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Blick in das Gehirn eines Vogels
Haben Sie sich jemals gefragt, was einem Vogel durch den Kopf geht, wenn er über den Himmel flattert? Wissenschaftler sind nun einen Schritt näher gekommen, um dies herauszufinden. Eine heute veröffentlichte Studie in Aktuelle Biologie benutzte ein kleines Gerät, um die Gehirnaktivität von Brieftauben bei ihren Trainingsflügen aufzuzeichnen; Durch die Kopplung des Geräts mit GPS konnten die Wissenschaftler feststellen, wie das Gehirn der Vögel während ihrer Reise auf verschiedene Orientierungspunkte reagierte. Es ist das erste Mal, dass eine solche Technologie bei frei fliegenden Vögeln eingesetzt wird und eröffnet einen neuen Blick darauf, wie Tiere außerhalb des Labors auf ihre Umgebung reagieren.
Gehirnbox : Ein kleines Neurologger-Gerät, das am Kopf einer Taube befestigt wird, bietet ein Fenster in die Gehirnaktivität, während sie nach Hause fliegt.
Brieftauben, die darauf trainiert sind, in ihren Heimatschlag zurückzukehren, können die Rückreise auch dann antreten, wenn sie Hunderte von Meilen entfernt von unbekannten Orten entlassen werden. Doch wie sie dieses Kunststück bewerkstelligen, hat Wissenschaftler jahrzehntelang verwirrt. Frühere Forschungen stützten sich darauf, einfach zu beobachten, wohin die Vögel gingen, aber neuere Studien mit GPS haben ein detaillierteres Bild ergeben. Wenn Tauben weit weg sind, scheinen sie eine Kombination von Hinweisen zu verwenden, um den Standort ihres Zuhauses zu bestimmen: den Sonnenstand, das Magnetfeld des Planeten und sogar Gerüche in der Luft. Aber wenn sie näher an ihrem Zuhause sind, scheinen sich die Vögel auf bekannte Orientierungspunkte und Straßen zu verlassen, um ihren Weg zu weisen.
Für die neue Studie wurden 26 Vögel narkotisiert und durch kleine Löcher im Schädel wurden Elektroden an der Oberfläche ihres Gehirns angebracht. Ein kleines Elektroenzephalographiegerät (EEG) wurde am Kopf jedes Vogels befestigt und an den Elektroden befestigt. Die Vögel erhielten auch Rucksäcke mit einem GPS-Monitor, der ihre Position im Laufe der Zeit aufzeichnete. Alexei Vyssotski , ein Verhaltensneurowissenschaftler an der Universität Zürich, der die Studie leitete, sagt, dass sein Team beschlossen habe, die Vögel aus dem Meer zu entlassen, etwa 30 Kilometer von ihrem Heimatschlag entfernt, damit sie eine relativ unscheinbare Umgebung durchqueren mussten, bevor sie vertrautes Land überquerten.
Das EEG misst die elektrische Aktivität von Neuronen im Gehirn und zeigt je nach Bewusstseinszustand des Tieres unterschiedliche Muster auf. Als die Wissenschaftler die EEG-Daten einer Reihe von Flügen analysierten, konnten sie mindestens drei Bänder von Gehirnwellenfrequenzen identifizieren, die für das Flugverhalten wichtig zu sein schienen. Sie konnten dann aufzeichnen, wie sich diese Frequenzbänder an verschiedenen Positionen während der Fahrt veränderten.
