Come l'olfatto influenza il movimento degli occhi e del corpo nei pesci zebra

La coordinazione occhio-corpo è super importante per tanti comportamenti negli animali, tipo come volano gli uccelli, come mangiano i polpi, come cacciano i pesci e come scrivono gli esseri umani. Diverse specie hanno sviluppato modi unici per migliorare questi comportamenti in base ai loro ambienti. Per le persone e molti animali, movimenti rapidi e sincronizzati degli occhi, chiamati Saccadi, aiutano a mantenere il focus e guidare i nostri corpi mentre ci muoviamo. Questa capacità di coordinare movimento degli occhi e del corpo ci aiuta a seguire oggetti in movimento e mantenere una visione chiara di ciò che ci circonda. Nelle persone con il morbo di Parkinson, problemi con i saccadi possono rendere difficile girarsi e muoversi.

#Il Ruolo dei Segnali Sensoriali

La vista e il tatto giocano ruoli chiave nel controllare questi movimenti fornendo feedback che aiuta a regolare le azioni in tempo reale. Tuttavia, quando gli animali si muovono nel loro ambiente, spesso hanno bisogno di unire informazioni da diversi sensi per prendere le migliori decisioni. Ad esempio, quando cercano o evitano cose, il senso dell’olfatto gioca un ruolo importante influenzando in che direzione vanno e come si muovono in base a se percepiscono qualcosa come buono o cattivo.

Le sostanze chimiche nell'ambiente possono indicare la presenza di cibo, pericoli o partner. Per esempio, un odore improvviso di qualcosa di nocivo può far scappare un animale. Molti movimenti oculari avvengono insieme ai movimenti del corpo e influenzano continuamente come vediamo e come ci muoviamo. L'olfatto può anche cambiare l'allerta di un animale, portando a movimenti oculari più frequenti e a una scansione degli intorni. Capire come l'olfatto interagisce con i movimenti oculari e del corpo può aiutarci a capire meglio come gli animali controllano i loro comportamenti.

#Focalizzazione dello Studio

In questo studio, abbiamo visto come l'olfatto influenza la coordinazione dei movimenti oculari e del corpo nei pesci zebra larvali. Questi giovani pesci sono trasparenti e hanno una struttura corporea semplice, rendendoli ideali per studiare il movimento e l'Attività Cerebrale. Pensavamo che annusare certe sostanze chimiche avrebbe causato un cambiamento nel modo in cui i pesci zebra muovono insieme occhi e code.

#Metodi Utilizzati

Per testare questa idea, abbiamo migliorato il nostro sistema Fish-on-Chips per analizzare gli effetti chimici in modo più efficiente e osservare meglio come si comportano i pesci. Questo nuovo setup ci ha permesso di catturare sia il comportamento dei pesci sia la loro attività cerebrale mentre rispondevano a diversi odori.

#Risultati: Coordinazione Occhio e Corpo

Abbiamo scoperto che quando i movimenti oculari (saccadi) erano abbinati a flip della coda, i pesci tendevano a mostrare una maggiore inclinazione direzionale e un migliore timing. Tuttavia, questi schemi non si vedevano quando i pesci nuotavano in avanti senza abbinare i movimenti oculari ai flip della coda. Quando erano esposti a odori cattivi, il legame tra saccadi e flip della coda aumentava, portando a movimenti oculari più frequenti e girate più forti. Al contrario, odori buoni portavano a periodi di nuoto più lunghi senza influenzare come erano coordinati i movimenti degli occhi e della coda.

#Segnali Chimici e Comportamento

Abbiamo identificato come i pesci zebra rispondono a diversi odori osservando quanto tempo passavano in diverse aree quando introducevamo varie sostanze chimiche. Abbiamo testato sostanze chimiche note per essere attraenti o repellenti e abbiamo osservato come influenzavano i pesci. Ad esempio, alcuni amminoacidi erano attraenti a concentrazioni elevate, mentre altre sostanze chimiche legate alla decomposizione risultavano repellenti.

#Setup per Testare il Comportamento

Per studiare come i pesci zebra reagivano a diversi segnali chimici, abbiamo creato un ambiente controllato dove poter somministrare sostanze chimiche in modo preciso e misurare i loro movimenti e l'attività cerebrale simultaneamente. I miglioramenti includevano la possibilità di somministrare più stimoli chimici mentre osservavamo le risposte dei pesci senza interferenze da altri movimenti.

#Modelli di Movimento nei Pesci Zebra

Abbiamo analizzato con attenzione quanto spesso i pesci zebra facevano movimenti oculari e flip della coda e abbiamo trovato che il timing e la natura di questi movimenti erano molto organizzati. I movimenti oculari si verificavano tipicamente poco prima dei flip della coda, e entrambi i movimenti spesso mostrano un allineamento direzionale, il che significa che tendevano a succedere nella stessa direzione.

#Cambiamenti Cinematici

Il modo in cui si muoveva la coda variava a seconda se i movimenti erano abbinati a movimenti oculari o meno. Il timing di questi movimenti era anche legato a come i pesci giravano. Ad esempio, se i pesci facevano un saccade, il timing dei successivi flip della coda cambiava, suggerendo che i movimenti erano interconnessi.

#Effetti delle Sostanze Chimiche sul Movimento

Quando introducevamo sostanze chimiche, i pesci zebra mostravano risposte diverse a seconda che le sostanze fossero attraenti o repellenti. Le sostanze aversive causavano un aumento dei movimenti oculari e un legame più forte con i flip della coda. Al contrario, le sostanze attraenti non cambiavano come i movimenti erano abbinati, ma portavano a nuotate più lunghe e sostenute.

#Coordinazione dei Movimenti di Occhi e Coda

In generale, abbiamo trovato che la coordinazione dei movimenti oculari e della coda è altamente organizzata nei pesci zebra larvali. Questa coordinazione è caratterizzata da tre fattori: timing, direzione e modo in cui vengono eseguiti i movimenti. In particolare, quando i pesci reagiscono a diversi odori, adattano i loro movimenti per inseguire il cibo o scappare dal pericolo.

#Attività Cerebrale Relativa al Movimento

Nel nostro studio, abbiamo anche esaminato l'attività cerebrale dei pesci zebra per vedere come il loro cervello interagiva con i loro movimenti. Abbiamo scoperto che alcune aree del cervello, in particolare il pallio telencefalico, erano significative nel coordinare il legame tra movimenti oculari e flip della coda.

#Attività Neurale e Controllo Motorio

I neuroni nel pallio si sono rivelati particolarmente attivi quando i pesci zebra rispondevano a odori cattivi. Questo suggerisce che il pallio gioca un ruolo nel controllare i movimenti associati a esperienze negative, integrando anche diversi tipi di informazioni sensoriali.

#Conclusione

La ricerca mostra come i pesci zebra siano influenzati dal loro ambiente in termini di come utilizzano i loro occhi e corpi. Esaminando da vicino le loro risposte a diversi segnali chimici, possiamo vedere come adattino i loro movimenti per la sopravvivenza. Questo evidenzia l'importanza delle informazioni chimiche e visive nel coordinare i loro movimenti.

#Direzioni per Future Ricerche

Questo lavoro apre nuove possibilità per studiare come diversi animali controllano le loro funzioni motorie in base all'input sensoriale. Anche se i pesci zebra sono un ottimo organismo modello, sarebbe interessante estendere tali studi ad altre specie per comprendere le implicazioni più ampie della coordinazione del movimento indotta dai sensi. Questo potrebbe aiutarci a capire meglio come vari animali, inclusi gli esseri umani, controllano il movimento e rispondono ai segnali ambientali.