Come un moscerino sa da che parte è rivolto

Gli studenti vedono che un anello di neuroni conserva la direzione del moscerino sotto forma di una sola zona di attività, e che l’inibizione dei neuroni ad anello tiene ferma quella zona.

Uno schermo condiviso aiuta, ma è facoltativo: un proiettore, un televisore o lo schermo di un computer che tutta la classe possa vedere. Agli studenti serve un qualsiasi dispositivo connesso a internet, meglio se uno per coppia: portatile, tablet o smartphone. Non c’è niente da installare e non servono account. Ogni lezione si apre con una breve guida su come leggere lo schermo, e ogni termine scientifico si può toccare per leggerne la spiegazione.

Eccitazione e inibizione

L’esempio più chiaro delle tre lezioni. I neuroni di svolta eccitano la bussola e spingono il picco; i neuroni ad anello la inibiscono e tengono fermo il picco.

Sinapsi e neurotrasmettitori

Si prevede che i neuroni ad anello rilascino GABA, un neurotrasmettitore che inibisce. I neuroni bussola e i neuroni di svolta rilasciano acetilcolina, che eccita.

Come la struttura di una rete determina il comportamento

I neuroni bussola sono collegati ad anello, ed è proprio questa forma a far sì che un solo picco di attività rappresenti una sola direzione.

1. 5 min

   Domanda di apertura

   Chiedi: «Chiudi gli occhi e fai un giro su te stesso. Come fai a sapere ancora da che parte sei rivolto?» Poi di’ che un moscerino ci riesce con un piccolo anello di cellule, e che la classe sta per spingerle di qua e di là.

2. 10 min

   Dimostrazione con «Fammi vedere come funziona»

   Mostra la lezione in modalità classe su uno schermo condiviso (proiettore, televisore o schermo di un computer) e premi «Fammi vedere come funziona». Leggi ad alta voce ogni passaggio mentre scorre. Senza uno schermo condiviso, gli studenti aprono la stessa dimostrazione sui propri dispositivi. La dimostrazione si ferma alla domanda della lezione: per ora lasciala senza risposta.

3. 20 min

   Gli studenti esplorano

   Gli studenti lavorano a coppie sui propri dispositivi, con la scheda di lavoro. Scrivono una previsione prima di ogni tocco, svolgono la lezione, rispondono alla sua domanda e provano l’esplorazione libera.

4. 10 min

   Discussione

   Raccogli le risposte delle coppie alla domanda della lezione, poi usa le domande per la discussione qui sotto. Chiudi con ciò che il modello lascia fuori.

Dror punta verso una fessura di luce, uno spiffero lo fa girare e lui corregge la rotta. La storia prepara la domanda: come fa un cervello a sapere da che parte è rivolto il suo corpo?

La lezione si apre con un breve fumetto su Dror, il moscerino. Leggi le vignette ad alta voce o lasciale leggere agli studenti; ci vuole circa un minuto. L’ultima vignetta ritorna nella schermata di fine missione.

Proietta la lezione. Fermati a ciascuno dei quattro livelli e fai la sua domanda prima di ingrandire. I pulsanti dei livelli portano direttamente a qualsiasi livello, e il pulsante con la lente riapre lo zoom in qualsiasi momento della lezione.

1. Moscerino

   Il moscerino non ha né mappa né GPS. Che cosa potrebbe usare per mantenere una rotta dritta?

2. Cervello

   Quali sensi dovrebbe ascoltare una bussola che sta qui dentro?

3. Circuito

   Queste cellule formano un anello. Perché un anello potrebbe essere una buona forma per una bussola?

4. Neurone

   Questa è una cellula di rotta. Se si attiva, secondo te che cosa dice su dove è rivolto il moscerino?

Il corpo e il cervello vengono da due moscerini diversi, mostrati insieme nelle loro dimensioni reali. Dillo alla classe.

Prima del passaggio in cui si silenzia, gli studenti scelgono che cosa succederà secondo loro. Fai prima votare per alzata di mano. Non c’è nessun punteggio, e una previsione sbagliata non costa nulla.

