Félig vad zebrapintyek, kutyaagybank és az állati viselkedés alapján programozott társrobot az ELTE világhírű etológiai tanszékén

A Qubit a szabad és tájékozott magyar nyilvánosságért dolgozik. Segítsd a munkánkat!

Az Eötvös Loránd Tudományegyetem etológia tanszékének kutyaviselkedéssel foglalkozó kutatócsoportja közel két évtizede vezeti azt a világranglistát, amely a szakterület legjelesebb kutatóhelyeit értékeli. 

A nemzetközi hírnevet megalapozó kutyák azonban nem foglalták el teljesen az ELTE lágymányosi kampuszán található tanszéket: madarak, emberek, sőt robotok viselkedése is szerepel a kutatott témák között. A Qubit nemrég lehetőséget kapott arra, hogy a tudomány kulisszái mögé is benézve közelebbről is megmutathassa, hogyan dolgoznak a kutatók.

Nemi szerepek

„A fogságot jól tűrő cinke- és verébfélék, illetve a papagájok és a varjúfélék is jó alanyok, a szaporodási viselkedés vizsgálatához viszont a zebrapinty megfelelőbb, de így is több éven át tart egy-egy generációkon átívelő vizsgálat” – mondja Pogány Ákos egyetemi adjunktus. 

Az etológia tanszék jelenleg közel félezer zebrapinty  (Taeniopygia guttata) él – a párválasztási, költési és fiókanevelési tesztektől eltekintve a természeteshez közelítő körülmények között az egyetemi épület tetőterében kialakított röptetőkben. Ezek a madarak nem irányítottan szelektált díszállatok, hanem az Ausztráliában honos vadpopulációkhoz hasonló, csak félig-meddig háziasított példányok, amelyek még eléggé reprezentatívak a vadon élő állományokra.

Zebrapintyek az etológia tanszéknek is helyet adó egyetemi épület tetőterében kialakított röptetőbenFotó: Solti Ábel Attila

A fogságban akár 5 évig is elélő zebrapintyek a párba állást követő tojásrakás után 12-14 napig kotlanak, a kikelő fiókáikat 18-20 napon át etetik, a kirepülő fiatalok még egy hétig a szülőpárral maradnak, de aztán önállóan töltik az ivarérettségükig hátralévő nagyjából száz napot. A zebrapintyek a természetben monogámok, általában egy életen át kötődnek a párjaikhoz. 

Az ELTE etológusai Pogány vezetésével egyebek mellett a nemi szerepek egyedfejlődését kutatják a zebrapintyek közreműködésével. Vagyis azt, hogy mi befolyásolja egy tojó és egy hím viselkedését. Hogy vajon veleszületett mintázatok vagy a szociális tanulás határozza-e meg utódgondozás mikéntjét, és például hatással van-e erre a párhűség erőssége, illetve gyengesége. Mindehhez különféle méretű és funkciójú kalitkákban figyelik meg a madarakat.

Pogány Ákos és a megfigyelés alatt álló madarakFotó: Solti Ábel

A ketrec- és fészekkamerák szoftveres elemzést lehetővé tevő felvételei alapján például ma már tudható a szülői viselkedésről, hogy 70 százalékban a tojó kotlik, 30 százalékban pedig a hím, de nagy a párok közötti egyéni variancia, ezért Pogányék azt is vizsgálják, hogy vajon a gondoskodás mértéke tanult vagy örökölt tulajdonság-e. A részeredmények azt mutatják, hogy  az utódgondozás munkamegosztása a szülőpár közötti egyezkedés eredménye, vagyis, hogy miként egészíti ki a tojó viselkedését a hím, és fordítva. Magyarán a tojó és a hím közösen alakítja saját házirendjét.

Potenciális szülőpárFotó: Solti Ábel

Pogány és kollégái arra is kíváncsiak, hogy a madarak etogramnak nevezett teljes viselkedésrepertoárjából mely változók a szociális tanulás, és melyek a genetikai determináció eredményei. Jelenleg úgy tűnik, erősen kontextusfüggő, hogy mi épül be tartósan és mi az, ami már az egyed életében sem bizonyul maradandónak.

