I colibrì creano una mappa corporea 3D quando i neuroni nel prosencefalo si attivano quando le raffiche d'aria toccano le loro ali
La somatosensazione è essenziale affinché gli animali percepiscano il mondo esterno attraverso il tatto, consentendo loro di rilevare il contatto fisico, la temperatura, il dolore e la posizione del corpo. Studi sulle vibrisse dei roditori hanno evidenziato l'organizzazione e l'elaborazione nelle vie somatosensoriali dei mammiferi. La ricerca comparativa tra i vertebrati è vitale per comprendere le influenze evolutive e la specializzazione ecologica sui sistemi somatosensoriali. Gli uccelli, con le loro diverse morfologie, abilità sensoriali e comportamenti, fungono da modelli ideali per studiare l'evoluzione della somatosensazione. Studi precedenti hanno scoperto aree di risposta tattile all'interno del telencefalo aviario, in particolare nei piccioni, pappagalli e fringuelli, ma le variazioni nelle mappe somatosensoriali e nelle risposte tra le specie aviarie non sono completamente comprese.
I colibrì sembrano una meraviglia della natura e dell'ingegneria: una creatura vivente che può librarsi vicino a un fiore con precisione chirurgica. Come fanno?
Sebbene la meccanica del volo dei colibrì sia stata ben studiata, si sa molto meno su come il loro senso del tatto aiuti questi piccoli ed energici uccelli a sorseggiare il nettare da un fiore senza urtarlo. La maggior parte di ciò che gli scienziati sanno su come viene elaborato il tatto nel cervello proviene da studi sui mammiferi, ma il cervello degli uccelli è molto diverso dal cervello dei mammiferi.
Una ricerca condotta dall'UCLA (University of California - Los Angeles) e pubblicata su Current Biology (1) mostra che i colibrì creano una mappa 3D del loro corpo quando i neuroni in due punti specifici del prosencefalo si attivano, mentre raffiche d'aria toccano le piume sul bordo anteriore delle ali e sulla pelle delle gambe. Anche i recettori sul becco, sul viso e sulla testa lavorano a questo scopo. L'intensità della pressione dell'aria, influenzata da fattori tra cui la vicinanza a un oggetto, viene rilevata dalle cellule nervose alla base delle piume e nella pelle delle gambe e trasmessa al cervello, che misura l'orientamento del corpo rispetto a un oggetto.
I fringuelli mandarini, anch'essi studiati dai ricercatori, hanno la stessa organizzazione generale con una sensibilità leggermente inferiore in alcune aree rispetto ai colibrì, suggerendo che queste aree aiutano nelle dinamiche di volo dei colibrì altamente specializzate. Il lavoro arricchisce la conoscenza di come gli animali percepiscono e navigano nel loro mondo e può aiutare a identificare modi per trattarli in modo più umano.
Gli esseri umani producono una mappa tattile del corpo che progredisce dalle dita dei piedi al centro del cervello, fino alle gambe, alla schiena e ad un'area molto più ampia che rappresenta il tocco del viso e delle mani. Queste aree, utilizzate per il tocco e le attività tattili, sono ingrandite nel cervello umano.
«Nei mammiferi, sappiamo che il tatto viene elaborato attraverso la superficie esterna del proencefalo nella corteccia», ha affermato il dottor Duncan Leitch (2), autore corrispondente e professore di biologia integrativa all'UCLA. «Ma gli uccelli hanno un cervello senza una struttura corticale a strati, quindi la questione su come viene rappresentato il tatto nel loro cervello era molto aperta. Abbiamo mostrato esattamente dove i diversi tipi di tocco attivano neuroni specifici in queste regioni e come è organizzato il tocco nel loro proencefalo».
Precedenti studi in cui agli uccelli veniva iniettata la tintura avevano mostrato che il loro cervello aveva una regione nel prosencefalo per elaborare il tocco sul viso e sulla testa, e una per il tatto in qualsiasi altra parte del corpo. Nei gufi, ad esempio, i centri tattili che tipicamente corrispondono al tocco del viso sono dedicati esclusivamente agli artigli. Ma poiché i colibrì vivono vite molto diverse rispetto ai gufi, non sembrava probabile che ciò potesse valere anche per loro.
Il dottor Leitch e i coautori del Royal Veterinary College e dell'University of British Columbia sono riusciti a osservare l'attivazione dei neuroni in tempo reale posizionando elettrodi su colibrì e fringuelli e toccandoli delicatamente con tamponi di cotone o sbuffi d'aria. Un computer ha amplificato i segnali provenienti dagli elettrodi e li ha convertiti in suono per un'analisi più semplice.
Gli esperimenti hanno confermato che il tocco della testa e del corpo è mappato in diverse regioni del prosencefalo e hanno dimostrato per la prima volta che la pressione dell’aria attiva specifici gruppi di neuroni in queste regioni. L'esame delle ali ha mostrato una rete di cellule nervose che probabilmente inviavano un segnale al cervello quando attivate da sbuffi d'aria sulle piume.
I ricercatori hanno trovato gruppi particolarmente grandi di cellule cerebrali che reagiscono alla stimolazione dei bordi delle ali, che secondo loro aiutano gli uccelli a regolare il volo in modo sfumato. Hanno anche scoperto che i piedi sono estremamente sensibili al tatto e questo tocco aveva una grande rappresentazione nel cervello, presumibilmente per aiutare ad appollaiarsi. I ricercatori ipotizzano che queste aree potrebbero essere ancora più grandi nei pappagalli e in altri uccelli che usano i piedi per afferrare e spostare oggetti.
Nel loro studio, i ricercatori hanno identificato campi recettivi sugli uccelli, in cui un tocco farebbe attivare un neurone. Nei colibrì, alcuni di questi campi – soprattutto sul becco, sul viso e sulla testa – erano molto piccoli, il che significa che potevano percepire il tocco più leggero. I fringuelli mandarini avevano gli stessi campi recettivi, ma più ampi, suggerendo che queste regioni nei fringuelli non sono altrettanto sensibili e probabilmente di maggiore rilevanza per i colibrì che fanno affidamento su un volo di precisione costante e costante.
«I colibrì spesso reagivano alle soglie più piccole che potevamo dare loro», ha detto Leitch.
Imparare di più su come i diversi animali mappano il tocco sul loro corpo potrebbe portare a progressi nelle tecnologie che utilizzano sensori per muoversi o eseguire un compito, come arti protesici o dispositivi autonomi. Ma i miglioramenti nel benessere degli animali sono forse un risultato più immediato della ricerca.
«Se riusciamo a capire come gli animali percepiscono il senso del tatto, possiamo sviluppare pratiche che siano meno disturbanti per loro», conclude il dottor Leitch.
Riferimenti:
(1) Variations in touch representation in the hummingbird and zebra finch forebrain
Descrizione foto: Un colibrì rossiccio maschio giovanile (Selasphorus rufus). - Credit: Duncan Leitch.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Acute sense of touch helps hummingbirds hover near flowers without bumping them