we aim to investigate whether ASD-like traits in dogs are associated
(1) with a decrease in the attentional weight assigned to social stimuli
(2) with a decrease in the rewarding value of social stimuli
(3) with decreased desire to engage with others
(4) with impaired ability to differentiate between irreducible and reducible prediction error
(5) with a heightening of the perceived novelty of environmental stimuli (i.e. low and inflexible tolerance for prediction error).
The result of this project will also help to clarify the questions (6) whether dogs characterized by ASD-like traits have impairments in estimating the conditional probability of future events based on past events, and (7) whether there is a relationship between different aspects of ASD-like behaviours and the degree to which the stimulation of the oxytocin system modulates the dogs’ social responsiveness.
Addressing these questions will improve the understanding of ASD-like behaviour in dogs and will promote comparative research by shedding light on ways in which the standard rodent model may be complemented by the dog model.
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.
Autism spectrum disorder (ASD) is a childhood onset neuropsychiatric disorder classified within the pervasive developmental disorders and its symptoms affect people throughout their lives. Epidemiological research over the last few decades has shown a major rise in incidence rates of autism. ASD now shows the largest relative increase in prevalence among the neuropsychiatric disorders. The fact that both proximate and ultimate mechanisms underlying the development of the autistic behaviours remain to be refined poses an acute problem for autism research stressing the need for animal models. The translational validity of the traditionally used rodent models of ASD, however, is far from accurate because rodents lack the complexity of human social behaviour and several characteristics of ASD – typically those which require higher level of social-cognitive functioning – are difficult or impossible to study in rats or mice.
This research proposal revolves around the idea that dogs serve as a good translational model for human autism spectrum disorder (ASD) and thus have the potential to mimic the pathogenesis of ASD better than currently available rodent models. The proposed research offers a phenotypic description of ASD-like behaviours in dogs, explores the role of oxytocin system in the formation of ASD-like behaviour traits and may give researchers new insights into the information-processing roots of autism (e.g. by studying the associations between ASD-like behaviours and resting state EEG spectrum in dogs). Accordingly, this research has the potential to contribute to our understanding of the human ASD symptoms and opens the way for the development of a more valid and clinically more relevant animal model system for future research on possible therapeutic (pharmaceutical, behavioural) treatments. Such results can also be interesting for lay audience, as it provides them with information on the regulatory processes of the dogs’ ‘human-like’ social competence and thus helps to improve the welfare of specific dog populations (e.g. dogs with social behaviour problems).
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.
Human mental disorders present a constantly increasing social and economic burden, providing a major challenge to the scientific community to uncover the causes of these disorders. Designing relevant animal models for human mental disorders could help in many areas of research. However, such models need to show both sufficiently similar behaviours to the complex human symptoms and parallel underlying biological mechanisms.
Numerous previous studies have found evidence that dogs could be a promising model for many human mental diseases. The dog is unique among domesticated species not only because they share an evolutionary and developmental history with humans by living in and adapting to a similar social environment but also because this evolutionary adaptation caused marked changes in the dogs’ social and socio-cognitive behaviour which manifest in a complex level of behavioural similarity to humans
In line with these investigations this project aims to introduce the dog as a model for studying two core features of autism: (1) deficits in social motivation and (2) the impaired ability to disentangle signals (i.e. learnable regularities) and noise (i.e. ‘meaningless’ deviations from expected events). The project seeks to explore the variability in different aspects of dogs’ social competence and to investigate whether dogs that exhibit autism-like behaviours show impaired social motivation and atypical perception of and responding to deviations from expectations. These results could provide valuable insights both for basic science (e.g. cognitive psychology, ethology) and for applied research (e.g. veterinary sciences, behaviour therapy).
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
List of publications |
|
|