Agybank

A legsikeresebb etológusok nemzetközi ranglistáján magasan jegyzett L’Oréal UNESCO-díjas Kubinyi Enikő, a tanszék tudományos főmunkatársa 2017-ben Czeibert Kálmán állatorvossal és Sándor Sára genetikussal közösen, az Európai Kutatási Tanács (ERC) támogatásából hozta létre a Kutya Agy és Szövetbankot. A folyamatosan bővített gyűjtemény a vegyszeres és mélyfagyasztásos eljárással tartósított szövetminták tárolása mellett a kutyák élet- és kórtörténetét, valamint korábbi kognitív teljesítményét is dokumentálja.

Kubinyi Enikő a szövetbank Dunára néző preparátori laborjábanFotó: Solti Ábel

Kubinyiék arra kíváncsiak, hogyan függ össze az agy alakjának megváltozása a viselkedéssel, a szaglással, a kommunikációs és problémamegoldó képességgel – mint mondják, „az alaki eltérést ellensúlyozhatja az adott területen található idegsejtek eloszlása, mennyisége, funkciója és a kapcsolataik más agyi központokkal. Ehhez viselkedéstesztek, különböző képalkotó-, szövettani- és molekuláris vizsgálatok egyaránt szükségesek”. 

Tartósított kutyaagyFotó: Solti Ábel Attila

Az agy ugyan nem fosszilizálódik, de a koponyacsont belső felszínének mintázata és formája alapján rekonstruálni lehet az egykori tulajdonos agyának fejlettségét. Ehhez korábban fokozatosan megszilárduló anyaggal (megolvasztott fémmel vagy műanyaggal) töltötték ki a koponyaüreget, amely felvette az agykoponya belső formáját. Az így elkészült öntvényt nevezik endokasztnak az angol endocranial cast kifejezés nyomán. 

Czeibert Kálmán állatorvos a Kutya Agy és Szövetbank egyik mintájávalFotó: ELTE Etológia Tanszék

Csakhogy a hagyományos endokasztos eljárás gyakran invazív, a csont sérülését okozhatja a koponyalyukak bezárásakor, illetve az öntvény eltávolításakor. A diagnosztikai képalkotó eljárások másfajta módszert tettek lehetővé. 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. Egy digitális modell ráadásul tetszőleges módon vágható, színezhető, forgatható, kiegészíthető, áttetszővé tehető, sőt, 3D nyomtatással szinte bármilyen méretben és darabszámban elő is állítható és kézbe vehető.

Az alábbi videóban egy beagle agyába (endokasztjába) is betekintést nyerhetünk:

Szimat

Salamon Attila, az etológia tanszék tudományos munkatársa a kutyák szaglási teljesítményét kutatja a képesség biológiai hátterének fajtacsoportonkénti vizsgálatával. Vagyis arra kíváncsi, hogy milyen szerepet töltenek be a genetikai markerek és az egyed mikrobiomja a szaglás minőségében. 

A kutyákat három fajtacsoportra bontva tesztelik. A labradorok, golden retriverek és a vizslák alkotják a szaglásra szelektált együttműködő; a vérebek és a spánielek a szaglásra szelektált nem együttműködő, míg a belga és németjuhászok, valamint a border collie-k a szaglásra nem szelektált kutyák csoportját.  

SzimattesztFotó: Solti Ábel Attila

A szaglási képességek konkrét tesztelése mellett az ínyről vett genetikai, és a székletből, illetve az orrból vett mikrobiom-minták alapján Salamonék arra a kérdésre keresik a választ, hogy a szaglás képessége összefügg-e valamilyen módon a kutya baktériumfaunájával, illetve van-e a szimatnak bármiféle karakteres genetikai markere. 

