Muszki owocowe: małe owady o zaskakująco dużym rozumku

Czy mózg muszki owocowej może mieć cokolwiek wspólnego z ludzkim mózgiem? Koncepcja ta wydaje się absurdalna – ostatecznie porównujemy nasz rozwinięty ludzki mózg z mózgiem niewielkiego owada. Jednakże prawda jest taka, że bez względu na wielkość zwierząt ich mózgi funkcjonują w podobny sposób. Kolejnych dowodów popierających tę tezę dostarczyło badanie wspierane przez projekt HBP SGA3 finansowany ze środków Unii Europejskiej.

Badanie opublikowano w czasopiśmie „Nature”. Pokazuje ono, że muszki owocowe (Drosophila melanogaster) cechują się bardziej zaawansowanymi zdolnościami poznawczymi niż dotychczas sądzono. Badacze odkryli, że muszki owocowe są w stanie skupiać uwagę i korzystać z pamięci roboczej, a także wykazują się świadomością. Są to cechy, które zazwyczaj przypisujemy tylko ssakom. Łącząc zachowanie w rzeczywistości wirtualnej z manipulacjami neurogenetycznymi oraz obrazowaniem mózgu in vivo, naukowcy zaobserwowali tworzenie się śladu wspomnienia w mózgu muszki, rozpraszanie uwagi, a następnie znikanie takiego śladu.

„Pomimo braku oczywistego podobieństwa anatomicznego badanie to odpowiada naszemu codziennemu funkcjonowaniu poznawczemu, czyli temu, czemu poświęcamy uwagę i w jaki sposób to robimy”, zauważa starszy badacz, prof. Ralph Greenspan z Instytutu Badań nad Mózgiem i Umysłem im. Kavlego (KIBM) przy Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, w artykule opublikowanym na stronie internetowej uniwersytetu. „Jako że wszystkie mózgi wyewoluowały ze wspólnego przodka, możemy zauważyć podobieństwa pomiędzy obszarami mózgu muszek i ssaków w oparciu o cechy molekularne oraz to, w jaki sposób przechowujemy nasze wspomnienia”.Aby zbadać zachowanie muszki owocowej, badacze zbudowali wirtualne środowisko składające się z panoramicznej areny (zapewniającej stymulację wizualną) oraz lasera na podczerwień (stanowiącego źródło nieprzyjemnego bodźca cieplnego). Muszki uwięziono, jednak były one w stanie swobodnie machać skrzydełkami. Dano im iluzję latania bez żadnych ograniczeń dzięki ciągle aktualizowanej rzeczywistości wirtualnej z wykorzystaniem kamer do rozpoznawania obrazu w czasie rzeczywistym, które śledziły ruchy skrzydeł muszek.

Badacze wykorzystali zadania warunkujące, podczas których muszki mogły odsuwać się od obrazu powiązanego z nieprzyjemnym bodźcem cieplnym (litera T) lub kierować się w stronę innego obrazu niepowiązanego z gorącem (odwrócone T). Przetestowano dwa różne typy warunkowania: warunkowanie oparte na opóźnieniu oraz warunkowanie oparte na śledzeniu. W przypadku warunkowania opartego na opóźnieniu bodziec wizualny nakładał się w czasie i kończył wraz z bodźcem cieplnym. Z kolei w przypadku warunkowania opartego na śledzeniu ciepło aktywowano 5 do 20 sekund po pokazaniu i usunięciu bodźca wizualnego. W czasie upływającym pomiędzy zaprezentowaniem obu bodźców muszki zachowały ślad bodźca wizualnego w mózgu.

Śledzenie aktywności w czasie rzeczywistym oparte na wapniu umożliwiło zespołowi zarejestrowanie procesu tworzenia się oraz czas trwania żywych wspomnień muszek. Kiedy wprowadzono bodziec rozpraszający – niewielki podmuch powietrza – wspomnienie wizualne znikało szybciej z mózgów muszek.

„Uzyskane wyniki pokazują, że muszki są nie tylko zdolne do wyższej formy warunkowania partego na śledzeniu, a podczas uczenia się rozpraszają się podobnie jak ludzie i inne ssaki, ale też że aktywność neuronalna leżąca u podstaw takich procesów związanych z uwagą i pamięcią roboczą u muszek wykazuje niezwykłe podobieństwa do aktywności obserwowanej u ssaków”, stwierdza główny autor badania, dr Dhruv Grover, również pracujący w KIBM. „Nasze badania dowodzą, że muszki owocowe mogą posłużyć za odpowiedni model na potrzeby badania wyższych funkcji poznawczych. To naprawdę niesamowite, jak mądre są te owady”. Realizacja projektu HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3) zakończy się w 2023 roku.

Więcej informacji:

strona projektu HBP SGA3