Las medusas sin cerebro aprenden de la experiencia

Los investigadores han demostrado que las criaturas pueden aprender a evitar obstáculos utilizando señales visuales y mecánicas, a pesar de no tener cerebro.

Una pequeña medusa ha demostrado, por primera vez, una poderosa capacidad cognitiva: la capacidad de aprender por asociación. Aunque no tiene cerebro central, la medusa caja caribeña (Tripedalia cistophora) del tamaño de la punta de un dedo puede ser entrenada para asociar la sensación de chocar con algo con una señal visual y utilizar la información para evitar futuras colisiones.

El experimento muestra un tipo de aprendizaje llamado aprendizaje asociativo, que se hizo famoso por los experimentos del neurólogo Ivan Pavlov con perros a finales del siglo XIX, en el que un animal aprende a asociar un estímulo con otro mediante entrenamiento. «El aprendizaje asociativo se considera ahora una prueba sólida de la capacidad cognitiva», afirma Ken Cheng, investigador del comportamiento animal de la Universidad Macquarie de Sydney, Australia. Muchos otros animales (desde humanos hasta pájaros, pulpos e incluso insectos) tienen la capacidad de aprender por asociación.



El hallazgo de la medusa de caja es muy importante porque muestra que un sistema nervioso centralizado, o cerebro, no es necesario para el aprendizaje asociativo.

“Es fantástico”, afirma Gaëlle Botton-Amiot, neurobióloga de la Universidad de Friburgo (Suiza), que publicó en marzo un estudio que muestra que la anémona de mar Nematostella vectensis también es capaz de realizar aprendizaje asociativo. Tanto las anémonas de mar como las medusas pertenecen a un grupo de organismos conocidos como cnidarios, y se cree que «esta capacidad de realizar aprendizaje asociativo está presente probablemente en todo el árbol de cnidarios».

Prueba natural

El experimento con anémona de mar realizado por Botton-Amiot y sus colegas implicó entrenar a los animales para que asociaran una luz brillante con una descarga eléctrica. Pero estos estímulos no se encuentran en el entorno natural de las anémonas y, por lo tanto, el aprendizaje observado podría no ser biológicamente significativo, afirma Jan Bielecki, electrofisiólogo de la Universidad de Kiel (Alemania), coautor de la investigación sobre las medusas, publicada el 22 de septiembre en Current Biology. Tuvimos mucho, mucho cuidado para que esto fuera lo más natural posible para [las medusas].

En la naturaleza, T. cistophora busca pequeños crustáceos entre las raíces de los manglares. Para imitar este entorno, los colegas de Bielecki en la Universidad de Copenhague colocaron las jaleas en tanques cilíndricos que tenían rayas verticales blancas y negras o grises y blancas en las paredes. Para las medusas, las rayas oscuras parecían raíces de manglares en aguas claras o turbias.

En los tanques de “agua turbia”, las medusas chocaron contra la pared porque su sistema visual no podía detectar con claridad las rayas grises. Pero después de unos minutos (y de golpes) aprendieron a ajustar su comportamiento, pulsando rápidamente para alejarse nadando de la pared cuando se acercaban demasiado. Solo cuando tenían una combinación de estimulación visual y estimulación mecánica aprendían realmente algo.

Esto es sólo una cuestión de supervivencia básica. Cuando el agua está turbia, las medusas no pueden detectar obstáculos claramente con sus simples ojos, por lo que necesitan aprender a evitarlos para evitar lesiones. No pueden seguir tropezando con obstáculos en los días turbios.

Hay buenas lecciones que aprender de este estudio. Si elegimos alguna tarea arbitraria, es posible que el animal no aprenda. Y eso puede deberse simplemente a que estás intentando hacer lo incorrecto y no a que el animal no tenga la capacidad.

Es fantástico que hayan elegido algo que es realmente relevante desde el punto de vista biológico.

Fisiología investigada

Para comprender mejor los mecanismos en juego, Bielecki diseccionó la rhopalia individual: pequeños complejos «ojo-cerebro» en las medusas, cada uno de los cuales contiene seis ojos rudimentarios, más centros nerviosos, llamados marcapasos, que controlan los pulsos de natación de los animales.

Con la rhopalia aislada frente a una pantalla de proyección, Bielecki pudo registrar con precisión la actividad eléctrica en los nervios cuando el sistema visual percibió una señal visual: barras grises que se movían lentamente de un lado a otro de la pantalla. Una leve descarga eléctrica a las neuronas motoras imitó el bulto en el cuerpo de una medusa. Bielecki registró la actividad nerviosa de los marcapasos de natación que provocaban los rápidos pulsos de natación en las medusas.

Al igual que las medusas vivas en los tanques, se podría entrenar a la rhopalia extirpada para que asocie un «golpe» eléctrico con la apariencia de una barra gris. Después de cinco minutos de entrenamiento con la barra gris y el «golpe», la rhopalia respondió únicamente a la señal visual aumentando la frecuencia de su pulso de nado. Esto confirma que en la rhopalia “es donde ocurre el aprendizaje”, dice Bielecki.

Queda por comprender cómo T. cistophora procesa y coordina el aprendizaje en cada una de sus cuatro rhopalia. Si tienes cuatro centros como este, ¿cómo se coordina?. También sería interesante investigar si las criaturas retienen el aprendizaje (y durante cuánto tiempo).

Hay mucho más que analizar sobre lo que está sucediendo en este aprendizaje. Identificar los genes y las vías bioquímicas implicadas podría ayudar a los científicos a rastrear los orígenes evolutivos del aprendizaje, al igual que una mejor comprensión de qué organismos son incapaces de aprender. Los investigadores deberían considerar si los animales sin nervios son capaces de aprender. Cuanto más distantes observemos las ramas evolutivas, mejor tendremos una idea de cuándo habría evolucionado el aprendizaje asociativo.

Se podrían adaptar los hallazgos sobre cómo aprenden las medusas a nivel celular a sistemas no biológicos, para que los robots puedan aprender a reconocer patrones. Ese es el futuro del “cerebro” de las medusas, queremos pegarlos en un chip.

La medusa de caja del Caribe (Tripedalia cistophora) puede aprender a asociar una señal visual particular con una sensación de golpe.

Ronald Palacios Castrillo, M.D.,PhD.