Mintavétel a mikrobiom elemzéséhezFotó: Solti Ábel Attila

Az amerikai haditengerészettel közös kutatás azokat a géneket vagy géncsoportokat igyekszik megtalálni, amelyek a jó szaglásért lehetnek felelősek. Amennyiben eredménnyel járnak, a fegyver- és bombakereső kutyák utánpótlásának kiválasztása is egyszerűbbé válik, hiszen egy DNS-szekvenálással kideríthető lenne, melyik kölyök alkalmas a feladatra. Ez jelenleg a drága és évekig tartó kiképzés után derül csak ki.

Etológia + robotika

Ferdinandy Bence, az összehasonlító etológiai kutatócsoport fizikus végzettségű tudományos munkatársa és kollégái olyan témával foglalkoznak, amely látszólag messze áll az állatvilágtól. A Biscee nevű segítő társrobot azonban nagyon is állati, hiszen fejlesztésének alapja a tanszék jelenlegi vezetője, Miklósi Ádám által még 2010-ben definiált, azóta nemzetközi kutatási témává vált etorobotika.

Az állati viselkedés kutatásával foglalkozó tudományterület, az etológia, illetve a robotika szavak összevonásával alkotott etorobotika felvetése szerint az ember-robot interakció jó modellje például az ember és kutya között létrejövő szociális kapcsolat, amely azon alapszik, hogy a két faj egyedei képesek kölcsönösen felismerni egymás viselkedésformáit – az azokban meglévő sokszor lényeges eltérések ellenére is.
Az etorobotikának a humán diszciplinákhoz képest kevésbé emberközpontú hozzáállása inkább a funkcionalitást, azaz a hatékonyságot tartja szem előtt, és nem az ember valamiféle, minden szempontból ideális tökéletességéhez  (megjelenés, viselkedés) méri a többi fajt. Ilyen megközelítésből az ember életét megkönnyítő, segítő robotok leginkább valamiféle sajátos új faj képviselőiként képzelhetők el, amelyek az együttműködés során képesek megérteni emberi partnerüket, és magukat is meg tudják értetni az emberrel. 

Biscee, az etorobotFotó: Solti Ábel Attila

Ferdinandy és kollégái szerint egy segítő vagy társrobot formáját, illetve a tevékenységeihez tartozó viselkedésmintázatokat úgy kell kialakítani, hogy a könnyen felismerhető funkció mellett a robot tevékenysége is kiszámítható legyen. Az így tervezett robotok könnyebben illeszkedhetnek be az emberi közösségekbe, ugyanakkor specializált mivoltuk és a funkciójukra optimalizált (azaz nem emberi) kinézetük és viselkedésük elviselhetőbbé teszi őket. 

Az emberi tekintetet kutyaként kereső és követő, az egyértelműbb mozdulatokat már értelmezni is képes Biscee jelenleg kézbesítő és felszolgáló gyakornoki feladatkört lát el a tanszéken, már ha fejlesztői bekapcsolják a teszteléshez.

Etorobot pincér szerepbenFotó: Solti Ábel Attila

Hanglabor

Az etológia tanszéken évek óta folynak különféle hangfelismeréssel vagy beszédértéssel foglalkozó, szenzációs eredmények produkáló akusztikai kutatások.

Az Andics Attila vezette neuroetológiai kutatócsoport például idén publikálta annak a vizsgálatsorozatnak az eredményét, amely kiderítette, hogy a kutyák is hasonlóképpen dolgozzák fel a hangokat, mint az emberek, akik a tudomány jelenlegi állása szerint nagyrészt három hangjellemzőt használnak a beszélők hangjának a megkülönböztetésére: a hangmagasságot (magasabb vagy mélyebb), a zajosságot (tisztább vagy zörejesebb) és a hangszínt (kevésbé öblös vagy öblösebb).

A szóban forgó teszt során a kutatók 28 gazda-kutya párossal dolgoztak. A kutyáknak hangjuk alapján kellett megtalálniuk gazdáikat, pontosabban azt az elbújtatott hangszórót, amelyből a semleges felolvasó gazda hangja szólt. A játék több körből állt, ezalatt a gazda hangja mellett 14 különböző idegen hangjának felvétele volt hallható. Voltak köztük a gazda hangjához hasonlóbb és attól jobban eltérő hangok is.

