Τα κοράκια μπορούν να επεξεργάζονται οπτικές πληροφορίες και να λαμβάνουν αποφάσεις εντυπωσιακά γρήγορα, σε ορισμένες πειραματικές συνθήκες περίπου δύο φορές ταχύτερα από τους πιθήκους.
Το εύρημα αναδεικνύει τις ιδιαίτερες δυνατότητες του εγκεφάλου των πτηνών και ενισχύει την άποψη ότι η εξέλιξη μπορεί να οδηγήσει σε διαφορετικές εγκεφαλικές δομές που επιτελούν παρόμοιες λειτουργίες, όπως αναφέρει το arstechnica.
Η μελέτη πραγματοποιήθηκε από τον νευροβιολόγο Andreas Nieder και τον συνεργάτη του Philipp Schmidbauer, στο Πανεπιστήμιο του Tübingen στη Γερμανία. Οι ερευνητές εξέτασαν τον τρόπο με τον οποίο τα κοράκια συλλέγουν οπτικά στοιχεία, αξιολογούν μια κατάσταση και καταλήγουν σε μια επιλογή, χρησιμοποιώντας μια πειραματική διαδικασία που έχει εφαρμοστεί εκτενώς σε μελέτες με πρωτεύοντα.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
Το εντυπωσιακό στοιχείο δεν ήταν μόνο η ταχύτητα των πτηνών, αλλά και το γεγονός ότι πέτυχαν αντίστοιχα επίπεδα ακρίβειας με τους πιθήκους, παρά τις σημαντικές διαφορές στη δομή του εγκεφάλου τους.
Το πείραμα με τις κινούμενες κουκκίδες
Για να κατανοήσουν πώς ο εγκέφαλος μετατρέπει τις αισθητηριακές πληροφορίες σε αποφάσεις, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν συχνά μια δοκιμασία που είναι γνωστή ως «εργασία τυχαίας κίνησης κουκκίδων».
Στο πείραμα, ο συμμετέχων βλέπει στην οθόνη ένα σύνολο από κουκκίδες που κινούνται φαινομενικά τυχαία. Ένα μέρος τους, ωστόσο, κινείται συντονισμένα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Ο στόχος είναι να εντοπιστεί αν υπάρχει πραγματική κατευθυνόμενη κίνηση και, εφόσον υπάρχει, προς ποια κατεύθυνση εξελίσσεται.
Η συγκεκριμένη δοκιμασία έχει χρησιμοποιηθεί σε έρευνες με πιθήκους, αποκαλύπτοντας ότι οι νευρώνες στον νεοφλοιό τους επεξεργάζονται σταδιακά τις διαθέσιμες πληροφορίες. Καθώς συγκεντρώνονται περισσότερα στοιχεία, η νευρωνική δραστηριότητα μεταβάλλεται μέχρι να επιτευχθεί το σημείο στο οποίο ο εγκέφαλος καταλήγει σε μια απόφαση.
Ωστόσο, ο εγκέφαλος των πτηνών δεν διαθέτει νεοφλοιό αντίστοιχο με εκείνον των θηλαστικών. Αυτό δημιούργησε ένα σημαντικό ερώτημα για τους επιστήμονες: πώς μπορεί ένας εγκέφαλος με διαφορετική ανατομική οργάνωση να εκτελεί μια παρόμοια διαδικασία λήψης αποφάσεων;
«Αυτό ήταν το μεγάλο ερώτημα», ανέφερε ο Andreas Nieder, αναφερόμενος στον τρόπο με τον οποίο ένας διαφορετικά οργανωμένος εγκέφαλος πτηνού κωδικοποιεί τις αποφάσεις.
Πώς εκπαιδεύτηκαν τα κοράκια
Για να απαντήσουν στο ερώτημα, οι Nieder και Schmidbauer υπέβαλαν δύο κοράκια που είχαν μεγαλώσει με ανθρώπινη φροντίδα στην ίδια βασική δοκιμασία που χρησιμοποιείται στις έρευνες με πιθήκους.
Τα πτηνά τοποθετήθηκαν μπροστά από μια οθόνη αφής, στην οποία εμφανιζόταν ένα σύνολο λευκών κουκκίδων πάνω σε μαύρο φόντο. Ένα ποσοστό των κουκκίδων κινούνταν συντονισμένα προς τα αριστερά, τα δεξιά, προς τα πάνω ή προς τα κάτω.
