Il corpo del fungo – la regione dell’apprendimento e della memoria nel cervello degli artropodi – è responsabile della capacità degli insetti di prendere decisioni comportamentali astratte, che vengono poi eseguite dalle reti motorie a valle. Questo è il risultato di uno studio condotto dal professor Dr Martin Paul Nawrot e dal dottor Cansu Arican del gruppo di lavoro “Computational Systems Neuroscience” presso l’Istituto di zoologia dell’Università di Colonia. La ricerca è stata riportata in Biologia attuale sotto il titolo “L’output del corpo del fungo codifica la decisione comportamentale durante la trasformazione sensomotoria”.
Per molto tempo, l’opinione prevalente tra i ricercatori è stata che gli insetti reagissero in modo robotico secondo semplici schemi stimolo-risposta, ma questa ipotesi è cambiata notevolmente negli ultimi due decenni: “Gli insetti hanno abilità cognitive semplici come la formazione della memoria e ricordo così come il processo decisionale dipendente dall’esperienza. Nonostante il loro cervello relativamente piccolo, mostrano modelli comportamentali complessi”, ha detto il professor Nawrot.
Negli insetti e nei mammiferi invertebrati – e quindi anche nell’uomo – i processi necessari del sistema nervoso seguono sotto molti aspetti principi di base simili. Ciò include una rapida elaborazione sensoriale delle condizioni ambientali e la loro valutazione, un confronto con l’esperienza acquisita (e di conseguenza una decisione affidabile tra possibili opzioni di comportamento) e infine l’esecuzione fisica di una sequenza comportamentale.
15 anni di ricerca su un circuito cerebrale
Un’importante regione di elaborazione nel cervello centrale dell’insetto, chiamata corpo del fungo per la sua forma anatomica, è cruciale per la formazione della memoria. Negli ultimi 15 anni diverse ricerche hanno dimostrato che l’informazione della memoria è codificata dalla valenza di uno stimolo sensoriale all’uscita del corpo del fungo. Nell’ambito del gruppo di ricerca FOR 2705 “Dissection of a Brain Circuit: Structure, Plasticity and Behavioral Function of the Drosophila Mushroom Body”, finanziato dal 2018 dalla Fondazione tedesca per la ricerca, il team di Colonia guidato dal professor Nawrot sta anche lavorando contributo a questo campo di ricerca. Gli insetti determinano se un determinato stimolo è stato precedentemente memorizzato come positivo (ad esempio, un profumo che promette cibo) o come negativo (ad esempio, un profumo di sostanze patogene come batteri nocivi nel cibo). Studi recenti hanno inoltre dimostrato che i neuroni in uscita dal corpo del fungo valutano anche gli stimoli sensoriali rilevanti per il comportamento innato, cioè il comportamento non basato sull’esperienza.
Descrizione di una nuova funzione del corpo del fungo
In questo ultimo studio, l’autrice principale, la dott.ssa Cansu Arican, descrive come ha misurato l’attività dei neuroni in uscita dal corpo del fungo nello scarafaggio americano (Periplaneta americana) nei suoi esperimenti, filmando allo stesso tempo il comportamento alimentare degli animali. Questa grande specie di insetti è stata scelta perché ha un cervello molto più grande di quello del moscerino della frutta Drosophila, che spesso funge da organismo modello nella ricerca di base. Ciò ha consentito la misurazione elettronica dei segnali neuronali, rendendo possibile misurare e interpretare simultaneamente sia l’attività di stimolo con diversi odori alimentari sia le risposte neuronali nel corpo del fungo – e, in definitiva, il comportamento alimentare dell’animale – come una possibile risposta comportamentale a lo stimolo con elevata precisione temporale.
Il gruppo di ricerca ha osservato che i neuroni in uscita dal corpo del fungo non solo codificano la valenza di un particolare odore, ad esempio l’odore del cibo rispetto a un odore neutro, ma sulla base di queste informazioni prendono anche una decisione sull’esecuzione del rispettivo comportamento alimentare. Prendono la decisione comportamentale non solo sulla base delle informazioni di questa valenza; è importante anche lo stato attuale dell’animale, ad esempio se ha fame o meno in quel momento. Nel rispettivo esperimento e sulla base del modello di risposta neurale è stato quindi possibile prevedere con precisione se l’animale avrebbe mostrato il comportamento alimentare solo circa un decimo di millisecondo più tardi.
In modo simile alle aree motorie della corteccia cerebrale nel cervello umano, il corpo del fungo prende quindi una prima decisione comportamentale e invia un comando motorio astratto alla rete motoria a valle – nel caso dell’uomo, questo è il midollo spinale – che quindi esegue il comportamento attivando i muscoli interessati. “Questo risultato contesta la visione prevalente del corpo del fungo, che ora può essere visto come un centro per la formazione della memoria e il processo decisionale comportamentale. Ciò è importante perché la ricerca sul cervello degli insetti è rilevante anche per comprendere la funzione di cervelli più complessi.” Il dottor Cansu Arican ha riassunto i risultati.
Lo studio è stato sostenuto dai finanziamenti della Fondazione tedesca per la ricerca e della rete “iBehave”.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