Hangbújócskára várvaFotó: Solti Ábel Attila

Az akusztikai információk feldolgozását firtató kutatásokban kezdettől meghatározó szerepet játszó Faragó Tamás szerint minél nagyobb volt a különbség a gazda és az idegen hangmagassága és zajossága között, annál jobban segített a kutyáknak felismerni, ki beszélt, miközben a hangszín és más hangjellemzők nem segítettek a döntésben.

Tanszéki hangstúdió és Faragó TamásFotó: Solti Ábel Attila

Állatkollégák

A tanszék hangulatát alapvetően meghatározzák a tesztekre gazdáikkal érkező különféle fajtájú kutyák. Lelkesedésük nem csak a szimat- és hallásvizsgálatok alatt töretlen: akkor is készségesen működnek együtt a kutatókkal, amikor a kevésbé testhez álló feladatokat kell végrehajtaniuk. 

Az emberek többsége ritkán esik át olyan műszeres vizsgálatokon, amelyekkel a tanszék kutatói a kutyák agyműködését vizsgálják. Az éber állapotban végzett elektroenkefalográfia (EEG) és funkcionális mágneses rezonanciavizsgálat (fMRI) alatt a kutyáknak hosszú percekig, nem ritkán negyed- vagy félóráig is mozdulatlanul kell maradniuk, méghozzá úgy, hogy egy pillanatra sem aludhatnak el. Márpedig a kutyák egyik fő jellemzője, hogy a nyugalmi állapotot szunyókálással töltik. 

EEG-vizsgálatFotó: Solti Ábel Attila

A tesztekbe bevont állatokat tehát meg kell tanítani arra, hogy nem kell tartaniuk a koponyájukra rögzített elektródáktól, ahogy attól sem, amikor rájuk zárul az fMRI ijesztően hangos csöve. Az utóbbi ráadásul egy olyan szobányi eszköz, amelynek már megközelítése is külön tréninget igényel.

Felkészítés az fMRI-reFotó: Solti Ábel Attila

A kutyák gyorsan rájönnek arra, hogy a valódi vizsgálatok sem fájnak, a kellemetlenségek elviselésének pedig minden esetben megvan az ehető jutalma. Az etológia tanszéken dolgozó professzionális kutyatrénerek minden esetben a pozitív megerősítésen alapuló motiváció eszközeivel érik el, hogy a tesztalanyok lelkesedése és együttműködése kitartóan töretlen maradhasson.

Riportunkhoz Kubinyi Enikővel, a tanszék tudományos főmunkatársával az MTA-ELTE Lendület Társállat Kutatócsoport vezetőjével, Pogány Ákos egyetemi adjunktussal, Ferdinandy Bence (MTA-ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoport), Faragó Tamás (MTA-ELTE Lendület Társállat Kutatócsoport) tudományos munkatársakkal, Andics Attila tudományos munkatárssal, az MTA-ELTE Lendület Neuroetológiai Kutatócsoport vezetőjével, Boros Marianna (MTA-ELTE Lendület Neuroetológiai Kutatócsoport), Reicher Vivien és Salamon Attila
(MTA-ELTE Összehasonlító Etológiai Kutatócsoport) tudományos segédmunkatársakkal, valamint Bognár Zsófia kutatási asszisztenssel (MTA-ELTE Lendület Társállat Kutatócsoport) beszélgettünk.

A Qubit szerkesztősége azért dolgozik, hogy a magyar nyilvánosság hiteles, alapos és közérthető tudományos ismeretekhez jusson. Tesszük ezt politikamentesen, közszolgálati hevülettel, száznál több kutató és tudós bevonásával. Égető kérdések, dermesztő válságok és zavaros álhírek sűrűjében igyekszünk tartani a fáklyát immár havi bő hétszázezer olvasónknak. Cikkeink ingyen olvashatók, de nem ingyen készülnek. Segítsd a munkánkat!

Kapcsolódó cikkeink a Qubiten: