Poter indagare l’attività cerebrale di un animale senza che questo debba essere immobilizzato rappresenta un vantaggio tanto per il benessere dell’animale stesso quanto per la qualità del dato che si raccoglie, perché permette di studiare ciò che avviene nel cervello in condizioni naturali. Ne avevamo parlato qualche tempo fa riguardo ai primati ma, di recente, un altro studio si è aggiunto a questo filone. Il lavoro, apparso su Current Biology, si è concentrato sui polpi, e presenta appunto una nuova metodologia per registrarne l’attività cerebrale, correlandola direttamente al comportamento osservato dell’animale. Questo sistema permette quindi, per la prima volta, di studiarne l’attività cerebrale in un modo che finora non era stato possibile, perché i polpi strappano gli oggetti estranei attaccati al corpo e non potevano dunque essere connessi ad apparecchiature dotate di cavi.
Lo studio è il nostro spunto per dare nuovamente vita alla rubrica La parola a, che dedichiamo a brevi interviste con ricercatori e ricercatrici che, per scopi e in modi diversi, lavorano quotidianamente con gli animali: ecco dunque la nostra intervista ad Anna Di Cosmo, zoologa e neuroetologa dell’Università di Napoli Federico II, tra gli autori dello studio.
L’elemento più importante del vostro lavoro è aver descritto una tecnica che permette di studiare i movimenti del polpo senza che sia legato a cavi: quali sono gli elementi principali di questa metodologia? In altre parole, qual è lo strumento che permette di studiare l’attività dell’animale wireless?
I polpi sono molto diversi dagli esseri umani. 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. In passato, si era tentato di utilizzare i tradizionali elettrodi per studiarne l’attività cerebrale, ma i polpi ne strappavano regolarmente i cavi esterni.
La grande novità in questo esperimento è stata quindi l’utilizzo di un Neurologger, uno strumento che consente di misurare le onde cerebrali (come fosse un elettrodo a contatto con l’area del sistema nervoso indagata), 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.
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 sincronizzarla con il loro comportamento.
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 avvengono i meccanismi della memoria e dell’apprendimento di cui questi animali sono dotati.
Quali informazioni si possono trarre sul comportamento e le attività del polpo, e perché sono importanti?
Con questa metodologia, abbiamo registrato 12 ore di attività cerebrale sincronizzate con riprese in HD video di comportamento completamente libero, sebbene in cattività. D’altronde, le registrazioni sono comparabili a quelle di polpi in ambiente naturale: non ne emerge 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.
Una volta impiantato si sono osservati diversi comportamenti naturali: piccoli movimenti di posizionamento; movimenti in cui l’animale si muove sul fondo della vasca; movimenti di nuoto duranti i quali il polpo 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.
Quali saranno i prossimi passi in questo tipo di ricerca?
Ora abbiamo l’opportunità di osservare la formazione della memoria nel polpo e confrontarla con i mammiferi, per identificare motivi comuni o idiosincrasie distinte in sistemi nervosi che si sono sviluppati in modo completamente indipendente. A tal fine, combineremo compiti specifici da far eseguire ai polpi con registrazioni cerebrali.
Attualmente, i colleghi e coautori dello studio Tamar Gutnick e Michael Kuba sono presso la mia unità di ricerca per continuare la ricerca, 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.
A oggi, la mia unità di ricerca presso il Dipartimento di Biologia della Federico II di Napoli è l’unica in Italia, , 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 (nella quale rientrano i cefalopodi). Senza tale approvazione non è possibile la sperimentazione con questi animali. La mia unità organizzare un corso per i cefalopodi, attualmente accreditato dal Ministero della Salute, che consente agli studenti, dottorandi, ricercatori di vario livello e 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’unica scienziata, in Italia, 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.
Qui il nostro articolo di approfondimento, con l’intervista ad Anna di Cosmo, su quanto sappiamo della senzienza dei cefalopodi