I colibrì sembrano una meraviglia della natura e dell'ingegneria:una creatura vivente che può librarsi vicino a un fiore con precisione chirurgica. Come fanno?
Sebbene la meccanica del volo dei colibrì sia stata ben studiata, si sa molto meno su come il loro senso del tatto aiuti questi piccoli ed energici uccelli a sorseggiare il nettare da un fiore senza urtarlo. La maggior parte di ciò che gli scienziati sanno su come viene elaborato il tatto nel cervello proviene da studi sui mammiferi, ma il cervello degli uccelli è molto diverso da quello dei mammiferi.
Ricerca condotta dall'UCLA pubblicata su Current Biology mostra che i colibrì creano una mappa 3D del loro corpo quando i neuroni in due punti specifici del prosencefalo si attivano, mentre raffiche d'aria toccano le piume sul bordo anteriore delle ali e la pelle delle gambe.
Anche i recettori sul becco, sul viso e sulla testa lavorano a questo scopo. L'intensità della pressione dell'aria, influenzata da fattori tra cui la vicinanza a un oggetto, viene rilevata dalle cellule nervose alla base delle piume e nella pelle delle zampe e trasmessa al cervello, che misura l'orientamento del corpo rispetto a un oggetto.
I fringuelli mandarini, anch'essi studiati dai ricercatori, hanno la stessa organizzazione generale con una sensibilità leggermente inferiore in alcune aree rispetto ai colibrì, suggerendo che queste aree aiutano nelle dinamiche di volo dei colibrì altamente specializzate. Il lavoro amplia la conoscenza del modo in cui gli animali percepiscono e si muovono nel loro mondo e può aiutare a identificare modi per trattarli in modo più umano.
Gli esseri umani producono una mappa tattile del corpo che progredisce dalle dita dei piedi al centro del cervello, fino alle gambe, alla schiena e ad un'area molto più ampia che rappresenta il tocco del viso e delle mani. Queste aree, utilizzate per il tocco e le attività tattili, sono ingrandite nel cervello umano.
"Nei mammiferi, sappiamo che il tatto viene elaborato attraverso la superficie esterna del proencefalo nella corteccia", ha affermato Duncan Leitch, autore corrispondente e professore di biologia integrativa presso l'UCLA.
"Ma gli uccelli hanno un cervello senza una struttura corticale a strati, quindi la questione su come viene rappresentato il tatto nel loro cervello era molto aperta. Abbiamo mostrato esattamente dove i diversi tipi di tocco attivano neuroni specifici in queste regioni e come è organizzato il tatto nel loro proencefalo". ."
Precedenti studi in cui agli uccelli veniva iniettata la tintura avevano mostrato che il loro cervello aveva una regione nel prosencefalo per elaborare il tocco sul viso e sulla testa, e una per il tatto in qualsiasi altra parte del corpo. Nei gufi, ad esempio, i centri tattili che tipicamente corrispondono al tocco del viso sono dedicati esclusivamente agli artigli. Ma poiché i colibrì vivono vite molto diverse da quelle dei gufi, non sembrava probabile che ciò potesse valere anche per loro.
Leitch e coautori del Royal Veterinary College e dell'Università della British Columbia sono stati in grado di osservare l'attivazione dei neuroni in tempo reale posizionando elettrodi su colibrì e fringuelli e toccandoli delicatamente con tamponi di cotone o sbuffi d'aria. Un computer amplificava i segnali provenienti dagli elettrodi e li convertiva in suono per un'analisi più semplice.
Gli esperimenti hanno confermato che il tocco della testa e del corpo è mappato in diverse regioni del prosencefalo e hanno dimostrato per la prima volta che la pressione dell’aria attiva specifici gruppi di neuroni in queste regioni. L'esame delle ali ha mostrato una rete di cellule nervose che probabilmente inviavano un segnale al cervello quando attivate da sbuffi d'aria sulle piume.
I ricercatori hanno trovato gruppi particolarmente grandi di cellule cerebrali che reagiscono alla stimolazione dei bordi delle ali, che secondo loro aiutano gli uccelli a regolare il volo in modo sfumato. Hanno anche scoperto che i piedi sono estremamente sensibili al tatto e questo tocco aveva un'ampia rappresentazione nel cervello, presumibilmente per aiutare ad appollaiarsi.
I ricercatori ipotizzano che queste aree potrebbero essere ancora più grandi nei pappagalli e in altri uccelli che usano i piedi per afferrare e spostare oggetti.
Nel loro studio, i ricercatori hanno identificato campi recettivi sugli uccelli, in cui un tocco farebbe scattare un neurone. Nei colibrì, alcuni di questi campi, soprattutto sul becco, sul viso e sulla testa, erano molto piccoli, il che significa che potevano percepire il tocco più leggero. I fringuelli mandarini avevano gli stessi campi recettivi, ma più ampi, suggerendo che queste regioni nei fringuelli non sono altrettanto sensibili e probabilmente di maggiore rilevanza per i colibrì che fanno affidamento su un volo di precisione costante e costante.
"I colibrì spesso reagivano alle minime soglie che potevamo imporre loro", ha detto Leitch.
Imparare di più su come i diversi animali mappano il tocco sul loro corpo potrebbe portare a progressi nelle tecnologie che utilizzano sensori per muoversi o eseguire un compito, come arti protesici o dispositivi autonomi. Ma i miglioramenti nel benessere degli animali sono forse un risultato più immediato della ricerca.
"Se riusciamo a capire come gli animali percepiscono il senso del tatto, possiamo sviluppare pratiche che siano meno disturbanti per loro", ha detto Leitch.
Ulteriori informazioni: Variazioni nella rappresentazione del tatto nel proencefalo del colibrì e del diamante mandarino, Biologia attuale (2024). DOI:10.1016/j.cub.2024.04.081. www.cell.com/current-biology/f…0960-9822(24)00595-5
Informazioni sul giornale: Biologia attuale
Fornito dall'Università della California, Los Angeles
