Cum calculează creierul o evadare rapidă din fața pericolelor

Supraviețuirea celui mai adaptat înseamnă adesea supraviețuirea celui mai rapid. Dar cel mai rapid nu înseamnă neapărat cel care se mișcă cel mai repede. Poate însemna cel mai rapid în gândire. De exemplu, atunci când vă confruntați cu apropierea unui prădător puternic, gândirea rapidă poate fi la fel de importantă ca și picioarele rapide.

La urma urmei, spun specialiștii consultați de brainfacts.org, creierul este cel care spune picioarelor ce să facă – când să se miște, în ce direcție, cât de repede și pentru cât timp. Și sunt necesare diverse acrobații mentale suplimentare pentru a eluda un atacator și a evita să fie mâncat. Creierul unui potențial mâncător trebuie să decidă dacă să fugă sau să înghețe, să fugă sau să fie mai rapid decât el, dacă să continue să meargă sau să găsească un loc unde să se ascundă. De asemenea, ajută dacă creierul își amintește unde sunt cele mai bune ascunzători și își amintește întâlnirile anterioare cu prădători similari.

Per total, pentru a evita o amenințare de prădător, trebuie să fie angajată o rețea complexă de circuite cerebrale și comenzile neuronale trebuie executate eficient. Iar oamenii de știință au depus ei înșiși mult efort mental pentru a încerca să înțeleagă cum creierul prăzii pune în aplicare strategiile de evadare reușite. Studiile efectuate pe animale atât de diverse precum șoarecii și crabii, muștele de fructe și gândacii de bucătărie descoperă activitatea neuronală complexă – atât în părțile primitive ale creierului, cât și în regiunile mai avansate din punct de vedere cognitiv – care stă la baza comportamentului fizic care ghidează fuga de pericol și căutarea siguranței. Lecțiile învățate din astfel de studii ar putea nu numai să lumineze neurobiologia evadării, ci și să ofere informații despre modul în care evoluția a modelat alte comportamente controlate de creier.

”Această cercetare evidențiază un aspect al neuroștiinței care câștigă cu adevărat teren în zilele noastre”, a explicat Gina G. Turrigiano de la Universitatea Brandeis, fost președinte al Societății de Neuroștiințe: „Și aceasta este ideea de a folosi comportamente etologice – comportamente care contează cu adevărat pentru biologia animalului studiat – pentru a desluși funcția”.

Gândește repede

Comportamentul de evadare oferă o perspectivă utilă asupra funcționării interne a creierului, deoarece implică rețele ale sistemului nervos care au luat naștere în primele zile ale evoluției. „Din momentul în care a existat viață, au existat specii care se prădau unele pe altele și, prin urmare, o presiune evolutivă puternică pentru a evolua comportamente de evitare a prădătorilor. Nu toate aceste comportamente implică fuga, notează Branco. În loc să fugiți, puteți sări sau înota. Sau ai putea îngheța sau face pe mortul. „Din cauza marii diversități a speciilor, a habitatelor și a prădătorilor, există multe moduri diferite de a scăpa de ei.

Desigur, uneori, un animal poate alege lupta în locul zborului. Dar, dacă nu sunteți regele junglei (sau poate un roadrunner mult mai inteligent decât orice coiot prădător viclean), lupta ar putea fi o prostie. Atunci când un animal este prada, fuga este, de obicei, cea mai bună alegere. Și trebuie să aleagă repede. Dacă decide să scape, ar trebui să facă această evadare cât mai repede și mai precis posibil”, subliniază Branco. „Și apoi ar trebui, de asemenea, să o încheie cât mai repede posibil, deoarece evadarea este o afacere foarte costisitoare. Costă energie și, de asemenea, costă oportunități ratate”, a declarat neurologul Tiago Branco de la University College London.

