Synaptische Plastizität führt bei Hummeln zu einem besseren Gedächtnis und schnellerem Lernen

Obwohl bekannt ist, dass die synaptische Plastizität die kognitive Leistung wesentlich beeinflusst, ist die Beziehung zwischen den tatsächlichen synaptischen Anordnungen (Nervenverbindungen) und den individuellen Unterschieden hinsichtlich Lernverhalten und Gedächtnis noch unklar. Kürzlich berichteten Forscher, dass sie die Korrelation zwischen der Dichte synaptischer Komplexe (Mikroglomeruli) im Hummelgehirn und der individuellen visuellen Erfahrung, dem visuellen Lernen und der Gedächtnisleistung anhand einer Aufgabe erforschen konnten, bei der die Tiere Objekte visuell voneinander unterscheiden mussten.

Die Forscher stellten fest, dass Hummeln mit einer höheren Mikroglomeruli-Dichte bei solchen Aufgaben am besten abschnitten und sich zwei Tage später auch besser an die eingeübte farbbezogene Aufgabe erinnern konnten.

Der Zusammenhang zwischen synaptischer Dichte und dem Gedächtnis sowie der Sammelgeschwindigkeit

Auf die im Projekt SPACERADARPOLLINATOR geleistete Forschungsarbeit Bezug nehmend berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Proceedings of the Royal Society B“, wie Hummeln in einem Experiment trainiert wurden, zwischen zehn künstlichen, unterschiedlich gefärbten Blumen zu unterscheiden. Fünf der künstlichen Pflanzen enthielten begehrtes Zuckerwasser, wohingegen die anderen fünf eine nicht ansprechende bittere Chininlösung bereithielten. Nach zwei Tagen wurde geprüft, wie gut sich die Insekten dran erinnern konnten, welche Farben mit einer Belohnung verbunden waren.

Die Forscher stellten fest, dass Hummeln, die in der oberen Nackenregion (die für visuelle Assoziation zuständig ist) über eine höhere Dichte von Mikroglomeruli verfügten, offenbar schneller lernten. Dies schlug sich darin nieder, dass sie auf der Suche nach den richtigen Kunstblumen seltener landen mussten. Sie konnten sich zwei Tage später auch besser an die Farbaufgabe erinnern, und den Forschern zufolge konnte hiermit erstmals gezeigt werden, dass durch das Aneignen visueller Erinnerungen Veränderungen bei der Mikroglomeruli-Dichte herbeigeführt wurden.

Durch Eingliederung des 10-Farben-Lernparadigmas konnten die Forscher an vorherige Studien anknüpfen, bei denen in der Regel nur eine visuelle Unterscheidung zwischen zwei Farben verlangt wurde, sodass zwischen einzelnen Tieren nur geringe Unterschiede feststellbar waren. Die Forscher fanden tatsächlich heraus, dass Hummeln eine höhere Mikroglomeruli-Dichte aufwiesen, wenn sie mit vielen unterschiedlich gefärbten Blumen konfrontiert wurden, als wenn sie nicht oder nur zwischen zwei Farben unterscheiden mussten.

Die Wissenschaftler wandten eine Technik namens Whole-Brain-Immunolabelling an, um die Mikroglomeruli-Dichte in der Nackenregion des Hummelgehirns zu messen, und nahmen mittels konfokaler Mikroskopie auch das Gehirn selbst unter die Lupe. Sie erhoffen sich, mit den Ergebnissen dazu beizutragen, die neurologische Grundlage der Kognition bei allen Tieren einschließlich des Menschen besser zu verstehen.

Die Rolle einer reichhaltigen Umgebung

Vorherige Studien hatten gezeigt, dass strukturelle und funktionale neurale Plastizität (zusammen mit einem verbessertem Lernverhalten und Gedächtnis) mit einer erhöhten Bandbreite von umweltbedingten, auf das Tier wirkenden Reizen korreliert. Die Forscher spekulieren, dass ihre 10-Farben-Experimente unter kontrollierten Laborbedingungen genau eine solche reichhaltigere Umgebung geliefert haben könnten, die zur strukturellen Reorganisation der visuellen Hirnregionen führte.

Während individuelle Unterschiede der Mikroglomeruli-Dichte zwischen Hummelvölkern auf die Sammelleistung und das Erkundungsverhalten schließen lassen könnten, vermutet das Forschungsteam zudem, dass die Leistung natürlichen Schwankungen unterworfen ist, um der ebenso schwankenden Verfügbarkeit von Nahrungsquellen Rechnung zu tragen. Daher ist denkbar, dass manche Hummeln – auch wenn dies den Anschein hat – keine niedrigere kognitive Gesamtleistung aufweisen, sondern in Wirklichkeit alternative Überlebensstrategien priorisieren, die dem Volk insgesamt nutzen und nur noch nicht verstanden werden.

Im Projekt SPACERADARPOLLINATOR wird Radarverfolgungstechnologie entwickelt, um die Regeln besser zu verstehen, die der Bewegung von Hummeln zugrunde liegen. So sollen auch die Mechanismen untersucht werden, die für die Suche nach natürlichen Ressourcen und deren Nutzung entscheidend sind. Die Projektforscher hoffen, letzten Endes zu einem besseren Naturschutzmanagement beitragen zu können.

Weitere Informationen:
CORDIS-Projektwebseite