Come le mosche della frutta utilizzano rappresentazioni interne della direzione della testa per supportare la navigazione guidata dagli obiettivi

31 agosto 2024

questa funzionalità

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità del contenuto:

• verifica dei fatti
• pubblicazione sottoposta a revisione paritaria
• fonte affidabile
• corretto

di Ingrid Fadelli, Phys.org

Il comportamento degli animali si basa sulla trasformazione delle informazioni sensoriali in comandi motori, spesso influenzati dalle esigenze interne dell'animale. Mentre nei mammiferi e in altri animali di grandi dimensioni questo processo è supportato da complessi processi cerebrali, versioni più semplici potrebbero guidare anche il comportamento degli organismi viventi più piccoli, inclusi gli insetti.

Per pianificare le loro azioni quando i segnali sensoriali non sono disponibili, alcuni animali hanno sviluppato la capacità di affidarsi invece a rappresentazioni interne della loro relazione con l'ambiente circostante. Queste rappresentazioni potrebbero includere informazioni legate alla direzione della testa o raccolte dalle cellule di localizzazione, neuroniche nell'ippocampo che formano 'mappe' interne degli ambienti.

Ricercatori dell'Istituto Medico Howard Hughes hanno recentemente esplorato come le mosche della frutta mappino contemporaneamente nuovi ambienti e utilizzino queste rappresentazioni interne per imparare quali obiettivi perseguire. Il loro articolo, pubblicato su Neuron, offre nuove intuizioni su come le rappresentazioni interne possano guidare il comportamento finalizzato degli animali.

'Il fissaggio degli obiettivi a rappresentazioni spaziali consente un'orientamento flessibile ma è impegnativo in ambienti nuovi quando entrambe le rappresentazioni devono essere acquisite contemporaneamente,' hanno scritto Chuntao Dan, Brad K. Hulse e i loro colleghi nel loro articolo. 'Proponiamo un quadro di come la Drosophila usi le rappresentazioni interne della direzione della testa (HD) per costruire rappresentazioni degli obiettivi tramite rafforzamento termico selettivo.'

I ricercatori hanno condotto esperimenti su comuni mosche della frutta (Drosophila melanogaster). Il comportamento delle mosche è stato condizionato usando il calore, associato a differenti istanze di ripetizione di pattern visivi.

Questi pattern visivi hanno alterato le rappresentazioni interne HD delle mosche, permettendo ai ricercatori di osservare come l'evoluzione delle rappresentazioni HD interagisse con gli obiettivi delle mosche per plasmare infine il loro comportamento. Utilizzando algoritmi di apprendimento automatico e dati raccolti durante studi precedenti sulle mosche della frutta, i ricercatori hanno cercato di determinare come questi processi potrebbero essere eseguiti all'interno di una regione del cervello degli insetti nota come complesso centrale (CX).

'Mostreremo che le mosche usano fissazioni generate stocasticamente e saccadi diretti per esprimere preferenze di direzione in un paradigma di apprendimento visivo operante e che i neuroni HD sono necessari per modificare queste preferenze basandosi sul rinforzo,' hanno scritto Dan, Hulse e i loro colleghi. 'Abbiamo utilizzato un ambiente visivo simmetrico per mettere in evidenza come le rappresentazioni HD e degli obiettivi delle mosche coevolvano e come l'affidabilità di queste rappresentazioni interagenti influisca sul comportamento.'

I risultati di questo recente studio offrono nuove intuizioni su come le mosche mappino contemporaneamente i loro dintorni e collegano gli obiettivi interni alle mappe create mentre sperimentano inizialmente un nuovo ambiente. Analizzando i dati sperimentali e i risultati precedentemente raccolti utilizzando modelli computazionali, i ricercatori hanno quindi creato un quadro descrivente come il cervello delle mosche della frutta supporti il comportamento finalizzato degli insetti in nuove ambientazioni.

'Descriviamo come l'apprendimento rapido di nuove direzioni obiettivo possa basarsi su una strategia comportamentale i cui parametri sono flessibili ma la cui forma è geneticamente codificata nell'architettura circolare,' hanno scritto Dan, Hulse e i loro colleghi. 'Tali architetture strutturate evolutivamente, che consentono un comportamento rapidamente adattivo guidato da rappresentazioni interne, possono essere rilevanti tra le diverse specie.'

Sebbene il team abbia condotto i loro esperimenti sulle mosche della frutta, architetture e processi circolari simili a quelli scoperti potrebbero esistere anche in altre specie. Studi futuri che impiegano tecniche genetiche potrebbero gettare ulteriore luce sulle cellule che mediano il processo di apprendimento finalizzato identificato dai ricercatori o potrebbero aiutare ad identificare processi analoghi in altri animali.

Maggiori informazioni: Chuntao Dan et al, Un'architettura del circuito neurale per un rapido apprendimento nella navigazione finalizzata agli obiettivi, Neuron (2024). DOI: 10.1016/j.neuron.2024.04.036

Informazioni sulla rivista: Neuron

© 2024 Science X Network