Capacidades de aprendizaje de las medusas: nociones neurocientíficas difíciles

Incluso sin un cerebro central, las medusas pueden aprender de experiencias pasadas como los humanos, los ratones y las moscas, informan por primera vez los científicos el 22 de septiembre en la revista. Biología actual. Entrenaron medusas de caja del Caribe (Tripedalia cistófora) para aprender a detectar y evitar obstáculos. El estudio desafía nociones previas de que el aprendizaje avanzado requiere un cerebro centralizado y arroja luz sobre las raíces evolutivas del aprendizaje y la memoria.

Visión compleja en una criatura simple.

No más grandes que una uña, estas medusas aparentemente simples tienen un sistema visual complejo con 24 ojos incrustados en sus cuerpos en forma de campana. Al vivir en manglares, el animal usa su visión para navegar en aguas turbias y navegar alrededor de raíces de árboles bajo el agua para atrapar a sus presas. Los científicos demostraron que las medusas podrían adquirir la capacidad de evitar obstáculos mediante el aprendizaje asociativo, un proceso mediante el cual los organismos establecen conexiones mentales entre la estimulación sensorial y los comportamientos.

Una medusa de caja caribeña. Crédito: Jan Bielecki

«El aprendizaje es el pináculo del rendimiento del sistema nervioso», afirma el primer autor Jan Bielecki, de la Universidad de Kiel, Alemania. Para enseñar con éxito a las medusas un nuevo truco, afirma, «es mejor aprovechar sus comportamientos naturales, algo que tenga sentido para el animal, para que alcance su máximo potencial».

Entorno de aprendizaje simulado

En un esfuerzo por recrear el entorno natural de las medusas, los investigadores decoraron un acuario circular con rayas grises y blancas, imitando las rayas grises las raíces distantes de los manglares. Observaron las medusas en el acuario durante 7,5 minutos. Al principio, la medusa nadaba cerca de estas bandas aparentemente distantes y frecuentemente chocaba con ellas. Pero al final del experimento, la gelatina había aumentado su distancia promedio a la pared en aproximadamente un 50%, cuadruplicó el número de giros exitosos para evitar colisiones y redujo a la mitad su contacto con la pared. Los resultados sugieren que las medusas pueden aprender de su experiencia mediante estímulos visuales y mecánicos.

La medusa de caja del Caribe vive y se alimenta entre las raíces submarinas de los manglares. Crédito: Anders Gram

«Si quieres comprender estructuras complejas, siempre es bueno empezar de la forma más sencilla posible», afirma el autor principal, Anders Garm, de la Universidad de Copenhague, Dinamarca. «Al observar estos sistemas nerviosos relativamente simples en las medusas, tenemos muchas más posibilidades de comprender todos los detalles y cómo se combinan para ejecutar comportamientos».

Descifrar el centro de aprendizaje

Luego, los científicos intentaron identificar el proceso subyacente al aprendizaje asociativo de las medusas aislando los centros sensoriales visuales del animal llamados rhopalia. Cada una de estas estructuras alberga seis ojos y genera señales de marcapasos que gobiernan el movimiento pulsante de la medusa, cuya frecuencia aumenta a medida que el animal se aleja de los obstáculos.

Los investigadores mostraron el rhopalium estacionario moviendo barras grises para imitar el acercamiento del animal a los objetos. La estructura no reaccionó ante las barras de color gris claro, interpretándolas como lejanas. Sin embargo, después de que los investigadores entrenaron al rhopalium con estimulación eléctrica débil a medida que se acercaba a las barras, comenzó a generar señales para evitar obstáculos en respuesta a las barras grises claras. Estos estímulos eléctricos imitan los estímulos mecánicos de una colisión. Los resultados mostraron además que la combinación de estímulos visuales y mecánicos es necesaria para el aprendizaje asociativo en las medusas y que el rhopalium sirve como centro de aprendizaje.

Direcciones futuras

A continuación, el equipo de investigación planea profundizar en las interacciones celulares del sistema nervioso de las medusas para desentrañar la formación de la memoria. También planean comprender mejor cómo funciona el sensor mecánico de la campana para construir una imagen completa del aprendizaje asociativo del animal.

“Es sorprendente lo rápido que aprenden estos animales; es aproximadamente la misma tasa que la de los animales avanzados”, dice Garm. «Incluso el sistema nervioso más simple parece ser capaz de realizar un aprendizaje avanzado, y esto puede resultar ser un mecanismo celular extremadamente fundamental inventado en los albores de la evolución del sistema nervioso».

Para obtener más información sobre este estudio, consulte El sorprendente intelecto de las medusas está cambiando nuestra comprensión fundamental del cerebro.

Referencia: “Aprendizaje asociativo en la caja de la medusa Tripedalia Cystophora” 22 de septiembre de 2023, Biología actual.
DOI: 10.1016/j.cub.2023.08.056

Este trabajo fue apoyado por la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG, Fundación Alemana de Investigación), el Consejo Danés de Investigación (DFF) y la Fundación Villum.