Gli scienziati hanno capito come catturare l'attività cerebrale nei polpi che sono svegli e in movimento, un passo rivoluzionario nella comprensione di come il cervello controlla il loro comportamento
I polpi, considerati tra gli invertebrati più intelligenti, non hanno scheletro e sono dotati di otto braccia molto flessibili le cui attività sensoriali e motorie sono al tempo stesso autonome e coordinate da un complesso sistema nervoso centrale. Il cervello del polpo è composto da un numero molto elevato di neuroni, organizzati in numerosi lobi distinti, le cui funzioni sono state proposte in gran parte sulla base dei risultati di esperimenti di lesione. In altre specie, il collegamento dell'attività cerebrale al comportamento avviene impiantando elettrodi e correlando direttamente l'attività elettrica con il comportamento animale osservato. Tuttavia, poiché il polpo non ha alcuna struttura rigida a cui ancorare l'apparecchiatura di registrazione e poiché utilizza le sue otto braccia flessibili per rimuovere qualsiasi oggetto estraneo attaccato all'esterno del suo corpo, la registrazione in vivo dell'attività elettrica del comportamento dei polpi non si è potuta mai effettuare.
Ora, gli scienziati hanno registrato con successo l'attività cerebrale dei polpi che si muovono liberamente, un'impresa resa possibile impiantando elettrodi e un registratore di dati direttamente nelle creature.
Lo studio, pubblicato su Current Biology (1), è un passo avanti fondamentale per capire come i cervelli dei polpi controllano il loro comportamento e potrebbe fornire indizi sui principi comuni necessari per l'intelligenza e la cognizione.
«Se vogliamo capire come funziona il cervello, i polpi sono l'animale perfetto da studiare rispetto ai mammiferi. Hanno un cervello grande, un corpo straordinariamente unico e capacità cognitive avanzate che si sono sviluppate in modo completamente diverso da quelle dei vertebrati», ha affermato la dottoressa Tamar Gutnick (2), prima autrice ed ex ricercatrice post-dottorato presso l'Unità di fisica e biologia dell'Okinawa Institute of Science and Technology (OIST).
Ma misurare le onde cerebrali dei polpi si è rivelata una vera sfida tecnica. A differenza dei vertebrati, i polpi hanno un corpo molle, quindi non hanno il cranio su cui ancorare l'apparecchiatura di registrazione, per evitare che venga rimossa.
«I polpi hanno otto braccia potenti e ultra flessibili, che possono raggiungere assolutamente qualsiasi parte del loro corpo», ha affermato la dottoressa Gutnick. «Se provassimo a collegare loro dei cavi, si strapperebbero immediatamente, quindi avevamo bisogno di un modo per tenere l'attrezzatura completamente fuori dalla loro portata, mettendola sotto la loro pelle».
I ricercatori hanno optato per data logger piccoli e leggeri come soluzione, originariamente progettati per tracciare l'attività cerebrale degli uccelli durante il volo. Il team ha adattato i dispositivi per renderli impermeabili, ma comunque abbastanza piccoli da entrare facilmente all'interno dei polpi. Le batterie, che dovevano funzionare in un ambiente con poca aria, consentivano fino a 12 ore di registrazione continua.
Gli studiosi hanno scelto il polpo Octopus cyanea, più comunemente noto come il polpo diurno, come animale modello, a causa delle sue dimensioni maggiori. Hanno anestetizzato tre polpi e impiantato un dispositivo in una cavità nella parete muscolare del mantello. Gli scienziati hanno quindi impiantato gli elettrodi in un'area del cervello del polpo chiamata lobo verticale e lobo frontale mediano superiore, che è l'area più accessibile. Si ritiene inoltre che questa regione del cervello sia importante per l'apprendimento visivo e la memoria, che sono processi cerebrali che la dottoressa Gutnick è particolarmente interessata a comprendere.
Una volta completato l'intervento chirurgico, i polpi sono stati riportati nella vasca di casa e monitorati tramite video. Dopo cinque minuti, i polpi si sono ripresi e hanno trascorso le successive 12 ore dormendo, mangiando e muovendosi nella vasca, mentre veniva registrata la loro attività cerebrale. Il registratore e gli elettrodi sono stati quindi rimossi dai polpi e i dati sono stati sincronizzati con il video.
I ricercatori hanno identificato diversi modelli distinti di attività cerebrale, alcuni dei quali erano simili per dimensioni e forma a quelli osservati nei mammiferi, mentre altri erano oscillazioni lente e di lunga durata che non erano state descritte prima. Essi non erano ancora in grado di collegare questi modelli di attività cerebrale a comportamenti specifici dei video. Tuttavia, questo non è del tutto sorprendente, ha spiegato la dottoressa Gutnick, poiché non richiedevano agli animali di svolgere specifici compiti di apprendimento.
«Questa è un'area associata all'apprendimento e alla memoria, quindi per esplorare questo circuito, abbiamo davvero bisogno di svolgere compiti di memoria ripetitivi con i polpi. È qualcosa che speriamo di fare molto presto!»
I ricercatori ritengono inoltre che questo metodo di registrazione dell'attività cerebrale dei polpi che si muovono liberamente possa essere utilizzato in altre specie di polpi e potrebbe aiutare a risolvere domande in molte altre aree della cognizione del polpo, incluso il modo in cui imparano, socializzano e controllano il movimento del loro corpo e delle braccia.
«Questo è uno studio davvero fondamentale, ma è solo il primo passo», ha affermato il professor Michael Kuba, che ha guidato il progetto presso l'Unità di Fisica e Biologia dell'OIST e che ora continua presso l'Università di Napoli Federico II. «I polpi sono così intelligenti, ma al momento sappiamo così poco su come funzionano i loro cervelli. Questa tecnica significa che ora abbiamo la possibilità di scrutare nel loro cervello mentre svolgono compiti specifici. È davvero eccitante e potente».
Lo studio ha coinvolto una collaborazione internazionale tra ricercatori in Giappone, Italia, Germania e Svizzera.
Riferimenti:
(1) Recording Electrical Activity from the Brain of Behaving Octopus
(2) Tamar Gutnick
Descrizione foto: Il polpo diurno, Octopus cyanea, si mimetizza contro la barriera corallina. - Credit: Keishu Asada.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Scientists record first-ever brain waves from freely moving octopuses