Kigger ind i en fugls hjerne

Har du nogensinde spekuleret på, hvad der går gennem en fugls sind, når den flagrer hen over himlen? Forskere er nu et skridt tættere på at finde ud af det. En undersøgelse offentliggjort i dag i Aktuel biologi brugte en lille enhed til at registrere hjerneaktiviteten hos postduer, mens de lavede træningsflyvninger; ved at parre enheden med GPS, kunne forskerne bestemme, hvordan fuglenes hjerner reagerede på forskellige vartegn på deres rejse. Det er første gang, en sådan teknologi er blevet brugt i fritflyvende fugle, og det åbner op for et nyt syn på, hvordan dyr reagerer på deres miljø uden for laboratoriet.

Hjernekasse : Et lille neurologapparat, der er fastgjort til en dues hoved, giver et vindue til dens hjerneaktivitet, når den flyver hjem.

Postduer, som er trænet til at vende tilbage til deres hjemmeloft, kan tage turen tilbage, selv når de slippes løs fra ukendte steder hundredvis af kilometer væk. Men hvordan de klarer denne bedrift har undret videnskabsmænd i årtier. Tidligere forskning var afhængig af blot at se, hvor fuglene var på vej hen, men nyere undersøgelser med GPS har skabt et mere detaljeret billede. Når duer er langt væk, ser de ud til at bruge en kombination af stikord til at bestemme placeringen af ​​hjemmet: solens position, planetens magnetfelt og endda lugte i luften. Men når de er tættere på hjemmet, ser fuglene ud til at stole på velkendte vartegn og veje til at guide deres vej.

Til den nye undersøgelse blev 26 fugle bedøvet, og elektroder blev placeret på overfladen af ​​deres hjerner gennem små huller i kraniet. En lille elektroencefalografi (EEG) enhed blev sat på hver fugls hoved og fastgjort til elektroderne. Fuglene fik også rygsække med en GPS-monitor, der registrerede deres position over tid. Alexei Vyssotski , en adfærdsneurovidenskabsmand ved Universitetet i Zürich, der ledede undersøgelsen, siger, at hans hold besluttede at frigive fuglene fra havet, omkring 30 kilometer fra deres hjemmeloft, så de skulle krydse et relativt karakterløst miljø, før de passerede velkendt land.

EEG måler den elektriske aktivitet af neuroner i hjernen og afslører forskellige mønstre afhængigt af dyrets bevidsthedstilstand. Da forskerne analyserede EEG-dataene fra en række flyvninger, var de i stand til at identificere mindst tre bånd af hjernebølgefrekvenser, der så ud til at være vigtige i flyvende adfærd. De kunne så plotte ud, hvordan disse frekvensbånd ændrede sig på forskellige positioner langs rejsen.

Vyssotski siger, at lavere-frekvente hjernebølger virkede stærkest, når noget tvang fuglenes opmærksomhed: når de passerede vartegn eller andre steder af interesse. Disse frekvenser var svage, da fuglene begyndte deres rejse over vandet, men styrkedes dramatisk, da de passerede over land. Forskerne var endda i stand til at korrelere hjerneaktivitet til specifikke vartegn. For eksempel fik et slående visuelt træk til venstre for fuglene – en stor åben mine – nogle fugle til at skifte kortvarigt ud af kurs. Som de gjorde, så forskerne et spring i aktivitet i højre hjernehalvdel – i overensstemmelse med det faktum, at fugle behandler visuel information fra hvert øje i den modsatte halvkugle. I et andet tilfælde besøgte duerne to tilsyneladende uinteressante steder på landjorden, hvilket undrede forskerne, indtil de besøgte stederne og indså, at interessen ikke var navigationsmæssig: de var steder, hvor flokke af vilde duer hang ud.

De højere frekvensbånd er endnu mere spændende, siger Vyssotski, fordi de kan afspejle en kognitiv proces. Disse frekvenser var mest aktive i begyndelsen af ​​turen, hvor fuglene orienterede sig. Han siger, at aktiviteten måske hænger sammen med processen med at finde vej, men der vil være behov for yderligere undersøgelser for at bekræfte det.

Undersøgelsen er en helt ny tilgang, siger Dora Bureau , en videnskabsmand ved University of Oxford, som tidligere har brugt GPS til at forstå, hvordan postduer bruger vartegn, når de flyver over kendte steder. Hun siger, at dataene bekræfter en voksende mængde beviser for, at duer er afhængige af visuelle signaler i landskabet for at komme rundt. Brugen af ​​EEG-signaturer til at udpege områder af interesse for fuglene, siger hun, åbner et helt nyt observationsvindue til, hvordan fugle i flugt opfatter, husker, fortolker og bruger deres visuelle miljø. Et vigtigt spørgsmål, siger hun, er kendskabets rolle i deres hjerneaktivitet. I denne undersøgelse blev fuglene ikke sluppet langt nok væk fra hjemmet til, at forskerne kunne se, hvordan deres hjerner reagerede på helt ukendte træk.

György Buzsáki , en neuroforsker og EEG-ekspert ved Rutgers University, siger, at EEG-dataene er ret slående og overraskende, især de store ændringer mellem navigation over hav og land. Han tilføjer, at man ved meget lidt om EEG-mønstre hos fugle, så der er stadig meget arbejde at gøre med at tolke signalerne. Fremtidige enheder, der tager målinger i højere opløsning - måske endda opdager ændringer i enkelte neuroner - kunne hjælpe med at afklare, hvad der sker i fuglenes hjerner.

Den enhed, disse forskere brugte, som de kalder en neurologger, er blevet brugt i en anden offentliggjort undersøgelse, som analyserede søvnmønstre hos dovendyr og fandt ud af, at dyrene ikke sover så meget, som deres omdømme antyder. Niels Rattenborg , en videnskabsmand ved Max Planck Institute for Ornithology, der ledede dovendyrundersøgelsen, bruger i øjeblikket enheden til at studere søvnmønstre for fugle i naturen. Langt størstedelen af ​​det, vi ved om, hvordan hjernen fungerer, stammer fra dyr, der er begrænset til laboratoriemiljøet, forklarer Rattenborg. Neurologgeren, siger han, gør det muligt at bringe laboratoriet i marken, hvilket giver forskerne en chance for at undersøge, hvordan dyr bruger deres hjerner på deres eget græs.

skjule