Τα κοράκια έπρεπε να επιλέξουν την κατεύθυνση της κίνησης ραμφίζοντας τον αντίστοιχο στόχο στην οθόνη. Για κάθε σωστή απάντηση ανταμείβονταν με ένα σκουλήκι αλευριού.
Η ομάδα φρόντισε ώστε η δοκιμασία να είναι όσο το δυνατόν πιο συγκρίσιμη με εκείνη που χρησιμοποιείται στους πιθήκους. Η βασική διαφορά ήταν ο τρόπος με τον οποίο τα ζώα δήλωναν την επιλογή τους: τα κοράκια χρησιμοποιούσαν το ράμφος τους, ενώ οι πίθηκοι έδειχναν την απόφασή τους με μια κίνηση των ματιών.
Οι ερευνητές μετέβαλλαν σταδιακά το ποσοστό των κουκκίδων που κινούνταν προς την ίδια κατεύθυνση. Στις ευκολότερες δοκιμασίες, το ποσοστό αυτό έφτανε το 81%, καθιστώντας την κατεύθυνση σχετικά εύκολη να αναγνωριστεί. Στις δυσκολότερες, περιοριζόταν μόλις στο 3%, με την κίνηση να είναι ελάχιστα διακριτή από τον οπτικό θόρυβο.
Υπήρχε επίσης μια συνθήκη μηδενικής συνοχής, κατά την οποία καμία κατεύθυνση δεν ήταν αντικειμενικά σωστή.
Και τα δύο κοράκια κατάφεραν να αποδώσουν καλύτερα από το αναμενόμενο αποτέλεσμα της τύχης, ακόμη και όταν μόλις το 3% των κουκκίδων κινούνταν συντονισμένα.
Απόφαση σε μόλις 235 χιλιοστά του δευτερολέπτου
Ένα από τα σημαντικότερα ευρήματα αφορούσε τον χρόνο αντίδρασης των πτηνών.
Οι ερευνητές μέτρησαν το χρονικό διάστημα από την εμφάνιση των κουκκίδων στην οθόνη μέχρι τη στιγμή που άρχιζε να κινείται το κεφάλι του κορακιού για να επιλέξει τον στόχο.
Ο μέσος χρόνος ήταν μόλις 235 χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Σε αντίστοιχες εκδοχές της ίδιας δοκιμασίας, οι πίθηκοι χρειάστηκαν περίπου 410, 490 και 600 χιλιοστά του δευτερολέπτου σε τρεις διαφορετικές μελέτες.
Η σύγκριση δείχνει ότι τα κοράκια ολοκλήρωσαν τη συγκεκριμένη εργασία αισθητά ταχύτερα. Δεν σημαίνει, ωστόσο, ότι είναι δύο φορές ταχύτερα σε κάθε μορφή σκέψης ή σε κάθε είδος απόφασης, καθώς οι χρόνοι εξαρτώνται από την εκάστοτε δοκιμασία και τις συνθήκες της.
Το κρίσιμο ερώτημα ήταν εάν αυτή η ταχύτητα επιτεύχθηκε εις βάρος της ακρίβειας.
«Αυτή θα ήταν μια απλή εξήγηση, ότι είναι πολύ γρήγορα εις βάρος της ακρίβειας. Αλλά αυτό δεν συμβαίνει», εξήγησε ο Nieder.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, τα κοράκια είχαν επιδόσεις συγκρίσιμες με εκείνες των πιθήκων και των ανθρώπων στην ίδια εργασία.
Ο ερευνητής επισήμανε επίσης ότι τα πτηνά δεν είχαν εκπαιδευτεί να απαντούν όσο το δυνατόν γρηγορότερα. Τους δόθηκε η δυνατότητα να αποφασίζουν με τον δικό τους ρυθμό, γεγονός που καθιστά την παρατηρούμενη διαφορά ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα.
Ο εγκέφαλος των πτηνών λειτουργεί διαφορετικά από εκείνον των θηλαστικών
Για να καταγράψουν τη νευρωνική δραστηριότητα κατά τη διάρκεια της δοκιμασίας, οι επιστήμονες εξέτασαν 248 νευρώνες σε μια περιοχή του εγκεφάλου των κορακιών που ονομάζεται nidopallium caudolaterale (NCL).
