Scoperta una nuova struttura neurale nel cervello degli uccelli

Una recente ricerca ha scoperto una disposizione di circuiti cerebrali, precedentemente sconosciuta, nel cervello aviario che può essere considerata analoga alla neocorteccia dei mammiferi. In uno studio separato, altri ricercatori hanno collegato questa stessa regione al ‘pensiero cosciente’


Numerosi studi sul comportamento degli uccelli hanno rivelato come varie specie siano in grado di utilizzare e costruire strumenti, capire concetti astratti e persino a riconoscere i dipinti di diversi artisti. Ma la loro mancanza di una neocorteccia, l’area del cervello dei mammiferi adibita ai processi cognitivi associati alla memoria di lavoro, alla pianificazione e alla soluzione dei problemi, ha suscitato molte perplessità tra gli scienziati (Pikaia ne ha parlato qui).

Una recente ricerca, pubblicata sulla rivista Science, riporta la descrizione di una struttura, finora sconosciuta, presente nella parte anteriore del cervello degli uccelli, che potrebbe essere l’analogo strutturale della neocorteccia dei mammiferi. Questa struttura infatti potrebbe essere alla base dei comportamenti degli uccelli simili a quelli dei mammiferi (Pikaia ne ha parlato qui).

Per scoprire come i cervelli degli uccelli siano in grado di eseguire certi comportamenti, i ricercatori hanno esaminato fette microscopiche di tre cervelli di piccione viaggiatore (Columba livia) usando la luce polarizzata 3D. Questa tecnica ad alta risoluzione ha permesso di osservare il circuito di una regione del proencefalo chiamata pallio, considerata più simile alla neocorteccia dei mammiferi. Anche se il pallio manca dei sei strati della corteccia, ha strutture collegate da lunghe fibre.

Gli scienziati hanno confrontato le immagini del pallio degli uccelli con quelle delle cortecce di ratto, di scimmia e umane. La loro analisi ha rivelato che le fibre di questa struttura degli uccelli sono organizzate in modo sorprendentemente simile a quelle delle fibre della corteccia dei mammiferi (Pikaia ne ha parlato qui).

I ricercatori hanno anche visualizzato le connessioni tra i neuroni nel cervello di due specie aviarie filogeneticamente lontane: piccioni (Columba livia) e strigiformi come il barbagianni (Tyto alba). In successivi esperimenti su sezioni di cervello, i ricercatori hanno utilizzato minuscoli cristalli, che vengono assorbiti dalle cellule nervose e trasportati nei loro più piccoli dendriti, per esaminare in dettaglio l’interconnessione delle cellule nel cervello degli uccelli. Hanno così scoperto circuiti nelle regioni sensoriali molto simili a quelli trovati nella neocorteccia dei mammiferi. Secondo i ricercatori, questa struttura neurale può spiegare perché alcune specie di uccelli hanno capacità cognitive pari ai mammiferi.

Ma questa struttura permette agli uccelli di avere ‘consapevolezza’ delle proprie azioni? Un secondo gruppo di ricerca ha provato a rispondere a questa domanda mediante l’osservazione dei cervelli di cornacchie (Corvus corone) mentre rispondevano a determinati stimoli. I ricercatori hanno addestrato, con rinforzo positivo, due cornacchie di un anno, cresciute in laboratorio, a muoversi o a rimanere immobili in risposta a un debole segnale visualizzato su un monitor. Gli scienziati hanno successivamente impiantato degli elettrodi nel loro cervello per registrare i segnali neuronali durante le risposte. Durante la risposta, in caso di movimento, i ricercatori hanno osservato attività neuronale provenire proprio dal pallio. Quando invece gli uccelli dovevano rimanere fermi, quei neuroni rimanevano silenti: una reazione molto simile a quanto avviene nei primati.

Le cornacchie mostrano quindi una risposta neuronale del pallio durante l’esecuzione di un compito che è associato alla loro percezione di uno stimolo. Secondo il team di ricerca, tale attività potrebbe essere proprio un indicatore per la coscienza. I ricercatori spiegano infatti che le risposte dei singoli neuroni in questa zona del cervello dei corvi, mentre eseguono un compito di rilevamento visivo, sono correlate con la percezione che essi hanno sulla presenza o assenza di stimoli. Da quanto emerge, l’attività neuronale segue un processo temporale in due fasi: la prima attività dipende dall’intensità dello stimolo, mentre la componente successiva determina il comportamento dei i corvi associato a ciò che è stato percepito. Per i ricercatori, le basi della conoscenza dei mammiferi e degli uccelli possono essere state presenti nel loro ultimo antenato comune, circa 320 milioni di anni fa. Tuttavia, con le conoscenze attuali, non è da escludere che si possa trattare di un fenomeno di convergenza evolutiva.


Fonti
Martin Stacho, Christina Herold, Noemi Rook, Hermann Wagner, Markus Axer, Katrin Amunts, Onur Güntürkün, Science  25 Sep 2020: Vol. 369, Issue 6511, A cortex-like canonical circuit in the avian forebrain, DOI: 10.1126/science.abc5534

Nieder A, Wagener L, Rinnert P. A neural correlate of sensory consciousness in a corvid bird. Science (New York, N.Y.). 369: 1626-1629. PMID 32973028 DOI: 10.1126/science.abb1447


Immagine: I, Luc Viatour, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons