Multiszenzoros integráció poszméheknél

A multiszenzoros integráció kifejezés a különféle érzékszervektől származó információk összekapcsolását takarja, ami egy magasabb rendű kognitív folyamat. Az erre való képesség meglétét eddig csupán a gerincesek közé tartozó fajoknál mutatták ki, ám egy ausztrál kutatócsoport nemrég az ízeltlábúak egyik képviselőjénél, a földi poszméhnél is bizonyította meglétét.

bombus
A földi poszméh (Bombus terrestris) egy kislevelű hárs (Tilia cordata) virágán (Forrás: wikipedia.org).

Multiszenzoros integráció

Mindannyiunk számára természetesek az összetett mentális reprezentációk a világ dolgairól. Például egy labda mentális reprezentációja is összetett, tartalmazza annak vizuális tulajdonságait, mint hogy gömb alakú és pöttyös, illetve anyagi tulajdonságait, mint hogy feszes és rugalmas, de akár az elrúgásakor kiadott hangot is. Az ilyen összetett mentális reprezentációk kialakulásához minden bizonnyal szükséges, hogy az ember az érzékszervei révén megtapasztalja a labdát, vagyis lássa azt, megérintse és esetleg elrúgja néhányszor, hogy megtudja miféle hangokat adhat. Hogy ehhez valóban tapasztalat szükséges-e vagy az emberi intelligencia valamiképp anélkül is képes összetett mentális reprezentációkat létrehozni már a XVII. században is felvetődött a Brit-szigetek filozófusai között.

William Molyneux fogalmazta meg a kérdést, hogy vajon, ha egy születésétől fogva vak személy hirtelen visszakapná látását, akkor képes lenne-e pusztán a látvány alapján elkülöníteni a dolgokat, amiket addig csak tapintása révén ismerhetett. Molyneux, akit feltehetőleg saját felesége vaksága inspirált a kérdés megfogalmazásában, úgy vélte, hogy a válasz nemleges. Noha a képzeletbeli figura élete során megtapasztalhatta milyen a tapintása bizonyos tárgyaknak, azt nem tapasztalhatta meg, hogy ezen tárgyak hogyan képződnek le a látás által, így nincs, ami összekösse a tapintás és a látás által létrehozott impressziókat a tudatában. Ez az eszmefuttatás egyébként John Locke nagyhatású „Értekezés az emberi értelemről” című könyvében jelent meg először, 1689-ben. Az összetett mentális reprezentációk létrehozásához tehát feltehetőleg tapasztalt érzékek szükségesek. Ezt egyébként néhány anekdotikus eset is alátámasztja, például egy fiatal korától szürkehályoggal élő személy szemének megműtése után hónapokig képtelen volt családtagjai és hétköznapi használati tárgyak azonosítására azok látványa alapján.

Amennyiben érzékszerveink megfelelően működnek, akkor bizony képesek vagyunk olyan tárgyakat tapintás alapján azonosítani, amelyeket korábban csak láttunk. Például, ha mutatnak nekünk egy képet egy kockáról, és arra kérnek, keressük ki ezt a tárgyat egy zsákból anélkül, hogy belenéznénk, valószínűleg sikerrel járunk majd. Ám attól még, hogy ez számunkra természetes és kifejezetten könnyű feladat, már legalább egy magas szintű kognitív folyamatot feltételez, melyet multiszenzoros integrációnak neveznek a kutatók. Vajon az állatvilág más képviselői is képesek erre? A főemlősök számos képviselője igen, sőt a delfinek, a patkányok, de még egyes halak is. Egy ausztrál kutatócsoport nemrégiben a poszméheknél is kimutatta e képesség meglétét.

Képes erre egy poszméh?

A kutatók azért választották a poszméheket a vizsgálatukhoz, mert már korábban bebizonyosodott, hogy ezek az állatok, noha normálisan nappali fénynél gyűjtögetnek, laboratóriumi körülmények között rávehetők a teljes sötétségben való gyűjtögetésre is. A kutatók létrehoztak egy elsötétített térrészt, amiben kocka és gömb alakú, kisméretű tárgyakat helyeztek el. A tárgyak tetején egy-egy lyuk volt, melyben cukoroldatot helyeztek el. Az állatok felénél a tanulási szakaszban a kockák, míg a másik felénél a gömbök rejtették a cukoroldatot. A tanulás sikerességét az jelezte, hogy a csoport egyik fele jóval több időt töltött a korábban jutalmazott alakzat vizsgálgatásával a cukoroldat hiányában is. A csoport másik felét viszont egy olyan ketrecbe helyezték, amiben az alakzatok egy üveglappal voltak lefedve, így csak a tetejükön lévő vájatok voltak hozzáférhetők, ezek azonban mindkét alakzaton azonosak voltak. A poszméhek ebben az esetben is jelentősen többet foglalkoztak a korábban cukoroldatot tartalmazó alakzatokkal, ami azt sugallja, hogy a pusztán tapintás révén szerzett tapasztalataikat ki tudták terjeszteni a látásra is. Ezt megerősítendő a kutatók fordítva is elvégezték a kísérletet: 40 poszméh tanulta meg a fényes térrészben az átlátszó üveglappal takart alakzatokban megtalálni a cukoroldatot, majd teljes sötétségben tesztelték az alakzatokkal kapcsolatos preferenciájukat. Az állatok ebben az esetben is jelentősen több időt töltöttek a korábban jutalmazott alakzattal, noha a tanulás során csak láthatták, a tesztelés során pedig csak tapintás révén fértek hozzá ezekhez.

