Ricerca internazionale con la partecipazione dell’università di Napoli

Misurate le onde cerebrali dei polipi. E una è sconosciuta

Le onde cerebrali dei polpi sono simili a quelle dei mammiferi

[2 Maggio 2023]

Gli scienziati hanno capito come registrare l’attività cerebrale nei polpi che sono svegli e in movimento, un passo rivoluzionario nella comprensione di come il cervello controlla il loro comportamento. Un’impresa resa possibile impiantando elettrodi e un registratore di dati direttamente nelle creature in natura e  riepilogata nello studio “Recording Electrical Activity from the Brain of Behaving Octopus”, pubblicato recentemente su Current Biology da un team di ricercatori di Italia, Giappone, Germania, Ucraina e Svizzera che sottolineano che «E’ un passo avanti fondamentale per capire come i cervelli dei polpi controllano il loro comportamento e potrebbe fornire indizi sui principi comuni necessari per l’intelligenza e la cognizione».

Il principale autore dello studio Tamar Gutnick della Physics and Biology Unit dell’Okinawa Institute of Science and Technology (OIST), sottollinea che «Se vogliamo capire come funziona il cervello, i polpi sono l’animale perfetto da studiare rispetto ai mammiferi. Hanno un cervello grande, un corpo straordinariamente unico e capacità cognitive avanzate che si sono sviluppate in modo completamente diverso da quelle dei vertebrati».

Ma misurare le onde cerebrali dei polpi si è rivelata una vera sfida tecnica: a differenza dei vertebrati, i polpi hanno un corpo molle, quindi non hanno il cranio sul quale  ancorare l’apparecchiatura di registrazione, per evitare che venga rimossa.  E Gutnick ricorda che «I polpi hanno otto tentacoli potenti e ultra flessibili, che possono raggiungere assolutamente qualsiasi parte del loro corpo. Se provassimo a collegare loro dei cavi, li strapperebbero immediatamente, quindi avevamo bisogno di un modo per tenere l’attrezzatura completamente fuori dalla loro portata, mettendola sotto la loro pelle».

I ricercatori hanno optato per dei data logger piccoli e leggeri, progettati originariamente per tracciare l’attività cerebrale degli uccelli durante il volo. Il team ha adattato i dispositivi per renderli impermeabili, ma comunque abbastanza piccoli da entrare facilmente all’interno dei polpi. Le batterie, che dovevano funzionare in un ambiente con poca aria, consentivano fino a 12 ore di registrazione continua.

Per i loro test, date le sue grandi dimensioni, i ricercatori hanno scelto come animale modello il polpo indopacifico (Octopus cyanea ). Hanno anestetizzato tre polpi e impiantato un tregistratore in una cavità nella parete muscolare del mantello. Poi gli scienziati hanno quindi impiantato gli elettrodi in un’area del cervello del polpo chiamata lobo verticale e lobo frontale mediano superiore, che è l’area più accessibile. Inoltre, si ritiene che questa regione del cervello sia importante per l’apprendimento visivo e la memoria, che sono processi cerebrali che Gutnick è particolarmente interessato a comprendere.

Una volta completato l’intervento chirurgico, i polpi sono stati riportati in un acquario e monitorati tramite video. Solo 5 minuti diopo l’innesto i  polpi si erano ripresi e hanno passato le 12 ore successive dormendo, mangiando e spostandosi nell’acquario, mentre veniva registrata la loro attività cerebrale. Il registratore e gli elettrodi sono stati quindi rimossi dai polpi e i dati sono stati sincronizzati con il video.

E hanno avuto una prima sorpresa: i modelli registrati hanno permesso di identificare onde cerebrali molto simili a quelle trovate nell’ippocampo umano. Per gli autori dello studio «Potrebbe trattarsi di un’evoluzione neurologica convergente, che si verifica quando due animali distinti sviluppano lo stesso tratto indipendentemente l’uno dall’altro».  L’ultimo antenato comune di  esseri umani e polpi era un verme piatto che visse circa 750 milioni di anni fa nei fondali marini.

Poi c’è stata un’altra sorpresa: i ricercatori hanno anche identificato onde che non avevano mai visto prima: «Lunghe e lente, si ripetevano solo due volte al secondo. Per il momento non ne conosciamo la funzione. Saranno quindi necessari dati aggiuntivi per definirlo. Sarebbe particolarmente interessante svolgere lo stesso tipo di studio mentre i polpi svolgono compiti ben definiti».

I ricercatori non sono stati ancora in grado di collegare questi modelli di attività cerebrale a comportamenti specifici dei video. Ma per Gutnick «Tuttavia, questo non è del tutto sorprendente,  poiché non richiedevamo agli animali di svolgere specifici compiti di apprendimento. Questa è un’area associata all’apprendimento e alla memoria, quindi per esplorare questo circuito, abbiamo davvero bisogno di svolgere compiti di memoria ripetitivi con i polpi. E’ qualcosa che speriamo di fare molto presto!»

Inoltre, i ricercatori ritengono inoltre che «Questo metodo di registrazione dell’attività cerebrale dei polpi che si muovono liberamente possa essere utilizzato in altre specie di polpi e potrebbe aiutare a risolvere domande in molte altre aree della cognizione del polpo, incluso il modo in cui imparano, socializzano e controllano il movimento del loro corpo e delle braccia».

Un altro autore dello studio, Michael Kuba, che ha guidato il all’OIST e che ora lo continua all’università di Napoli Federico II, sottolinea che «Questo è uno studio è una pietra miliare, ma è solo il primo passo. I polpi sono così intelligenti, ma al momento sappiamo ancora molto poco sul su come funzionano i loro cervelli. Questa tecnica significa che ora abbiamo la possibilità di scrutare nel loro cervello mentre svolgono compiti specifici. E’ davvero eccitante e potente».