211service.com
In het brein van een vogel kijken
Heb je je ooit afgevraagd wat er door de geest van een vogel gaat als hij door de lucht fladdert? Wetenschappers zijn nu een stap dichter bij het ontdekken. Een studie die vandaag is gepubliceerd in huidige biologie een klein apparaatje gebruikt om de hersenactiviteit van postduiven vast te leggen terwijl ze trainingsvluchten maakten; door het apparaat met GPS te koppelen, konden de wetenschappers bepalen hoe de hersenen van de vogels tijdens hun reis op verschillende oriëntatiepunten reageerden. Het is de eerste keer dat een dergelijke technologie is gebruikt bij vrij vliegende vogels en het opent een nieuwe kijk op hoe dieren reageren op hun omgeving buiten het laboratorium.
Hersenendoos : Een klein neurologger-apparaat dat op de kop van een duif is bevestigd, geeft een kijkje in zijn hersenactiviteit terwijl deze naar huis vliegt.
Postduiven, die zijn getraind om terug te keren naar hun thuishok, kunnen de reis terug maken, zelfs als ze worden losgelaten uit onbekende plaatsen honderden kilometers verderop. Maar hoe ze deze prestatie voor elkaar krijgen, heeft wetenschappers decennia lang in verwarring gebracht. Eerder onderzoek was gebaseerd op simpelweg kijken waar de vogels naartoe gingen, maar recente onderzoeken met GPS hebben een gedetailleerder beeld opgeleverd. Wanneer duiven ver weg zijn, lijken ze een combinatie van signalen te gebruiken om de locatie van hun thuis te bepalen: de stand van de zon, het magnetisch veld van de planeet en zelfs geuren in de lucht. Maar als ze dichter bij huis zijn, lijken de vogels te vertrouwen op bekende oriëntatiepunten en wegen om hun weg te wijzen.
Voor de nieuwe studie werden 26 vogels verdoofd en werden elektroden op het oppervlak van hun hersenen geplaatst door kleine gaatjes in de schedel. Een klein elektro-encefalografie (EEG) apparaat werd op de kop van elke vogel bevestigd en aan de elektroden bevestigd. De vogels kregen ook rugzakken met een GPS-monitor die hun positie in de loop van de tijd registreerde. Alexei Vyssotski , een gedrags-neurowetenschapper aan de Universiteit van Zürich die het onderzoek leidde, zegt dat zijn team besloot om de vogels uit de zee te laten gaan, ongeveer 30 kilometer van hun thuishok, zodat ze een relatief karakterloze omgeving moesten doorkruisen voordat ze over bekend land gingen.
EEG meet de elektrische activiteit van neuronen in de hersenen en onthult verschillende patronen, afhankelijk van de bewustzijnsstaat van het dier. Toen de wetenschappers de EEG-gegevens van een reeks vluchten analyseerden, waren ze in staat om ten minste drie banden van hersengolffrequenties te identificeren die belangrijk leken te zijn in vlieggedrag. Ze konden vervolgens uitzetten hoe deze frequentiebanden op verschillende posities tijdens de reis veranderden.
Vyssotski zegt dat hersengolven met een lagere frequentie het sterkst leken wanneer iets de aandacht van de vogels trok: wanneer ze oriëntatiepunten of andere interessante plaatsen passeerden. Deze frequenties waren zwak toen de vogels hun reis over water begonnen, maar werden dramatisch sterker toen ze over land gingen. De onderzoekers waren zelfs in staat om hersenactiviteit te correleren aan specifieke oriëntatiepunten. Zo zorgde een opvallend visueel kenmerk links van de vogels - een grote dagbouwmijn - ervoor dat sommige vogels kort van hun koers afweken. Terwijl ze dat deden, zagen de onderzoekers een sprong in activiteit in de rechter hersenhelft - consistent met het feit dat vogels visuele informatie van elk oog in de andere hersenhelft verwerken. In een ander geval waren de duiven aanwezig op twee schijnbaar oninteressante plekken op het land, wat de onderzoekers in verwarring bracht totdat ze de sites bezochten en beseften dat de interesse niet van navigatie was: het waren sites waar zwermen wilde duiven rondhingen.
De hogere frequentiebanden zijn nog intrigerender, zegt Vyssotski, omdat ze een cognitief proces kunnen weerspiegelen. Deze frequenties waren het meest actief aan het begin van de reis, wanneer de vogels zich aan het oriënteren waren. Hij zegt dat de activiteit kan correleren met het proces van het vinden van hun weg, maar verder onderzoek zal nodig zijn om dat te bewijzen.
De studie is een geheel nieuwe benadering, zegt: Dora Bureau , een wetenschapper aan de Universiteit van Oxford die eerder GPS heeft gebruikt om te begrijpen hoe postduif oriëntatiepunten gebruikt wanneer ze over bekende plaatsen vliegen. Ze zegt dat de gegevens een groeiend aantal bewijzen bevestigen dat duiven afhankelijk zijn van visuele signalen in het landschap om zich te verplaatsen. Het gebruik van EEG-signaturen om gebieden te lokaliseren die van belang zijn voor de vogels, zegt ze, opent een geheel nieuw observatievenster op hoe vogels tijdens de vlucht hun visuele omgeving waarnemen, onthouden, interpreteren en gebruiken. Een belangrijke vraag, zegt ze, is de rol van vertrouwdheid in hun hersenactiviteit. In deze studie werden de vogels niet ver genoeg van huis losgelaten zodat de onderzoekers konden zien hoe hun hersenen reageerden op volledig onbekende kenmerken.
György Buzsáki , een neurowetenschapper en EEG-expert aan de Rutgers University, zegt dat de EEG-gegevens behoorlijk opvallend en verrassend zijn, vooral de grote veranderingen tussen navigatie over zee en land. Hij voegt eraan toe dat er heel weinig bekend is over EEG-patronen bij vogels, dus er is nog veel werk aan de winkel om de signalen te interpreteren. Toekomstige apparaten die metingen met een hogere resolutie uitvoeren - misschien zelfs veranderingen in afzonderlijke neuronen detecteren - kunnen helpen verduidelijken wat er in de hersenen van vogels gebeurt.
Het apparaat dat deze onderzoekers gebruikten, dat ze een neurologger noemen, is gebruikt in een ander gepubliceerd onderzoek, dat slaappatronen bij luiaards analyseerde en ontdekte dat de dieren niet zoveel slapen als hun reputatie suggereert. Niels Rattenborg , een wetenschapper aan het Max Planck Instituut voor Ornithologie die de luiaardstudie leidde, gebruikt het apparaat momenteel om slaappatronen van vogels in het wild te bestuderen. Het overgrote deel van wat we weten over hoe de hersenen functioneren, is afgeleid van dieren die zich in een laboratoriumomgeving bevinden, legt Rattenborg uit. De neurologger, zegt hij, maakt het mogelijk om het laboratorium het veld in te halen, waardoor onderzoekers kunnen onderzoeken hoe dieren hun hersenen gebruiken op hun eigen terrein.