Neurobiologia i ciència

Quan ens ataquen, la nostra resposta a l’agressió canvia en funció de si ens trobem sols o bé som colla. Aquest sentit del nombre el compartim amb gairebé tots els éssers vius, des dels bacteris (“quorum sensing”) [1] i les plantes [2], als ocells [3], els peixos [4] i les llagostes [5].

La capacitat de comptar, però, és una altra cosa. Nosaltres donem per descomptat que podem comptar: ens pareix una capacitat innata. I tanmateix no és del tot així: la llengua que parlem i en que pensem influeix, moltíssim, en la nostra capacitat de comptar amb precisió i de comparar grups pel seu nombre [6]. Així doncs, poden comptar els animals?

Arbre filogenètic simplificat on es mostren grups d’animals (en negreta) que tenen un sentit del nombre. Hi trobem els pops, aranyes i insectes, i també peixos, granotes, ocells, tortugues, i una colla de mamífers com nosaltres els humans. Extret de Nieder, 2021 [3]

Investigadors d’arreu han estudiat com els ximpanzés, els corbs i els gossos compten les coses i associen nombres amb propietats o recompenses [7]. Fins i tot s’ha trobat que les abelles de la mel (Apis mellifera), uns animalons tan remenuts que només tenen vora un milió de neurones al seus cervells [8] (les persones en tenim uns 86,000 milions [9]) són capaces de comptar com a mínim fins a 4: de camí des de la colònia fins a les flors d’on en recolliran nèctar i pol·len, les abelles recorden fins a quatre fites que les ajuden en la navegació [10].

Qualsevol cosa que faci o pensi un animal depèn del cervell. Els circuits neuronals responsables per comptar el nombre d’objectes presents al camp visual, però, es desconeix. Enguany, de fet, fa uns dies, Mercedes Bengochea ha publicat, junt amb un group d’investigadors de l’Institut du Cerveau de la Universitat de la Sorbona de París, un nou estudi [11] on no només s’hi mesura la capacitat de comptar de la mosca del vinagre, la Drosophila melanogaster, sinó que també han identificat neurones del cervell de la mosca necessàries per la seves habilitats amb els nombres. Aquest estudi és molt prometedor perquè, per primera vegada, els neurobiòlegs tenen a la seva disposició un organisme genèticament modificable que també és capaç de comptar.

Les mosques del vinagre es posen en un espai on se n’observa el comportament amb càmeres i programes informàtics que en fan un seguiment de la posició de cada mosca a l’espai. En acabat, es mesura on eren les mosques, i es troba que passen més temps vora les 3 barres negres verticals que no pas a l’altre costat on hi ha una sola barra d’un gruix equivalent a la suma de les altres tres. Els autors presenten una bona colla d’experiments de control no mostrats aquí. Extret de Bengochea et al. 2022, Figura 1 [11].

Per a nosaltres els neurobiòlegs, aquest nou estudi de Bengochea i col·laboradors ens ofereix un angle d’atac, un punt d’entrada per a l’estudi dels circuits neuronals que implementen la capacitat de comptar. Entre d’altres coses, aquests circuits inspiraran el disseny i aplicació de xarxes neuronals artificials (ANNs, o “artificial neural networks” per les seves sigles en anglès) que simplifiquin i accelerin sistemes informàtics de visió per ordinador [12] per a quantificar des del nombre d’ocells d’un estol migratori a les colònies de bacteris sobre un placa de petri, i també, el nombre de participants a les manifestacions per a la independència de Catalunya a l’onze de setembre.

Postdata

Els peixos pallasso – com el famós “Nemo” de la pel·lícula de dibuixos animats – també saben comptar: compten les ratlles dels costats d’altres peixos per a distingir els amics dels enemics (Hayashi et al. 2024). Llegiu-ne un resum en anglès aquí.

Referències

1. Vet-ho aquí perquè cada vegada que fem maionesa amb ou no contraiem salmonel·losi: per sota d’un llindar del nombre de bacteris del genus Salmonella, es porten bé. Per sobre, comencen a expressar gens que els permeten d’atacar-nos, tornant-se doncs patògens. A la closca de l’ou n’hi ha pocs, de bacteris, amb origen en la femta de les gallines; però en fer la maionesa una petita quantitat hi caurà a dins i, si es deixa a temperatura ambient o fins i tot a la nevera masses hores, els bacteris es multipliquen i traspassen el llindar, assolint el nombre suficient per a canviar el seu comportament col·lectiu.
2. Baldwin IT, Schultz JC. Rapid changes in tree leaf chemistry induced by damage: evidence for communication between plants. Science. 1983 Jul 15;221(4607):277-9.
3. Koehler O. The ability of birds to count. Bulletin of Animal Behaviour. 1950;9:41-5. – Vegeu també Nieder A. Inside the corvid brain—probing the physiology of cognition in crows. Current Opinion in Behavioral Sciences. 2017 Aug 1;16:8-14.
4. Gleason PE, Weber PG, Weber SP. Effect of group size on avoidance learning in zebra fish, Brachydanio rerio (Pisces: Cyprinidae). Animal Learning & Behavior. 1977 Jun;5(2):213-6.
5. Buhl J, Sumpter DJ, Couzin ID, Hale JJ, Despland E, Miller ER, Simpson SJ. From disorder to order in marching locusts. Science. 2006 Jun 2;312(5778):1402-6.
6. Boroditsky L. How language shapes thought. Scientific American. 2011 Feb 1;304(2):62-5. Vegeu també una presentació audiovisual extraordinària de Lera Boroditsky sobre com les llengües influeixen en la nostra capacitat de pensar.
7. Nieder A. Neuroethology of number sense across the animal kingdom. Journal of Experimental Biology. 2021 Mar 15;224(6):jeb218289.
8. Srinivasan MV. Honey bees as a model for vision, perception, and cognition. Annual review of entomology. 2010 Jan 7;55:267-84.
9. Lent R, Azevedo FA, Andrade‐Moraes CH, Pinto AV. How many neurons do you have? Some dogmas of quantitative neuroscience under revision. European Journal of Neuroscience. 2012 Jan;35(1):1-9.
10. Martin Giurfa. 2019. Honeybees foraging for numbers. Journal of Comparative Physiology A volume 205, pages 439–450.
11. Mercedes Bengochea, Jacobo Diego Sitt, Thomas Preat, Veronique Izard, Laurent Cohen, Bassem A Hassan. 2021. Numerical discrimination in Drosophila melanogaster. bioRxiv preprint (pendent de revisió).
12. Sistemes informàtics primitius per a comptar objectes en un camp visual existeixen des dels anys 90, per exemple, un que compta només fins a 16: Hoekstra, J. 1992. Counting with artificial neural networks: an experiment. Artificial Neural Networks, 2. Pages 1311-1314. … i aqui un altre que compta fins a 100 peixos: Newbury PF, Culverhouse PF, Pilgrim DA. 1995. Automatic fish population counting by artificial neural network. Aquaculture. 1995 May 15;133(1):45-55.