Η περιοχή αυτή βρίσκεται σε σημαντική θέση στην ιεραρχία επεξεργασίας πληροφοριών του εγκεφάλου των πτηνών και θεωρείται λειτουργικά αντίστοιχη με τον προμετωπιαίο φλοιό των πρωτευόντων, ο οποίος συμμετέχει στη λήψη αποφάσεων και σε άλλες σύνθετες γνωστικές λειτουργίες.
Η ανατομική διαφορά είναι ουσιαστική. Ο φλοιός των θηλαστικών οργανώνεται σε διακριτά στρώματα κυττάρων, ενώ αντίστοιχες περιοχές του εγκεφάλου των πτηνών έχουν διαφορετική διάταξη, με πυκνές συγκεντρώσεις νευρώνων και χωρίς την ίδια χαρακτηριστική στρωμάτωση.
Τα δύο εξελικτικά μονοπάτια διαχωρίστηκαν πριν από περισσότερα από 360 εκατομμύρια χρόνια. Παρά τη διαφορετική πορεία τους, τα πτηνά και τα θηλαστικά ανέπτυξαν νευρωνικούς μηχανισμούς που μπορούν να υποστηρίζουν παρόμοιες λειτουργίες.
Η μελέτη υποδεικνύει ότι η συγκεκριμένη διαδικασία λήψης αποφάσεων δεν απαιτεί απαραίτητα την ίδια ανατομική δομή που συναντάται στον νεοφλοιό των θηλαστικών.
Οι νευρώνες καταγράφουν την απόφαση πριν κινηθεί το κοράκι
Η ανάλυση της εγκεφαλικής δραστηριότητας αποκάλυψε ότι 58 από τους 248 νευρώνες που εξετάστηκαν παρουσίαζαν διαφορετικά μοτίβα ενεργοποίησης ανάλογα με την κατεύθυνση που θα επέλεγε τελικά το πτηνό.
Οι νευρώνες αυτοί άρχιζαν να εμφανίζουν σχετική δραστηριότητα περίπου 70 χιλιοστά του δευτερολέπτου μετά την εμφάνιση των κουκκίδων στην οθόνη και περίπου 170 χιλιοστά του δευτερολέπτου πριν αρχίσει να κινείται το κεφάλι του κορακιού.
Το εύρημα υποστηρίζει την ιδέα ότι η απόφαση διαμορφώνεται σταδιακά στον εγκέφαλο, πριν εκδηλωθεί ως ορατή κίνηση.
Η διαδικασία είναι γνωστή ως συσσώρευση αισθητηριακών στοιχείων. Ο εγκέφαλος συγκεντρώνει πληροφορίες από τα αισθητήρια όργανα, τις αξιολογεί και, όταν τα διαθέσιμα στοιχεία επαρκούν, καταλήγει σε μια επιλογή.
Το σχετικό νευρωνικό σήμα περιγράφεται συχνά ως «μεταβλητή απόφασης», επειδή η δραστηριότητά του μεταβάλλεται καθώς συσσωρεύονται οι πληροφορίες που υποστηρίζουν μία από τις πιθανές επιλογές.
«Αποδεικνύεται ότι αυτό που βρίσκουμε στον εγκέφαλο των κορακιών φαίνεται βασικά το ίδιο», ανέφερε ο Nieder, επισημαίνοντας ότι η εξέλιξη ενδέχεται να έχει οδηγήσει ανεξάρτητα σε παρόμοιους φυσιολογικούς μηχανισμούς.
Με άλλα λόγια, διαφορετικές εγκεφαλικές δομές μπορεί να έχουν καταλήξει σε παρόμοιες λύσεις για το ίδιο πρόβλημα: πώς να μετατρέπουν τις αισθητηριακές πληροφορίες σε αποφάσεις.
Γιατί τα κοράκια αντιδρούν τόσο γρήγορα;
Οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη εντοπίσει έναν μοναδικό μηχανισμό που να εξηγεί πλήρως την ταχύτητα των κορακιών. Ο Nieder εκτιμά ότι πιθανότερη είναι η συνδυασμένη επίδραση πολλών βιολογικών διαδικασιών, οι οποίες λειτουργούν γρήγορα σε ολόκληρο τον οργανισμό των πτηνών.
