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Sbirciando nel cervello di un uccello
Ti sei mai chiesto cosa passa per la mente di un uccello mentre svolazza nel cielo? Gli scienziati sono ora un passo più vicini alla scoperta. Uno studio pubblicato oggi su Biologia attuale ha utilizzato un piccolo dispositivo per registrare l'attività cerebrale dei piccioni viaggiatori mentre effettuavano voli di addestramento; Associando il dispositivo al GPS, gli scienziati hanno potuto determinare come il cervello degli uccelli ha reagito a diversi punti di riferimento lungo il loro viaggio. È la prima volta che una tale tecnologia viene utilizzata negli uccelli in volo libero e apre una nuova visione sul modo in cui gli animali rispondono al loro ambiente al di fuori del laboratorio.
Scatola cerebrale : Un piccolo dispositivo neurologger fissato alla testa di un piccione fornisce una finestra sulla sua attività cerebrale mentre vola verso casa.
I piccioni viaggiatori, addestrati per tornare al loro loft di casa, possono fare il viaggio di ritorno anche se rilasciati da luoghi sconosciuti a centinaia di chilometri di distanza. Ma il modo in cui gestiscono questa impresa ha lasciato perplessi gli scienziati per decenni. La ricerca precedente si basava semplicemente sul guardare dove erano diretti gli uccelli, ma recenti studi con il GPS hanno creato un quadro più dettagliato. Quando i piccioni sono lontani, sembrano utilizzare una combinazione di segnali per determinare la posizione di casa: la posizione del sole, il campo magnetico del pianeta e persino gli odori nell'aria. Ma quando sono più vicini a casa, gli uccelli sembrano fare affidamento su punti di riferimento e strade familiari per guidare la loro strada.
Per il nuovo studio, 26 uccelli sono stati anestetizzati e gli elettrodi sono stati posizionati sulla superficie del loro cervello attraverso piccoli fori nel cranio. Un piccolo dispositivo per l'elettroencefalografia (EEG) è stato apposto sulla testa di ogni uccello e attaccato agli elettrodi. Agli uccelli sono stati anche dati zaini con un monitor GPS che ha registrato la loro posizione nel tempo. Alexei Vyssotski , un neuroscienziato comportamentale dell'Università di Zurigo che ha guidato lo studio, afferma che il suo team ha deciso di liberare gli uccelli dal mare, a circa 30 chilometri dal loro loft di casa, in modo che abbiano dovuto attraversare un ambiente relativamente anonimo prima di passare su un terreno familiare.
L'EEG misura l'attività elettrica dei neuroni nel cervello, rivelando modelli diversi a seconda dello stato di coscienza dell'animale. Quando gli scienziati hanno analizzato i dati EEG di una serie di voli, sono stati in grado di identificare almeno tre bande di frequenze delle onde cerebrali che sembravano essere importanti nel comportamento di volo. Potrebbero quindi tracciare come queste bande di frequenza sono cambiate in diverse posizioni lungo il viaggio.
Vyssotski afferma che le onde cerebrali a frequenza più bassa sembravano più forti quando qualcosa attirava l'attenzione degli uccelli: quando passavano sopra punti di riferimento o altri siti di interesse. Queste frequenze erano deboli quando gli uccelli hanno iniziato il loro viaggio sull'acqua, ma si sono rafforzate notevolmente mentre passavano sulla terra. I ricercatori sono stati persino in grado di correlare l'attività cerebrale a punti di riferimento specifici. Ad esempio, una caratteristica visiva sorprendente a sinistra degli uccelli, una grande miniera a cielo aperto, ha fatto sì che alcuni uccelli virassero brevemente fuori rotta. Mentre lo facevano, i ricercatori hanno visto un aumento dell'attività nell'emisfero destro del cervello, coerente con il fatto che gli uccelli elaborano le informazioni visive da ciascun occhio nell'emisfero opposto. In un altro caso, i piccioni si sono occupati di due punti apparentemente poco interessanti a terra, cosa che ha lasciato perplessi i ricercatori fino a quando non hanno visitato i siti e si sono resi conto che l'interesse non era di navigazione: erano siti in cui si trovavano stormi di piccioni selvatici.
Le bande a frequenza più alta sono ancora più intriganti, dice Vyssotski, perché possono riflettere un processo cognitivo. Queste frequenze erano più attive all'inizio del viaggio, quando gli uccelli si stavano orientando. Dice che l'attività può essere correlata con il processo di trovare la propria strada, ma saranno necessari ulteriori studi per confermarlo.
Lo studio è un approccio completamente nuovo, afferma Dora Bureau , uno scienziato dell'Università di Oxford che ha precedentemente utilizzato il GPS per capire come i piccioni viaggiatori utilizzano i punti di riferimento quando sorvolano luoghi familiari. Dice che i dati confermano un numero crescente di prove secondo cui i piccioni si affidano a segnali visivi nel paesaggio per spostarsi. L'uso delle firme EEG per individuare le aree di interesse per gli uccelli, dice, apre una finestra di osservazione completamente nuova su come gli uccelli in volo percepiscono, memorizzano, interpretano e utilizzano il loro ambiente visivo. Una domanda importante, dice, è il ruolo della familiarità nella loro attività cerebrale. In questo studio, gli uccelli non sono stati rilasciati abbastanza lontano da casa per consentire ai ricercatori di vedere come il loro cervello rispondeva a caratteristiche completamente sconosciute.
György Buzsáki , un neuroscienziato ed esperto di EEG presso la Rutgers University, afferma che i dati EEG sono piuttosto sorprendenti e sorprendenti, in particolare i grandi cambiamenti tra la navigazione per mare e per terra. Aggiunge che si sa molto poco sui modelli EEG negli uccelli, quindi c'è ancora molto lavoro da fare nell'interpretazione dei segnali. Dispositivi futuri che effettuano misurazioni a risoluzione più elevata, forse anche rilevando i cambiamenti nei singoli neuroni, potrebbero aiutare a chiarire cosa sta succedendo nel cervello degli uccelli.
Il dispositivo utilizzato da questi ricercatori, che chiamano neurologger, è stato utilizzato in un altro studio pubblicato, che ha analizzato i modelli di sonno nei bradipi e ha scoperto che gli animali non dormono tanto quanto suggerisce la loro reputazione. Niels Rattenborg , uno scienziato del Max Planck Institute for Ornithology che ha condotto lo studio sul bradipo, sta attualmente utilizzando il dispositivo per studiare i modelli di sonno degli uccelli in natura. La stragrande maggioranza di ciò che sappiamo su come funziona il cervello deriva da animali confinati nell'ambiente di laboratorio, spiega Rattenborg. Il neurologger, dice, rende possibile portare il laboratorio sul campo, dando ai ricercatori la possibilità di indagare su come gli animali usano il loro cervello nel loro stesso territorio.