Zebrafische wägen Gefahrenpotenzial ab
Bestimmte Neuronen ermittelt - Forscher schauen Fischen beim Treffen von Entscheidungen zu
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Zebrafisch: Abwägungsverhalten nachgewiesen (Foto: Kuznetsov_Peter, pixelio.de) |
Wako (pte002/01.10.2021/06:00)
Forscher des RIKEN Center for Brain Science (CBS) https://www.riken.jp/en/research/labs/cbs und Kooperationspartner in Japan haben im Gehirn bestimmte Neuronen entdeckt, die überwachen, ob von Fischen getroffene Vorhersagen tatsächlich eintreffen. Mittels eines neuen mit virtueller Realität ausgestatteten Aquariums in dem Darstellungen des Gehirns von Zebrafischen gemacht werden können, während sie lernen und mittels Hinweisen navigieren, fanden die Forscher Neuronen, die eine effektive Vermeidung von Risiken erlauben und eine „Gefahrenkarte" erstellen, die ein sicheres Entkommen ermöglichen.
Die Vorhersage der Zukunft ist bei Fischen und Menschen ein integraler Bestandteil des Treffens von Entscheidungen. Entsprechen reale Situationen nicht den Erwartungen, erstellt das Gehirn „Vorhersagefehler", die uns wissen lassen, dass unsere Erwartungen daneben gelegen haben. Erwartungen werden mittels interner Modelle der Umwelt erstellt und wie Menschen verfügen auch laut der aktuellen Studie Fische in ihren Gehirnen über derartige Modelle
[b]Gehirnaktivität in Echtzeit[/b]
Die Forscher überwachten die mit Vorhersagefehler in Zusammenhang stehende Gehirnaktivität in Echtzeit als die Fische lernten Gefahren in ihrem Becken zu vermeiden. Die Fische versuchten den Vorhersagefehler gering zu halten, um Gefahren effektiv zu meiden. Da es sich bei der Risikovermeidung um ein evolutionär konserviertes Verhalten handelt, bringen diese Forschungsergebnisse Licht in wichtige Schaltkreise des Gehirns, die von allen Wirbeltieren und auch dem Menschen geteilt werden.
Zebrafische sind klein und transparent. Dadurch wird es leicht, die Aktivität des gesamten Gehirns aufzuzeichnen. Bei dem Experiment hatten die Fische die Wahl zwischen roten oder blauen Bereichen der virtuellen Realität als virtuell schwammen und lernten die Farben der Bereiche mit Gefahr oder Sicherheit in Verbindung zu bringen. Die Wissenschaftler waren vor allen an einem vorderen Bereich des Hirns, dem Telencephalon, interessiert, das der Großhirnrinde und anderen Strukturen bei Säugetieren entspricht, und das am Treffen von Entscheidungen beteiligt ist.
Als die Zebrafische in der virtuellen Realität lernten Gefahr zu vermeiden, wurden die Veränderungen ihrer Gehirnaktivität im Zeitraffer aufgezeichnet. In der Folge wurden Neuronen entdeckt, die den Vorhersagefehler repräsentieren. Eindeutig aktive Populationen von Neuronen tauchten auf als die Fische begannen zu lernen, dass die virtuelle Strecke durch die blaue Umgebung zu Gefahren führte und das Auswählen der roten Strecke Sicherheit bedeutete.
Bei einer späteren Umkehrung dieses Zusammenhangs in der Rot anstatt von Blau Gefahr bedeutete, kam es zu einer Inaktivierung dieser Neuronen. Das machte es für die Forscher wahrscheinlich, dass die Neuronen wahrscheinlich eine Verhaltensweise kodierten und nicht einfach nur die Farbe, die die Fische sahen. Bei einer anderen Veränderung des virtuellen Raums, wurde die Szenerie so abgewandelt, dass sie sich basierend auf den Bewegungen der Schwanzflosse nicht veränderte. Zum Beispiel führte der Versuch mittels Flossenbewegung vorwärts zu schwimmen nicht dazu, dass sich die Aussicht wie erwartet veränderte. Diese Manipulationen deckten eine Gruppe von Neuronen auf, die nur dann aktiviert waren, die Aktionen von denen die Fische annahmen, dass sie sie in Sicherheit bringen würden nicht das erwartete Ergebnis mit sich brachten.
Laut Erstautor Makio Torigoe gehen die Wissenschaftler davon aus, dass diese Neuronenpopulation einen Vorhersagefehler im Gehirn kodieren. Dabei wird die tatsächliche Umwelt mit der vorhergesagten Ansicht verglichen, von der die Tiere gelernt haben, dass sie sie bei einem bestimmten Verhalten in Sicherheit bringt." Hitoshi Okamoto, dem Leiter des Forschungsteams, muss jedes Tier Vorhersagen für seine Zukunft machen. „Jetzt wissen wir wie diese Vorhersagen mit dem verglichen werden was die Tiere tatsächlich in der Welt vorfinden und welche Teile ihres Gehirns am folgenden Treffen von Entscheidungen beteiligt sind." Die Forschungsergebnisse wurden in „Nature Communications" veröffentlicht.
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