Coccodrilli patiti di musica per studiare l’evoluzione del cervello

Il coccodrillo come fa?

All’Università di Bochum hanno fatto ascoltare brani di Bach a coccodrilli inseriti in uno scanner cerebrale, al fine di studiarne la reazione fisiologica ai suoni complessi.

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In una recente ricerca neurobiologica, gli scienziati hanno utilizzato uno scanner MRI per studiare il cervello dei coccodrilli del Nilo. Sembra bizzarro, e anche un po’ pericoloso, ma l’esperimento sta rivelando nuovi indizi sull’evoluzione del cervello e su come i mammiferi e gli uccelli hanno acquisito la capacità di comprendere suoni complessi.

I nostri cervelli sono il prodotto di milioni di anni di evoluzione. Agli scienziati piacerebbe molto sapere come alcuni dei cervelli più antichi funzionino e si siano evoluti nel tempo. Ovviamente ciò non è possibile, a causa della completa mancanza di cervelli primordiali con cui lavorare. Come un buon premio di consolazione, tuttavia, i ricercatori possono lavorare con il coccodrillo, un animale che ha avuto origine oltre 200 milioni di anni fa, cambiando a malapena gli eoni. Di conseguenza, la neuroscienza può studiare i coccodrilli per capire a che punto sono emerse alcune strutture e comportamenti cerebrali.

Il cervello dei nostri antenati rettili

Il punto chiave del nuovo studio era determinare come il cervello del coccodrillo potesse rispondere a suoni complessi; e vedere come i modelli cerebrali risultanti potrebbero essere paragonati a quelli osservati nei mammiferi e negli uccelli. Gli scienziati sperano di identificare strutture e funzioni cerebrali precursori che consentono l’elaborazione di immagini e suoni articolati.

Per osservare come una complessa stimolazione visiva e uditiva innesca l’attività nel cervello dei rettili, un gruppo guidato da Felix Ströckens del Dipartimento di Biopsicologia presso l’Università della Ruhr di Bochum si è occupato del compito di esaminare il cervello del coccodrillo del Nilo (Crocodylus niloticus) utilizzando una risonanza magnetica funzionale (fMRI). Questi dispositivi sono tipicamente utilizzati in contesti diagnostici e di ricerca, e anche per studiare mammiferi come i cani. Ma questa è la prima volta che un animale a sangue freddo è stato analizzato in una macchina del genere. I risultati del nuovo studio sono stati pubblicati nella rivista scientifica Proceedings of the Royal Society B.

Inutile dire che l’esperimento non era semplice e non privo di pericoli, richiedendo agli scienziati di adattarsi di conseguenza. Quindi la fase successiva, per il team di ricerca, è stato quello di prendere le adeguate contromisure.



Scannerizzare coccodrilli

Ha detto Ströckens:

“La difficoltà nella scansione dei coccodrilli, oltre ad essere un po’ pericolosa per lo sperimentatore, è che sono rettili a sangue freddo.”

Ad esempio, ottenere il segnale cerebrale BOLD del coccodrillo (il livello di ossigenazione del sangue, che cade nelle aree del cervello che sono attive) dipende dalla temperatura corporea dell’animale. Al contrario dei mammiferi, i coccodrilli sono a sangue freddo e la loro temperatura corporea cambia al cambiare della temperatura della stanza.

Continua Ströckens:

“Abbiamo quindi dovuto trovare una temperatura che ci permettesse di raccogliere un buon segnale e fosse confortevole per l’animale. Abbiamo anche dovuto mantenere stabile questa temperatura all’interno dello scanner, che è relativamente difficile dal momento che le bobine utilizzate per la scansione emettono anche calore.”

Per assicurarsi che i coccodrilli non si muovessero nella macchina per la risonanza magnetica e per evitare che attaccassero, i ricercatori hanno sedato gli animali e hanno bloccato i loro musi per ottenere la massima sicurezza.



Un coccodrillo patito di Bach!

Afferma Ströckens:

“Fortunatamente sembrava che apprezzassero la camera dello scanner e non si muovevano affatto, altrimenti il nostro studio sarebbe stato rovinato. Dovevamo stare molto attenti, dal momento che un coccodrillo arrabbiato avrebbe potuto facilmente danneggiare lo scanner o ferito noi; anche quando hanno solo un anno, hanno i muscoli di mascella e coda piuttosto forti. Ma tutto è andato bene e né noi né gli animali siamo rimasti feriti.”

Per l’esperimento, i ricercatori hanno esposto cinque coccodrilli giovani a vari stimoli visivi e uditivi. I segnali visivi consistevano in lampeggianti luci rosse e verdi, che si accendevano e spegnevano variando intensità e intervalli. I segnali uditivi semplici riguardavano rumori di accordi casuali tra 1.000 Hz e 3.000 Hz. Per i suoni complessi, i ricercatori hanno suonato una parte del Concerto di Brandeburgo di Johann Sebastian Bach n. 4 (che è stato usato precedentemente in altri studi sugli animali, fornendo così una buona base di riferimento).

I risultati hanno mostrato che diverse aree del cervello del coccodrillo si attivavano in presenza di suoni complessi rispetto ai rumori di base. E infatti, gli schemi osservati assomigliavano a quelli visti nei mammiferi e negli uccelli esposti alla musica. Queste osservazioni suggeriscono che gli aspetti strutturali e funzionali dell’elaborazione sensoriale erano già presenti nel cervello rettiliano. E che queste capacità sono state preservate e tramandate nell’albero genealogico evolutivo (supponendo che i coccodrilli moderni condividano strutture cerebrali simili a quelle dei loro antenati).



Un nuovo metodo di indagine neurobiologica

Dichiara Ströckens:

“È un risultato affascinante, dal momento che i coccodrilli sono una specie relativamente antica. Potrebbe quindi essere che questi principi di elaborazione si siano evoluti molto prima di quanto pensassimo.”

Inoltre, la ricerca mostra anche che le risonanze magnetiche sono utili per studiare gli animali a sangue freddo. Quindi non solo coccodrilli ma eventualmente anche varani e salamandre.

Continua Ströckens:

“È stata una svolta tecnica. Potremmo dimostrare che la risonanza magnetica funzionale può essere utilizzata nei rettili, i quali differiscono in modo massiccio nella loro fisiologia da mammiferi o uccelli (ad esempio temperatura corporea e modelli di respirazione). Ciò consentirà ai futuri studi di indagare su molte specie che non sono state ancora studiate con questo metodo non invasivo.”

A questo punto ci chiediamo: cosa faranno ascoltare ai prossimi esemplari? Mozart, Beethoven, o l’ultimo brano di Rovazzi (con tutto il rispetto per Mozart e Beethoven)?

Roberto Bovolenta

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