Muchy mają wyrafinowane zdolności poznawcze

Artykuł na ten temat ukazał się w prestiżowym czasopiśmie „Nature” (http://dx.doi.org/10.1038/s41586-022-04433-6).

Małe, irytujące muszki owocowe, czyli Drosophila melanogaster, są gatunkiem modelowym w wielu badaniach z dziedziny biologii i medycyny. Łatwa hodowla, szybki wzrost, prosty sposób krzyżowania i niewielki genom (złożony z zaledwie 4 par chromosomów) sprawiają, że owady te idealnie nadają się do eksperymentów genetycznych. Jednak mało kto do tej pory interesował możliwościami mózgu tego gatunku.

W swoim najnowszym badaniu naukowcy z Kavli Institute for Brain and Mind przy Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego odkryli, że muszki owocowe mają dużo bardziej zaawansowane zdolności poznawcze niż wcześniej sądzono. Wykorzystując specjalnie zaprojektowane środowisko wirtualnej rzeczywistości, manipulacje neurogenetyczne i obrazowanie aktywności mózgu w czasie rzeczywistym in vivo, specjaliści uzyskali dowody na to, że istnieją istotne podobieństwa między zdolnościami poznawczymi much i ssaków. Podobne są np. mechanizmy związane z uwagą i pamięcią roboczą. Mało tego - owady mają nawet zdolności przypominające świadomość.

„Pomimo oczywistego braku podobieństwa anatomicznego, nasze badania udowadniają, że pewne aspekty życie much można porównać do naszego codziennego funkcjonowania poznawczego - mówi współautor badania prof. Ralph Greenspan. - Ponieważ wszystkie mózgi wyewoluowały ze wspólnego przodka, możemy określić powiązania między regionami w mózgach much i ssaków w oparciu o cechy molekularne i sposób przechowywania wspomnień”.

Na potrzeby badania naukowcy stworzyli zaawansowane środowisko wirtualnej rzeczywistości. Ich celem było testowanie zachowania much za pomocą stymulacji wizualnej. Połączyli wyświetlane obrazy z laserem na podczerwień, który dozował owadom bolesne bodźce cieplne. Panoramiczna, prawie 360-stopniowa arena pozwoliła Drosophila swobodnie machać skrzydłami. Dzięki ciągłej aktualizacji wirtualnej rzeczywistości w oparciu o ruch skrzydeł (analizowanych w czasie rzeczywistym za pomocą szybkich kamer) muchy zyskały iluzję swobodnego latania po świecie. Wszystko to dało naukowcom możliwość trenowania i testowania insektów, które przelatywały od obrazu związanych z negatywnym bodźcem cieplnym w kierunku drugiego obrazu, niepowiązanego z dodatkowym impulsem.

Naukowcy sprawdzali następnie, w jaki sposób mucha zachowuje „ślad” bodźca wzrokowego w swoim mózgu, gdyż jest to cecha wskazująca na istnienie uwagi, pamięci roboczej i świadomości.

Dodatkowo wykonali obrazowanie mózgu owadów, aby prześledzić aktywność ich szlaków wapniowych w czasie rzeczywistym. Aktywność tę mierzyli przy użyciu cząsteczki fluorescencyjnej, którą wcześniej genetycznie „wbudowali” do komórek mózgowych much. Dzięki takiemu postępowaniu naukowcy mogli rejestrować powstawanie i czas trwania śladów pamięciowych; cały czas widzieli bowiem na monitorze migający punkt dowodzący aktywacji pamięci krótkotrwałej (roboczej).

Odkryli również, że rozproszenie uwagi - w postaci delikatnych podmuchów powietrza - wprowadzone podczas treningu sprawiło, iż pamięć wzrokowa Drosophila zanikała szybciej. Oznacza to, że po raz pierwszy w historii badaczom udało się udowodnić istnienie zjawiska rozkojarzenie u much. Jednocześnie sugeruje to, że uwaga jest czynnikiem koniecznym do tworzenia pamięci u tych bezkręgowców.

„Nasze badanie pokazuje nie tylko, że muchy są zdolne do wyższej formy tzw. warunkowania śladowego oraz że uczenie się jest rozpraszalne, podobnie jak u ludzi, ale też, że aktywność neuronalna leżąca u podstaw uwagi i pamięci roboczej u Drosophila wykazuje niezwykłe podobieństwo do tożsamych procesów u ssaków – podkreśla dr Dhruv Grover, główny autor omawianej publikacji. - Dowiedliśmy, że muszki mogą służyć jako doskonały model nie tylko do badania genów, ale także wyższych funkcji poznawczych. Podsumowując: mucha zadziwiła nas swoją inteligencją”.

Podczas badania naukowcy zidentyfikowali również obszar mózgu, w którym tworzyła się i zanikała pamięć muchy. Region ten, zwany ciałem elipsoidalnym kompleksu centralnego, jest odpowiednikiem naszej kory mózgowej.

Autorzy uważają, że ich odkrycie przyczyni się do lepszego zrozumienia ludzkich strategii poznawczych i zaburzeń neuronalnych. Poza tym może wspomóc rozwój nowych, znacznie bardziej wyrafinowanych, technik sztucznej inteligencji.(PAP)

Katarzyna Czechowicz

kap/ agt/