Cognition-émotions

Brain activity reflects (chronic) welfare state: Evidence from individual electroencephalography profiles in an animal model

Par 9 mars 2021 mars 22nd, 2021 Pas de commentaire

Type de document : Article scientifique publié dans Applied Animal Behaviour Science

Auteurs : M. Stomp, S. d’Ingeo, S. Henry, H. Cousillas, M. Hausberger

Résumé en français (traduction) : L’activité cérébrale reflète l’état de bien-être (chronique) : Données issues de profils individuels d’électroencéphalographie dans un modèle animal

L’évaluation de l’état de bien-être des animaux est un défi étant donné la subjectivité des traitements cognitifs et émotionnels individuels impliqués. L’analyse du spectre électroencéphalographique (EEG) s’est avérée être une situation d’enregistrement valide d’un point de vue écologique pour évaluer le lien entre les processus cérébraux et les états affectifs ou cognitifs chez l’homme : un rapport ondes lentes/ondes rapides plus élevé a été associé à un état interne positif. En particulier, une production élevée de puissance thêta (3-8 Hz) a été associée à des émotions positives. D’autre part, on a émis l’hypothèse qu’une dominance de l’hémisphère gauche (HG) pouvait être associée à un meilleur état de bien-être. Ici, nous testons l’hypothèse selon laquelle les différences individuelles du spectre de puissance EEG quantitatif au repos de chevaux adultes (N = 18) et son schéma de latéralisation peuvent refléter la perception subjective individuelle de leurs conditions de vie et de leur état de bien-être. Les résultats montrent de nettes différences individuelles dans les proportions des différentes ondes et leur distribution inter-hémisphérique. Trois profils de spectre de puissance EEG différents ont été mis en évidence, allant d’une prédominance bilatérale des ondes thêta chez les chevaux dont l’état de bien-être est plus positif à une prédominance bilatérale des ondes bêta chez les chevaux dont l’état de bien-être est clairement compromis. Il est intéressant de noter que des corrélations particulières ont été trouvées entre l’activité de la puissance des ondes et les paramètres de bien-être. Nous avons trouvé une corrélation négative entre le nombre de comportements stéréotypés par heure et la proportion médiane d’ondes thêta dans l’hémisphère gauche, et entre l’état général de bien-être (score total de stress chronique) et la production d’ondes gamma dans l’hémisphère droit (HD). Ces résultats confortent l’hypothèse d’une implication particulière de l’hémisphère gauche dans le traitement positif et de l’hémisphère droit dans le traitement négatif. Cependant, le modèle de latéralité n’est pas apparu comme la caractéristique la plus importante ici, car les deux groupes extrêmes en termes de bien-être ont montré une prédominance bilatérale d’un type d’onde. Il est possible que la spécialisation hémisphérique ait plus de sens dans des conditions d’induction d’émotions aiguës que dans ce contexte d’état de repos (c’est-à-dire en l’absence de toute stimulation induisant des émotions fortes), bien que l’opposition des ondes gamma par rapport aux ondes thêta entre les deux hémisphères chez les chevaux présentant un état de bien-être intermédiaire soit notable et intrigante. Il semble que l’activité thêta bilatérale, mais aussi de l’HG, soit un marqueur neurophysiologique prometteur du bien-être des chevaux, tandis qu’une production bilatérale ou de l’HD élevée d’ondes gamma devrait alerter sur des altérations potentielles du bien-être.

Le spectre de puissance EEG quantitatif de l’état de repos apparaît comme un outil très prometteur pour explorer les processus cérébraux impliqués dans la perception subjective du bien-être chronique, comme un outil complémentaire utile pour l’évaluation du bien-être.

Résumé en anglais (original) : Assessing the animal welfare state is a challenge given the subjective individual cognitive and emotional processing involved. Electroencephalography (EEG) spectrum analysis has proved an ecologically valid recording situation to assess the link between brain processes and affective or cognitive states in humans: a higher slow wave/fast wave ratio has been associated with a positive internal state. In particular, a high production of theta power (3−8 Hz) has been related to positive emotions. On the other hand, it has been hypothesized that a left hemisphere (LH) dominance may be associated with a better welfare state. Here, we test the hypothesis that individual differences in the resting-state quantitative EEG power spectrum of adult horses (N = 18) and its lateralization pattern may reflect individual subjective perception of their conditions of life and welfare state. The results show clear individual differences in the proportions of the different waves and their inter-hemispheric distribution. Three different EEG power spectrum profiles were highlighted, from a bilateral predominance of theta waves in horses in a more positive welfare state to a bilateral predominance of beta waves in horses with clear expressions of compromised welfare. Interestingly, particular correlations were found between wave power activity and welfare parameters. We found a negative correlation between the number of stereotypic behaviours per hour and the median proportion of theta waves in the left hemisphere. and between the overall state (total chronic stress score) of welfare and gamma production in the right hemisphere (RH). These findings go along the hypothesis of a particular involvement of the left hemisphere for positive processing and of the right hemisphere for negative processing. However, the pattern of laterality did not appear as the most important feature here as both extreme clusters in terms of welfare showed bilateral predominance of one wave type. It is possible that hemispheric specialization makes more sense during acute emotion-inducing conditions rather than in this resting-state context (i.e. in absence of any high emotion-inducing stimulation), although the opposition gamma versus theta waves between both hemispheres in the horses with an intermediate welfare state is noticeable and intriguing. It seems that bilateral but also LH theta activity is a promising neurophysiological marker of good welfare in horses, while a bilateral or RH high production of gamma waves should alert about potential welfare alterations.

Quantitative resting-state EEG power spectrum appears as a highly promising tool for exploring the brain processes involved in the subjective perception of chronic welfare, as a useful complementary tool for welfare assessment.

Publication ayant fait l’objet d’une actualité dans Science le 9 mars 2021 : How is this horse feeling? New mobile brain wave reader could tell

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Extrait du site d’Applied Animal Behaviour Science