Come un moscerino ricorda un odore

Gli studenti seguono un odore dai recettori fino alle cellule che ne leggono il ricordo, e mostrano che silenziare uno strato di una via interrompe tutto ciò che viene dopo.

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.

Sinapsi e neurotrasmettitori

Ogni strato passa il segnale al successivo attraverso le sinapsi. Gli scienziati pensano che il ricordo sia un cambiamento nella forza delle sinapsi tra le cellule di Kenyon e i neuroni di uscita.

Come la struttura di una rete determina il comportamento

La via è una catena di strati: per questo silenziare le cellule di Kenyon spegne i neuroni di uscita anche se l’odore entra lo stesso.

Eccitazione e inibizione

«Stimola» eccita le cellule e «Silenzia» le tiene spente: sono i due strumenti della lezione. In questa parte del circuito ogni strato eccita il successivo.

1. 5 min

   Domanda di apertura

   Chiedi: «Come fa il tuo cervello a sapere che un odore l’hai già sentito?» Raccogli qualche ipotesi, poi di’ che oggi la classe cercherà la risposta dentro un moscerino.

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 sente l’odore di una pesca matura, lo riconosce dall’ultima volta in cui lo ha portato al cibo e lo segue controvento. La storia prepara la domanda: in quale punto del cervello è custodito quel ricordo?

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

   In quale punto di questo corpo cercheresti un naso?

2. Cervello

   Il cervello riempie quasi tutta la testa. Secondo te, che cosa ne occupa così tanto?

3. Circuito

   L’odore entra dalle cellule arancioni. Secondo te, quale colore raggiunge per ultimo?

4. Neurone

   Il punto è una sola attivazione. Come potrebbe una sola cellula informare il resto del cervello di un odore?

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

   Un moscerino sente gli odori con le antenne (due piccoli nasi). Tocca «Stimola» per far entrare un odore. Guarda come si accendono i neuroni arancioni.

   Si accendono solo i recettori olfattivi arancioni. Il segnale parte da un’estremità del circuito, non dappertutto insieme.

2. Passaggio 2

   Tocca di nuovo «Stimola» e segui i colori. In giallo, i neuroni di proiezione (messaggeri dell’odore) portano l’odore verso l’interno. In blu, le cellule di Kenyon (smistatrici di odori) lo ricevono subito dopo.

   I colori si accendono in ordine: arancione, poi giallo, poi blu. Il segnale attraversa gli strati uno dopo l’altro.

3. Passaggio 3

   Tocca «Stimola» ancora una volta. Ora guarda quelli rosa: sono i neuroni di uscita (lettori di ricordi). Leggono la combinazione blu.

   I neuroni di uscita rosa si accendono per ultimi, e solo dopo le cellule di Kenyon blu.

4. Passaggio 4

   Ora silenzia le cellule di Kenyon (smistatrici di odori). L’odore lo mandiamo noi. Che cosa sparisce?

   Arancione e giallo si accendono ancora, il blu resta spento e il rosa quasi sparisce. L’odore è entrato, ma non è potuto andare oltre.

5. Passaggio 5

   Tocca di nuovo il pulsante delle cellule di Kenyon (smistatrici di odori) per riattivarle. Mandiamo di nuovo lo stesso odore.

   Il rosa torna appena le cellule di Kenyon vengono riattivate. Niente si era rotto: al segnale mancava semplicemente la strada.

Hai silenziato le cellule di Kenyon (cellule blu). Perché le cellule rosa si sono spente?

La scelta giusta: Le cellule blu passano la combinazione di ogni odore alle cellule rosa.

Le cellule di Kenyon passano la combinazione di ogni odore ai neuroni di uscita. Quando sono silenziate, l’odore arriva lo stesso ai recettori e ai neuroni di proiezione, ma i neuroni di uscita non hanno niente da leggere. Chi risponde «l’odore non è mai entrato» va rimandato a guardare le cellule arancioni e gialle.

1. L’odore è entrato nel cervello anche con le cellule di Kenyon silenziate. Come facciamo a saperlo?
2. Immagina che il moscerino abbia imparato che questo odore vuol dire zucchero. In quale punto del circuito ti aspetteresti un cambiamento?
3. Che cosa ti aspetteresti di vedere silenziando invece i neuroni di proiezione gialli? Verificalo nell’esplorazione libera.

• Gli studenti potrebbero pensare: Un ricordo sta dentro una sola cellula, come un file.

  Come affrontarla: Torna al passaggio in cui il rosa legge il blu. Si pensa che il ricordo stia nella forza di molti collegamenti tra i due gruppi, non in una singola cellula.

• Gli studenti potrebbero pensare: Silenziare una cellula la uccide o la danneggia.

  Come affrontarla: Ripeti l’ultimo passaggio: la luce rosa torna subito. Le cellule silenziate sono intatte. Semplicemente non si attivano.

• Gli studenti potrebbero pensare: La lezione mostra il moscerino che impara un odore.

  Come affrontarla: Non è così. Il modello mostra dove verrebbe conservato un ricordo, ma i suoi collegamenti non cambiano mai. Dillo chiaramente, e chiedi che cosa bisognerebbe aggiungere.

L’elenco completo, con i numeri

Antenne.

Le due piccole sporgenze sulla testa del moscerino. Il moscerino le usa per sentire gli odori, come tu usi il naso.

Recettori olfattivi.

Cellule nervose sulle antenne che si attivano quando un odore le raggiunge. Ogni odore comincia da qui.

Lobo antennale.

La prima tappa degli odori nel cervello del moscerino: qui i recettori olfattivi passano il segnale ai neuroni di proiezione.

Neuroni di proiezione.

Cellule nervose che portano il segnale dell’odore dal lobo antennale più in profondità nel cervello, fino al corpo fungiforme.

Corpo fungiforme.

Una parte del cervello degli insetti a forma di fungo, dove gli odori vengono smistati e i ricordi degli odori vengono conservati.

Cellule di Kenyon.

Le piccole cellule nervose del corpo fungiforme. Ogni odore ne accende una manciata diversa, così ogni odore ha la sua combinazione.

Neuroni di uscita.

Cellule nervose che leggono la combinazione delle cellule di Kenyon e la passano al resto del cervello. Gli scienziati le chiamano MBON: neuroni di uscita del corpo fungiforme.

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