Οι ίδιοι νευρώνες που βοηθούν τις νυχτερίδες να πλοηγούνται στο διάστημα μπορούν επίσης να τις βοηθήσουν να πλοηγηθούν σε συλλογικά κοινωνικά περιβάλλοντα, διαπιστώνει μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature.
Πολλά θηλαστικά -συμπεριλαμβανομένων των νυχτερίδων και των ανθρώπων- πιστεύεται ότι πλοηγούνται με τη βοήθεια μιας εγκεφαλικής δομής που ονομάζεται ιππόκαμπος, η οποία κωδικοποιεί έναν νοητικό «χάρτη» οικείου περιβάλλοντος. Για παράδειγμα, καθώς περπατάτε στη γειτονιά σας ή πηγαίνετε στη δουλειά, μεμονωμένοι νευρώνες “θέσης” του ιππόκαμπου “πυροδοτούνται” για να υποδείξουν πού βρίσκεστε.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Μπέρκλεϋ, χρησιμοποίησαν ασύρματες συσκευές νευρωνικής καταγραφής και απεικόνισης για να «ακούσουν» τη δραστηριότητα του εγκεφάλου του ιππόκαμπου σε μια ομάδα αιγυπτιακών νυχτερίδων φρούτων καθώς πετούσαν ελεύθερα μέσα σε μια μεγάλη αίθουσα πτήσης -συχνά κινούνταν μεταξύ τους στενά ομαδοποιημένες-ενώ η τεχνολογία παρακολούθησης κατέγραφε τις κινήσεις των νυχτερίδων.
Οι ερευνητές έμειναν έκπληκτοι όταν διαπίστωσαν ότι, σε αυτό το κοινωνικό περιβάλλον, οι νευρώνες “θέσης” της νυχτερίδας κωδικοποιούσαν πολύ περισσότερες πληροφορίες από την απλή τοποθεσία του ζώου. Καθώς μια νυχτερίδα πετούσε προς ένα σημείο προσγείωσης, η πυροδότηση των νευρώνων “θέσης” περιείχαν επίσης πληροφορίες σχετικά με την παρουσία ή την απουσία άλλης νυχτερίδας σε αυτό το σημείο. Και όταν μια άλλη νυχτερίδα ήταν παρούσα, η δραστηριότητα αυτών των νευρώνων έδειξε την ταυτότητα της νυχτερίδας -ποια νυχτερίδα ήταν- προς την οποία πετούσαν.
«Αυτή είναι μια από τις πρώτες εργασίες που δείχνουν την αναπαράσταση ταυτότητας στον εγκέφαλο μη πρωτευόντων», δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Michael Yartsev, αναπληρωτής καθηγητής βιομηχανικής και νευροεπιστήμης στο UC Berkeley. «Και παραδόξως, το βρήκαμε στο κέντρο αυτού που υποτίθεται ότι είναι το GPS του εγκεφάλου. Διαπιστώσαμε ότι εξακολουθεί να λειτουργεί ως GPS, αλλά είναι επίσης συντονισμένο στην κοινωνική δυναμική στο περιβάλλον».
Αν και δεν είναι τόσο εντυπωσιακό όσο ένα κοπάδι ψαριών ή ένα μουρμουρητό πουλιών, τα εξαιρετικά κοινωνικά ζώα όπως οι άνθρωποι και οι νυχτερίδες παρουσιάζουν επίσης μορφές συλλογικής συμπεριφοράς, δήλωσε ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης Angelo Forli, μεταδιδακτορικός συνεργάτης στο εργαστήριο NeuroBat του Yartsev. «Τα κοινωνικά ζώα, όπως και οι άνθρωποι, θα συντονιστούν στον χώρο για να επιτύχουν διαφορετικούς στόχους», είπε ο Forli. «Μπορεί να είναι απλώς το να επισκέπτεσαι άλλους. Μπορεί να κινείσαι μαζί, όπως στην περίπτωση των κλασικών συλλογικών συμπεριφορών ή να παίζεις ποδοσφαιρικό αγώνα. Ή μπορεί να είναι άλλες μορφές συνεργασίας ή σύγκρουσης».
Λόγω της πολυπλοκότητας του πειράματος, ο Forli είχε αρχικά αμφιβολίες σχετικά με το εάν επιτρέποντας σε ομάδες νυχτερίδων να πετούν και να αλληλεπιδρούν ελεύθερα θα έδινε αποτελέσματα σχετικά με τη νευρωνική βάση της συλλογικής συμπεριφοράς. Ανησυχούσε ότι οι κινήσεις των νυχτερίδων και οι κοινωνικές τους αλληλεπιδράσεις μπορεί να είναι πολύ τυχαίες για να αποκαλυφθούν ισχυρές σχέσεις μεταξύ της νευρικής τους δραστηριότητας και της συμπεριφοράς τους. Όμως οι νυχτερίδες δημιούργησαν αυθόρμητα μια χούφτα συγκεκριμένα σημεία ανάπαυσης μέσα στην αίθουσα πτήσης και ακολούθησαν πολύ παρόμοιες τροχιές όταν ταξίδευαν. Οι νυχτερίδες έδειξαν επίσης έντονες προτιμήσεις για να πετούν προς συγκεκριμένες “φίλες” νυχτερίδες, συχνά προσγειώνοντας πολύ κοντά ή ακόμα και η μία πάνω στην άλλη. «Διαπιστώσαμε ότι αν βάλετε μαζί μια μικρή ομάδα νυχτερίδων σε ένα δωμάτιο, δεν θα συμπεριφέρονταν στην πραγματικότητα τυχαία, αλλά θα έδειχναν ακριβή μοτίβα συμπεριφοράς», είπε ο Forli. «Περνούσαν χρόνο με συγκεκριμένα άτομα και έδειχναν συγκεκριμένα και σταθερά μέρη όπου τους άρεσε να πηγαίνουν».
