Gli scienziati hanno costruito una lumaca di mare simulata: è diventata rapidamente dipendente da un farmaco inebriante
La lumaca di mare simulata, ASIMOV, monitora il proprio stato interno e prende decisioni su cosa consumare. Le sue opzioni sono: un alimento gustoso e nutriente (blu), un alimento nutriente che viene fornito con una puntura dolorosa (verde) e un farmaco inebriante che non ha valore nutritivo (giallo).
Gli scienziati hanno costruito un modello al computer di una semplice rete cerebrale basata su quella di una lumaca di mare, gli hanno insegnato come procurarsi il cibo, gli hanno dato un appetito e la capacità di provare una ricompensa, hanno aggiunto un pizzico di qualcosa chiamato plasticità omeostatica e droga molto inebriante. Con sorpresa di nessuno, la creatura è diventata dipendente.
La ricerca fa parte di un progetto a lungo termine per creare un modello funzionante del cervello, partendo dal più semplice dei circuiti e aggiungendo gradualmente complessità, ha affermato Rhanor Gillette, professore emerito di fisiologia molecolare e integrativa dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign che ha guidato la ricerca. La ricercatrice post-dottorato e autrice principale Ekaterina Gribkova ha costruito il modello al computer sulla base del lavoro precedente della coautrice Marianne Catanho, ora presso l’Università della California, San Diego. Descrivono il loro lavoro sulla rivista Scientific Reports.
“Osservando come questo cervello dà un senso al suo ambiente, ci aspettiamo di saperne di più su come funzionano i cervelli del mondo reale”, ha detto Gillette. “Riteniamo inoltre che il nostro modello diventerà un ottimo strumento educativo”.
Rhanor Gillette ei suoi colleghi hanno simulato un cervello di lumaca di mare in un modello al computer, hanno aggiunto alcuni circuiti extra e gli hanno dato accesso al cibo e a una droga inebriante. Il lavoro offre informazioni sul processo di dipendenza e sarà uno strumento utile per ulteriori studi, ha detto Gillette. Credito: foto di L. Brian Stauffer
I ricercatori hanno chiamato il loro modello di lumaca ASIMOV in onore del noto scrittore di fantascienza Isaac Asimov, che è stato tra i primi a pensare e scrivere sull’etica della robotica. Hanno liberato la creatura in un’area ristretta dove avrebbe incontrato casualmente palline di cibo, alcune delle quali erano deliziose, altre nocive.
Proprio come un vero predatore, ASIMOV ha imparato a evitare le prede nocive e a divorare quelle buone – a meno che non fosse molto affamato, nel qual caso avrebbe mangiato qualunque cosa avesse incrociato il suo cammino. Ogni tipo di pallino aveva il suo odore caratteristico che consentiva ad ASIMOV di determinare se voltarsi verso di esso per inseguirlo o evitarlo.
La ricercatrice post-dottorato Ekaterina Gribkova ha sviluppato il modello informatico di ASIMOV. Credito: foto per gentile concessione di Ekaterina Gribkova
Oltre a mangiare per saziarsi, ASIMOV è stato anche in grado di provare una ricompensa. Massimizzare i propri livelli di sazietà e ricompensare le esperienze erano i due obiettivi di vita della creatura.
Dopo aver stabilito che ASIMOV poteva discriminare tra cibi buoni e cattivi, i ricercatori hanno quindi aggiunto al loro modello un pellet di farmaco altamente gratificante ma nutrizionalmente vuoto. Il farmaco aveva anche il suo odore caratteristico. Una volta che ASIMOV lo ha consumato e ha sperimentato la ricompensa inebriante, ha iniziato a perseguire il farmaco escludendo tutto il resto.
Il farmaco ha anche fatto sentire sazio ASIMOV, soddisfacendo entrambi gli obiettivi di vita. Ma questi due stati “mentali” erano temporanei. Mangiare provocava sazietà, ma quella sensazione di sazietà è diminuita nel tempo. Inoltre, ASIMOV è stato progettato per abituarsi al farmaco, ha detto Gribkova.
“Proprio come quando bevi caffè ogni giorno, ti abitui agli effetti, che diminuiscono nel tempo”, ha detto. “E se smetti di bere caffè, vai in astinenza.”
Questa era la caratteristica della plasticità omeostatica che entrava in gioco, ha detto Gillette.
“ASIMOV ha iniziato ad andare in astinenza, il che ha fatto sì che cercasse di nuovo il farmaco il più velocemente possibile perché i periodi durante i quali l’ultima esperienza di ricompensa stavano diventando sempre più brevi”, ha detto Gillette.
Quindi i ricercatori hanno portato via il farmaco da ASIMOV. La creatura ha sperimentato un completo ritiro e, alla fine, è diventata risensibilizzata al farmaco.
Il comportamento di ASIMOV ha seguito il corso della dipendenza visto in altri organismi, inclusi gli esseri umani, hanno detto i ricercatori. Guidata dal desiderio di ricompensa e sazietà, ma anche dal tentativo di evitare il dolore, la creatura ha pedalato tra il mangiare, il non mangiare e il rincorrere la droga quando era disponibile.
“Se è molto intossicato dal farmaco, ciò che di solito accade nella nostra simulazione è che ignora tutte le altre opzioni, ad esempio l’opzione di mangiare”, ha detto Gribkova. “Finisce in questo stato malnutrito e intossicato. Ma se va in astinenza perché non riesce a trovare il farmaco, perde la sua selettività per diversi tipi di prede. Mangia solo tutto ciò che vede.
“Volevamo ricreare effettivamente la dipendenza in questo organismo”, ha detto. “E questo è il modo più semplice per farlo.”
“Ci aspettiamo che la complessità comportamentale negli animali si sia probabilmente evoluta da inizi molto semplici come questo, quindi stiamo cercando di ricrearla in un modo evolutivamente plausibile”, ha detto Gillette.
I ricercatori affermano che mirano ad aggiungere più livelli di complessità nel lavoro futuro, affrontando attributi come il comportamento sociale e l’altruismo.
