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3 Marzo 2023 | Ambiente, Attualità

Studiato il cervello dei polpi liberi

Telepress.news intervista la zoologa Anna di Cosmo che partecipa allo studio internazionale su un Octopus che utilizza uno speciale Neurologger. Ecco il valore di questa ricerca.

Gli scienziati di un gruppo di ricerca coordinato dall’Istituto di Scienza e Tecnologia di Okinawa (Oist), in collaborazione con la zoologa italiana Anna Di Cosmo, sono riusciti per la prima volta a registrare che cosa succede nel cervello di un polpo “libero”. Questa osservazione è contenuta nel paper Recording electrical activity from the brain of behaving octopus ed è considerata un momento cruciale per capire come il cervello di questi cefalopodi controlli il comportamento, nonché per scoprire le basi fondamentali dell’intelligenza e della cognizione. Alla professoressa di Cosmo, che insegna Zoologia ed Etologia all’Università Federico II di Napoli, chiediamo innanzitutto che cosa di intende per un polpo “libero”.

Dettaglio dell'octopus ripreso durante l'esperimento con il Neurologger

Dettaglio dell’octopus ripreso durante l’esperimento con il Neurologger

“Libero” non significa “in ambiente naturale”: l’esperimento è avvenuto in acquario idoneo, uno stabulario realizzato appositamente per i polpi. Al suo interno l’animale era libero di muoversi e di esibire i propri naturali comportamenti, non sottoposto a task comportamentali.
Inoltre, la grande novità in questo esperimento è stata l’utilizzo di un Neurologger senza cavi o ingranaggi esterni, impiantato in una tasca del mantello del polpo per registrare l’attività cerebrale che proviene dai centri della memoria e dell’apprendimento. In passato, si era tentato di utilizzare i tradizionali elettrodi ma i polpi regolarmente ne strappavano i cavi esterni.
Il primo Neurologger è stato impiantato nel sistema nervoso di uccelli per registrare le onde cerebrali durante il volo e le migrazioni. Adesso ne è stata predisposta una versione adattata all’acqua di mare e ai polpi. Così, per la prima volta, siamo in grado di ottenere e studiare l’attività cerebrale di polpi che si muovono liberamente, perfettamente adattati all’ambiente nel quale si trovano, e di sincronizzarle con il loro comportamento. Si sono registrate 12 ore di attività cerebrale sincronizzate con riprese in HD video di comportamento completamente libero.
Nonostante le registrazioni siano state fatte in polpi in cattività sono comparabili a quelle di polpi in ambiente naturale: dalle registrazioni non è emerso alcun segno di stress. Il polpo era assolutamente libero di esprimere il proprio comportamento. Si è scoperto che alcune registrazioni erano simili a quelle riscontrate in altri animali, altre somigliavano a quelle riscontrate nel sistema nervoso dei mammiferi, altre ancora completamente nuove.

Quali comportamenti sono stati osservati?

L’adattamento tecnico apportato al Neurologger ha consentito di impiantarlo sotto la pelle del polpo, all’altezza del sistema nervoso centrale, tra i due occhi, precisamente nell’area nervosa dove avvengano i meccanismi della memoria e dell’apprendimento di cui questi animali sono dotati.
Una volta impiantato si sono analizzati i seguenti comportamenti esibiti dall’animale durante l’esperimento: piccoli movimenti di posizionamento; movimenti in cui l’animale si muove sul fondo della vasca; movimenti di nuoto duranti i quali l’animale espelle l’acqua dal sifone e mette in atto il tipico movimento dei cefalopodi; il movimento a reazione; il sonno tranquillo (quando l’animale non si muove e il mantello è di colore chiaro, le pupille sono semichiuse o completamente chiuse); il sonno attivo transizione dal tranquillo all’attivo in cui le ventose delle braccia si muovono rapidamente e il colore del mantello cambia rapidamente; movimenti di pulizia in cui le braccia incurvate si strofinano sul corpo, l’esplorazione tattile in cui l’animale è appoggiato al fondo dell’ acquario e utilizza un singolo braccio per esplorarlo.

Un'immagine dello studio sugli octopus liberi cui partecipa la zoologa Anna di Cosmo

Un’immagine dello studio sugli octopus liberi cui partecipa la zoologa Anna di Cosmo

Perché è utile comprendere il cervello di un animale così diverso dall’essere umano?