Αυτά τα ακριβή μοτίβα συμπεριφοράς επέτρεψαν στον Forli να αναγνωρίσει όχι μόνο τη νευρική δραστηριότητα που σχετίζεται με διαφορετικές τροχιές πτήσης, αλλά και το πώς άλλαξε η νευρική δραστηριότητα ανάλογα με την ταυτότητα της νυχτερίδας που υπήρχε στη θέση στόχο και τις κινήσεις άλλων νυχτερίδων.
«Καταγράφοντας μόνο μια χούφτα νευρώνες από αυτή τη δομή του εγκεφάλου, μπορούμε πραγματικά να γνωρίζουμε τι έκαναν οι νυχτερίδες στον κοινωνικό τους χώρο», είπε ο Yartsev. «Μπορούσαμε να μάθουμε αν πήγαιναν σε μια άδεια τοποθεσία ή σε μια τοποθεσία όπου υπήρχαν άλλα άτομα, κάτι που είναι πραγματικά εκπληκτικό».
Τα τελευταία χρόνια, ο Yartsev και το NeuroBat Lab του έχουν χρησιμοποιήσει μια ποικιλία ασύρματων συσκευών καταγραφής νευρώνων και τεχνολογιών παρακολούθησης πτήσης για να αποκαλύψουν μια σειρά από εκπληκτικές λεπτομέρειες για τον εγκέφαλο, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο συγχρονίζεται η νευρική δραστηριότητα των νυχτερίδων ενώ κοινωνικοποιούνται. Η δραστηριότητα στον μετωπιαίο φλοιό βοηθά τις νυχτερίδες να αναγνωρίζουν τον εαυτό τους έναντι των άλλων κατά τη διάρκεια φωνητικών αλληλεπιδράσεων. Ο ιππόκαμπος των νυχτερίδων χαρτογραφεί όχι μόνο συγκεκριμένες τοποθεσίες, αλλά και πλήρεις τροχιές πτήσης.
Αυτή η μελέτη συγκεντρώνει το έργο της ομάδας για την πλοήγηση και την κοινωνική συμπεριφορά, δείχνοντας πώς αυτά τα δύο πράγματα είναι θεμελιωδώς αλληλένδετα στον εγκέφαλο. Τα ευρήματα βοηθούν επίσης να διευκρινιστεί γιατί η βλάβη στον ιππόκαμπο στους ανθρώπους έχει συνδεθεί τόσο με τις κοινωνικές και χωρικές πτυχές, σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως η νόσος Αλτσχάιμερ.
«Οι επεισοδιακές μας αναμνήσεις είναι ένας συνδυασμός του περιβάλλοντος όπου βρισκόμαστε και των εμπειριών μας μέσα σε αυτό, συμπεριλαμβανομένων των κοινωνικών μας εμπειριών», είπε ο Yartsev. «Τα αποτελέσματά μας είναι εκπληκτικά, με την έννοια ότι κανείς δεν έχει παρατηρήσει αυτή τη σύνδεση στο παρελθόν σε ομάδες ζώων και σε επίπεδο μεμονωμένων νευρώνων. Αλλά είναι επίσης λογικά και πολύ συνεπή με τα ελλείμματα που αντιμετωπίζουν τα άτομα με βλάβη στον ιππόκαμπο».
Η μελέτη υπογραμμίζει ένα πολύ σημαντικό σημείο, είπε ο Yartsev. Ενώ το μεγαλύτερο μέρος της νευροεπιστημονικής κοινότητας εξετάζει τον εγκέφαλο υπό «απλουστευμένες» ή «τεχνητές» συνθήκες που συχνά απέχουν πολύ από τη φυσική συμπεριφορά που έχει εξελιχθεί για να προωθήσει ο εγκέφαλος, αυτή η εργασία καταδεικνύει τη δύναμη της φυσικής προσέγγισης στην έρευνα της νευροεπιστήμης. «Επί μισό αιώνα, οι άνθρωποι μελετούν τους νευρώνες “θέσης”, αλλά το 99% αυτής της δουλειάς έχει γίνει σε μεμονωμένα ζώα που κινούνται σε ένα άδειο κουτί», είπε ο Yartsev. «Τα ευρήματά μας υποδηλώνουν ότι υπάρχουν πολλά που μπορούν να μάθουμε όταν η έρευνα της νευροεπιστήμης επικεντρώνεται στη φυσική συμπεριφορά».
Περισσότερες πληροφορίες: Michael Yartsev, Hippocampal Representation During Collective Spatial Behavior in Bats, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06478-7. www.nature.com/articles/s41586-023-06478-7.
