Il pesce zebra, computista dell’ambiente marino, ci mostra come tornano i conti
Per oltre un secolo a partire dalla sua scoperta, la lateralizzazione cerebrale è stata considerata una caratteristica unicamente umana, legata alla superiorità cognitiva della nostra specie. Ora sappiamo che essa è diffusa anche nel regno animale, tanto che persino il piccolo pesce zebra manifesta comportamenti lateralizzati e pronunciate asimmetrie neuroanatomiche. Il pesce zebra è anche la superstar degli studi di manipolazione genetica grazie alla semplicità del suo genoma e alla trasparenza degli embrioni in via di sviluppo; inoltre, sembra avere ottime capacità di calcolo. Maria Elena Miletto Petrazzini ha sfruttato questi punti forti al fine di approfondire la lateralizzazione delle capacità numeriche nel pesce zebra, con potenziali implicazioni per altri vertebrati tra i quali vi sono gli esseri umani. Una borsa di studio individuale Marie Skłodowska-Curie ha sostenuto il suo lavoro nell’ambito del progetto NUMELAT.
Lo scopo dell’asimmetria
I pesci zebra sono dotati di sofisticate capacità matematiche, tra cui la percezione dei numeri cardinali (ad esempio, la comprensione del gruppo con più componenti nel caso di maschi adulti che selezionano gruppi di femmine) e di quelli ordinali (ad esempio, la seconda uscita in un corridoio in cui ne sono presenti molte altre, quando quest’ultima porta a compagni della stessa specie). Il ruolo svolto dalla lateralizzazione in questi processi numerici non è chiaro, come non lo è il momento in cui tale processo emerge nel corso dello sviluppo. Miletto Petrazzini ha sfruttato l’osservazione secondo cui quando un singolo pesce appartenente a una specie sociale si ritrova in un ambiente nuovo in cui vi sono due banchi di pesci, esso si unisce spontaneamente a quello con un maggior numero di unità per evitare una possibile predazione. La ricercatrice ha messo a confronto il comportamento assunto in questa situazione da pesci zebra a cui ha soppresso l’asimmetria mediante modifiche genetiche e pesci della stessa specie allo stato selvatico, scoprendo che questi ultimi erano in grado di selezionare il gruppo con più componenti già a 4 settimane di età e che la perdita di asimmetria ne pregiudicava le prestazioni in tal senso. «La lateralizzazione funzionale compromessa è stata associata a disturbi neuropsichiatrici e disfunzioni cognitive tra cui la discalculia negli esseri umani, ma non si sa quale sia la causa e quale l’effetto. Le nostre scoperte sostengono l’ipotesi secondo cui la soppressione della lateralizzazione cerebrale potrebbe provocare disfunzioni a livello cognitivo o comportamentale», spiega Miletto Petrazzini.
I pesci si uniscono al club
I cosiddetti neuroni dei numeri si trovano nella neocorteccia degli esseri umani e dei primati non umani, oltre che nei corvi, che non possiedono tale parte di cervello. Ciò suggerisce che i circuiti neurali per l’elaborazione della numerosità potrebbero essere conservati a livello evolutivo ed essere collocati in aree del cervello funzionalmente omologhe alla neocorteccia dei mammiferi in altri vertebrati. Miletto Petrazzini chiarisce: «In collaborazione con l’University of Southern California, abbiamo adottato un protocollo di immaginografia in vivo chiamato microscopia a foglio di luce a due fotoni (2P-SPIM, two-photon light-sheet microscopy) allo scopo di monitorare l’attivazione neurale nelle larve di pesce zebra. Dopo aver presentato uno stimolo numerico, abbiamo ottenuto i primi indizi dell’esistenza di cellule che vengono attivate in modo differente dalla presentazione di un diverso numero di oggetti, il che potrebbe assomigliare ai neuroni dei numeri che sono stati individuati negli esseri umani, nei primati e negli uccelli». Questa scoperta potrebbe ampliare l’elenco emergente di vertebrati dotati di neuroni dei numeri, facendo supporre un processo conservato a livello evolutivo.
Gli impatti della lateralizzazione oltre all’elaborazione numerica
Come se la conferma della sua ipotesi non fosse abbastanza, Miletto Petrazzini ha fatto inoltre una scoperta fortuita. «Durante lo svolgimento di un esame automatizzato volto a valutare le capacità di discriminazione numerica degli adulti che ha previsto la presentazione di alcuni stimoli sullo schermo di un computer, abbiamo scoperto che alcuni modelli di asimmetrie cerebrali alterate influenzavano capacità di apprendimento più generali e comportamenti impulsivi». La borsa di ricerca di cui Miletto Petrazzini ha usufruito l’ha aiutata a rispondere ad alcune questioni e a porne di nuove, facendo inoltre progredire la sua carriera. Nel futuro ci possiamo aspettare uno sviluppo degli indizi sulle origini evolutive della competenza numerica, sulle sue basi neuroanatomiche e sull’intrigante ruolo svolto dalla lateralizzazione cerebrale nell’elaborazione.
Parole chiave
NUMELAT, lateralizzazione, pesce zebra, neuroni dei numeri, asimmetria cerebrale, discalculia, numerosità, microscopia a foglio di luce a due fotoni, 2P-SPIM, immaginografia in vivo