Δύο παράγοντες θεωρούνται ιδιαίτερα σημαντικοί.
1. Μικρότεροι νευρώνες και μικρότερες αποστάσεις
Η πτήση επιβάλλει αυστηρούς περιορισμούς στο βάρος του σώματος. Κατά συνέπεια, τα πτηνά διαθέτουν εγκεφάλους στους οποίους μπορούν να συσκευάζονται μεγάλοι αριθμοί νευρώνων σε σχετικά μικρό όγκο.
Οι νευρώνες επικοινωνούν μεταξύ τους μέσω των νευραξόνων, των μακριών ινών που μεταφέρουν νευρικά σήματα. Όταν οι αποστάσεις που πρέπει να διανύσουν τα σήματα είναι μικρότερες, μπορεί να περιορίζεται ο χρόνος μετάδοσής τους.
«Οι μακριές γραμμές απαιτούν χρόνο. Οι κοντές γραμμές επιταχύνουν τα πάντα», ανέφερε χαρακτηριστικά ο Nieder.
Η πυκνή οργάνωση των νευρώνων, ωστόσο, δεν αρκεί από μόνη της για να εξηγήσει τη διαφορά. Η ταχύτητα επηρεάζεται επίσης από τις ιδιότητες των νευρικών κυττάρων, τις συνδέσεις μεταξύ τους και τον τρόπο με τον οποίο επεξεργάζονται τις πληροφορίες.
2. Υψηλότερη θερμοκρασία σώματος
Ένας δεύτερος παράγοντας ενδέχεται να είναι η θερμοκρασία του σώματος.
Η φυσιολογική θερμοκρασία του ανθρώπου βρίσκεται περίπου στους 36,6 βαθμούς Κελσίου, ενώ πολλά πτηνά διατηρούν θερμοκρασίες που φτάνουν τους 41 έως 42 βαθμούς.
Η υψηλότερη θερμοκρασία μπορεί να επιταχύνει πολλές βιοχημικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που σχετίζονται με τη λειτουργία των νευρικών κυττάρων.
Τα ιοντικά κανάλια, τα οποία επιτρέπουν τη μετακίνηση φορτισμένων σωματιδίων μέσα από τις κυτταρικές μεμβράνες, και η μετάδοση σημάτων μεταξύ των νευρώνων μέσω των συνάψεων επηρεάζονται από τη θερμοκρασία.
Ο Nieder υποστηρίζει ότι αυτή η επιτάχυνση μπορεί να συμβάλλει στη συνολικά γρήγορη λειτουργία του νευρικού συστήματος των πτηνών.
Η εξήγηση αυτή παραμένει, ωστόσο, υπό διερεύνηση. Οι ερευνητές δεν έχουν αποδείξει ότι κάποιος από τους δύο παράγοντες ευθύνεται αποκλειστικά για την ταχύτητα των κορακιών.
Δεν πρόκειται απλώς για έναν εγκέφαλο που λειτουργεί με χρονόμετρο
Ένα ακόμη ερώτημα ήταν εάν τα κοράκια απαντούσαν γρήγορα επειδή ο εγκέφαλός τους ακολουθούσε έναν σταθερό, σχεδόν αυτοματοποιημένο χρόνο αντίδρασης.
Τα δεδομένα έδειξαν ότι ο βαθμός δυσκολίας επηρέαζε τον χρόνο απόκρισης, αν και σε μικρότερο βαθμό από ό,τι έχει παρατηρηθεί στα πρωτεύοντα.
Στην ευκολότερη δοκιμασία, ο χρόνος αντίδρασης ήταν περίπου 220 χιλιοστά του δευτερολέπτου, ενώ στην πιο δύσκολη έφτανε περίπου τα 254 χιλιοστά του δευτερολέπτου. Η διαφορά ήταν μόλις 34 χιλιοστά του δευτερολέπτου.
Ωστόσο, όταν οι ερευνητές εξέτασαν τα δεδομένα λεπτομερέστερα, διαπίστωσαν ότι ο χρόνος αντίδρασης αυξανόταν στατιστικά καθώς μειωνόταν η συνοχή της κίνησης των κουκκίδων.
