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 erős rokonságot mutatnak az emberi sejtek és szervek tulajdonságaival, génjeik közel 90%-a hasonló. 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 Tanszék 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 Vicsek Tamás, a Fizikai Intézet professor emeritusa által elnyert európai, ERC Advanced Grant keretében kezdődött el, a keletkező hatalmas adatrendszer feldolgozása éveket vett igénybe. Az így született publikáció azonban a mögötte álló hatalmas adatmennyiség, a kísérletek tervezése és a kiértékelési módszerek széles skálája miatt a területen egyedülálló munka lett.
A kutatás egyik központi célja az volt, hogy betekintést nyerjünk 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.
A fenti ábra jobboldali panelje 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.
Az éjszakai, sötétben is “látó”, nagyfelbontású kamera a kísérletek végére sok terabyte-nyi információt szolgáltatott, amelynek 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.
Az összetett és hosszú időn át folyó kísérletek során a Biofizikai Tanszék munkatársai hatalmas munkát végeztek, számos innovatív megoldást dolgoztak ki, ami 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 innovatív szoftvermegoldásokat.
A kísérlet során készült felvételek egy sorozata az alábbi videóban megtekinthető: itt gyorsítva látható a 4 kis kolónia éjszakáinak egy hete (nappal a patkányok ugyanis inaktívak, többnyire alszanak, el-, illetve összebújnak).
Az automatizált megfigyelések kiértékelése elsősorban a patkányok mozgásának elemzéséből állt, ami 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 olyan viselkedési struktúra kialakulását feltételezték, amely idővel 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 csoporton 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 „személyiségjegyek” és a valós csoportokon belüli viselkedés között viszonylag kevés összefüggést 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.