task
A poszméhek a vizsgálat során két környezetben találkoztak az alakzatokkal: teljes sötétségben, ahol csak tapintani tudták őket, illetve világosban, ahol üveglappal voltak elzárva az alakzatok a tapintástól, így csak láthatták azokat (Forrás: Solvi et al., 2020 – Science).

Ezek alapján már elmondható, hogy nem csak a gerincesek körében, hanem az ízeltlábúaknál is megjelenik a multiszenzoros integráció. A multiszenzoros integráció révén alakulhatnak ki olyan összetett reprezentációk a világról, amik mindannyiunk számára ismerősek: a kávét például felismerjük szagáról, ízéről vagy a látványáról is. A kísérlet azt sugallja, hogy a poszméhek is rendelkeznek olyan belső reprezentációkkal, amelyek már függetlenek egy konkrét érzékszervtől, és ezek révén rugalmasan alakítják az állat viselkedését.

Poszméh kogníció

task2
A társas tanulást vizsgáló kísérletben a méhek feladata az volt, hogy a középen felrajzolt körbe juttassák a fagolyók egyikét (Forrás: Loukola et al., 2017 – Science).

A poszméheknél már máskor is kimutattak magas szintű kognitív képességet. Három éve például szintén a rangos Science magazinban publikáltak egy tanulmányt, amiben a poszméhek társas képességeit vizsgálták. A kutatók ekkor néhány állatnak fáradtságos munkával megtanították, hogy amikor egy fagolyót eljuttatnak egy kijelölt területre, akkor cukoroldattal jutalmazzák őket. Az eljárást nem ismerő egyedek már sokkal gyorsabban voltak képesek megtanulni a feladat elvégzését, amikor megfigyelhették egy kiképzett fajtársukat, amint cukoroldatot szerez a fagolyó-görgetéssel. A kutatók ezután még tovább bonyolították a helyzetet: az ember által tanított méhek három fagolyóval találták szembe magukat, ám ezek közül kettő (amelyek egyébként közelebb voltak a célhoz) le volt ragasztva, vagyis mozdíthatatlan volt. Miután ezeket az állatokat figyelték meg a naív fajtársak ők már három szabadon mozgatható golyót találtak a tesztelő fülkében. Meglepő módon ezek az állatok a legközelebbi golyót görgették a célba, ami arra utal, hogy nem csupán lemásolták „mesterük” cselekvéseit, hanem annak célját emulálták, ami szintén magasrendű reprezentációkat és összetett kogníciót feltételez.

A poszméhek tehát a multiszenzoros integráció mellett a társak céljainak emulációjára is képesek. Noha ezek a képességek náluk is nyilvánvalóan az idegrendszer termékei, akár az emlősöknél, fontos megjegyezni, hogy a poszméhek idegrendszere merőben más szerveződésű, mint az emlősöké. Az ízeltlábúak idegrendszere a hasi oldalon alakul ki, és dúcokba rendeződik a testszelvényekben. Az agyuk szerveződése is különbözik a gerinceseknél megszokottól, így az agy anatómiáját vizsgálva nem botlunk sok ismerős elnevezésbe, a multiszenzoros integrációban például olyan struktúrák implikáltak, mint a gombatest vagy a központi komplexum. Sejtszinten persze több a hasonlóság, mint a különbség, az azonban érdekes kérdés, hogy vajon a különféle információfeldolgozási lépések megvalósulásában milyen a hasonlóság mértéke? Vajon a rovarok idegrendszerében is hasonló algoritmusok révén, hasonló komputációkkal alakul át a fényérzékeny sejteket érő fotonokból kinyerhető információ a megfelelő viselkedést kialakító neurális aktivitássá?

Ez a cikkem az Élet és Tudomány 2020/14. számában jelent meg.

Források:

https://www.nature.com/news/bees-learn-football-from-their-buddies-1.21540

https://science.sciencemag.org/content/367/6480/850

https://science.sciencemag.org/content/367/6480/910

https://science.sciencemag.org/content/355/6327/833