Cosa succede nel cervello di Woodpeckers Inside? / cervello

Il piumoso picchio tamburella in una serie di staccate a fuoco rapido. Non è dissimile da una punta di trapano che è appena spuntata e appollaiata su un ramo. L'uccello piuma - il più piccolo picchio dell'America del Nord, che misura meno di sette pollici e pesa meno di un grammo di oncia contro superfici inflessibili ripetutamente, scontrandosi con una forza di oltre 1.400 g. Gli scienziati sono stati a lungo affascinati da come sembra evitare di scindere mal di testa o danni cerebrali debilitanti.

In passato, i ricercatori hanno annotato cenni frenetici dei picchi con telecamere stop-motion e scannerizzando le ossa. Varie specie di picchi hanno arsenali di adattamenti profondi. Il cervello di un picchio, delle dimensioni di un noce sgusciato, si appoggia comodamente contro il suo cranio, con poco liquido da far scivolare dentro. La piscina poco profonda riduce al minimo gli urti. Poi c'è il becco: alcune specie hanno un becco superiore leggermente più lungo della porzione inferiore, che consente alle metà di colpire un bersaglio in momenti diversi, diffondendo la forza dell'impatto. Il cranio dell'uccello è anche un ammortizzatore osseo, con strati di ossa compatte intrecciate tra le strisce spugnose.

Il risultato di questo lavoro è stato, essenzialmente, che i picchi devono fare abbastanza bene per loro stessi. Dopo tutto, il più antico fossile del picchio raggiunge circa 25 milioni di anni. Se tutto quel martellante stava facendo un numero su di loro, sicuramente avrebbero ridotto il comportamento a questo punto, giusto?

"Questa è stata l'ipotesi", afferma Peter Cummings, un neuropatologo della Boston University School of Medicine. "Ma nessuno ha mai guardato un cervello di picchio."

Quando George Farah, allora uno degli studenti laureati di Cummings, ha fatto jogging attraverso questa letteratura esistente, ha scoperto che tendeva a esaminare lo scenario dal punto di vista della genetica, della biomeccanica o dell'evoluzione: nessuno aveva seguito la via istologica. Per capire esattamente cosa stesse succedendo - e quale danno potrebbe aver lasciato dietro di sé - aveva bisogno di entrare sotto il cranio e nel tessuto.

Non sorprende che sia difficile trovare una fonte di cervelli di uccelli. "Non puoi uscire nel cortile sul retro, sederti sulla tua sdraio e aspettare con una pistola BB", dice Cummings. I ricercatori hanno chiesto ai funzionari statali di gioco in Massachusetts di fare loro un heads-up se incontrassero i picchi, ma non era garantito - chi sapeva quando sarebbero potuti comparire? Un ornitologo di stato suggeriva musei di storia naturale, cosa che sorprese Farah - aveva immaginato quelli pieni di corpi tassidermici o scheletri articolati, ma non aveva pensato agli esemplari bagnati. "La scienza a volte deve essere come MacGyver: un po 'di nastro adesivo e gomma da masticare, e speri per il meglio", dice Cummings.

Farah ha iniziato a visitare i musei che chiamano a freddo, e la metà di quelli che ha corteggiato gli ha dato il via libera. Il Museo di storia naturale di Harvard e il Field Museum, a Chicago, offrivano esemplari delle loro collezioni, tutti in salamoia. Farah eseguì delle craniotomie, tagliando un lembo circolare ("un po 'come un taglio di capelli di un monaco") e poi scheggiando il piatto osseo. Da questi cervelli - che Cummings descrive come se possedessero "la consistenza di una gelatina non perfettamente regolata" - Farah ha prelevato campioni di 15 e 25 micron di larghezza, circa un quinto dello spessore di un foglio di carta. Cummings e Farah hanno pubblicato le loro scoperte in un nuovo studio, pubblicato oggi sulla rivista PLOS One.

Anatomicamente, ci sono un sacco di differenze tra i cervelli del picchio e le nane umane: questi uccelli non hanno una corteccia, per esempio, o le caratteristiche vette e valli (i gyri e i solchi) che fanno sembrare i nostri cervelli labirinti scanalati. Ma al fine di valutare se gli uccelli stavano sostenendo potenziali danni cerebrali dal loro beccarsi ad alta intensità, i ricercatori hanno usato una serie di macchie e anticorpi per testare il tau, una proteina che è anche associata a una malattia del cervello negli esseri umani.

I ricercatori hanno confrontato i cervelli del picchio con le fette dei merli dell'ala rossa, che non mostrano comportamenti da beccare. (Come controllo per confermare che i coloranti funzionavano correttamente, ogni test includeva anche un frammento di un cervello umano donato da qualcuno che aveva il morbo di Alzheimer, che è anche associato alla presenza di tau.)

In primo luogo, hanno usato una macchia d'argento, che evidenzia vasti modelli di danno - Farah lo paragona ai costumi da bagno in una tintura. "L'idea era che, se non vediamo nulla, lo dimenticheremo", dice Cummings. "Se vediamo qualcosa, passeremo allo studio istochimico." Dal momento che hanno trovato accumuli in otto dei 10 cervelli del picchio - e nessuno negli uccelli di controllo - passarono a una seconda analisi, che usò come bersaglio anticorpi specifici per tau. I ricercatori sono stati in grado di eseguire questa seconda analisi solo su tre campioni del picchio, gli altri sono stati degradati nel processo. Due di quei tre cervelli del picchio hanno mostrato segni di tau, mentre nessuno degli uccelli di controllo ha fatto.

Questo non vuol dire che tau sia sicuramente il prodotto del trauma da becchini. Tau non indica necessariamente una patologia: negli esseri umani, a volte si accumula con l'età, ad esempio, e il cervello di alcuni individui ne ha solo di più. Ma è un'indicazione che qualcosa potrebbe non essere giusto. Cummings non pensa che il danno nel cervello dei picchi sia un prodotto dell'età - uno dei campioni proveniva da un uccello giovanile e anche questo mostrava segni di trauma. Ma ci sono vari tipi (o isoforme) di tau, e alcuni di questi sono addirittura neuroprotettivi, dice Cummings. "Forse questo tau che stiamo vedendo nei picchi potrebbe essere un altro adattamento protettivo per resistere alle forze di beccheggio." Cummings pensa che il lavoro futuro potrebbe diventare più granulare.

Uno svantaggio, che i ricercatori riconoscono facilmente, è che l'esperimento era piccolo: solo 10 picchi. Il progetto sarebbe stato più forte, dice Farah, se avessero separato i picchi viventi in gruppi sperimentali e di controllo, permettendo a una coorte di beccare e impedire all'altro di farlo. Farah spera che getti le basi per ulteriori ricerche. Ann McKee, un neuropatologo della Boston University School of Medicine che studia le lesioni traumatiche cerebrali negli esseri umani e non è stato coinvolto in questa ricerca, ha detto al Washington Post che questo lavoro è "una scoperta importante e provocatoria".

Nel frattempo, i cervelli del picchio e le loro presunte protezioni continuano a ispirare i disegni di elmetti, colletti e altre armature di plastica per atleti umani, anche se molte domande si soffermano su ciò che sta accadendo in quelle piccole versioni di uccelli.