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

Dieren voelen, net als mensen, emoties. Ze ervaren angst, stress en comfort, en deze interne staten veroorzaken fysieke veranderingen in hun lichaam. Wanneer een dier zich bedreigd voelt, gaat het zenuwstelsel in een hogere versnelling, waarbij hormonen worden gepompt die de hartslag versnellen en de bloedstroom veranderen. Decennialang hebben wetenschappers geprobeerd een manier te vinden om deze gevoelens te meten zonder het dier te verstoren of het meer stress te bezorgen. Een veelbelovende weg heeft betrekking op het brein zelf. In veel soorten verwerken de linker- en rechterkant van het brein verschillende soorten denken en voelen. De rechterkant wordt vaak gekoppeld aan negatieve emoties en plotselinge verrassingen, terwijl de linkerkant routine en positieve ervaringen beheert. Omdat de bloedstroom naar het brein verandert wanneer deze verschillende delen actief zijn, kan de temperatuur van de huid nabij het brein licht verschuiven. Als onderzoekers deze minuscule temperatuurveranderingen nauwkeurig kunnen meten, zouden ze de emotionele staat van een dier van een afstand kunnen "lezen".

Deze vraag over hoe je dierengevoelens kunt meten zonder inbreuk te maken, staat centraal in het werk van Saphia Silverwood en Sean J. O'Hara van de University of Salford. Zij zetten zich af om te testen of temperatuursensoren de emotionele staat van vee konden onthullen, specifiek kijkend naar tekenen dat de linker- en rechterkant van het brein van een koe anders werkten tijdens een stressvol moment. De onderzoekers concentreerden zich op de oren, die rijk zijn aan bloedvaten en dicht bij het brein liggen, in de hoop te zien of één oor warmer zou worden dan het andere wanneer een koe gestrest was. Ze gebruikten twee verschillende instrumenten: een standaard thermometer die een sonde vereist om in de gehoorgang te worden geplaatst, en een handzame thermische camera die foto's kon maken van de oppervlaktetemperatuur van het oor vanaf een korte afstand. Hun doel was om te zien of deze methoden niet alleen konden detecteren dat een koe gestrest was, maar ook precies hoe haar brein die stress verwerkte.

De studie vond plaats op een gemeenschapsboerderij in Manchester, Verenigd Koninkrijk, op een koude decemberdag. De onderzoekers werkten met vijfendertig koeien van verschillende rassen, waaronder Herefords en Limousins, variërend van jonge kalveren tot volwassenen. De dieren waren al gewend aan het worden gehanteerd, maar hadden nog nooit deel uitgemaakt gemaakt van een wetenschappelijke test. Het team registreerde eerst de hartslag en temperatuur van elke koe terwijl deze rustig in haar groep stond. Daarna verplaatsten ze de dieren één voor één naar een koeienkraal, een nauwe metalen sleuf die wordt gebruikt om hen stil te houden voor routinematige veterinaire zorg. Deze opsluiting staat bekend als stressvol voor vee en zorgt ervoor dat hun hartslag stijgt. Terwijl de koeien in de kraal werden vastgehouden, herhaalden de onderzoekers snel de metingen, waarbij ze de hartslag en de temperatuur van zowel het linker- als het rechteroor controleerden met zowel de thermometer als de thermische camera.

De resultaten bevestigden dat de koeien inderdaad gestrest waren. Elke leeftijdsgroep vertoonde een stijging in hartslag bij het plaatsen in de kraal. De volwassen koeien, die begonnen met een gemiddelde hartslag van ongeveer 98 slagen per minuut, zagen hun hartslag springen naar ongeveer 135 slagen per minuut. De jongere dieren vertoonden vergelijkbare stijgingen. Dit bevestigde dat de situatie stressvol genoeg was om een duidelijke fysieke reactie uit te lokken. Toen de onderzoekers naar de oortemperaturen keken, ontdekten ze dat de oren van de koeien warmer werden tijdens de stressvolle gebeurtenis. De temperatuur in de gehoorgang steeg met ongeveer 1,1 graad Celsius in beide oren. De thermische camera registreerde ook een stijging in de oppervlaktetemperatuur, met name in het rechteroor, dat gemiddeld ongeveer 2 graden Celsius warmer werd.

De studie vond echter niet het specifieke patroon waar de onderzoekers op hoopten. Ze hadden voorspeld dat als de koeien negatieve emoties verwerkten, de rechterkant van hun brein actiever zou zijn, wat zou leiden tot een warmer linkeroor dan rechteroor. In plaats daarvan steeg de temperatuur in beide oren gelijkmatig. Er was geen duidelijk verschil tussen de linker- en rechterzijde dat zou suggereren dat de ene hersenhelft harder werkte dan de andere. De gegevens toonden een symmetrische toename van warmte, wat betekent dat de stress het hele brein of de algemene circulatie van het lichaam beïnvloedde op een manier die niet één zijde bevoordeelde. Deze bevinding suggereert dat hoewel de koeien zeker gestrest waren, hun breinen niet de soort eenzijdige activiteit vertoonden die sommige theorieën over emotie voorspellen.

De onderzoekers vergeleken ook de twee meetinstrumenten om te zien of ze met elkaar overeenkwamen. Ze vonden dat de thermometer in het oor consequent ongeveer 5 tot 6 graden Celsius hoger las dan de thermische camera die naar het oppervlak keek. Dit gat was verwacht omdat de lucht in de stal koud was, wat de buitenkant van het oor afkoelde, terwijl de thermometer de hitte diep in het oor mat. Ondanks dit verschil in absolute getallen, stemden beide instrumenten overeen op het belangrijkste punt: de temperatuur ging omhoog wanneer de koeien gestrest waren. De thermische camera was in staat de verandering te detecteren, maar het koude weer en de dikte van de vacht van de koeien maakten de metingen minder precies dan die van de thermometer. De studie concludeerde dat hoewel thermische beeldvorming een nuttig, niet-invasief hulpmiddel is voor het opsporen van algemene stress, het nog niet nauwkeurig genoeg is om de subtiele, eenzijdige hersenactiviteit te detecteren die specifieke emotionele staten bij vee zou kunnen onthullen.

Uiteindelijk benadrukt dit onderzoek zowel het potentieel als de beperkingen van het gebruik van temperatuur om dierlijke emoties te begrijpen. De studie bewees dat vee inderdaad stress ervaart die hun lichaamstemperatuur verhoogt, wat bevestigt dat zij een rijk emotioneel leven hebben dat fysiek gemeten kan worden. Echter, de methoden die in dit experiment werden gebruikt, waren niet gevoelig genoeg om de specifieke activiteit van de linker- en rechterhersenhelft in kaart te brengen. De koude omgeving en de fysieke structuur van de oren van de koeien maakten het moeilijk om de fijne details te zien. De auteurs suggereren dat toekomstige studies mogelijk moeten focussen op andere delen van het gezicht, zoals de ogen, of moeten wachten op betere technologie die kan werken in koudere omstandigheden. Voor nu dient het werk als een herinnering dat hoewel we steeds beter worden in het luisteren naar dieren, we nog veel moeten leren over hoe hun geest werkt en hoe we het beste voor hen kunnen zorgen.