Τα χαμένα ψάρια βρίσκουν το δρόμο τους, χάρη στο ‘αν’ τους

Ένα ζέβρα κολυμπά προς τον στόχο του, αλλά ισχυρά ρεύματα το σπρώχνουν εκτός πορείας. Ωστόσο, το μικροσκοπικό ψάρι κολυμπάει πίσω στην αρχική του θέση, αποφασισμένο να ολοκληρώσει το ταξίδι του.

Πώς γνωρίζουν τα ζώα πού βρίσκονται στο περιβάλλον τους και πώς αυτό καθορίζει τις μετέπειτα επιλογές τους; Οι επιστήμονες στην ερευνητική πανεπιστημιούπολη Janelia του HHMI ανακάλυψαν ότι ο οπίσθιος εγκέφαλος – μια εξελικτικά διατηρημένη ή «αρχαία» περιοχή στο πίσω μέρος του εγκεφάλου – βοηθά τα ζώα να υπολογίσουν τη θέση τους και να χρησιμοποιήσουν αυτές τις πληροφορίες για να καταλάβουν πού πρέπει να πάνε στη συνέχεια.

ο νέα έρευναπου δημοσιεύεται στο περιοδικό Κύτταρο 22 Δεκεμβρίου, αποκαλύπτει νέες λειτουργίες για τμήματα του «αρχαίου εγκεφάλου», ευρήματα που θα μπορούσαν να εφαρμοστούν και σε άλλα σπονδυλωτά.

Η απεικόνιση ολόκληρου του εγκεφάλου αποκαλύπτει νέα δίκτυα

Για να καταλάβουν πώς κατανοούν τα ζώα τη θέση τους στο περιβάλλον, οι ερευνητές, με επικεφαλής τον En Yang, μεταδιδάκτορα στο Ahrens Lab, βάλτε μικροσκοπικά ημιδιαφανή ζέβρα, μήκους μόλις μισού εκατοστού, σε ένα περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας που προσομοιώνει τα ρεύματα νερού. Όταν το ρεύμα μετατοπίζεται απροσδόκητα, τα ψάρια αρχικά ωθούνται εκτός πορείας. Ωστόσο, είναι σε θέση να διορθώσουν αυτή την κίνηση και να επιστρέψουν στο σημείο που ξεκίνησαν.

Ενώ ένα ζέβρα κολυμπά στο περιβάλλον εικονικής πραγματικότητας, οι ερευνητές χρησιμοποιούν μια τεχνική απεικόνισης ολόκληρου του εγκεφάλου που αναπτύχθηκε στο Janelia για να μετρήσουν τι συμβαίνει στον εγκέφαλο του ψαριού. Αυτή η τεχνική επιτρέπει στους επιστήμονες να ψάξουν ολόκληρο τον εγκέφαλο για να δουν ποια κυκλώματα ενεργοποιούνται κατά τη διόρθωση της συμπεριφοράς τους και να ξεμπερδέψουν τα μεμονωμένα εξαρτήματα που εμπλέκονται.

Οι ερευνητές περίμεναν να δουν ενεργοποίηση στον πρόσθιο εγκέφαλο – όπου βρίσκεται ο ιππόκαμπος, ο οποίος περιέχει έναν «γνωστικό χάρτη» του περιβάλλοντος ενός ζώου. Προς έκπληξή τους, είδαν ενεργοποίηση σε πολλές περιοχές του μυελού, όπου μεταδίδονταν πληροφορίες σχετικά με τη θέση του ζώου από ένα πρόσφατα αναγνωρισμένο κύκλωμα μέσω μιας δομής οπίσθιου εγκεφάλου που ονομάζεται κατώτερη ελιά στα κυκλώματα κινητήρα στην παρεγκεφαλίδα που επιτρέπουν στα ψάρια να κινούνται. Όταν αυτά τα μονοπάτια μπλοκαρίστηκαν, το ψάρι δεν μπόρεσε να πλοηγηθεί πίσω στην αρχική του θέση.

Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ότι περιοχές του εγκεφαλικού στελέχους θυμούνται την αρχική θέση ενός ψαριού ζέβρα και παράγουν ένα σήμα σφάλματος με βάση τις τρέχουσες και τις προηγούμενες θέσεις του. Αυτές οι πληροφορίες μεταδίδονται στην παρεγκεφαλίδα, επιτρέποντας στο ψάρι να κολυμπήσει πίσω στο σημείο εκκίνησής του. Αυτή η έρευνα αποκαλύπτει μια νέα λειτουργία για την κατώτερη ελιά και την παρεγκεφαλίδα, που ήταν γνωστό ότι εμπλέκονται σε ενέργειες όπως η προσέγγιση και η μετακίνηση, αλλά όχι αυτού του είδους η πλοήγηση.

«Βρήκαμε ότι το ψάρι προσπαθεί να υπολογίσει τη διαφορά μεταξύ της τρέχουσας θέσης του και της προτιμώμενης θέσης του και χρησιμοποιεί αυτή τη διαφορά για να δημιουργήσει ένα σήμα σφάλματος», λέει ο Yang, ο πρώτος συγγραφέας της νέας μελέτης. «Ο εγκέφαλος στέλνει αυτό το σήμα σφάλματος στα κέντρα ελέγχου του κινητήρα του, έτσι ώστε τα ψάρια να μπορούν να διορθώσουν αφού μετακινηθούν από τη ροή ακούσια, ακόμη και πολλά δευτερόλεπτα αργότερα».

Ένα νέο πολυπεριφερειακό κύκλωμα οπίσθιου εγκεφάλου

Δεν είναι ακόμη σαφές εάν αυτά τα ίδια δίκτυα εμπλέκονται σε παρόμοια συμπεριφορά σε άλλα ζώα. Αλλά οι ερευνητές ελπίζουν ότι τα εργαστήρια που μελετούν θηλαστικά θα αρχίσουν τώρα να εξετάζουν τον οπίσθιο εγκέφαλο για ομόλογα κυκλώματα πλοήγησης.

Αυτό το δίκτυο οπίσθιου εγκεφάλου θα μπορούσε επίσης να είναι η βάση για άλλες δεξιότητες πλοήγησης, όπως όταν ένα ψάρι κολυμπά σε ένα συγκεκριμένο μέρος για καταφύγιο, λένε οι ερευνητές.

«Αυτό είναι ένα πολύ άγνωστο κύκλωμα για αυτή τη μορφή πλοήγησης που πιστεύουμε ότι μπορεί να αποτελεί τη βάση κυκλωμάτων ιππόκαμπου υψηλότερης τάξης για εξερεύνηση και πλοήγηση βασισμένη σε ορόσημα», λέει η Janelia Senior Group Leader Misha Ahrens.