Jeżeli szkolisz się na odnoszącą sukcesy i wydajną pszczołę miodną, to musisz nauczyć się wywąchiwania obiecujących kwiatków na odległość. Rozwój kariery wymaga zbyt dużo pracy, by tracić cenny czas przelotu na niewypały. Czas to nektar - na szczęście jako pszczoła posiadasz umiejętność radzenia sobie z stromą krzywą uczenia się. Naukowcy z Niemiec przeanalizowali sposób, w jaki pszczoły doskonalą tę umiejętność i wyśledzili, w której części mózgu przechowują one pamięć zapachów.

W badaniach udział wzięli naukowcy z Freie Universität (FU) Berlin i Centrum Neurologii Komputerowej im. Bernsteina w Berlinie, pracujący pod kierunkiem profesora Randolfa Menzela z Wydziału Biologii, Chemii i Farmakologii FU Berlin. Zespół "badał to czy i jak pszczoły potrafią rozpoznać powiązanie między zapachem a nektarem [sic] konkretnych kwiatów oraz czy to skojarzenie jest umiejscowione w jakimś rejonie mózgu pszczoły" - podaje FU Berlin, prezentując odkrycia zespołu.

W tym celu naukowcy zorganizowali "szkołę dla pszczół" w swoim laboratorium. Pszczoły miodne zapoznawały się z pięcioma sztucznymi zapachami. Od tego momentu po prezentacji jednego z zapachów zawsze pojawiała się kropla roztworu cukru, podczas gdy innym zapachom nie towarzyszyła nagroda.

Warunkowanie zadziałało. Kiedy ich czułki wchodziły w kontakt ze smakowitym płynem pszczoły uczyły się ustalać powiązanie, wyciągając następnie swoje trąbki po nagrodę przy pierwszym powiewie obiecującej woni. Ta reakcja utrzymywała się przez pełne trzy godziny od nabycia nowej wiedzy.

Dr Martin Strube-Bloss, który niedawno przeniósł się z FU Berlin do Instytutu Ekologii Chemicznej im. Maxa Plancka, zbadał podstawy neuronalne tego procesu pamięciowego. Zmierzył reakcje elektryczne neuronów wysyłających, znajdujących się w ciele grzybkowatym mózgu pszczół, którego prawdopodobną rolę w procesie zidentyfikowano już wcześniej. "Ciało grzybkowate w mózgu owada jest strukturą wyższego rzędu zaangażowaną w integrację informacji węchowych, wzrokowych i mechanosensorycznych oraz w budowanie pamięci" - wyjaśniają naukowcy.

"Wynik był zaskakujący" - komentuje FU Berlin. "Na etapie uczenia aktywność neuronów w ogóle nie uległa zmianie. Ale trzy godziny po nabyciu wiedzy nastąpiła zmiana - więcej neuronów reagowało na nagradzany bodziec i reakcje na niego były silniejsze. Zatem naukowcy odkryli de facto ślad pamięciowy. Zważywszy na opóźnienie czasowe mogli nawet wywnioskować, że było to związane nie tyle z samym procesem uczenia się czy pamięcią krótkotrwałą, co raczej ze zidentyfikowaniem przez nich miejsca długotrwałej pamięci zapachów".

Analiza matematyczna przeprowadzona przez dr Martina Newrota z FU Berlin wykazała niezawodność reakcji. Obserwując neurony ciała grzybkowatego w czasie prezentacji jednego z pięciu zapachów naukowcy byli w stanie stwierdzić, czy była to nagradzana woń. Przetwarzanie neuronalne w procesie podejmowania decyzji o tym czy zapach jest obiecujący zabierało zaledwie 150 milisekund.

Odkrycia, opublikowane niedawno w czasopiśmie Journal of Neurosciences, wykorzystywane są teraz w pracach nad komputerowym modelem mózgu pszczoły. Model zostanie zaprojektowany do kojarzenia wirtualnych zapachów z nagrodami i podejmowania decyzji na podstawie tych skojarzeń - kolejny krok naprzód w opracowywaniu sztucznych mózgów dla robotów biomimetycznych.

© Unia Europejska 2005-2011

Źródło: CORDIS

Referencje dokumentu: Strube-Bloss, M. F., Nawrot, M. P. & Menzel, R. (2011) Mushroom body output neurons encode odor-reward associations, Journal of Neuroscience 31(8): 3129-3140, publikacja z dnia 23 lutego. DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2583-10.2011.