Wer sich schon immer einmal gefragt hat, was im Kopf einer Taube vorgeht, wenn sie durch die Lüfte schwebt, kann nun auf erste Antworten hoffen: Forscher an der Universität Zürich haben mit Hilfe eines kleinen Gerätes, dem so genannten Neurologger, die Gehirnaktivitäten der Tiere bei ihren Trainingsrunden aufgezeichnet. Durch die Kopplung eines Sensors mit einem Satellitennavigationschip wurde es so möglich, im Nachhinein zu bestimmen, wie die Vögel auf verschiedene Orientierungspunkte auf der Wegstrecke reagierten. Die Studie, die Ende Juni in "Current Biology" erschien, ist die erste ihrer Art, bei der die Messtechnik bei frei fliegenden Vögeln eingesetzt wurde. Damit eröffnet sie erstmals einen Einblick auf die Hirnreaktionen der Tiere außerhalb einer Laborumgebung.
Brieftauben, die darauf trainiert sind, zu ihrem Heimatschlag zurückzukehren, finden ihren Weg selbst dann, wenn sie Hunderte Kilometer entfernt in unbekanntem Gebiet aufgelassen wurden. Wie sie das schaffen, darüber streiten sich Forscher bereits seit Jahrzehnten. Einst untersuchte man dies durch einfache Beobachtungen, wohin es die Vögel zog, inzwischen setzt man auf GPS-Peilung und erhält damit ein genaueres Bild. Sind die Tauben weit von ihrem Schlag entfernt, scheinen sie auf eine Kombination mehrerer Merkmale zu setzen, um sich zurück zu orientieren - darunter dem Stand der Sonne, dem Magnetfeld des Planeten und offenbar auch Gerüchen in der Luft. Nähern sich die Tiere dann ihrem Schlag, scheinen sie sich an vom Himmel aus gut sichtbaren Punkten auszurichten.
Bei der Zürcher Studie, die von dem auf Verhaltensforschung spezialisierten Neurowissenschaftler Alexei Vyssotski durchgeführt wurde, erhielten die Tiere zunächst eine Betäubung. Dann wurden ihnen Elektroden auf die Oberfläche ihrer Gehirne durch kleine Löcher im Schädel gesetzt. Ein Mini-Elektroenzephalografie-Gerät (EEG) wurde anschließend am Kopf befestigt und an die Elektroden angeschlossen. Schließlich wurde den Vögeln ein Rucksack mit einem GPS-Empfänger übergestreift, der ihre Position über die Zeitachse speicherte. Vyssotski und sein Team ließen die Tiere dann von See aus in die Luft, rund 30 Kilometer von ihrem Schlag entfernt. Sie mussten also eine Weile durch wenig unterscheidbares Gebiet ziehen, bevor sie bekanntes Land erreichten.
Mittels EEG lässt sich die elektrische Aktivität der Nervenzellen im Gehirn messen. Daraus ergeben sich verschiedene Muster je nach Bewusstseinszustand des Tieres. Bei der Analyse der EEG-Daten von mehreren Flügen ließen sich mindestens drei Gehirnfrequenzbänder ermitteln, die für das Flugverhalten wichtig zu sein schienen. Diese ließen sich wiederum verschiedenen Reiseabschnitten zuordnen.
Vyssotski zufolge waren die niedrigeren Gehirnfrequenzen am stärksten, wenn etwas die Aufmerksamkeit der Vögel weckte - beim Überfliegen von Orientierungspunkten oder anderen für sie interessanten Gebieten. Diese Frequenzen waren über dem Wasser schwach, verstärkten sich über dem Land aber deutlich. Die Forscher konnten dann die Gehirnaktivitäten mit bestimmten Orten abgleichen. Beispielsweise sorgte ein gut sichtbares Merkmal zur Linken der Vögel, ein großer offener Tagebau, kurz dafür, dass sie etwas vom Kurs abkamen. Dabei gab es dann einen Anstieg der Aktivitäten in der rechten Hemisphäre, was mit der Tatsache zusammenpasste, dass dort die visuellen Informationen des Auges der linken Hemisphäre verarbeitet werden. In einem anderen Fall interessierten sich die Tiere für zwei offenbar wenig spannende Landbereiche, was die Forscher anfangs verwirrte. Dann wurde ihnen klar, dass es hierbei nicht um Navigation ging: Es waren Gegenden, in denen viele wilde Tauben auftraten.
"Die höheren Frequenzbänder waren noch spannender", sagt Vyssotski, "weil sie kognitive Prozesse abbilden könnten". Besonders starke Signale gab es hier am Anfang einer Reise, wenn die Vögel sich orientieren. Der Forscher geht deshalb davon aus, dass solche Hirnaktivitäten mit dem Auffinden des richtigen Flugweges einhergehen.
Dora Biro, Forscherin an der Universität von Oxford, die bereits mit GPS-Empfängern an Brieftauben experimentiert hat, um ihre Orientierungspunkte festzustellen, sieht in der Studie einen völlig neuen Ansatz. Die Daten bestätigten bereits vorliegende Indizien, dass die Tiere sich an visuellen Merkmalen der Landschaft orientierten. Die Nutzung der EEG-Signatur zum Auffinden von für die Vögel besonders interessanten Orten eröffne "ganz neue Beobachtungsmöglichkeiten, wie die Tiere im Flug ihre visuelle Umgebung wahrnehmen, speichern, interpretieren und nutzen". Noch zu hinterfragen sei, was passiere, wenn sich die Tiere in unbekanntem Territorium bewegen. Bei Vyssotskis Untersuchung wurden die Vögel nicht weit genug entfernt aufgelassen, um zu prüfen, wie sich die EEG-Werte bei völlig neuen Umgebungen verändern.
Gyorgy Buzsaki, Neurowissenschaftler und EEG-Experte an der Rutgers University, meint, dass die EEG-Daten, die die Schweizer Forscher ermittelten, durchaus überraschend und auffällig seien, "besonders die großen Veränderungen zwischen der Navigation über der See und über dem Land". EEG-Muster bei Vögeln seien bislang allerdings noch kaum bekannt, weswegen es noch viel zu forschen gebe, um die Signale korrekt zu interpretieren. Modernere Geräte mit höherer Auflösung, die vielleicht auch Veränderungen einzelner Nervenzellen wahrnehmen könnten, dürften hier für mehr Klarheit sorgen, glaubt der Experte.
Das von Vyssotski und seinem Team verwendete Neurologger wurde auch schon bei einer anderen bereits publizierten Studie verwendet: Zur Untersuchung der Schlafmuster von Faultieren. Dabei ergab sich, dass die Tiere trotz ihres Rufes keineswegs so viel schnarchen, wie gedacht. Niels Rattenborg, Forscher am Max Planck-Institut für Ornithologie, der die Untersuchung leitete, nutzt den Neurologger derzeit zur Untersuchung von Vögel-Schlafmustern in der Wildnis. "Das meiste, was wir über die Gehirnfunktionen von Tieren wissen, stammt aus dem Laborversuch." Mit der neuen Technik sei es nun möglich, die Experimente in die Natur zu verlagern und die Hirnaktivität von Tieren in ihrem echten Lebensumfeld zu untersuchen.
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