Weniger ist mehr – Heuschrecken erkennen mit wenigen Zellen arteigenen Gesang
Unsere Sinne werden st?ndig mit Reizen überflutet. Um wichtige von unwichtiger Information zu unterscheiden, liefern bereits unsere Sinnesorgane eine wertvolle Vorverarbeitung für das Gehirn. Dass bereits wenige Zellen ausreichen, um selbst komplexe Reize zu verarbeiten, haben nun Wissenschaftler des Bernstein Zentrums Berlin und der Humboldt-Universit?t zu Berlin in der Fachzeitschrift PNAS gezeigt. Sie untersuchten, wie das H?rsystem von Heuschrecken die artspezifischen Balzges?nge erkennt und stellten fest, dass dafür nur drei zellul?re Verschaltungen notwendig sind. Dabei st?rt nicht einmal, dass die ans Gehirn weitergegebenen Signale weit weniger pr?zise sind als die Eingangssignale.
Millionen von Reizen str?men auf uns ein, doch nur ein Bruchteil ist für uns von Bedeutung. Damit unser Gehirn dabei nicht den ?berblick verliert, werden die Reize von den Sinnesorganen gefiltert und vorverarbeitet. Die Netzhaut etwa sendet nicht nur einzelne Bildpunkte ans Gehirn, sondern unter anderem 金贝棋牌 über Bewegungen und Konturen. Doch dafür ist ein gro?es Netzwerk aus vielen tausend Zellen notwendig. Bei vielen Tieren aber sind die Nervennetze der Sinnesorgane wesentlich einfacher aufgebaut. Forscher um Prof. Bernhard Ronacher, Prof. Susanne Schreiber und Dr. Sandra Wohlgemuth vom Bernstein Zentrum und der Humboldt-Universit?t zu Berlin fragten sich daher, wie effizient einfache Netzwerke die Vorverarbeitungen komplexer Reize durchführen k?nnen. Dazu untersuchten sie das H?rsystem von Feldheuschrecken, das wichtig für das Erkennen arteigener Balzges?nge ist. Die untersuchten Zellen finden sich in den Brustganglien der Tiere. Die Wissenschaftler entdeckten zu ihrer ?berraschung, dass die 金贝棋牌 bereits nach drei zellul?ren Verarbeitungsschritten stark ver?ndert und vor allem zeitlich ungenauer waren. Dennoch enthielten die ans Gehirn geleiteten Signale die wesentlichen 金贝棋牌 über Gesangsmerkmale.
Die Balzges?nge unterschiedlicher Heuschreckenarten zeichnen sich durch einen Wechsel von Silben und Pausen aus. Die Aktivit?t der Sinneszellen, die in den Ohren am Hinterleib der Tiere sitzen, war zeitlich sehr pr?zise an die eintreffenden Reizmuster gekoppelt. Dies erlaubt den Tieren eine sehr genaue Klassifizierung der Muster der Balzges?nge. Doch bereits die nachfolgenden Zellen zeigten ein spezifisches Aktivit?tsmuster, das nur einen Bruchteil der 金贝棋牌 weiterleitete. ?Zu Beginn waren wir sehr erstaunt, dass unser Netzwerk die so wichtige Pr?zision zerst?rt“, erkl?rt Erstautor Jan Clemens. Doch ihre Analysen zeigen den Grund für die ver?nderten Signale: ?W?hrend zu Beginn der Verarbeitung die meiste Information in der genauen zeitlichen Abfolge der neuronalen Signale steckte, entsprechen die Ausgangssignale eher einer Ja-Nein-Antwort“, erkl?rt Arbeitsgruppenleiterin Susanne Schreiber. So gehen zwar viele 金贝棋牌 auf dem Weg ins Gehirn der Heuschrecken verloren. Doch der wesentliche Inhalt, n?mlich ob der Gesang von einem arteigenen M?nnchen stammt oder von einem artfremden, steht dem Tier wesentlich einfacher zur Verfügung.
Damit entspricht auch dieses kleine Netzwerk der Theorie, nach der die Informationsverarbeitung in Nervensystemen hocheffizient sein sollte, um in der Evolution bestehen zu k?nnen. Im n?chsten Schritt m?chten die Berliner Wissenschaftler dieses Netzwerk der Heuschrecken am Computer nachbilden und so wichtige Aspekte der Datenverarbeitung genauer verstehen lernen.
Das Bernstein-Zentrum Berlin ist Teil des nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience (NNCN). Das NNCN wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit dem Ziel gegründet, die Kapazit?ten im Bereich der neuen Forschungsdisziplin Computational Neuroscience zu bündeln, zu vernetzen und weiterzuentwickeln. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).
Originalver?ffentlichung:
Clemens J, Kutzki O, Ronacher B, Schreiber S*, Wohlgemuth S* (2011): Efficient transformation of an auditory population code in a small sensory system, PNAS doi:10.1073/pnas.1104506108, *equal contribution
http://www.pnas.org/content/early/2011/08/03/1104506108.abstract
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Prof. Dr. Susanne Schreiber
Fachinstitut für Theoretische Biologie
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