Perché i picchi di legno riescono a colpire i tronchi ad alta velocità senza subire una commozione cerebrale? I picchi di legno sono famosi "medici della foresta". Per mangiare gli insetti nascosti nei tronchi, i picchi di legno riescono a colpire i tronchi fino a 20 volte al secondo, arrivando persino a colpirli 12.000 volte al giorno, con un'accelerazione fino a 1.200 volte quella della gravità durante ogni colpo. Come riescono i picchi di legno a proteggere il loro cervello da queste forze? Un team di ricerca guidato dall'ornitologo Ivan Schwab dell'Università della California ha studiato questa domanda, vincendo il premio Ig Nobel nel 2006. I ricercatori hanno creato un ambiente controllato per osservare i picchi di legno, testando la forza dei loro colpi con dei sensori e filmando i loro attacchi con due telecamere a rallentatore. Hanno raccolto e analizzato i dati del cranio dei picchi di legno utilizzando la tomografia computerizzata e il microscopio elettronico a scansione, evidenziando la struttura del loro cranio e le variazioni di densità ossea. Grazie ai dati raccolti, gli scienziati hanno simulato al computer l'impatto dei colpi sul cranio dei picchi di legno.
Attraverso la simulazione, i ricercatori hanno scoperto che diversi fattori contribuiscono a ridurre il danno causato dalle forze d'impatto ai picchi di legno. La ragione principale è che i picchi di legno hanno sviluppato una serie di meccanismi per proteggere il cervello e gli occhi dagli impatti. In primo luogo, l'osso della lingua dei picchi di legno inizia dalla parte inferiore del becco, si divide a sinistra e a destra per avvolgere la parte posteriore del cranio, e poi risale nuovamente per ricongiungersi davanti alla fronte. Questo funge da "cintura di sicurezza", evitando che il collo si spezzi all'indietro. Il loro becco è costruito in modo tale che, quando l'impatto viene trasferito dalla punta del becco all'osso, questa struttura attenua l'impatto e lo allontana dal cervello. Inoltre, il cranio dei picchi di legno è spugnoso. Il loro cranio non solo è molto spesso e robusto, ma contiene anche molti piccoli spazi, un po' come una spugna, che dissipano l'impatto e proteggono il cervello. Tra il cranio e il cervello dei picchi di legno ci sono tre membrane, che vanno dall'esterno verso l'interno: la dura mater, la pia mater e la pachimater. Lo spazio tra queste due membrane è chiamato subaracnoide. Nell'uomo, il subaracnoide è pieno di liquido cerebrospinale. Tuttavia, nei picchi di legno il subaracnoide è molto stretto e contiene pochissimo liquido cerebrospinale, il che riduce la trasmissione delle onde d'urto del liquido e permette una migliore attenuazione e ammortizzazione degli impatti. I picchi di legno hanno un cervello relativamente piccolo, con una superficie relativa più grande rispetto alla sua dimensione verticale, e la pressione esercitata sulla parte superiore del cervello tende a dissiparsi più facilmente rispetto a quella esercitata sulla parte inferiore, quindi i picchi di legno sono meno inclini a subire commozioni cerebrali. Inoltre, il becco e la testa dei picchi di legno sono sempre allineati in modo verticale, evitando torsioni dovute a oscillazioni che potrebbero causare la lacerazione delle membrane del cervello e commozioni cerebrali. Pertanto, nonostante colpiscano i tronchi ogni giorno, i picchi di legno riescono a sopportare gli impatti forti per anni.
Anche la struttura degli occhi dei picchi di legno è molto intelligente. Le riprese ad alta velocità mostrano che, un istante prima dell'impatto, le palpebre dei picchi di legno si chiudono rapidamente, evitando che i detriti degli impatti danneggino gli occhi e fungendo da cintura di sicurezza per gli occhi. La retina dei loro occhi è riempita da un glicosaminoglicano, che funge da cuscinetto. Sulla retina c'è anche una membrana a pettine, che potrebbe anche svolgere una funzione antishock, poiché, una volta congestionata, aumenta temporaneamente la pressione intraoculare, proteggendo la lente e la retina.
I ricercatori sottolineano che la protezione del cervello dei picchi di legno è il risultato di una combinazione di più fattori, e non di uno solo. Questo dimostra che la struttura determina la funzione. Questa scoperta scientifica aiuterà gli scienziati a progettare dispositivi di protezione più efficaci per proteggere il cervello umano.