Überraschende neuronale Knotenpunkte im Gehirn zur Kommunikationssteuerung bei Marmosetten erforscht
Marmosetten verlassen sich stark auf akustische Kommunikation, um soziale Beziehungen aufzubauen und zu pflegen. „Vieles von dem, was wir darüber wissen, stammt aus Studien, die in künstlichen Umgebungen durchgeführt wurden, etwa wenn Marmosetten mit einem computergenerierten virtuellen Gegenüber interagieren. Diese Versuchsanordnungen geben möglicherweise nicht vollständig wieder, wie das Gehirn unter natürlichen Bedingungen arbeitet“, merkt Arthur Lefevre an, Koordinator von MarmOT, einem innerhalb der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierten Projekt. Die Forschung konzentrierte sich auf die Gehirne von Tieren, die spontanes Verhalten zeigen. Durch die Beobachtung der neuronalen Aktivität dieser Primaten in ihrer natürlichen Umgebung gewann der Forscher ein klareres Bild davon, wie ihre Gehirne in alltäglichen Situationen funktionieren. „Wir haben speziell den ‚Cocktailparty-Effekt‘ untersucht. Dieses Phänomen bezieht sich auf die Fähigkeit eines Individuums, Gespräche in überfüllten und lauten Umgebungen aufrechtzuerhalten, wobei diese Aufgabe die anspruchsvolle Natur der Kommunikation verdeutlicht“, fügt Lefevre hinzu.
Beliebte und faszinierende Primaten
Für seine Studie konzentrierte sich der Forscher auf Weißbüschelaffen(öffnet in neuem Fenster), sehr gesellige Primaten mit mehreren Eigenschaften, die sie zu idealen Tieren zur Untersuchung sowohl der Biologie als auch der sozialen Dynamik der Kommunikation werden lassen. „Diese Primaten verfügen über ein reiches Repertoire an Rufen, an denen sie sich gegenseitig erkennen können, ohne sich zu sehen. Sie zeigen außerdem seltene Eigenschaften wie Sprecherwechsel(öffnet in neuem Fenster) und Gesangslernen, die selbst bei anderen Primaten ungewöhnlich sind“, erklärt Lefevre. Außerdem bilden Weißbüschelaffen Paarbindungen und beteiligen sich an der kooperativen Pflege ihrer Neugeborenen – Eigenschaften, die ihr prosoziales Verhalten hervorheben.
Neue drahtlose Gehirnaufzeichnungsverfahren
Der Forscher begann seine Forschung mit der Kartierung von Oxytocinfasern im Weißbüschelaffengehirn und entdeckte sie im anterioren cingulären Cortex (ACC). Da Oxytocin das Sozialverhalten moduliert und der anteriore cinguläre Cortex die Kommunikation beeinflusst, stellte er die Hypothese auf, dass Oxytocin die stimmliche Kommunikation modulieren könnte. Um diese Annahme zu überprüfen, begann er mit der Entwicklung von Adeno-assoziierten Viren (AAV), die auf Oxytocinneuronen abzielen und diese bei Bedarf aktivieren. Dieser Prozess dauerte jedoch länger als erwartet und wurde erst in der Endphase des Projekts abgeschlossen, sodass er in den Experimenten nicht genutzt werden konnte. Die Experimente laufen gegenwärtig im Labor(öffnet in neuem Fenster) des Forschers. Auf der technischen Seite konzentrierte sich der Forscher auf die Verbesserung der drahtlosen Elektrophysiologie(öffnet in neuem Fenster). „Ich habe neue Verfahren entwickelt, um mehr Neuronen gleichzeitig aufzuzeichnen. Das war ein wichtiger Schritt für das Projekt, da ich auf diese Weise nicht nur einige wenige Neuronen pro Sitzung untersuchen, sondern Hunderte von ihnen aufzeichnen konnte“, betont Lefevre. Dem Forscher gelang es außerdem, mehrere Mikro-Drahtbürsten-Arrays oder Neuropixelsonden in dasselbe Tier zu implantieren, was zuvor noch nie drahtlos realisiert wurde.
Neue Erkenntnisse, wie Weißbüschelaffen Geräusche verstehen, weitergeben und filtern
„Wir haben mehrere neue Entdeckungen über das Brodmann-Areal 24(öffnet in neuem Fenster) im Gehirn zu vermelden. Es war bereits bekannt, dass es an der Vokalisationserzeugung beteiligt ist, aber wir fanden heraus, dass es auch die Vokalisationswahrnehmung beeinflusst. Durch Analyse der neuronalen Aktivität konnten wir entschlüsseln, welche Art von Rufen die Weißbüschelaffen erzeugen oder hören“, erklärt Lefevre. Der Forscher entdeckte zudem, dass dieses bestimmte Hirnareal Informationen darüber liefert, ob ein Weißbüschelaffe in eine Interaktion eingreift. „Wir konnten zum Beispiel anhand der Hirnaktivität erkennen, ob die Vokalisationen des Weißbüschelaffen isoliert oder Teil eines aktiven Austauschs waren, denn Marmosetten wechseln sich in der Kommunikation ab.“ „Zu guter Letzt haben wir herausgefunden, dass im anterioren cingulären Cortex Rufe auf eine Art und Weise verarbeitet werden, bei der andere überlappende Geräusche ignoriert werden, was zeigt, dass er auditive Informationen ähnlich wie beim Cocktailparty-Effekt verarbeitet. Das unterstreicht die zentrale Funktion des anterioren cingulären Cortex in der Kommunikation, auch wenn er bisher nicht als Teil des Sprachnetzes betrachtet wurde“, erklärt Lefevre abschließend.
