To stworzenie nie ma mózgu, a potrafi się uczyć

Eksperci z międzynarodowego zespołu naukowego przeprowadzili badanie, które dowiodło, że organizmy z gatunku Nematostella vectensis są zdolne do uczenia się mimo braku mózgu. Naukowcy eksperymentowali z reakcjami tych stworzeń na bodźce świetlne i elektryczne. Odkryto, że z biegiem czasu znaczna liczba tych istot odpowiadała na światło, cofając swoje macki.

W wodach otaczających wschodnią i zachodnią Amerykę oraz południowo-wschodnią Anglię występuje niezwykłe stworzenie. Badania wykazały, że ukwiał z gatunku Nematostella vectensis posiada zdolność do uczenia się. Jako dowód naukowcy przedstawiają umiejętność zapamiętania relacji pomiędzy bodźcami świetlnymi a elektrycznymi przez te organizmy.

• Dokładnie nazywa się to uczeniem asocjacyjnym – powiedział Simon Sprecher, neurobiolog z Uniwersytetu we Fryburgu Szwajcarskim i jeden z autorów badania. Metoda ta polega na uczeniu się ze skojarzeń i łączeniu poszczególnych elementów w jedno łączące je skojarzenie. – To dowód na to, że nawet zwierzęta bez mózgu potrafią wykazywać złożone zachowania za sprawą swojego układu nerwowego.

Zwierzęta o dobrze rozwiniętych mózgach mają zdolność do łatwego łączenia bodźca z reakcją i dostosowywania swojego zachowania na podstawie tego, czego się nauczyły i zapamiętały. Przykładem może być gorąca kuchenka; jeśli dotknąłeś jej i poczułeś ból, następnym razem będziesz ostrożniejszy, modyfikując swoje zachowanie, aby uniknąć powtórzenia tego zdarzenia. Naukowcy sądzą, że umiejętność zapamiętywania takich sytuacji pojawiła się wraz z ewolucją układów nerwowych, które kontrolują neuroplastyczność w mózgu.

Nie wszystkie zwierzęta posiadają mózg, tak jak meduzy czy ukwiały. Zamiast tego, mają rozproszony układ nerwowy, co sugeruje, że jeśli wykazują zdolności do uczenia się, to nie przez metody asocjacyjne.

Akcja i reakcja

Aby zgłębić zdolności uczenia się, Sprecher wraz z kolegami z Uniwersytetu we Fryburgu oraz Uniwersytetu w Barcelonie w Hiszpanii przeprowadzili eksperymenty oparte na warunkowaniu klasycznym, wykorzystując światło i impuls elektryczny. W takich badaniach początkowo neutralne zdarzenie łączone jest z biologicznie istotnym rezultatem w formie nagrody (wzmocnienie pozytywne) lub kary (wzmocnienie negatywne).

Twórcy badania zaznaczyli, że wcześniejsze badania, przeprowadzone 40 lat temu, nie dostarczyły jednoznacznych dowodów na obecność warunkowania klasycznego u ukwiałów. Od tego czasu analizy tego rodzaju nie były ponownie przeprowadzane.

Ekipa naukowa badała zachowanie ukwiałów, stosując dwa rodzaje testów. W pierwszym impulsy świetlne i elektryczne występowały jednocześnie, natomiast w drugim nie były zsynchronizowane. Aby sprowokować zwierzęta do cofnięcia macek, używali niewielkich impulsów elektrycznych, które pojawiały się równocześnie z światłem lub nie. Następnie sprawdzali reakcje ukwiałów na samodzielne bodźce świetlne.

W grupie zwierząt, które doświadczały jednocześnie wstrząsu elektrycznego i światła, aż 72% cofało swoje macki na samo światło. Natomiast w przypadku ukwiałów, które otrzymywały wstrząs i światło w różnych momentach, podobne zachowanie zaobserwowano u 30% z nich.

Dzięki oprogramowaniu do monitorowania długości ciała zwierząt na każdym etapie eksperymentu, zespół badań zmierzył również zakres retrakcji, czyli obkurczania. Stwierdzili, że największa długość retrakcji występowała u zwierząt, które doświadczyły jednoczesnego impulsu elektrycznego i światła.

• Ogólnie rzecz biorąc, zwierzęta te wykazywały ilościowo i jakościowo inną odpowiedź behawioralną w porównaniu ze zwierzętami kontrolnymi, które otrzymywały niesparowane bodźce – przekazali naukowcy.

Nie jest jednak pewne, czy te ukwiały posiadają te same rodzaje neuroprzekaźników lub neuromodulatorów, takich jak serotonina i dopamina, tak jak ma to miejsce u ludziach. Istnieje więc możliwość, że uczenie się metodą asocjacyjną wyewoluowało u nich niezależnie.

Dalsze badania

Jak podkreślają naukowcy, u większości tzw. organizmów modelowych zidentyfikowano określone obwody neuronowe oraz mechanizmy molekularne odpowiedzialne za konkretne formy pamięci. W przypadku tych ukwiałów, zdolność do uczenia się stanowi przykład „uwarunkowanej percepcji”. To motywuje do przeprowadzenia dalszych badań, tym razem skupiających się na strukturze pamięci u organizmów pozbawionych mózgu.

• Wiemy bardzo niewiele o działaniu procesu uczenia się u zwierząt, które mają pozornie prosty układ nerwowy. Mamy już niezbędne ramy, aby pchnąć nasze badania dalej – podsumował Sprecher.

Szczegółowe badania na ten temat zostały opublikowane w najnowszym wydaniu czasopisma naukowego „Proceedings of the National Academy of Sciences”. Fotografia przedstawiająca głowę Nematostella vectensis autorstwa Gaelle Botton-Amiot została nawet wykorzystana na okładce tego wydania.