Παρασκευή, 5 Δεκεμβρίου 2014

Βρέθηκε το 3D σύστημα πλοήγησης των ζώων. Bat nav: Animals' 3D brain compass found

Οι ερευνητές θεωρούν ότι τα ευρήματά τους σχετικά με το εσωτερικό σύστημα πλοήγησης του εγκεφάλου των νυχτερίδων αφορούν όλο το ζωικό βασίλειο. The researchers think their findings in bats could apply throughout the animal kingdom. Credit: Yossi Yovel

Καταγράφοντας τον εγκέφαλο νυχτερίδων καθώς πετούσαν και προσγειώνονταν ερευνητές από το Ινστιτούτο Επιστημών Weizmann στο Ρεχοβότ του Ισραήλ ανακάλυψαν τη «νευρική πυξίδα» των… πετούμενων θηλαστικών η οποία τους επιτρέπει να γνωρίζουν ανά πάσα στιγμή πού ακριβώς βρίσκονται και σε ποια κατεύθυνση μέσα στον χώρο κινούνται.

Τρισδιάστατος χάρτης των κινήσεων

Για πρώτη φορά κατεγράφη η λειτουργία του εγκεφάλου νυχτερίδων καθώς εκείνες πετούσαν και προσγειώνονταν. Δείτε και το σχετικό βίντεο. High-speed video footage shows Egyptian fruit bats executing 180° pitch manoeuvres during take-off and landing. From Finkelstein, et al. (2014).

Τα εξειδικευμένα κύτταρα του εγκεφάλου χαρίζουν στις νυχτερίδες έναν τρισδιάστατο χάρτη των κινήσεών τους. Μάλιστα οι ερευνητές θεωρούν ότι ένα αντίστοιχο εσωτερικό 3D σύστημα πλοήγησης πιθανότατα μπορεί να υπάρχει στον εγκέφαλο όλων των ζώων, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου.

Ο επικεφαλής της μελέτης η οποία δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Nature» Αρσενι Φινκελστάιν εξήγησε ότι είναι η πρώτη φορά που διεξάγονται μετρήσεις σε ζώα καθώς εκείνα πετούν προς διαφορετικές κατευθύνσεις μέσα σε έναν χώρο, ακόμη και τη στιγμή που κάνουν τα «ακροβατικά» τους πριν προσγειωθούν.

Ασύρματες μετρήσεις κατά το πέταγμα

«Είμαστε το μόνο εργαστήριο που είναι ικανό να διεξαγάγει ασύρματες μετρήσεις σε ζώα ενώ πετούν» ανέφερε ο δρ Φινκελστάιν στο BBC και προσέθεσε: «Μια μικροσκοπική συσκευή που είναι προσδεδεμένη στις νυχτερίδες επιτρέπει την καταγραφή της δραστηριότητας μεμονωμένων νευρώνων καθώς το ζώο κινείται ελεύθερα».

Δεκαετίες μελέτης στο εσωτερικό σύστημα πλοήγησης του εγκεφάλου χάρισαν τελικώς σε τρεις διακεκριμένους νευροεπιστήμονες το εφετινό Νομπέλ Φυσιολογίας και Ιατρικής. Οι σχετικές έρευνες του πεδίου που είχαν αρχικώς διεξαχθεί σε αρουραίους είχαν αποκαλύψει ότι στον εγκέφαλο υπάρχουν τα «κύτταρα τοποθεσίας», τα οποία ενεργοποιούνται μόνο όταν το ζώο βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη θέση στον χώρο αλλά και τα «κύτταρα πλέγματος» που έχουν την έδρα τους στον ενδορινικό φλοιό του εγκεφάλου και ενεργοποιούνται με χαρακτηριστικά μοτίβα όταν κανείς ακολουθεί μια συγκεκριμένη διαδρομή.

Τα κύτταρα «κλίσης» και «στροφών»

Μια αιγυπτιακή νυχτερίδα που τρέφεται με φρούτα. Ο εγκέφαλος αυτών των νυχτερίδων αποδείχθηκε ότι διαθέτει  τρισδιάστατη πυξίδα. An Egyptian fruit bat. The presubiculum of these bats contains head direction neurons that form a 3D neural compass which represents spatial orientation in toroidal coordinates.

Τώρα η μελέτη του δρος Φινκελστάιν και των συνεργατών του αποκάλυψε ότι στον εγκέφαλο των νυχτερίδων υπάρχουν επίσης κύτταρα «κλίσης» και «στροφών». Τα κύτταρα αυτά «λένε» στο ζώο αν κατευθύνεται προς τα επάνω ή προς τα κάτω καθώς και αν το κεφάλι του έχει κλίση προς μια ή προς μια άλλη κατεύθυνση. «Ορισμένοι από τους νευρώνες κωδικοποιούν έναν συνδυασμό και των δύο. Έτσι είναι ευαίσθητοι σε μια συγκεκριμένη θέση του κεφαλιού όταν αυτό βρίσκεται σε μια συγκεκριμένη γωνία».

Καταγράφοντας τα κύτταρα που δείχνουν την κατεύθυνση του κεφαλιού ώστε να ανακαλύψουν πότε ακριβώς είναι ενεργά, οι ερευνητές απέδειξαν ότι οι νυχτερίδες διαθέτουν ένα τρισδιάστατο σύστημα πλοήγησης – μια αναπαράσταση εντός του εγκεφάλου τους του πού βρίσκονται και προς ποια κατεύθυνση πηγαίνουν.

Όχι μόνο στις νυχτερίδες

«Δεν πιστεύουμε μάλιστα ότι τα αποτελέσματά μας αφορούν συγκεκριμένα τις νυχτερίδες» είπε ο επικεφαλής της μελέτης. Συμπλήρωσε ότι «οι νυχτερίδες και οι αρουραίοι χωρίζονται από εκατομμύρια έτη εξέλιξης. Και όμως, αν κάποιος κοιτάξει τις ίδιες περιοχές του εγκεφάλου των δύο ειδών, θα ανακαλύψει κύτταρα τοποθεσίας, κύτταρα πλέγματος αλλά και κύτταρα κατεύθυνσης του κεφαλιού. Για τον λόγο αυτό πιστεύουμε ότι τέτοιο σύστημα πλοήγησης διαθέτει και ο άνθρωπος».

Σε σχετικό άρθρο της στο Nature η καθηγήτρια Μέι-Μπριτ Μόζερ από το Νορβηγικό Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας στο Τρόντχαϊμ που μοιράστηκε εφέτος το Νομπέλ Ιατρικής με τον σύζυγό της Εντβαρντ Μόζερ του Ινστιτούτου Συστημικής Νευροεπιστήμης Kavli στο Τρόντχαϊμ καθώς και τον Τζον Ο’ Κιφ από το University College του Λονδίνου, χαρακτήρισε τη νέα μελέτη «πανέμορφη».

Σημαντική γνώση για την κατανόηση της μνήμης

Ο δρ Φινκελστάιν σημείωσε ότι η κατανόηση του πώς τα ζώα, συμπεριλαμβανομένου του ανθρώπου, χτίζουν την «αίσθηση του χώρου» είναι άκρως σημαντική σε ό,τι αφορά και την κατανόηση της μνήμης. «Προκειμένου να θυμόμαστε γεγονότα χρειαζόμαστε κάποιο είδος κωδικοποίησης σχετικά με το πού είμαστε. Έτσι, πολλοί πιστεύουν ότι αυτά τα κύτταρα είναι πιθανότατα το ‘καλούπι’ των αναμνήσεών μας».