Sokat tanulhatunk a patkányok társas életének tanulmányozásából

A fehér egerek mellett az egyik legtöbbet használt kísérleti állat a patkányok egy fajtája, a fehér Rattus norvegicus). Ennek fő oka, hogy a patkányok biológiai tulajdonságai jóval több rokonságot mutatnak az emberi sejtek és szervek tulajdonságaival, mint azt a laikusok gondolnák. Némi egyszerűsítéssel elmondható, hogy az emberek és a patkányok génjeinek közel 90%-a jelentős hasonlóságot mutat.

Éppen ezért a tisztán biológiai kutatásokon túl a patkányok társas viselkedésének vizsgálata is igen érdekes, egyrészt egyes gyógyszerek hatásainak kutatása miatt, másrészt, mert az emberi viselkedéssel megfigyelhető hasonlóságok vagy különbségek

komoly tanulságokkal szolgálhatnak az emberiség számára. És bár a patkányok viselkedését sokat kutatják, mindezidáig nem végeztek, hosszútávú, digitálisan automatizált módon kiértékelt, a csoportbeli és az egyéni tulajdonságokat egyaránt figyelembe vevő, azokat egymással összevető kutatást a témában.

Az ELTE Biológiai Fizika Tanszékének munkatársai, együttműködve az Etológia Tanszék munkatársával, Kubinyi Enikővel, ezt a fontos, hiánypótló kutatást végezték el, és publikálták a Nature portfólióhoz tartozó Scientific Reports folyóiratban. A kutatás egy, korábban Vicsek Tamás, a Fizikai Intézet professor emeritusa által elnyert európai, ERC Advanced Grant keretében kezdődött el, de a keletkező hatalmas adatrendszer feldolgozása éveket vett igénybe. A kutatás eredményeként született publikáció viszont a mögötte álló hatalmas adatmennyiség, a kísérletek tervezése és a kiértékelési módszerek széles skálája miatt a területén egyedülálló munka lett.

A fenti ábra jobboldali paneljén egy viszonylag egyszerű kiértékelés eredménye látható. Két állat (a3 és β1) helyzetének hosszú időtartamra átlagolt gyakoriságát mutatja, ahol a vörös és a zöld szín intenzitása jelzi az állatok tartózkodási helyének gyakoriságát. A sárga szín azokat a helyeket mutatja, ahol időnként mindkét állat megfordul (például az etetőnél). Ez az egyszerű ábra is jelzi, mennyire különbözően viselkednek az állatok, még egy ilyen egyszerűen összeállított térben is.

A kutatás egyik központi célja az volt, hogy betekintést nyerhessünk a patkánycsoportokon belül kialakuló hierarchikus erőviszonyokba. Ehhez több komplex kritériumot kellett teljesíteni: szükség volt az egyes egyedek folyamatos azonosításának lehetőségére (ezt színkóddal oldották meg), az állatok lakhelyének minél barátságosabb kialakítására, a nappali és éjszakai időszakok változtatására, és úgy általában, a teljes, mintegy 10 hónapon át tartó kísérlet automatikus vezérlésére, beleértve például a táplálék és a víz adagolását is. Az éjszakai, sötétben is “látó”, nagyfelbontású kamera a kísérletek végére sok Terabyte-nyi információt szolgáltatott, amely kiértékelésére kifejezetten a színkóddal ellátott patkányok mozgását digitálisan követő algoritmust kellett kidolgozni. Fontos eleme volt a kísérletsorozatnak, hogy az induló 7 fős patkánycsoportokat (4 ilyen csoport volt) időnként több változatban is átrendezték, ezúton is követve, hogy egy adott állat vagy csoport viselkedése mennyire függ a csoport összetételétől, illetve annak változásától.

A kísérlet során készült felvételek egy sorozata az alábbi videóban megtekinthető (gyorsítva látható a 4 kis kolónia éjszakáinak egy hete (nappal a patkányok ugyanis inaktívak, többnyire alszanak, el-, illetve összebújnak): https://www.youtube.com/watch?v=L4yKFD2tMIM

Az igen összetett, és hosszú időn át folyó kísérletek során a Biofizikai Tanszék munkatársai hatalmas munkát végeztek, számos innovatív megoldást dolgoztak ki, mely a kutatás fő kérdéseinek megválaszolásán túl is sok eredményt hozott. Nagy Máté a tervezésben és a kivitelezésben játszott meghatározó szerepet, míg a képi adatfeldolgozás során Vásárhelyi Gábor készített rendkívül innovatív szoftvermegoldásokat.

Az automatizált megfigyelések kiértékelése elsősorban a patkányok mozgásának elemzéséből állt, amely értékes új felismerésekhez vezetett. A hasonló vizsgálatok során ugyanis az állatok mozgásából következtetni lehet a köztük levő dominancia ill. alárendeltségi viszonyokra, valamint az egyedeket standard viselkedési teszteknek egyenként alávetve képet kaphatunk a különféle tulajdonságaikról (kockáztató, határozatlan, stb.).

A kísérlet indulásakor a kutatók egy olyan viselkedési struktúra kialakulását feltételezték, amely idővel egy jól meghatározott, és a különböző csoportokban hasonló módon kialakuló hierarchikus erősviszonyoknak felelnek majd meg. Továbbá, azzal a kézenfekvő hipotézissel éltek, hogy a patkányok individuális személyiségjegyei alapvetően meghatározzák a csoportjaikon belüli viselkedésüket. Az adatok kiértékelése során azonban kiderült, hogy a valóság jóval bonyolultabb, mint képzelték. Egyes csoportokban kialakult hierarchia, számos “összetűzést” követően, más csoportokban békésebben éltek egymás mellett a patkányok. Ha egy hierarchikus csoport tagjait eresztették össze egy hierarchia nélkülivel, az eredmény hol egy hierarchikus, hol egy békés csoport lett. További váratlan eredmény lett, hogy a klasszikus – gyógyszer vagy viselkedéskutatásban használt – személyiség- és társas tesztek során meghatározott „személyiség” jegyek és a valós csoportokon belüli viselkedés között viszonylag kevés összefüggést (korrelációt) lehetett kimutatni.

Mindez arra utal, hogy a patkányok társas élete, szocializálódása és annak összefüggése a személyes tulajdonságaikkal, sokkal összetettebb annál, mintsem hogy azt valamilyen egyszerű mechanizmussal interpretálhatnánk. Mivel a a patkánycsoportok társas viselkedése láthatóan paradoxonokat rejt, amikor egyes pszichotikumok hatását vizsgálják állatkísérletek útján, a következtetésekkel rendkívül óvatosnak kell lenni – figyelmeztetnek a kutatók. A kutatók a kísérlet végén igyekeztek megfelelően gondoskodni az állatokról, és nagy örömükre mindegyikük örökbefogadó gazdára talált.

A publikáció adatai: M. Nagy, J.D. Davidson, G. Vásárhelyi, D. Ábel, E. Kubinyi, A. El Hady & T. Vicsek (2024) Long-term tracking of social structure in groups of rats. Scientific Reports, (2024) 14:22857, https://www.nature.com/articles/s41598-024-72437-5