| Kiss, O. Tóth, K. Kanizsár, O. Topál, J.: The effect of oxytocin on contagious yawning in dogs (Canis familiaris)., Applied Animal Behaviour Science, 223, 104916; doi: 10.1016/j.applanim.2019.104916, 2020 | | Kis, A. Topál, J.: Response to Intranasal oxytocin, empathy, and contagious yawning in dogs and humans., Applied Animal Behaviour Science, 224, 104969; doi:10.1016/j.applanim.2020.104969, 2020 | | Bódizs, R. Kis, A. Gácsi, M. Topál, J.: ) Sleep in the dog: comparative, behavioral and translational relevance., Current Opinion in Behavioral Sciences, special issue: Sleep and Cognition 33, 25-33; doi: 10.1016/j.cobeha.2019.12.006, 2020 | | Turcsán, B. Tátrai, K. Petró, E. Topál, J. Balogh, L. Egyed, B. Kubinyi, E.: Comparison of Behavior and Genetic Structure in Populations of Family and Kenneled Beagles., Frontiers in Veterinary Science, 7, 183; doi:10.3389/fvets.2020.00183., 2020 | | Gergely, A. Kiss, O. Reicher, V. Iotchev, I. Kovács, E. Gombos, F. Benczúr, A. Topál, J. Kis, A.: Reliability of family dogs’ sleep structure scoring based on manual and automated sleep stage identification., Animals 10(6), 927; doi:10.3390/ani10060927, 2020 | | Kiss, O. Kis, A. Galambos, Á. Scheiling, K. Topál, J.: Behavioral and neurophysiological correlates of dogs’ individual sensitivity to being observed by their owners while performing a monotonous task., Frontiers in Psychology, 11, 1461, doi: 10.3389/fpsyg.2020.01461, 2020 | | Bolló, H. Kovács, K. Lefter, R. Gombos, F. Kubinyi, E. Topál, J. Kis, A.: REM versus Non-REM sleep disturbance specifically affects inter-specific emotion processing in family dogs (Canis familiaris)., Scientific Reports, 10, 10492; doi: 10.1038/s41598-020-67092-5, 2020 | | Galambos, Á. Petró, E. Nagy, B. Turcsán, B. Topál J.: The effects of social and non-social distracting stimuli on dogs with different levels of social competence – empirical evidence for a canine model of autism., Applied Animal Behaviour Science, in press (first online publication), 2021 | | Kiss, O. Oláh, K. Fehér, J.L. Topál, J.: Social categorization based on permanent vs transient visual traits in neurotypical children and children with autism spectrum disorder., Scientific Reports, 11:6549, 2021 | | Bolló, H. Kiss, O. Kis, A. Topál, J.: The implicit reward value of the owner’s face for dogs., iScience, 24(8):102763, 2021 | | Galambos, Á. Gergely, A. Kiss, O. Kovács, B. Topál, J.: Affect matters: positive and negative social stimulation influences dogs’ behaviour in an instrumental helping situation., Applied Animal Behaviour Sciences 236, 105242, 2021 | | Gergely, A. Tóth, K. Faragó, T. Topál, J.: Is it all about the pitch? Acoustic determinants of dog-directed speech preference in domestic dogs (Canis familiaris)., Animal Behaviour 176, 167-174., 2021 | | Oláh, K., Topál, J., Gergely, A.: Communication in dogs and wolves., Kaufman, A.B., Call, J., Kaufman, J.C. (eds.) The Cambridge Handbook of Animal Cognition, p. 74-99. Cambridge University Press ISBN-13: 978-1108426749, 2021 | | Galambos, Á. Petró, E. Nagy, B. Turcsán, B. Topál J.: The effects of social and non-social distracting stimuli on dogs with different levels of social competence – empirical evidence for a canine model of autism., Applied Animal Behaviour Science, 244:105451, 2021 | | Turcsán, B., Román, V., Lévay, G., Lendvai, B., Kedves, R., Petró, E., Topál, J.: Intranasal oxytocin improves social behavior in laboratory beagle dogs (Canis familiaris) using custom-made social test battery designed for dogs., Frontiers in Veterinary Sciences 9:785805, 2022 | | Kis, A., Bolló, H., Gergely, A., Topál, J.: Social stimulation by the owner affect dogs’ (Canis familiaris) behaviour in a food choice task. The possible effect of endogenous oxytocin release., Animals, 12, 296., 2022 | | Kis, A, Bolló, H., Gergely, A., Topál, J.: Intranasal oxytocin studies on dogs might not be double-blind., Applied Animal Behaviour Sciences 253, 105681, 2022 | | Topál J.: The dog as a translational model of autism: – the first steps on a long path., HUPHAR 60: Annual Congress of Pharmacology Research and Innovation, Mátrafüred 2022. 06. 7-9., 2022 | | Kis, A. Tóth, K. Kanizsár, O. Topál, J.: The effect of oxytocin on contagious yawning in dogs (Canis familiaris)., Applied Animal Behaviour Science, 223, 104916; doi: 10.1016/j.applanim.2019.104916, 2020 | | Kubinyi, E., Gácsi, M., Topál, J., Miklósi Á.: Ethological approach to dog-wolf differences: More caution is needed to avoid over-generalisation of scanty experimental data., Trends in Cognitive Sciences, 26:9, 728-729., 2022 | | Gergely, A., Koós-Hutás, É., Filep, L.A., Kis, A., Topál, J.: Six facial prosodic expressions caregivers similarly display to infants and dogs., Scientific Reports 13:929, 2023 | | Topál, J., Román, V., Turcsán, B.: The dog (Canis familiaris) as a translational model of autism: it’s high time we move from promise to reality., WIREs Cognitive Science, 10:4, e1495, doi:10.1002/wcs.1495, 2019 | | Gergely, A. Petró, E. Oláh, K. Topál, J.: Auditory–visual matching of conspecifics and non-conspecifics by dogs and human infants., Animals, 9, 17; doi:10.3390/ani9010017, 2018 | | Kiss O., Topál, J.: How do dogs monitor the human's attentional state after challenged by the presence of forbidden food?, Biologia Futura, 70, 103-111.doi:10.1556/019.70.2019.13, 2019 | | Topál, J., Kis, A., Oliva, J., Virányi, Z.: Oxytocin and Social Behaviour in Dogs and Other (Self-)Domesticated Species Methodological Caveats and Promising Perspectives., Lausanne: Frontiers Media. doi: 10.3389/978-2-88945-913-1, 2019 | | Kiss, O., Kis, A., Topál, J.: Audience effect in dogs: behavioural measures and sleep EEG monitoring., 21st Conference of the European Society for Cognitive Psychology, Tenerife, Spain,25-28 Sept. 2019., 2019 | | Gergely, A. Petró, E. Oláh, K. Topál, J.: Auditory–visual matching of conspecifics and non-conspecifics by dogs and human infants., Animals, 9, 17; doi:10.3390/ani9010017, 2019 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
