Wie Fische ihre flinke Beute erkennen
In einer neuen in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten Studie konnte nun die Funktionsweise des Teils des Gehirns, mit dem der Zebrafisch seine Beute erkennt, offengelegt werden. Die Forschungen wurden teilweise über ein Marie-Curie-Stipendium für Auslandsaufenthalte (Outgoing International Fellowship) von der EU finanziert. Die Forschungsergebnisse geben auch Aufschluss darüber, wie wir bestimmte visuelle Informationen verarbeiten. "Wir reagieren besonders empfindlich auf kontrastreiche, sich bewegende Objekte, die nur einen kleinen Teil unseres Sichtfelds belegen", erklärt Ehud Isacoff vom Lawrence Berkely National Laboratory der Universität von Kalifornien, Berkeley, in den Vereinigten Staaten. "Wenn Sie neben einer verkehrsreichen Straße stehen und die vorbeifahrenden Autos verfolgen, ist die Koordination der motorischen Kontrolle der Augen, mit denen sie die Autos visuell verfolgen, sehr wichtig." Ähnlich verhält es sich beim Zebrafisch, der winzige, sich schnell bewegende Objekte, die schmackhafte Leckerbissen sein könnten, erkennen und verfolgen muss. Der Schlüssel zu dieser Fähigkeit der Fische liegt in einem Teil des Gehirns namens optisches Tectum, der visuelle Daten von den Augen empfängt und filtert, bevor es Signale an die Teile des Gehirns weitersendet, die für die Bewegung zuständig sind. Um herauszufinden, wie das optische Tectum funktioniert, züchteten die Wissenschaftler gentechnisch veränderte Fische, bei denen die Neuronen im optischen Tectum aufleuchten, wenn sie aktiviert wurden. Mit Hilfe eines schnellen Mikroskops konnten die Forscher einzelne Neuronen beobachten, die aufblinkten, wenn sie ein Signal übermittelten. Die Forscher zeigten den Fischen Filme mit schmalen, sich bewegenden schwarzen Balken in der Größe und Geschwindigkeit ihrer üblichen Beute; diese lösten am Ausgang des optischen Tectums eine intensive Aktivität aus, von wo aus Signale in die Regionen des Gehirns gesendet wurden, die für die Jagd der Beute zuständig sind. Sahen die Fische jedoch Filme mit großen Lichtblitzen und dunklen Flächen, die fast ihr gesamtes Sichtfeld ausfüllten, blieben die Neuronen am Ausgang des optischen Tectums relativ ruhig. "Wir stellten fest, dass sich die Aktivität des optischen Tectums bei einer visuellen Information, die das gesamte Sichtfeld abdeckt, erheblich von der Aktivität unterscheidet, die auftritt, wenn sich ein kleines Objekt durch das Sichtfeld bewegt", kommentierte Professor Isacoff. Die nächste Herausforderung für das Team war es festzustellen, wie das optische Tectum funktioniert. Dieser Teil des Gehirns besteht aus zwei Schichten. Die oberste Schicht, die die Signale von der Retina erhält, verfügt über sowohl exzitatorische (erregende) als auch inhibitorische (hemmende) Neuronen. Entdeckt die Retina große Objekte, werden sehr viele Zellen in dieser Schicht und somit auch sehr viele inhibitorische Neuronen aktiviert. Diese inhibitorischen Neuronen dämpfen das Signal stark ab, so dass es, wenn es die innere Ausgangsschicht des optischen Tectums erreicht, nur noch sehr schwach ist. "Das Signal wird dermaßen abgeschwächt, dass es förmlich abstirbt", erklärt Professor Isacoff. Kreuzt jedoch ein kleines Objekt das Sichtfeld des Fisches, werden nur sehr wenige inhibitorische Neuronen aktiviert und das Signal schafft es weitgehend ungehindert bis zum Ausgangsteil des optischen Tectums. Professor Isacoff fügt hinzu: "Wir wissen, dass die inhibitorischen Neuronen der Schlüssel zu diesem Prozess sind, denn wenn wir in ihre Funktion eingreifen, verliert das Tier seine Fähigkeit zu jagen." Ferner betonen die Forscher, dass das optische Tectum im Gehirn von Säugetieren ein Äquivalent in Form des Colliculus superiores hat. Die Studie ist somit auch für das Verständnis, wie Menschen kleine Objekte entdecken und verfolgen, interessant.
Länder
Vereinigte Staaten