I polpi sono molto diversi dall’uomo. Sono dei molluschi cefalopodi invertebrati con otto braccia, imparentati con mitili e lumache. Tuttavia, hanno sviluppato un complesso sistema nervoso con una grande quantità di neuroni, paragonabile al sistema nervoso dei nostri amici cani, e un ampio e variegato campionario di complessi comportamenti. Tutto ciò offre la straordinaria opportunità di esplorare come strutture nervose alternative possano svolgere le stesse funzioni basilari svolte dal sistema limbico presente nel nostro sistema nervoso e che è coinvolto nelle risposte comportamentali, nella memoria, nell’apprendimento, nell’olfatto… tutte funzioni presenti nel polpo.
Qual è stato il suo ruolo e quello della sua Università alla ricerca di cui abbiamo parlato?
Ho partecipato all’analisi, interpretazione dei dati alla scrittura e revisione finale del manoscritto. Attualmente i colleghi Tamar Gutnick e Michael Kuba sono presso la mia unità di ricerca per continuare lo studio che consentirà agli attuali campi di studio che riguardano questi animali, quali l’apprendimento, l’anestesia, il comportamento sociale, di beneficiare delle nuove acquisizioni che si otterranno.
Attualmente la mia unità di ricerca presso il Dipartimento di Biologia della Federico II di Napoli è l’unica in Italia, e probabilmente in Europa, in grado di fornire le competenze e le strutture necessarie per compiere studi come quello pubblicato e non solo. Abbiamo infatti ricevuto l’approvazione del Ministero della Salute e dell’Istituto Superiore di Sanità necessaria per questi animali ormai dal 2013, secondo la legge che regola il welfare degli animali da laboratorio (e i cefolopdi sono coperti da tale legge). Senza tale approvazione non è possibile la sperimentazione con questi animali.
Per rispondere alle esigenze legislative che nel frattempo sono cambiate si è reso necessario organizzare un corso per i cefalopodi, attualmente accreditato dal Ministero della Salute, che consentisse agli studenti, dottorandi, ricercatori di vario livello ed ai colleghi di acquisire le competenze e la certificazione necessarie per poter poi proporre progetti di ricerca per studi come questo pubblicato. Attualmente sono l’unico scienziato che può erogare questo corso: mi auguro che questa iniziativa possa aiutare altri a lavorare in questo campo che risulta essere estremamente attrattivo per i giovani.

Polpo, un animale che può essere straordinariamente mimetico

Polpo, un animale che può essere straordinariamente mimetico

I polpi sono considerati animali molto intelligenti. In base a che cosa si può dire?

I cefalopodi – calamari seppie e polpi – hanno popolato quasi tutti i mari e oceani del pianeta circa 500 milioni di anni fa e cioè prima che i pesci fossero presenti. Sono dei predatori al top della rete trofica e utilizzano sofisticate strategie predatorie, sono abilissimi nel mimetizzarsi ed hanno un sistema nervoso centralizzato ed un altro diffuso nelle braccia.
Recentemente si è scoperto che posseggono nel loro sistema nervoso una quota di RNA- editing molto alta rispetto ai mammiferi, incluso l’uomo. Inoltre il polpo, in particolare, presenta meccanismi di neurogenesi adulta, quest’ultimo scoperto da poco dal mio gruppo di ricerca. Di questi due meccanismi, il primo è in grado di modificare rapidamente l’espressione genica dando origine a proteine modificate che possano rispondere immediatamente alle sfide dell’ambiente; questo spiegherebbe anche il motivo per il quale i cefalopodi e quindi i polpi sono presenti in quasi tutti i mari ed oceani e a tutte le longitudini e latitudini. Il secondo offre la possibilità a individui adulti di generare nuovi neuroni specialmente nelle aree nervose che controllano la memoria, l’apprendimento e l’olfatto: a seguito di stimolazione cognitiva essi sono in grado di risolvere problemi complessi come aprire un barattolo con tappo a vite per raggiungere il cibo o solo per la curiosità di esplorarlo, anche se in natura non accade loro di farlo o di apprenderlo. In definitiva questi meccanismi rendono il loro sistema nervoso molto più plastico e flessibile e in essi potrebbe risiedere il segreto della loro intelligenza.

Di Daniela Faggion

L'octopus dell'esperimento internazionale di cui ci parla la zoologa Anna di Cosmo

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