Każdego lata nasze kuchnie odwiedzają istne chmary nieproszonych, brzęczących gości – muszek owocowych (Drosophila melanogaster). Na pierwszy rzut oka te owady nie mają wiele wspólnego ze ssakami. A jednak pozory mylą! Naukowcy z prestiżowego Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego przeprowadzili wyjątkowy eksperyment, na potrzeby którego zbudowali dla muszek owocowych realistyczne środowisko wirtualne. Wykorzystując zaawansowane techniki obrazowania mózgu w czasie rzeczywistym udało im się wykazać, iż te malutkie owady posiadają bardziej zaawansowane zdolności poznawcze, niż dotychczas przypuszczano. Wyniki tego unikatowego eksperymentu, opublikowane na łamach prestiżowego czasopisma ‘Nature’, po raz pierwszy w historii nauki dokumentują istnienie mechanizmów uwagi, pamięci i świadomości u tak dalekich krewnych ssaków.
Aby zbadać zachowanie muszek owocowych, naukowcy z Kalifornii stworzyli dla nich specjalną arenę otoczoną panoramicznym, niemal 360-stopniowym wyświetlaczem. Na tym ekranie pojawiał się dynamiczny obraz symulujący rzeczywistość, który zmieniał się w zależności od ruchów skrzydeł muszki. W ten sposób owad, choć unieruchomiony w środku areny, zachowywał się tak, jakby poruszał się w środowisku zewnętrznym. Dzięki temu naukowcy uzyskali zbliżone do naturalnych warunki eksperymentu. Następnie przeprowadzili oni procedurę warunkowania: jeden z wyświetlanych obrazów połączyli ze stymulacją wiązką światła podczerwonego, która wywoływała u muszek wrażenie nieprzyjemnego ciepła. Następnie naukowcy wprowadzili dwa warianty warunkowania. W pierwszym z nich bodziec wzrokowy i cieplny występowały i kończyły się w tym samym czasie. Natomiast w drugim wariancie najpierw krótko prezentowano bodziec wzrokowy, a po upływie 5 do 20 sekund po jego zniknięciu następowała stymulacja ciepłem. W tym czasie aktywność mózgu owada była rejestrowana przy pomocy obrazowania aktywności jonów wapnia. W ten sposób naukowcy mogli sprawdzić, czy muszki uczą się zależności między bodźcami oraz czy potrafią utrzymać ją w pamięci roboczej.
Wyniki behawioralne tego eksperymentu ujawniły, że już po kilku próbach treningowych owad na sam widok obrazu obracał się tak, jakby chciał odlecieć w przeciwnym kierunku – w stronę obrazu niezwiązanego z bodźcem cieplnym. To zachowanie występowało niezależnie od wariantu eksperymentu – zatem muszki nie tylko uczyły się zależności pomiędzy bodźcami, lecz także potrafiły zachować ślad obrazu związanego z nieprzyjemnym bodźcem w pamięci roboczej, co świadczy o zaawansowaniu ich zdolności poznawczych. Naukowcom udało się też zarejestrować czas trwania wspomnienia w układzie nerwowym muszki. Otóż neurony, które aktywowały się w odpowiedzi na bodziec wzrokowy, utrzymały swą aktywację – czyli ślad pamięciowy – aż do wystąpienia bodźca cieplnego. Co więcej okazało się, że jeśli w trakcie treningu muszki otrzymały dodatkowy, rozpraszający bodziec – delikatny podmuch powietrza – to ich późniejszy ślad pamięciowy był słabszy. Te wyniki pokazują, że uwaga muszki może ulec rozproszeniu – dokładnie tak, jak w przypadku ssaków.
“Rezultaty naszego eksperymentu ujawniają, że muszki posiadają zaawansowane zdolności poznawcze, umożliwiające tworzenie śladów pamięciowych, a ich proces uczenia się może ulec rozproszeniu, podobnie jak u ssaków, w tym ludzi. Jednocześnie neuronalne mechanizmy działania uwagi i pamięci u obu gatunków są do siebie zbliżone. To zaś pozwala nam sądzić, że możemy wykorzystać model muszki owocowej także do badania wyższych funkcji poznawczych. Mówiąc wprost, zaskoczyła nas inteligencja tych owadów!” – opowiada autor badania Dhruv Grover.
Obszar mózgu muszek, w którym naukowcy zaobserwowali formowanie się śladów pamięciowych jest znany jako ciało elipsoidalne kompleksu centralnego. Pełni ono funkcje analogiczne do działania kory nowej ludzkiego mózgu. Wyniki obrazowania aktywności neuronów w tym obszarze ujawniły, iż do stworzenia i podtrzymania śladu pamięciowego niezbędny jest neuroprzekaźnik dopamina. W miarę postępu treningu wyrzut dopaminy następował coraz wcześniej w trakcie próby, aż wreszcie pojawiał się przed wystąpieniem bodźca cieplnego, w przewidywaniu jego pojawienie się. Ten sam neurotransmitter odpowiada za uczenie się zachowań związanych z motywacją lub unikaniem w przypadku ssaków.
“Choć z wyglądu muszki owocowe nijak nie przypominają człowieka, wyniki tego badania ujawniają ukryte podobieństwa pomiędzy tymi gatunkami. Wygląda na to, że nasze codzienne funkcjonowanie poznawcze – to na czym się skupiamy i jak to robimy – wcale tak bardzo się nie różni. A ponieważ wszystkie mózgi mają wspólnego ewolucyjnego przodka, te podobieństwa nie są aż tak zaskakujące” – podsumowuje Ralph Greenspan, profesor Wydziału Nauk Biologicznych na Uniwersytecie w San Diego i autor badania.
Obecnie zespół naukowców skierował swe wysiłki na badanie fizjologii procesów uwagowych, zachodzących w mózgu muszki. Dhruv Grover wierzy, że wyniki jego badań nad tymi owadami będą miały bezpośrednie przełożenie na funkcjonowanie poznawcze człowieka, takie jak strategie percepcyjne lub zakłócające je zaburzenia neurologiczne. Jest także przekonany, że wnioski z jego prac znajdą zastosowanie w opracowaniu nowych, przełomowych technologii sztucznej inteligencji. Mucha nie siada!
