Measuring Brain Activity of Cattle Under Stress, Using Temperature Sensing Technology to Improve Animal Welfare

動物も人間と同様に、感情を感じます。彼らは恐怖、ストレス、そして安らぎを経験し、これらの内的な状態は身体的な変化を引き起こします。動物が脅威を感じると、神経系がフル稼働し、心拍数を速め血流を変化させるホルモンを放出します。何十年もの間、科学者たちは、動物を邪魔したりさらなるストレスを与えたりすることなく、これらの感情を測定する方法を見つけ出そうとしてきました。一つの有望な手段は、脳そのものに関わるものです。多くの種において、脳の左側と右側は異なる種類の思考や感情を処理しています。右側はしばしば否定的な感情や突然の驚きに関連付けられ、左側は日常的な経験や肯定的な経験を管理します。これらの異なる部分が活性化すると脳への血流が変化するため、脳付近の皮膚の温度がわずかに変化することがあります。もし研究者がこれらの微細な温度変化を正確に測定できれば、離れた場所から動物の感情状態を「読み取る」ことができるかもしれません。

動物の感情をいかに侵襲なしに測定するかというこの問いは、サルフォード大学のサフィア・シルバーウッドとショーン・J・オハラの研究の中核をなしています。彼らは、温度センサーが牛の感情状態を明らかにできるかどうか、具体的には、ストレスを感じる瞬間に牛の脳の左側と右側がどのように異なって働いているかを探るためのテストを実施しました。研究者たちは、脳に近く血管が豊富な耳に注目し、牛がストレスを感じたときに片方の耳がもう一方よりも熱くなるかどうかを確認しようと考えました。彼らは2つの異なるツールを使用しました。一つはプローブを耳管内に挿入する必要がある標準的な体温計であり、もう一つは短距離から耳の表面温度の画像を撮影できる手持ち式のサーマルカメラです。彼らの目的は、これらの方法が単に牛がストレスを感じていることだけでなく、そのストレスを脳がどのように処理しているのかを正確に検出できるかどうかを確認することでした。

この研究は、12月の寒い日にイギリスのマンチェスターにあるコミュニティ農場で行われました。研究チームは、ヘレフォードやリモーザンを含む、幼い仔牛から成牛まで様々な品種の35頭の牛を対象としました。動物たちはすでに人間に慣れてはいましたが、科学的なテストに参加したのはこれが初めてでした。チームはまず、各頭の牛が群れの中で穏やかに立っている時の心拍数と体温を記録しました。次に、研究員は牛を一台ずつ、日常的な獣医ケアのために使用される狭い金属製の通路であるキャトルクラッシュ（牛の拘束台）へと移動させました。この閉じ込めは牛にとってストレスとなることが知られており、心拍数を上昇させます。牛が拘束されている間、研究者たちは心拍数と左右両方の耳の温度を、体温計とサーマルカメラの両方を用いて迅速に再測定しました。

結果は、牛が確かにストレスを感じていることを裏付けました。すべての年齢層において、クラッシュ内に置かれた際に心拍数の上昇が見られました。成牛は、平均して約98拍/分でスタートしましたが、心拍数は約135拍/分まで跳ね上がりました。若い個体も同様の上昇を示しました。これにより、状況が心拍数を上昇させるほどストレスフルであったことが確認されました。研究者が耳の温度に注目すると、ストレスイベント中に牛の耳が温かくなっていることが分かりました。耳管内の温度は両方の耳で約1.1度摂氏上昇しました。サーマルカメラも表面温度の上昇を捉えており、特に右耳は平均して約2度摂氏上昇していました。

しかし、研究者たちが期待していた特定のパターンは見つかりませんでした。彼らは、もし牛が否定的な感情を処理していれば、右脳がより活性化し、右耳よりも左耳の方が温かくなるはずだと予測していました。ところが実際には、温度は両方の耳で等しく上昇しました。片方の脳半球がもう一方よりも活発に働いていることを示唆するような、左右の明確な差は見られませんでした。データは対称的な熱の上昇を示しており、これはストレスが脳全体、あるいは体の一般的な循環に影響を与えたことを意味し、どちらか一方に偏ることはありませんでした。この発見は、牛は確かにストレスを感じていたものの、彼らの脳は、感情に関する一部の理論が予測するような、片側に偏った活動を示さなかったことを示唆しています。

研究者たちはまた、2つの測定ツールが互いに一致するかどうかを比較しました。その結果、耳の中に挿入した体温計は、表面を測定したサーマルカメラよりも一貫して約5〜6度摂氏高く測定されることが分かりました。この差は予想通りでした。なぜなら、納屋の空気が冷たかったため、耳の外側は冷却されていましたが、体温計は耳の奥深くの熱を測定していたからです。この絶対的な数値の違いにもかかわらず、両方のツールは主要な点において一致していました。つまり、牛がストレスを感じた時に温度が上昇したということです。サーマルカメラは変化を検知できましたが、寒い天候と牛の毛の厚みのために、体温計よりも測定の精度は低くなりました。研究は、サーマルイメージングは一般的なストレスを察知するための有用な非侵襲的ツールではあるものの、牛の特定の感情状態を明らかにするような、微妙な片側の脳活動を検出するにはまだ精密さが足りない、と結論付けました。

最終的に、この研究は、動物の感情を理解するために温度を用いることの可能性と限界の両方を浮き彫りにしています。この研究は、牛が体温を上昇させるストレスを実際に経験していることを証明し、彼らが物理的に測定可能な豊かな感情生活を持っていることを確認しました。しかし、この実験で使用された手法は、左右の脳半球の特定の活動をマッピングできるほど敏感ではありませんでした。寒い環境と牛の耳の物理的な構造が、詳細な観察を困難にしました。著者らは、将来の研究では、目のような顔の他の部位に焦点を当てるか、より寒い条件下でも機能する優れた技術を待つ必要があるかもしれないと示唆しています。現時点では、この研究は、私たちが動物の声に耳を傾ける能力を高めつつある一方で、彼らの心がどのように機能し、どのように最善のケアを提供できるかについて、まだ学ぶべきことが多く残されているという事実を思い出させる役割を果たしています。