Strategia de evadare începe cu detectarea posibilei prezențe a unui prădător. Detectarea ar trebui să fie rapidă și instinctivă – un răspuns instantaneu la o vedere, un sunet sau un miros. Apoi, după ce simte amenințarea, creierul unui animal trebuie să implementeze rapid algoritmi complecși care să dea mușchilor instrucțiuni despre cum să se miște și unde să se deplaseze. Este un proces complicat de luare a deciziilor, care implică mai multe considerente, inclusiv proximitatea amenințării, circumstanțele de mediu și starea proprie a prăzii.

Primul dintre lucrurile care trebuie luate în considerare este iminența amenințării. Uneori, există timp pentru a determina identitatea prădătorului înainte de a lua măsuri de evitare. Dar, de multe ori, răspunsul trebuie să fie mai rapid. O amenințare „iminentă” – în care o imagine pătată pe retină se mărește rapid – nu permite timp de pierdut. Evadarea trebuie inițiată înainte ca prada să știe cine este prădătorul.

„Nu contează dacă este o bufniță, o mașină sau un obiect. Dacă vine repede în direcția ta, chiar vrei să pleci de acolo și să te gândești la ce ar putea fi după aceea”, a precizat Dr.Branco.

Chiar și cele mai simple animale au evoluat acțiuni rapide de fugă atunci când detectează o amenințare imediată. Muștele de fructe, de exemplu, își ajustează poziția picioarelor pentru a sări departe de un stimul amenințător. Gândacii se îndepărtează rapid într-o direcție aproximativ opusă celei în care se apropie un prădător – dar nu întotdeauna exact în aceeași direcție, alegând din trei sau patru căi posibile. Dacă gândacii ar alege întotdeauna exact același unghi de fugă, prădătorii ar putea concepe o contrastrategie, subliniază Branco.

La animalele mai complexe, circuitele elaborate ale creierului au evoluat pentru a detecta amenințările și pentru a comunica prezența unei amenințări către sistemele motorii care dirijează mușchii pentru a se pune în mișcare. În cazul unui stimulent iminent, un nucleu de celule nervoase din mezencefal numit tectum optic a servit ca principal detector de amenințări încă din primele zile ale evoluției vertebratelor. (La mamifere, structura analogă a creierului este cunoscută sub numele de coliculul superior). Celulele din retină care detectează un obiect în expansiune rapidă trimit semnale către tectul optic sau coliculul superior, alertând creierul cu privire la o coliziune iminentă. La rândul său, tectul/coliculul trimite semnale celulelor nervoase pentru a activa mușchii. La mamifere, aceste celule nervoase se află în cenușiul periacueductal sau PAG, o structură din trunchiul cerebral.

La șoareci, conexiunile neuronale dintre coliculul superior și PAG sunt esențiale pentru a face legătura între detectarea amenințărilor și comportamentul de evadare, a arătat cercetarea. Prezentarea unei umbre mari, întunecate și circulare într-o arenă, altfel goală, induce un șoarece să fugă imediat spre refugiu într-un mic adăpost de la marginea arenei. Dar dacă sinapsele care leagă coliculul superior de PAG sunt tăiate, șoarecii îngheață în loc să fugă atunci când se confruntă cu o amenințare iminentă, a declarat Branco la reuniunea de neuroștiințe.

Amenințări mai subtile

Pentru amenințările care nu sunt atât de rapide sau evidente ca un prădător iminent, creierul trebuie să fie atent la cele mai mici semnale senzoriale ale unui posibil prădător din apropiere – de exemplu, mișcarea unui arbust sau pocnetul unei crengi. Un astfel de semnal trebuie apoi să fie amplificat pentru a deveni centrul atenției creierului. Și, spre deosebire de amenințările iminente, o evadare reușită ar putea necesita anumite informații despre atacator. În aceste cazuri, circuite și mai complicate trebuie să faciliteze reacția creierului. „Acțiunile de evadare imediată pot fi relativ simple, dar evadarea extinsă se bazează adesea pe procese precum prezicerea mișcării unui prădător sau efectuarea unei navigări bazate pe memorie”, a mai spus Dr. Branco și coautorul Peter Redgrave.