Αυτό σημαίνει ότι τα κοράκια εξακολουθούσαν να επεξεργάζονται τις διαθέσιμες πληροφορίες και να χρειάζονται περισσότερο χρόνο όταν η απάντηση ήταν δυσκολότερο να εντοπιστεί.
Η διαφορά είναι ότι η συγκεκριμένη διαδικασία ολοκληρωνόταν συνολικά πολύ γρηγορότερα από ό,τι στις συγκρίσιμες μελέτες με πρωτεύοντα.
Οι περιορισμοί της μελέτης
Παρά τα εντυπωσιακά ευρήματα, οι ερευνητές υπογραμμίζουν ότι χρειάζεται προσοχή στην ερμηνεία τους.
Πρώτον, το πείραμα πραγματοποιήθηκε σε μόλις δύο κοράκια. Αν και αυτό δεν είναι ασυνήθιστο για σύνθετες μελέτες που συνδυάζουν συμπεριφορικές δοκιμασίες και καταγραφή της εγκεφαλικής δραστηριότητας, το μικρό δείγμα περιορίζει τη δυνατότητα γενίκευσης των αποτελεσμάτων.
Δεύτερον, οι χρόνοι αντίδρασης αφορούν μια συγκεκριμένη οπτική εργασία. Δεν αποτελούν απόλυτο όριο για την ταχύτητα με την οποία τα κοράκια μπορούν να σκεφτούν ή να αποφασίσουν σε άλλες περιστάσεις.
Τρίτον, δεν είναι ακόμη σαφές εάν οι ίδιες επιδόσεις χαρακτηρίζουν όλα τα πτηνά ή εάν αποτελούν ιδιαίτερο γνώρισμα των κορακοειδών, μιας ομάδας που περιλαμβάνει κοράκια, κουρούνες, καρακάξες και κίσσες και είναι γνωστή για τις σύνθετες γνωστικές ικανότητές της.
Η εκπαίδευση ενός πτηνού ώστε να εκτελεί με συνέπεια μια απαιτητική πειραματική εργασία δεν είναι εξίσου εύκολη για όλα τα είδη. Αυτό καθιστά δυσκολότερη τη σύγκριση με άλλα πτηνά.
Όπως παραδέχεται ο Nieder, προς το παρόν δεν μπορεί να προσδιοριστεί με βεβαιότητα εάν η ταχύτητα οφείλεται κυρίως στις γενικότερες ιδιότητες του εγκεφάλου των πτηνών ή σε ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της νοημοσύνης των κορακιών.
Τι αποκαλύπτει η μελέτη για την εξέλιξη της νοημοσύνης
Τα ευρήματα προσθέτουν ένα ακόμη στοιχείο στη μελέτη της νοημοσύνης των ζώων. Δείχνουν ότι η ικανότητα αξιολόγησης αμφίβολων αισθητηριακών πληροφοριών δεν εξαρτάται απαραίτητα από μια συγκεκριμένη εγκεφαλική αρχιτεκτονική.
Παρότι οι εγκέφαλοι των πτηνών και των θηλαστικών εξελίχθηκαν με διαφορετικό τρόπο, μπορούν να εμφανίζουν παρόμοιες διαδικασίες συσσώρευσης πληροφοριών και λήψης αποφάσεων.
Η μελέτη δεν αποδεικνύει ότι τα κοράκια είναι γενικά εξυπνότερα από τους πιθήκους ή τους ανθρώπους. Αναδεικνύει, όμως, μια συγκεκριμένη ικανότητά τους: να επεξεργάζονται ορισμένες οπτικές πληροφορίες εξαιρετικά γρήγορα, διατηρώντας υψηλή ακρίβεια.
Και αυτό είναι ίσως το πιο ενδιαφέρον συμπέρασμα. Η εξέλιξη δεν ακολούθησε έναν μοναδικό δρόμο για να δημιουργήσει σύνθετες γνωστικές λειτουργίες. Σε διαφορετικά είδη, διαφορετικές εγκεφαλικές δομές μπορεί να έχουν αναπτύξει αποτελεσματικούς τρόπους για να επιλύουν παρόμοια προβλήματα — με τα κοράκια να αποτελούν ένα εντυπωσιακό παράδειγμα αυτής της διαδικασίας.
