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Geheimnisse des Vogelhirns aufgedeckt

Forscher haben Vögeln ins Gehirn geblickt. (Foto: Tobias Machts/Universität Tübingen)

Der erstaunlichen Vogelintelligenz auf der Spur: Warum sich die Hirnleistung mancher Vogelarten mit der von Primaten messen kann, beleuchten nun zwei Studien. Demnach sind die Vogelgehirne unseren Denkorganen ähnlicher als gedacht: Forscher haben neuronale Strukturen im Vogelhirn aufgedeckt, die denen im Neokortex von Säugetieren ähnelt. Diese Bereiche konnte ein zweites Forscherteam wiederum mit bewussten Sinneswahrnehmungen bei Rabenvögeln in Verbindung bringen.

„Du Spatzenhirn!“ Lange Zeit hat man Vögeln eher wenig Grips unterstellt. Der Grund: Ihre Gehirne wirken klein und sie scheinen auch nicht die für die höheren kognitiven Fähigkeiten der Säugetiere verantwortlichen Strukturen zu besitzen. Doch die moderne Forschung hat mittlerweile eindrucksvoll gezeigt, dass Vögel alles andere als dumm sind: Vor allem Vertreter der Papageien- und der Rabenvögel begreifen hochkomplexe Zusammenhänge, benutzen Werkzeuge und können sich in andere Lebewesen hineinversetzen. Ihre Hirnleistungen lassen sich damit mit denen der intelligentesten Säugetiere vergleichen.

Neurologische Studien haben zudem bereits Hinweise darauf geliefert, warum die Vogelgehirne so hohe Leistungen hervorbringen können: Sie besitzen eine besonders hohe Nervendichte. Unklar blieb allerdings, was es mit dem scheinbaren Fehlen der typischen Strukturen der Hirnrinde (Neokortex) bei den Vögeln auf sich hat, die bei den Säugetieren für die höheren kognitiven Fähigkeiten zuständig sind. Dieser Bereich unseres Gehirns ist aus sechs Schichten aufgebaut und senkrecht zu diesen Schichten in Säulen geordnet. Auf den ersten Blick scheint es in den Vogelgehirnen hingegen nur Ansammlungen von Neuronen zu geben. Doch die Forscher um Onur Güntürkün von der Ruhr-Universität Bochum, konnten nun zeigen, dass es in Vogelgehirnen doch Organisationsstrukturen gibt, die denen der Säugetiergehirne ähneln.

Ähnlich komplex organisiert

In ihrem Visier stand eine Vorderhirnregion der Vögel namens Pallium, die als dem Neokortex von Säugetieren am ähnlichsten gilt. Die Wissenschaftler untersuchten diesen Bereich zunächst mithilfe einer Bildgebung mit polarisiertem Licht. Sie ermöglicht es, einzelne Nervenfasern und deren Ausrichtung darzustellen. Wie die Forscher berichten, offenbarte die Untersuchung der Gehirne von Tauben und Eulen eine Organisation, die der im Säugetiergehirn ähnlich ist: Auch im Pallium verlaufen die Fasern demnach ähnlich horizontal und vertikal wie im Neokortex.

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In weiteren Experimenten untersuchten die Forscher Dünnschnitte von Gehirnen mittels winziger Kristalle, die bis in die feinsten Verästelungen der Nervenzellen in Hirnschnitten transportiert werden. So konnten sie die Vernetzung der Zellen im Vogelhirn so genau wie noch nie erfassen. „Auch dabei zeigte sich ein Aufbau in Säulen, in denen Signale von oben nach unten und umgekehrt weitergeleitet werden, und horizontale lange Fasern“, berichtet Güntürkün. Aus den Ergebnissen geht somit hervor: Es gibt eine ähnliche Neuroarchitektur, die erklärt, warum Vögel kognitiv ähnlich begabt sind wie Säugetiere, resümieren die Forscher.

Krähen ins Hirn geblickt

Genau dies verdeutlicht die zweite aktuelle Studie: Die Forscher um Andreas Nieder von der Universität Tübingen konnten durch die Messung von Hirnsignalen nachweisen, dass die bewusste Sinneswahrnehmung bei Krähen (Corvus corone) auf der Verarbeitung durch Nervenzellen im Pallium basiert. Es handelt sich dabei um den ersten neurowissenschaftlichen Nachweis der Prozesse, auf denen die erstaunlichen Fähigkeiten dieser gefiederten Schlauköpfe basieren.

Für die Studie trainierten die Wissenschaftler zwei Krähen: Um Leckerbissen zu bekommen, sollten sie per Kopfdruck anzeigen, ob sie einen Reiz auf einem Bildschirm gesehen hatten oder nicht. Zunächst waren dabei die Entscheidungen leicht: Den Vögeln wurden entweder deutliche Lichtpunkte oder gar keine Reize präsentiert. Doch dann wurde es knifflig: Einige Reize gestalteten die Forscher so schwach, dass sie im Bereich der Wahrnehmungsgrenze der Vögel lagen. Manchmal zeigten die Krähen an, den schwachen Reiz gesehen zu haben, in anderen Fällen entschieden sie sich hingegen für die Negativaussage. Somit war die subjektive Wahrnehmung der Krähen gefragt – dabei handelt es sich um einen Bewusstseinsprozess, erklären die Forscher.

Signatur subjektiver Wahrnehmung

Was dabei im Gehirn abläuft, erfassten sie anschließend durch implantierte Elektroden: Während die Krähen auf die optischen Reize reagierten, erfassten die Forscher die Aktivität einzelner Nervenzellen im Gehirn. So zeigte sich: Meinten die Krähen, etwas gesehen zu haben, waren Nervenzellen des Pallium im Zeitraum zwischen Reizpräsentation und Verhaltensantwort aktiv. Auf Basis der Aktivität der Nervenzellen ließ sich somit vorhersagen, welches subjektive Erleben die Krähen hinsichtlich des Reizes empfanden. „Nervenzellen, die Seheindrücke ohne subjektive Komponente repräsentieren, sollten auf einen gleichbleibenden visuellen Reiz immer gleich antworten“, erklärte Nieder: „Unsere Ergebnisse dagegen lassen nur den Schluss zu, dass Nervenzellen auf höheren Verarbeitungsstufen des Krähengehirns durch subjektives Erleben beeinflusst werden, oder genauer gesagt, subjektive Erlebnisse hervorbringen“, sagt Nieder.

Beide Studien werfen nun die Frage auf, wie sich die ähnlichen Strukturen und Prozesse, die der Kognition von Säugetieren und Vögeln zugrunde liegen, entwickelt haben. Es scheint möglich, dass die Grundelemente schon bei den letzten gemeinsamen Vorfahren beider Entwicklungslinien vor etwa 320 Millionen Jahren vorhanden waren, sagen die Wissenschaftler. Daneben kommt aber auch eine parallele Entwicklung infrage, die unabhängig voneinander zu ähnlichen Strukturen und Fähigkeiten geführt hat. „In jedem Fall ist die Fähigkeit zu bewusstem Erleben mit verschieden gebauten Gehirnen realisierbar“, sagt Nieder abschließend.

Quelle: Forschungszentrum Jülich, Universität Tübingen,
Fachartikel:
Science, doi: 10.1126/science.abc5534

Science, doi: 10.1126/science.abb1447

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