1. Passaggio 1

   Tocca «Stimola» per attivare i neuroni di svolta di sinistra (segnale per girare). Poi guarda il quadrante della bussola.

   Una zona di neuroni bussola verdi si accende su un lato dell’anello, e l’ago del quadrante punta lì. Quella zona è il picco.

2. Passaggio 2

   Ora tocca «Stimola» sui neuroni di svolta di destra (segnale opposto). Tieni d’occhio il picco.

   Il picco si sposta lungo il quadrante. I due segnali di svolta lo spingono in direzioni opposte.

3. Passaggio 3

   Silenzia i neuroni ad anello (occhi della bussola). Portano dentro quello che vede il moscerino. Il segnale di svolta di destra lo attiviamo noi.

   Con i neuroni ad anello viola spenti, lo stesso segnale lascia il picco vagare invece di fermarsi in un punto.

4. Passaggio 4

   Tocca di nuovo il pulsante dei neuroni ad anello (occhi della bussola) per riattivarli. Mandiamo di nuovo lo stesso segnale di svolta.

   Il picco resta di nuovo al suo posto. Confronta il quadrante con il passaggio precedente.

Hai silenziato gli occhi della bussola (le cellule viola). Perché il picco è andato alla deriva?

La scelta giusta: Niente diceva alla bussola dove fossero i punti di riferimento, così il picco è scivolato via.

Niente diceva alla bussola dove fossero i punti di riferimento, quindi niente teneva fermo il picco. Il segnale di svolta è arrivato lo stesso, perché le cellule verdi si sono accese: a mancare era un’ancora, non un ingresso. Per gli studenti più grandi: in questo modello l’ancora è l’inibizione dei neuroni ad anello.

1. Perché l’anello è una buona forma per cellule che tengono traccia della direzione?
2. I neuroni ad anello calmano altre cellule invece di eccitarle. In che modo spegnere delle cellule può aiutare una rete a funzionare meglio?
3. Anche le persone perdono l’orientamento al buio o nella nebbia. Che cosa ha in comune questo con il passaggio in cui si silenzia?

• Gli studenti potrebbero pensare: Il moscerino ha una bussola magnetica, come quella del telefono.

  Come affrontarla: Questa bussola è una configurazione di attività che il moscerino aggiorna in base alle proprie svolte e a ciò che vede. In questo circuito niente percepisce il magnetismo.

• Gli studenti potrebbero pensare: Più cellule sono attive, migliore è sempre il segnale.

  Come affrontarla: Confronta gli ultimi due passaggi: togliere l’inibizione ha peggiorato la bussola. L’inibizione fa parte del modo in cui il circuito funziona.

• Gli studenti potrebbero pensare: Il picco è un oggetto che viaggia nel cervello.

  Come affrontarla: Nessuna cellula si sposta. Le cellule vicine si attivano a turno, come la ola che gira tra il pubblico di uno stadio.

L’elenco completo, con i numeri

Neuroni di svolta.

Cellule nervose che si attivano quando il moscerino gira e spingono il picco lungo la bussola. Gli scienziati li chiamano neuroni P-EN2.

Neuroni bussola.

Un anello di cellule nervose che tiene traccia della direzione in cui è rivolto il moscerino. Gli scienziati li chiamano neuroni E-PG.

Picco di attività.

La zona di neuroni bussola attivi. Il punto dell’anello in cui si trova indica da che parte è rivolto il moscerino.

Neuroni ad anello.

Cellule nervose che portano alla bussola ciò che il moscerino vede, come i punti di riferimento. Calmano i neuroni bussola, e così il picco resta fermo.

Punto di riferimento.

Qualcosa che il moscerino vede e che resta fermo, come il sole o un albero. Il moscerino lo usa per tenere stabile il suo senso dell’orientamento.

Ponte protocerebrale.

Una parte del cervello del moscerino a forma di barra, il ponte protocerebrale. Ci passano sia i neuroni bussola sia i neuroni di svolta.

Questa sezione non è ancora compilata. La corrispondenza con il programma ufficiale di biologia è in corso di verifica con docenti di biologia.