Νυχτερίδες και αρουραίοι ως οδηγοί… πλοήγησης

Οι ρυθμοί του εγκεφάλου των νυχτερίδων και των αρουραίων διαφέρουν όταν κινούνται και μπορούν να δώσουν σημαντικές πληροφορίες για την περιήγηση στο χώρο.

Για να έχουν μια σαφή εικόνα του τρόπου με τον οποίο οι άνθρωποι και τα άλλα θηλαστικά σχηματίζουν μνήμες και βρίσκουν το δρόμο τους μέσα από το περιβάλλον τους, οι νευροεπιστήμονες θα πρέπει να δώσουν μεγαλύτερη προσοχή σε ένα ευρύ φάσμα ζώων και να μην επικεντρώνονται σε ένα μόνο είδος χρησιμοποιώντας το ως πρότυπο, συμβουλεύουν δύο ερευνήτριες του Πανεπιστημίου του Μέριλαντ, η Κατρίνα Μακλάουντ και η Σίνθια Μος.

Νέα συγκριτική μελέτη των νυχτερίδων και των αρουραίων δείχνει ότι υπάρχουν διαφορές μεταξύ των ειδών και υποδηλώνει την ανάγκη αναθεώρησης των σημερινών μοντέλων πλοήγησης.

Σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science, οι ερευνητές του Μέριλαντ μαζί με δύο συνεργάτες τους από το Πανεπιστήμιο της Βοστώνης ανέφεραν σημαντικές διαφορές μεταξύ των αρουραίων και των νυχτερίδων όταν ορισμένα κύτταρα είναι ενεργά σε ένα τμήμα του εγκεφάλου που χρησιμοποιείται για τη μνήμη και την πλοήγηση.

«Αυτά τα κύτταρα συμπεριφέρθηκαν όπως αναμενόταν στους αρουραίους, οι οποίοι ως επί το πλείστον κινούνται κατά μήκος των επιφανειών. Ομως, στις νυχτερίδες, οι οποίες πετούν, ο συνεχής ρυθμός του εγκεφάλου δεν φαίνεται», αναφέρει η Μος, καθηγήτρια Ψυχολογίας και Βιολογίας στο Ινστιτούτο Συστημικής Ερευνας.

«Τα ευρήματα αυτά υποδηλώνουν ότι παρόλο που αρουραίοι, νυχτερίδες, άνθρωποι και άλλα θηλαστικά μοιράζονται μία κοινή νευρωνική αναπαράσταση του χώρου σε ένα τμήμα του εγκεφάλου που έχει συνδεθεί με πληροφορίες χώρου και μνήμης, μπορεί να έχουν διαφορετικούς κυτταρικούς μηχανισμούς για να δημιουργήσουν ή να ερμηνεύσουν αυτούς τους  χάρτες», είπε η Μακλάουντ, βοηθός ερευνήτρια, επιστήμονας της Βιολογίας.

«Για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί το μυαλό, συμπεριλαμβανομένου και του ανθρώπινου μυαλού, πρέπει πραγματικά να μελετήσουμε την νευρωνική αντίδραση σε μια ποικιλία ζώων», λέει η Μακλάουντ. «Κοινά χαρακτηριστικά σε πολλαπλά είδη μας λένε “α, αυτό είναι σημαντικό” , αλλά μπορούν να υπάρξουν διαφορές λόγω διακυμάνσεων στην οικολογία, τη συμπεριφορά ή την εξελικτική ιστορία των ζώων».

Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε σε μια περιοχή του εγκεφάλου που περιέχει εξειδικευμένες «κυψελίδες» που ονομάστηκαν έτσι επειδή σχηματίζουν ένα εξαγωνικό πλέγμα των δραστηριοτήτων που σχετίζονται με τη θέση του ζώου, καθώς περιηγείται μέσα στο χώρο. Αυτή η περιοχή του εγκεφάλου, ο έσω συνειρμικός φλοιός, βρίσκεται δίπλα στον ιππόκαμπο, το μέρος που στον άνθρωπο σχηματίζονται οι μνήμες από διάφορα γεγονότα, όπως για παράδειγμα το πού έχει παρκάρει το αυτοκίνητό του. Ο έσω συνειρμικός φλοιός λειτουργεί σαν ένα κομβικό σημείο των νευρωνικών δικτύων για τη μνήμη και την περιήγηση.

Οι κυψελίδες παρατηρήθηκαν για πρώτη φορά κατά την πλοήγηση των αρουραίων στο περιβάλλον τους, αλλά πρόσφατες έρευνες του ιδρύματος Weizmann στο Ισραήλ, έδειξαν ότι υπάρχουν επίσης και στις νυχτερίδες.

Στους αρουραίους οι κυψελίδες πυροδοτούν ένα σχέδιο που ονομάζεται «κύμα θήτα» όταν τα ζώα περιηγούνται στο χώρο. Τα «κύματα θήτα» είναι αρκετά χαμηλής συχνότητας ηλεκτρικές ταλαντώσεις που έχουν επίσης παρατηρηθεί σε κυτταρικό επίπεδο στον έσω ενδορινικό (συνειρμικό) φλοιό. Η ανάδειξη των «κυμάτων θήτα» σε αρουραίους αξιολογήθηκε σημαντική. Ως αποτέλεσμα, οι νευροεπιστήμονες, προσπαθώντας να κατανοήσουν τη σχέση μεταξύ «κυμάτων θήτα» και κυψελιδών, ανέπτυξαν μοντέλα εγκεφάλου με βάση την παραδοχή ότι τα κύματα θήτα είναι το κλειδί για την περιήγηση των θηλαστικών στο χώρο.

Ωστόσο, η Μος λέει: «Οι ηχογραφήσεις από τους εγκεφάλους των νυχτερίδων που περιηγούνται στο χώρο, περιελάμβαναν μια έκπληξη γιατί τα αναμενόμενα κύματα θήτα δεν ήταν συνεχώς παρόντα, όπως στα τρωκτικά».

Η νέα επιστημονική μελέτη ήρθε να ενισχύσει την άποψη σχετικά με την έλλειψη κυμάτων θήτα στις νυχτερίδες, αναφέροντας ότι δεν είναι επίσης παρόντα σε κυτταρικό επίπεδο. «Οι νευρώνες της νυχτερίδας δεν κουδουνίζουν κατά τον τρόπο που το κάνουν αυτοί του αρουραίου», λέει η Μακλάουντ. «Το γεγονός αυτό εγείρει πολλά ερωτήματα ως προς το αν τα κύματα θήτα κάνουν πραγματικά αυτό που οι θεωρίες πλοήγησης ισχυρίζονται ότι κάνουν στους αρουραίους ή ακόμα και στους ανθρώπους».