Paired exposure to blue light and nutrient alters subsequent photo-avoidance in Physarum polycephalum
Questo studio dimostra che, sebbene *Physarum polycephalum* possa attenuare la propria avversione alla luce blu dopo ripetuti accoppiamenti con nutrienti, i cambiamenti comportamentali osservati non confermano definitivamente l'apprendimento associativo a causa della mancanza di un rafforzamento con l'addestramento aggiuntivo e del potenziale contributo di processi non associativi.
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Per oltre un secolo, gli scienziati hanno dibattuto se l'apprendimento sia un privilegio riservato agli animali dotati di sistema nervoso. La visione standard sostiene che l'apprendimento, specificamente la capacità di collegare due eventi separati, richieda un cervello. Quando un cane impara che un campanello predice il cibo, o un topo impara che un tono predice una scossa, si pensa generalmente che i neuroni stiano fisicamente ricreando le proprie connessioni per formare quel legame. Questo processo, noto come apprendimento associativo, è considerato un tratto distintivo della cognizione complessa. Eppure, la natura è piena di organismi che sono del tutto privi di cervello. Creature unicellulari e semplici reti di cellule navigano nei loro mondi, trovano cibo ed evitano il pericolo senza un singolo neurone. La domanda che aleggia da decenni è se queste forme di vita semplici possano fare qualcosa di più che limitarsi a reagire istintivamente. Possono imparare a collegare un segnale neutro con una ricompensa, cambiando il proprio comportamento in base all'esperienza passata? Se ci riuscissero, ciò suggerirebbe che le radici dell'apprendimento siano molto più profonde nell'albero della vita di quanto precedentemente immaginato, emergendo forse da meccanismi cellulari di base piuttosto che da cervelli complessi.
In uno studio recente, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di testare questa idea utilizzando un organismo straordinario chiamato Physarum polycephalum. Questo è un mix di muffa di fango, una creatura unicellulare che, durante la sua fase attiva, si diffonde come una vasta rete gialla multinucleata. Non ha un cervello, non ha nervi e non ha un centro di comando, eppure è noto per risolvere labirinti e ricordare la posizione del cibo. Per indagare la sua capacità di apprendimento, gli scienziati hanno progettato un esperimento che imita un classico test di memoria: l'associazione di un segnale neutro con una ricompensa. In questo caso, il segnale era la luce blu, che la muffa di fango evita naturalmente e che tende a evitare. La ricompensa erano i fiocchi d'avena, un suo cibo preferito. I ricercatori volevano vedere se, dopo essere stata esposta ripetutamente alla luce blu mentre mangiava l'avena, la muffa di fango avrebbe smesso di evitare la luce, trattandola come un segnale della vicinanza del cibo.
L'esperimento è iniziato confermando che la luce blu è effettivamente uno stimolo sgradevole per la muffa di fango. Quando posizionata in un piatto con una zona di luce blu, l'organismo si muoveva lentamente e si diffondeva ampiamente, evitando l'area illuminata. Preferiva restare al buio, crescendo in forme larghe e a ventaglio che la tenevano lontana dalla fonte luminosa. Questo ha stabilito la linea di base: la luce era avversiva. I ricercatori hanno poi introdotto la fase di addestramento. Hanno inserito un pezzo di avena all'interno della zona di luce blu. La muffa di fango era costretta ad attraversare la scomoda luce blu per raggiungere il cibo. Hanno ripetuto questa associazione per diverse sessioni, permettendo all'organismo di recuperare al buio tra un round e l'altro. Infine, hanno testato le muffe di fango addestrate posizionandole in un piatto nuovo con solo la luce blu, senza cibo.
I risultati hanno mostrato un chiaro cambiamento di comportamento. Le muffe di fango addestrate erano molto più propense a entrare nella zona di luce blu rispetto a quelle che non avevano mai visto cibo lì. Mentre solo la metà del gruppo di controllo non addestrato entrava nell'area di luce blu entro un giorno, quasi tutti i soggetti addestrati lo facevano. Inoltre, i soggetti addestrati raggiungevano la luce più velocemente. Anche i loro modelli di movimento cambiavano; invece di diffondersi ampiamente e con esitazione, si muovevano con più scopo, seguendo percorsi più diretti verso la luce. Ciò suggerisce che l'esperienza ripetuta di trovare cibo nella luce aveva alterato la loro risposta alla luce stessa. Avevano effettivamente imparato a tollerare lo stimolo avversivo perché era diventato un segnale affidabile di una ricompensa.
Tuttavia, i ricercatori sono stati cauti nel non affermare che la muffa di fango avesse imparato nello stesso modo in cui farebbe un cane o un essere umano. Lo studio non ha dimostrato che l'organismo avesse formato una connessione mentale tra la luce e il cibo nel senso stretto dell'apprendimento associativo. Il disegno sperimentale mancava di un gruppo di controllo specifico che avrebbe potuto escludere altre spiegazioni più semplici. Nello specifico, i ricercatori hanno notato l'assenza di una condizione di controllo non accoppiata, casuale o "yoked", in cui la luce e il cibo vengono presentati con la stessa frequenza ma senza un legame prevedibile. Senza questo cruciale confronto, rimane possibile che il cambiamento comportamentale sia stato causato dal semplice fatto che l'organismo si fosse abituato alla luce nel tempo (abituazione), o da un aumento generale dell'attività dovuto allo stress della manipolazione ripetuta, piuttosto che da una vera connessione tra i due eventi. Di conseguenza, lo studio conclude che, sebbene il comportamento della muffa di fango sia cambiato in un modo che somiglia all'apprendimento, le prove non sono ancora abbastanza forti da attribuire tale cambiamento alla contingenza associativa. I dati hanno mostrato che il cambiamento è avvenuto rapidamente, spesso dopo solo due sessioni di addestramento, e non è diventato più forte con ulteriori ripetizioni. Questo schema suggerisce che l'effetto potrebbe essere un adattamento temporaneo all'ambiente piuttosto che una memoria profonda e duratura.
Lo studio conclude che, sebbene il comportamento della muffa di fango sia cambiato in un modo che somiglia all'apprendimento, le prove non sono ancora sufficienti per affermare che si tratti di vero apprendimento associativo. L'organismo ha chiaramente usato la sua esperienza passata per modificare le sue azioni future, allentando la sua naturale avversione per la luce blu dopo che questa era stata accoppiata al cibo. Ciò dimostra una forma sofisticata di flessibilità comportamentale in una creatura priva di cervello. Dimostra che la capacità di adattarsi in base all'esperienza non richiede necessariamente un sistema nervoso, ma emerge piuttosto dalla natura complessa e distribuita dell'organismo stesso. I risultati aggiungono un nuovo livello alla nostra comprensione di come la vita impari, suggerendo che le radici della memoria e dell'adattamento possano essere molto più antiche e diffuse di quanto l'evoluzione del cervello lasci intendere.
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