Vögel- und Säugerhirne besitzen gleichen Schaltkreis fürs Lernen
In einer bahnbrechenden neuen Studie haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT), Vereinigte Staaten, eine evolutionäre Gemeinsamkeit bei Vögeln und Säugetieren aufgedeckt. Trotz grundlegender anatomischer Unterschiede in der Großhirnrinde nutzen Vögel und Säugetiere den gleichen Lernmechanismus. Die teilweise durch Fördermittel des Siebten Rahmenprogramms (RP7) finanzierte Studie bestätigt bisherige Vermutungen, dass die Erforschung solcher Lernprozesse dazu beitragen kann, auch die Biologie des Menschen besser zu verstehen und die Entwicklung neuer Therapien für menschliche Erkrankungen wie Parkinson voranzutreiben. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachblatt Journal of Neuroscience veröffentlicht. Den Gesang von Vögeln nutzen Forscher häufig als Modellsystem und untersuchen an ihm allgemeine Lernmechanismen, vor allem aber auch komplexes Lernverhalten. Experten zufolge ist das Erlernen des Vogelgesangs eine sehr stereotype Lernform. Von wissenschaftlicher Seite aus war es bislang schwierig, Lernsysteme von Vögeln und Säugetieren zu vergleichen, und zwar aufgrund der unterschiedlichen Anatomie ihrer Großhirnrinde. In ihrer neuen Studie gelang es Forschern des MIT gemeinsam mit Kollegen der Hebrew University, Israel, spezifische Klassen von Neuronen im Gehirn von Singvögeln zu identifizieren, um sie anschließend mit entsprechenden Nervenzellen in Säugern zu vergleichen. Die Forschungen konzentrierten sich auf eine bestimmte Gehirnregion, die Basalganglien. Bei diesen neuralen Strukturen im unteren Teil der Großhirnrinde handelt es sich um eng vernetzte Kerne aus Nervenzellen, die die Grundlage für das Erlernen von Fähigkeiten und Gewohnheiten bilden. Eine Erkrankung der Basalganglien wird mit verschiedenen Störungen wie Zwangsneurosen oder Parkinson-Krankheit in Verbindung gebracht. Nach Meinung der Forscher betrifft Parkinson insbesondere zwei Schlüsselstrukturen: das Striatum und den Globus pallidus ("bleichen Kern"). Diese Strukturen innerhalb der Basalganglien sind wichtig für das Erlernen von Bewegungsabläufen. Verschiedene Studien haben inzwischen die Existenz ähnlicher Schaltkreise in Vögeln bestätigt, die ihnen das Erlernen des Vogelgesangs ermöglichen. Bei Vögeln allerdings, und das ist der wesentliche Unterschied, sind diese Bereiche anatomisch nicht voneinander getrennt. Ihre Basalganglien sind in einer winzigen Struktur zusammengefasst, dem so genannten "Areal X". Dr. Jesse Goldberg und Professor Michale Fee vom MIT nahmen die elektrischen Signale einzelner Neuronen im Gehirn junger Zebrafinken auf. Die Elektroden wurden zusammen mit einem motorgetriebenen Mikrolaufwerk genau im Areal X positioniert. Anhand der beim Singen durch die elektrische Aktivität erzeugten Muster identifizieren die Forscher zwei Klassen von Neuronen, die nach unterschiedlichen Mustern feuerten. Ihre Aufnahmen verglichen sie mit den Aktivitätsmustern, die bei zwei erforschten anatomischen Signalwegen im Globus pallidus von Affen aufgenommen wurden. Die Forscher stellten große Ähnlichkeiten bei den Mustern beider Arten fest, jedoch feuerten die Neuronen der Vögel sehr viel schneller (mit bis zu 700 Spikes pro Sekunde gehören sie damit zu den schnellsten Neuronen überhaupt). Die Forschergruppe erkannte auch, dass eine dieser Neuronenklassen bei Vögeln die gleichen Verbindungen wie bei Säugern aufweist. "Unsere Ergebnisse deuten sehr stark darauf hin, dass Vögel und Säugetiere den gleichen Schaltkreis zum Lernen nutzen", erklärte Dr. Goldberg, Mitarbeiter des McGovern-Institutes für Gehirnforschung am MIT. "Dieser Schaltkreis muss sich in der Evolution vor mindestens 300 Millionen Jahren herausgebildet haben, noch bevor Vögel und Säugetiere voneinander divergierten."
Länder
Israel, Vereinigte Staaten