Șoarecii care își explorează arena experimentală se pare că se bazează pe memorie pentru a-și direcționa mișcarea înapoi spre adăpostul lor atunci când sunt amenințați. Atunci când un experimentator îndepărtează pe ascuns adăpostul în timp ce șoarecele nu se uită, o amenințare induce șoarecele să alerge rapid spre locul unde se afla adăpostul. Se pare că șoarecele nu găsește adăpostul căutându-l, ci amintindu-și unde ar trebui să fie. Așadar, o parte a creierului trebuie să stocheze aceste informații și apoi să comunice cu coliculul superior pentru a orchestra comenzile privind direcția în care trebuie să fugă.

Studii foarte recente sugerează că regiunea creierului care furnizează aceste informații coliculului superior este cortexul retrosplenial, sau RSP. Este o regiune situată în mijlocul creierului, cu conexiuni cu mai multe alte structuri cerebrale, inclusiv cu hipocampul (o structură importantă pentru memorie): ” Neuronii RSP codifică locații importante din punct de vedere comportamental, cum ar fi reperele, locațiile de recompensă și o varietate de caracteristici spațiale ale mediului. Atunci când sinapsele care conectează RSP la coliculul superior sunt blocate, au descoperit Campagner și colegii, șoarecele încearcă să scape de o amenințare în direcția greșită. În lumea reală”.

Desigur, multe alte părți ale creierului contribuie la răspunsul animalului la amenințări. Uneori, semnalele neuronale ar putea chiar inhiba comportamentul de evadare – un șoarece înfometat, de exemplu, ar putea primi un mesaj de la hipotalamus care să sugereze o amânare a reacției la o amenințare pentru a obține mai întâi mai multă hrană. Mai sunt multe de învățat despre alte aspecte ale circuitelor cerebrale care influențează comportamentul de evadare: „Avem o înțelegere decentă a neurobiologiei din spatele implementării unor … acțiuni de evadare. Dar există o mulțime de necunoscute”.

Printre necunoscute se numără unele nuanțe ale modului în care anumite specii de pradă au evoluat pentru a reacționa mai eficient la semnalele de amenințare. Cele mai multe artropode, de exemplu, răspund la o amenințare iminentă în funcție de cât de mare este pata din câmpul lor vizual. Cu toate acestea, crabii Fiddler răspund pe baza rapidității cu care se schimbă dimensiunea imaginii iminente, au raportat recent cercetătorii din Australia în Current Biology. Autorul studiului, Callum Donohue și colegii săi, au observat că, dacă țin cont mai degrabă de viteză decât de mărime, crabii pot reacționa atunci când imaginea prădătorului este încă foarte mică, ceea ce le permite să scape mai repede spre vizuină. Această constatare sugerează că stilul de viață și factorii de mediu pot influența modul în care diferite specii răspund la indicii de amenințare, scriu cercetătorii.

Dr. Branco a spus că, din moment ce controlul evadării este o funcție cerebrală atât de esențială, studierea acesteia la mai multe specii face din ea un model puternic pentru studiul neuroștiinței și al comportamentului: ”Cunoașterea mai profundă a neurobiologiei evadării ar putea dezvălui mecanisme mentale care sunt generalizabile în comportamente din multe specii”.

La urma urmei, a mai precizat Dr. Branco, evadarea este doar unul dintre multele comportamente orientate spre un scop pe care animalele trebuie să le stăpânească pentru a câștiga cursa pentru supraviețuirea celui mai adaptat. Descoperirea modului în care creierul controlează evadarea ar putea foarte bine să producă informații despre neurobiologia altor strategii de supraviețuire: ”Evadarea este un comportament bine definit, ceea ce face plauzibilă obținerea unei înțelegeri complete a algoritmilor biologici care îl controlează la o varietate de specii. O înțelegere detaliată a complexității sale ar oferi apoi un punct de intrare pentru înțelegerea mecanismelor generale ale modului în care creierele generează comportamente adaptative naturale”.