Banaanikärpäsillä on kehittyneemmät kognitiiviset kyvyt kuin aikaisemmin on luultu

Virtuaalitodellisuus ja aivotoimintojen kuvaus paljastaa banaanikärpästen (Drosophila melanogaster) huomiokyvyn, työmuistin ja tietoisuuden laajuuden. Tutkimus julkaistiin Nature-lehdessä. 

Keittiössä pörräävillä minikärpäsillä ei ensisilmäksellä vaikuta olevan mitään yhteistä nisäkkäiden kanssa. Kuitenkin tutkijat löytävät kokoajan lisää samankaltaisuuksia niiden ja meidän välillä. 

Kalifornian yliopiston tutkijat havaitsivat uudessa tutkimuksessaan, että banaanikärpäsillä on kehittyneemmät kognitiiviset taidot, kuin aikaisemmin on uskottu. Tutkijat esittävät 16. helmikuuta Nature-lehdessä uusia todisteita kärpästen ja nisäkkäiden kognitiivisten kykyjen välisistä huomattavista yhteyksistä. 

He käyttivät räätälöityä virtuaalitodellisuusympäristöä, neurogeneettisiä manipulaatioita ja reaaliaikaista aivotoiminnan kuvantamista. Tutkimuksissa havaittiin banaanikärpäsillä olevan tarkkaavaisuutta, työmuistia ja tietoisen tietoisuuden kaltaisia kykyjä. Nämä ovat kognitiivisia kykyjä, joita yleensä testataan vain nisäkkäillä. Tutkijat pystyivät seuraamaan muistijäljen muodostumista, hajamielisyyttä ja unohtamista niiden pikkuruisissa aivoissa.

Tutkijat loivat immersiivisen virtuaalitodellisuusympäristön testatakseen kärpäsen käyttäytymistä visuaalisen ärsykkeen avulla. He yhdistivät kärpäsille vastenmielisen lämpöärsykkeen näytettyyn kuvaan. Kärpäset saivat lähes 360 asteen panoraama-areenan, jossa ne saivat räpytellä siipiään vapaasti, pysyen kuitenkin paikoillaan. Siipien liikkeitä analysoitiin reaaliaikaisesti nopeiden tekoälykameroiden avulla ja virtuaalitodellisuutta päivitettiin niiden mukaan. Tällä saatiin luotua kärpäselle illuusio siitä, että ne lentävät vapaasti. Tutkijat pystyivät kouluttamaan kärpäsiä suuntaamaan pois kuvasta, johon liittyi lämpöärsyke, ja kohti toista kuvaa, johon ei liity lämpöä. 

Tutkijat myös kuvasivat aivoja seuratakseen kalsiumaktiivisuutta reaaliajassa. He käyttivät fluoresoivaa molekyyliä, jonka he olivat geenitekniikalla muokanneet kärpästen aivosoluihin. Tutkijat pystyivät tallentamaan kärpäsen muistin muodostumisen ja keston, sillä he näkivät jäljen vilkkuvan ja sammuvan, kun se oli kärpäsen lyhytkestoisessa työmuistissa. He havaitsivat myös, että harjoittelun aikana käyttöön otettu häiriötekijä – kevyt ilmavirtaus – sai visuaalisen muistin häipymään nopeammin. Tämä on ensimmäinen kerta, kun tutkijat ovat pystyneet osoittamaan häiriötekijän vaikutuksen ja ja tarkkaavaisuusvaatimuksen muistinmuodostuksessa kärpäsillä. 

Tutkijat tunnistivat myös kärpäsen aivojen alueen, jossa muisti muodostui ja hiipui – alueen, jota kutsutaan kärpäsen keskuskompleksin ellipsoidirungoksi, joka vastaa ihmisen aivokuorta. Lisäksi tutkimusryhmä havaitsi, että neurokemiallinen dopamiini on välttämätön tällaiselle oppimiselle ja korkeammille kognitiivisille toiminnoille. 

Seuraavaksi tutkitaan yksityiskohtaisesti, miten tarkkaavaisuus fysiologisesti koodataan aivoissa. Tutkijat uskovat, että tästä tutkimuksesta saadut tulokset auttavat todennäköisesti myös ymmärtämään ihmisen kognitiostrategioita, sekä niiden hermostollisia häiriöitä. Lisäksi tuloksia voidaan hyödyntää uusien teknisten lähestymistapojen kehittämisessä ja tekoälyn suorituskyvyn kehittämisessä. 

Kirjoittanut Mario Aguilera

Suomentanut ja muokannut Anna Antinoja

Lähde:

University of California – San Diego. ”Flies possess more sophisticated cognitive abilities than previously known: Immersive virtual reality and real-time brain activity imaging showcase Drosophila’s capabilities of attention, working memory and awareness.” ScienceDaily. ScienceDaily, 17 February 2022. <www.sciencedaily.com/releases/2022/02/220217141245.htm>.

alkuperäinen artikkeli

1. Dhruv Grover, Jen-Yung Chen, Jiayun Xie, Jinfang Li, Jean-Pierre Changeux, Ralph J. Greenspan. Differential mechanisms underlie trace and delay conditioning in Drosophila. Nature, 2022; DOI: 10.1038/s41586-022-04433-6