come siamo riusciti a studiare per la prima volta il cervello di una pecora sveglia

Per studiare le capacità cognitive e comunicative delle pecore, la risonanza magnetica è un ottimo strumento per ottenere immagini del loro cervello. Ci sono voluti più di nove mesi di addestramento affinché le pecore riuscissero a rimanere ferme per diversi minuti al fine di ottenere immagini di buona qualità. Prima di questo studio, i cani erano l’unica specie in grado di completare con successo questo addestramento.

La pecora è un animale sociale che vive in gruppo e utilizza diversi mezzi di comunicazione con i suoi simili (visivo, uditivo, olfattivo, ecc.). Nell’ambito del mio progetto di tesi, mi interessa il modo in cui le pecore interagiscono tra loro attraverso il belato. Per fare questo, utilizzo la risonanza magnetica (MRI), una tecnica di neuroimmagine non invasiva che ci consente di esplorare il funzionamento del cervello.

Tuttavia, qualunque sia la specie, la risonanza magnetica impone un vincolo importante: il partecipante deve rimanere immobile per diversi minuti (fino a cinque minuti consecutivi) per tutta la durata dell’esame, che si svolge in un ambiente rumoroso – fino a 120 decibel (equivalente ad un circuito di Formula 1) – e confinato in uno stretto tunnel.

Le condizioni specifiche dell’ambiente MRI (immobilità, rumore, confinamento) possono generare apprensione o addirittura stress nel partecipante. Per le pecore, rimanere immobili è una sfida e fino ad ora l’anestesia è stato l’unico metodo utilizzato per eseguire scansioni MRI con questa specie.

Non usare l’anestesia

Sebbene l’anestesia faciliti l’ottenimento di immagini utilizzabili, comporta dei rischi per l’animale, come effetti collaterali (problemi respiratori e/o cardiovascolari, difficoltà al risveglio, allergia agli agenti anestetici, ecc.) e stress. Modifica anche l’attività cerebrale, compromettendo lo studio della funzione cerebrale. Per questi motivi abbiamo scelto di non utilizzare l’anestesia generale. Abbiamo quindi accettato la sfida di effettuare esami MRI con pecore sveglie e senza l’uso di restrizioni.

Fino ad ora, i cani erano le uniche specie animali non umane ad essere state addestrate con successo a compiere tali imprese.

Ispirandoci ai loro metodi, abbiamo sviluppato un protocollo di addestramento alla risonanza magnetica basato sul rinforzo positivo (ricompensa alimentare, carezze), adattato alle pecore, per rispondere alla seguente domanda: come far rimanere ferma una pecora per tutta la durata dell’esame MRI, in uno spazio ristretto e rumoroso, pur essendo separato dalle altre persone?

Siamo in quattro allenatori (Scott Love, Céline Parias, Didier Dubreuil e io) che abbiamo accettato di accettare la sfida! Dalla nascita degli agnelli, abbiamo realizzato con loro interazioni positive due volte al giorno, tutti i giorni della settimana per un mese, nel vivaio dell’Unità Sperimentale di Fisiologia Animale di Orfrasière, presso l’INRAE ​​Val de Loire,. a Nouzilly (Indre-et-Loire). Durante queste interazioni positive, ci mettevamo nel recinto degli agnelli e aspettavamo che venissero e interagissero con noi. Poi abbiamo offerto loro esercizi relativi alla risonanza magnetica.

Formazione che inizia alla nascita

Questa fase di assuefazione ci ha permesso di identificare gli agnelli che hanno più familiarità con gli addestratori e i più ricettivi agli esercizi. Abbiamo quindi scelto dieci agnelli (cinque femmine: Maggie, Brook, Lily, Barnita, Robin; cinque maschi: Joe, Ted, Leonard, Jackson, Tony) per partecipare al protocollo di addestramento sulla risonanza magnetica.

Dato che questo tipo di protocollo non era mai stato effettuato prima, e che la risonanza magnetica è una macchina costosa che avrebbe potuto essere danneggiata accidentalmente dai nostri animali inesperti, abbiamo ritenuto troppo rischioso iniziare l’addestramento in condizioni reali. Abbiamo quindi realizzato una prima fase di formazione all’interno dell’UEPAO.

