Neurobiologie: Gekühltes Vogelhirn singt langsamer
© M. Long & M. Fee (Ausschnitt)
Mit einer ungewöhnlichen Methode haben Biologen neue Erkenntnisse zur Arbeitsweise des Vogelhirns während des Singens gewonnen: Michael Long und Michale Fee vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge kühlten jeweils gezielt Teile des Denkapparats von trällernden Zebrafinken.
Der Gesang der Zebrafinken besteht aus mehreren Silben in sehr stereotypen Sequenzen, die insgesamt nur eine Sekunde dauern, aber rasch aufeinander folgen. Gesteuert wird er vom Gesangskontrollzentrum, dem so genannten High Vocal Center (HVC) im Vorderhirn, sowie dem robusten Nukleus des Arcopallium (RA-Region), der die Gesangsmotorik überwacht – legt man einen der beiden Verantwortlichen lahm, verstummt der Vogel. Wie der Gesang jedoch im Detail abgestimmt wird und welche Hirnregion dies steuert, entzog sich bislang dem Wissen der Forscher.
Long und Fee entwickelten deshalb ein Gerät, das tragbaren, elektrischen Getränkekühlern entspricht, mit dem sie gezielt in kleinen Arealen des Vogelkopfes die Temperatur senken konnten. Setzten sie es auf die RA-Region an, tat sich nichts, dagegen verursachte ein kühleres HVC deutlich langsameren Gesang.
Temperatur und Geschwindigkeit hingen dabei eng zusammen: Je stärker sie gesenkt wurde, desto verzögerter kamen die Töne aus dem Schnabel. Maximal um zehn Grad Celsius abgekühlt, drosselte das Hirn das Gesangstempo um ein Drittel. Dies betraf nicht nur die Gesamtlänge des Lieds, sondern jede einzelne Silbe und Pause dazwischen, die alle gedehnt wurden. Die rhythmische Struktur blieb also erhalten.
Verkompliziert wird dieser Prozess durch die Zweiteilung des HVC, dessen beide Hälften sich auf die zwei Seiten des Vorderhirns verteilen – beide wechseln sich während des Gesangs ab und dominieren unterschiedliche Bereiche des Lieds. Kühlt man nur eine Hälfte ab, verzögert sich auch nur deren Part, der andere Teil bleibt unbeeinflusst.
Das HVC gewährleiste somit die Feinabstimmung des Gesangs, so Long und Fee. Doch wie dies funktioniert, wissen sie noch nicht. Vorhergehende Studien hatten gezeigt, dass das Pfeifen durch eine serienmäßige Aktivierung verschiedener Neurone angetrieben wird, die im Abstand von fünf bis zehn Millisekunden feuern. Diese Serie liest das RA ab und erstellt daraus den typischen Gesang. Bremst man nun dieses Band ab, verzögert sich der gesamte Prozess, und der Vogel singt langsamer.
Die beiden HVC-Hälften besitzen allerdings keine direkte Verbindung: Ihre Signale müssen also durch den angrenzenden Hirnstamm und den Thalamus wandern, wo sie synchronisiert werden, bevor sie wieder entsprechend koordiniert in das HVC eingespeist werden. Ähnliche Kreisläufe sind auch aus anderen komplexen Verhaltensweisen bekannt, weshalb die Forscher hoffen, auch diese mit ihrer neuen Technik besser entschlüsseln zu können. (dl)
Der Gesang der Zebrafinken besteht aus mehreren Silben in sehr stereotypen Sequenzen, die insgesamt nur eine Sekunde dauern, aber rasch aufeinander folgen. Gesteuert wird er vom Gesangskontrollzentrum, dem so genannten High Vocal Center (HVC) im Vorderhirn, sowie dem robusten Nukleus des Arcopallium (RA-Region), der die Gesangsmotorik überwacht – legt man einen der beiden Verantwortlichen lahm, verstummt der Vogel. Wie der Gesang jedoch im Detail abgestimmt wird und welche Hirnregion dies steuert, entzog sich bislang dem Wissen der Forscher.
Long und Fee entwickelten deshalb ein Gerät, das tragbaren, elektrischen Getränkekühlern entspricht, mit dem sie gezielt in kleinen Arealen des Vogelkopfes die Temperatur senken konnten. Setzten sie es auf die RA-Region an, tat sich nichts, dagegen verursachte ein kühleres HVC deutlich langsameren Gesang.
Temperatur und Geschwindigkeit hingen dabei eng zusammen: Je stärker sie gesenkt wurde, desto verzögerter kamen die Töne aus dem Schnabel. Maximal um zehn Grad Celsius abgekühlt, drosselte das Hirn das Gesangstempo um ein Drittel. Dies betraf nicht nur die Gesamtlänge des Lieds, sondern jede einzelne Silbe und Pause dazwischen, die alle gedehnt wurden. Die rhythmische Struktur blieb also erhalten.
Verkompliziert wird dieser Prozess durch die Zweiteilung des HVC, dessen beide Hälften sich auf die zwei Seiten des Vorderhirns verteilen – beide wechseln sich während des Gesangs ab und dominieren unterschiedliche Bereiche des Lieds. Kühlt man nur eine Hälfte ab, verzögert sich auch nur deren Part, der andere Teil bleibt unbeeinflusst.
Das HVC gewährleiste somit die Feinabstimmung des Gesangs, so Long und Fee. Doch wie dies funktioniert, wissen sie noch nicht. Vorhergehende Studien hatten gezeigt, dass das Pfeifen durch eine serienmäßige Aktivierung verschiedener Neurone angetrieben wird, die im Abstand von fünf bis zehn Millisekunden feuern. Diese Serie liest das RA ab und erstellt daraus den typischen Gesang. Bremst man nun dieses Band ab, verzögert sich der gesamte Prozess, und der Vogel singt langsamer.
Die beiden HVC-Hälften besitzen allerdings keine direkte Verbindung: Ihre Signale müssen also durch den angrenzenden Hirnstamm und den Thalamus wandern, wo sie synchronisiert werden, bevor sie wieder entsprechend koordiniert in das HVC eingespeist werden. Ähnliche Kreisläufe sind auch aus anderen komplexen Verhaltensweisen bekannt, weshalb die Forscher hoffen, auch diese mit ihrer neuen Technik besser entschlüsseln zu können. (dl)
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