Een nieuwe methode maakt het mogelijk om hersengolven van vrij bewegende octopussen te bestuderen, door elektrodes rechtstreeks in het brein te plaatsen.
Octopussen hebben een groot brein, een unieke lichaamsvorm en geavanceerde cognitieve vaardigheden. Ze zijn zelfs zo slim dat ze van binnenuit een deksel kunnen opendraaien wanneer ze in een potje opgesloten zitten. Daarnaast kunnen ze spelen, dromen en zelfs vooruitplannen. Vaardigheden die je misschien niet zou verwachten van een diertje dat verwant is aan eenvoudige schepsels zoals de mossel en naaktslak.
‘Binnen hersenonderzoek kijken we naar de structuur, functie en moleculaire biologie van verschillende klassen dieren zoals zoogdieren, vogels en reptielen’, zegt Andreas Neef, onderzoeker van het project. ‘Dat zijn allemaal gewervelde dieren, maar de octopus en andere koppotigen behoren tot een andere stam die 600 miljoen jaar geleden gescheiden is van de gewervelde lijn. Dat betekent dat de verbazingwekkende eigenschappen die we tegenwoordig in octopussen zien, zich volledig onafhankelijk van gewervelde dieren hebben ontwikkeld.’
Technische uitdaging
Het interdisciplinaire team van onderzoekers uit verschillende landen heeft een methode ontwikkeld om de hersengolven van deze slimmeriken te kunnen meten. Daarbij wordt een apparaatje onder de huid geplaatst met elektroden die in het breintje steken. Het meten van de hersengolven van octopussen bleek een echte technische uitdaging. In tegenstelling tot gewervelde dieren hebben octopussen een zacht lichaam, en dus geen schedel om opnameapparatuur aan te verankeren. Daarnaast heeft het dier acht krachtige en ultraflexibele armen, wat het lastig maakt om draden en elektrodes aan het lichaam te bevestigen: hij trekt ze er zo weer af.
‘We zagen unieke patronen in de hersengolven die we nog nooit bij andere dieren hebben gezien’
De onderzoekers kozen voor een kleine onderhuidse datalogger als oplossing, die oorspronkelijk was ontworpen om de hersenactiviteit van vogels tijdens de vlucht te volgen. Een datalogger is een elektronisch apparaat dat gedurende langere tijd meetwaarden bijhoudt, en in dit specifieke geval de hersenactiviteit. Het team heeft geprobeerd om het apparaat waterdicht te maken, maar toch klein genoeg te houden om gemakkelijk in de octopussen te passen. De batterijen, die moeten werken in een omgeving met weinig lucht, maken tot twaalf uur aan opnames mogelijk.
Hoofdonderzoeker Tamar Gutnick: ‘Dankzij onze nieuwe methode kunnen we elektrische activiteit in de hersenen van octopussen vastleggen tijdens hun natuurlijke gedragingen zoals slaap, verkenning van de omgeving en zwemmen. Met de meting kunnen we zien hoe de hersenenactiviteit veranderd tijdens de verschillende omstandigheden. Sommige vormen van hersenactiviteit worden ook waargenomen in zoogdieren, maar we zagen ook unieke patronen in de hersengolven die we nog nooit bij andere dieren hebben gezien. We konden deze merkwaardige hersenactiviteitspatronen nog niet koppelen aan specifiek gedrag. Dat is iets wat we heel snel hopen te doen.’
Natuurlijke omgeving
Expert in Dierenfysiologie en Neurobiologie Eve Seuntjens (KU Leuven): ‘De grote meerwaarde van deze studie is alleen al het feit deze methode mogelijk is. De zenuwactiviteit kan opgevolgd worden in een dier dat zich in zijn natuurlijke omgeving kan bewegen, zonder dat hij vastzit. Iets vergelijkbaars was eerder nog niet mogelijk. Ander onderzoek in zeekatten kan hersenactiviteit meten van diertjes waarbij het hoofdje vastzit, maar het is een grote verbetering als het dier zich vrij kan bewegen, zowel voor het dier als voor de resultaten. We willen immers de activiteit meten tijdens omstandigheden die zo dicht mogelijk bij de natuur liggen.’
‘Het team heeft neurale activiteit gemeten in delen van de hersenen die het makkelijkst te bereiken waren. Maar ze hebben de hersenactiviteit vervolgens nog niet kunnen verbinden aan specifieke vormen van gedrag. De volgende stap is om die link te maken en ook andere delen in het brein te meten. De techniek moet nu zo geoptimaliseerd worden dat het ook geschikt is voor regio’s dieper in het brein. Daarnaast zou het een grote meerwaarde hebben als het apparaatje via remote control aangezet kan worden. Zo ben je niet gebonden aan de twaalf uur direct na de operatie en zijn er meer mogelijkheden om het diertje te trainen. Al met al is het een hele interessante ontwikkeling die veel deuren opent. Het is iets waar in het veld lang op werd gewacht.’
De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Current Biology.
