Aggiornare un obiettivo allocentrico a partire da memorie visive egocentriche lateralizzate

Come cervelli minuscoli risolvono un grande problema di navigazione

Le formiche attraversano regolarmente deserti privi di punti di riferimento e foreste ingombre, lasciano del cibo e poi tornano a casa con una precisione sorprendente. Questo studio indaga come cervelli così piccoli riescano a svolgere un compito che mette ancora in difficoltà i nostri robot senza GPS: combinare ciò che un animale vede dal proprio punto di vista con un senso stabile della direzione ancorato al mondo esterno. Scoprendo come le formiche trasformano scatti parziali del paesaggio in un’affidabile indicazione interna della direzione, il lavoro illumina principi generali della navigazione che possono valere ben oltre gli insetti, da altri animali alle macchine autonome.

Guardare di lato per trovare la strada

Per anni, i ricercatori hanno presunto che gli insetti naviganti memorizzassero la vista frontale quando lasciano il nido o una fonte di cibo, e che poi riconoscessero la stessa vista per sapere che «casa è davanti». Ma esperimenti sul campo condotti su due specie di formiche molto diverse rivelano una svolta sorprendente: le formiche si affidano a memorie formate guardando di lato, non direttamente verso la meta. Usando un sistema a trackball nel loro habitat naturale, gli autori hanno fissato le formiche oming in varie orientazioni del corpo e misurato come cercavano di girarsi. Qualunque fosse la rotazione del corpo, quando la scena circostante era familiare, le formiche si giravano verso la direzione corretta della rotta. Anche quando erano rivolte esattamente verso o esattamente lontano da casa, il loro comportamento era meglio descritto come la scelta di «sinistra» o «destra», non «vai dritto». Ciò dimostra che il riconoscimento di una vista familiare indica alla formica se il percorso si trova alla sua sinistra o alla sua destra, piuttosto che dire semplicemente che l’obiettivo è direttamente davanti.

Mischiare punti di riferimento con una bussola solare

La domanda successiva era come questi segnali sinistra–destra vengano usati per sterzare. Una possibilità è che il riconoscimento di una vista laterale familiare attivi direttamente le zampe perché compiano la svolta in quella direzione. L’alternativa è un processo in due fasi: le memorie visive aggiornano prima una direzione desiderata interna, che viene poi confrontata con le informazioni provenienti dal sole e da altri indizi celesti per produrre la sterzata. Per distinguere tra queste opzioni, i ricercatori specchiarono la posizione apparente del sole di 180 gradi mentre le formiche stavano sulla trackball in un ambiente familiare. Quando il sole fu ribaltato, le formiche invertirono immediatamente la direzione di svolta preferita, ma solo quando la scena a terra era familiare. Questo indica che le memorie visive laterali non guidano direttamente la svolta; piuttosto, impostano una direzione desiderata che viene letta da un sistema centrale «bussola», che a sua volta controlla i movimenti della formica.

Un nucleo cerebrale che integra indizi di sinistra e destra

Il team passò poi a modelli computazionali basati sulla connettività cerebrale nota negli insetti. Nelle formiche, si pensa che le memorie visive a lungo termine risiedano in strutture chiamate corpi a fungo (mushroom bodies), mentre una regione centrale del cervello nota come complesso centrale contiene una bussola interna e una rappresentazione della direzione obiettivo corrente. Il modello assume che ciascuna emisfera cerebrale riceva segnali più forti quando la formica è orientata leggermente da un lato rispetto al vero obiettivo. Questi input diseguali di sinistra e destra aggiornano una direzione obiettivo memorizzata nel complesso centrale, che viene poi confrontata con l’orientamento della bussola corrente per generare svolte a sinistra o a destra. Poiché il riconoscimento visivo reale è rumoroso e funziona solo a certi angoli di sguardo, gli input al modello sono stati resi intermittenti e imprecisi. Eppure l’agente simulato ha comunque prodotto rotte stabili e diritte purché gli indizi di sinistra e destra corrispondessero grosso modo a «l’obiettivo è a sinistra» e «l’obiettivo è a destra». Se queste associazioni venivano invertite, il modello seguiva affidabilmente la rotta nella direzione sbagliata, proprio come previsto dagli esperimenti con l’inversione del sole.

Quando il cielo mente, il terreno ti rimette in carreggiata

Per testare ulteriormente il modello, i ricercatori hanno simulato cosa succede quando la bussola interna viene improvvisamente spostata mentre una formica cammina lungo la sua rotta familiare. Hanno confrontato questo con formiche reali la cui vista del sole è stata ruotata di 135 gradi usando specchi. Sia nella simulazione sia sul campo, le formiche deviarono brevemente, poi curvarono di nuovo verso il percorso corretto e infine ripresero a camminare dritte dopo un breve periodo di meandri. Nel modello, questo comportamento emerge perché la vecchia direzione obiettivo memorizzata nel complesso centrale si sovrappone temporaneamente con la direzione aggiornata legata alla bussola spostata, creando una sorta di tiro alla fune che si risolve una volta che la traccia di memoria più vecchia svanisce. Questa corrispondenza ravvicinata tra modello e comportamento rafforza l’idea che la navigazione derivi da un dialogo continuo tra il riconoscimento rumoroso dei punti di riferimento e un orientamento più stabile basato sulla bussola.

Dalle tracce delle formiche ai principi generali della navigazione

In termini semplici, lo studio mostra che le formiche non sterzano confrontando una fotografia mentale perfetta della scena davanti a loro. Invece, confrontano quanto il mondo appare familiare quando si trovano leggermente a sinistra o a destra della direzione ideale, immettono questi segnali in un nucleo guida centrale e lasciano che una bussola basata sul cielo attenui il rumore. Questo schema laterale e in due fasi appare in specie di formiche lontanamente imparentate e riecheggia l’idea più ampia che molti animali, compresi gli esseri umani, combinino mappe vincolate al punto di vista e mappe centrate sul mondo. Rivelando come cervelli compatti trasformino scatti laterali in un robusto senso del «dove andare», il lavoro offre un progetto per costruire sistemi di navigazione più capaci ed efficienti in agenti artificiali.

Citazione: Wystrach, A., Le Moël, F., Clement, L. et al. Updating an allocentric goal from lateralised egocentric visual memories. Nat Commun 17, 3594 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67545-3

Parole chiave: navigazione delle formiche, memoria spaziale, punti di riferimento visivi, circuiti neurali, bussole solari