Vyssotski sagt, dass Gehirnwellen mit niedrigerer Frequenz am stärksten schienen, wenn etwas die Aufmerksamkeit der Vögel erregte: wenn sie Sehenswürdigkeiten oder andere interessante Orte überquerten. Diese Frequenzen waren schwach, als die Vögel ihre Reise über Wasser begannen, verstärkten sich jedoch dramatisch, als sie über Land gingen. Die Forscher waren sogar in der Lage, die Gehirnaktivität mit bestimmten Orientierungspunkten zu korrelieren. Ein auffälliges visuelles Merkmal links neben den Vögeln – eine große Tagebaumine – führte beispielsweise dazu, dass einige Vögel kurz vom Kurs abwichen. Dabei sahen die Forscher einen Aktivitätssprung in der rechten Gehirnhälfte – im Einklang mit der Tatsache, dass Vögel visuelle Informationen von jedem Auge in der gegenüberliegenden Hemisphäre verarbeiten. In einem anderen Fall kümmerten sich die Tauben um zwei scheinbar uninteressante Stellen an Land, was die Forscher verwirrte, bis sie die Stätten besuchten und erkannten, dass das Interesse nicht auf der Navigation beruhte: Es handelte sich um Orte, an denen Schwärme wilder Tauben herumlungerten.
Die höherfrequenten Bänder sind noch faszinierender, sagt Vyssotski, weil sie einen kognitiven Prozess widerspiegeln können. Diese Frequenzen waren zu Beginn der Reise am aktivsten, als sich die Vögel orientieren. Er sagt, dass die Aktivität möglicherweise mit dem Prozess der Wegfindung korreliert, aber weitere Studien sind erforderlich, um dies zu bestätigen.
Die Studie ist ein völlig neuartiger Ansatz, sagt Dora-Büro , einem Wissenschaftler an der Universität Oxford, der zuvor GPS verwendet hat, um zu verstehen, wie Brieftauben beim Überfliegen bekannter Orte Orientierungspunkte verwenden. Sie sagt, die Daten bestätigen eine wachsende Zahl von Beweisen dafür, dass Tauben auf visuelle Hinweise in der Landschaft angewiesen sind, um sich fortzubewegen. Die Verwendung von EEG-Signaturen zur Lokalisierung von interessanten Bereichen für die Vögel, sagt sie, eröffnet ein völlig neues Beobachtungsfenster dafür, wie Vögel im Flug ihre visuelle Umgebung wahrnehmen, speichern, interpretieren und nutzen. Eine wichtige Frage sei die Rolle der Vertrautheit bei ihrer Gehirnaktivität. In dieser Studie wurden die Vögel nicht weit genug von zu Hause entfernt, um zu sehen, wie ihr Gehirn auf völlig unbekannte Merkmale reagierte.
György Buzsáki , ein Neurowissenschaftler und EEG-Experte an der Rutgers University, sagt, dass die EEG-Daten ziemlich auffallend und überraschend sind, insbesondere die großen Änderungen zwischen der Navigation über Meer und Land. Er fügt hinzu, dass über EEG-Muster bei Vögeln nur sehr wenig bekannt sei, sodass bei der Interpretation der Signale noch viel zu tun sei. Zukünftige Geräte, die höher aufgelöste Messungen durchführen – vielleicht sogar Veränderungen in einzelnen Neuronen erkennen – könnten helfen, zu klären, was im Gehirn der Vögel passiert.
Das von diesen Forschern verwendete Gerät, das sie als Neurologger bezeichnen, wurde in einer anderen veröffentlichten Studie verwendet, in der das Schlafmuster bei Faultieren analysiert und festgestellt wurde, dass die Tiere nicht so viel schlafen, wie ihr Ruf vermuten lässt. Niels Rattenborg , ein Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Ornithologie, der die Faultier-Studie leitete, verwendet das Gerät derzeit, um das Schlafverhalten von Vögeln in freier Wildbahn zu untersuchen. Der überwiegende Teil dessen, was wir über die Funktionsweise des Gehirns wissen, stammt von Tieren, die auf die Laborumgebung beschränkt sind, erklärt Rattenborg. Der Neurologger, sagt er, ermögliche es, das Labor ins Freie zu bringen und Forschern die Möglichkeit zu geben, zu untersuchen, wie Tiere ihr Gehirn auf ihrem eigenen Rasen nutzen.