Per fare ciò, l’apparecchiatura MRI è stata riprodotta in legno e plastica, con le stesse dimensioni della macchina reale, compreso il tavolo mobile, il tunnel, l’antenna MRI e il pavimento in linoleum. Durante questa fase i dieci agnelli venivano addestrati individualmente, separati dai loro coetanei. Hanno imparato a salire su una rampa per sdraiarsi sulla replica del tavolo MRI, ad accettare che si muova avanti e indietro e a rimanere fermi per diversi minuti, con la testa nella replica dell’antenna MRI, all’interno del tunnel. Gli agnelli venivano inoltre abituati ai suoni della macchina mediante un altoparlante il cui volume veniva progressivamente aumentato. Durante questa fase abbiamo completato parte del nostro protocollo di addestramento: insegnare alle nostre pecore a rimanere ferme per diversi minuti in uno spazio ristretto e rumoroso, pur essendo separate dai loro coetanei. Tuttavia, dovevamo ancora validare questo protocollo in condizioni reali ed eseguire con essi gli esami MRI.

Grazie al legame di fiducia instaurato tra l’addestratore e le pecore, unito alla loro collaborazione durante l’addestramento, eravamo certi che le pecore non corressero alcun rischio di danneggiare la macchina o di ferirsi. Abbiamo quindi continuato la formazione nella sala MRI della piattaforma di imaging PIXANIM (Fenotipizzazione mediante imaging in ed ex vivo da animali a molecole). Le pecore si sono abituate a questo nuovo ambiente: una stanza poco illuminata, dove la temperatura non supera i 19°C, e in cui il rumore della macchina per la risonanza magnetica è onnipresente. Le pecore sono state abituate anche alla presenza di personale tecnico. Un esame MRI dura circa cinque minuti e per ottenere dati utilizzabili l’animale deve aver completato l’intero esame ed essere rimasto immobile durante l’esame.

Nove mesi di formazione per un primo scienziato

In queste condizioni, sono state necessarie diverse settimane di addestramento affinché le pecore riuscissero a mantenere i comportamenti appresi durante la fase precedente. Alla fine, il protocollo di addestramento ha avuto successo, ottenendo immagini MRI cerebrali utilizzabili per sei pecore su dieci, di qualità equivalente a quelle ottenute in anestesia generale. Questi risultati, che dimostrano il nostro approccio innovativo, sono stati pubblicati sulla rivista Metodi di ricerca sul comportamento. Da allora anche altre tre pecore hanno superato l’esame MRI.

Abbiamo quindi accettato la sfida di effettuare esami MRI con pecore sveglie e non trattenute. Questo successo dimostra non solo la fattibilità del nostro protocollo di addestramento, ma anche le capacità di apprendimento delle pecore. Forti della nostra esperienza come formatori, desideriamo sottolineare l’importanza di un rapporto positivo con le pecore, fondamentale per instaurare e mantenere un legame di fiducia, nonché della collaborazione volontaria durante l’addestramento e gli esami MRI.

Ottenere immagini MRI del cervello delle nostre pecore sveglie è un passo fondamentale che ci permette di continuare con gli esami MRI come parte del mio progetto di tesi. Questo successo apre la strada a studi di risonanza magnetica funzionale rispettosi del benessere degli animali, per esplorare la cognizione nelle pecore. L’esperimento MRI continua oggi! Le pecore vengono sottoposte a una risonanza magnetica due volte a settimana. Hanno imparato a indossare delle cuffie che trasmettono suoni diversi (ad esempio frequenze pure, belati, rumori ambientali, vocalizzazioni di animali, ecc.), che ci hanno permesso di studiare la loro corteccia uditiva. Identifichiamo le regioni cerebrali attivate in risposta a questi suoni, offrendoci nuove prospettive per lo studio della percezione e dell’elaborazione delle informazioni uditive nelle pecore.