211service.com
Kikar in i en fågelhjärna
Har du någonsin undrat vad som går igenom en fågels sinne när den flaxar över himlen? Forskarna är nu ett steg närmare att ta reda på det. En studie publicerad idag i Aktuell biologi använde en liten enhet för att registrera hjärnaktiviteten hos målduvor när de gjorde träningsflygningar; genom att para ihop enheten med GPS kunde forskarna fastställa hur fåglarnas hjärnor reagerade på olika landmärken under deras resa. Det är första gången en sådan teknik har använts i frittflygande fåglar, och det öppnar upp en ny syn på hur djur reagerar på sin miljö utanför laboratoriet.
Hjärnlåda : En liten neurologapparat fäst på en duvas huvud ger ett fönster till dess hjärnaktivitet när den flyger hem.
Målduvor, som är tränade att återvända till sitt hemloft, kan göra resan tillbaka även när de släpps från okända platser hundratals mil bort. Men hur de lyckas med denna bedrift har förbryllat forskare i årtionden. Tidigare forskning förlitade sig på att helt enkelt titta på vart fåglarna var på väg, men nyare studier med GPS har skapat en mer detaljerad bild. När duvor är långt borta verkar de använda en kombination av ledtrådar för att bestämma platsen för hemmet: solens position, planetens magnetfält och till och med lukter i luften. Men när de är närmare hemmet verkar fåglarna förlita sig på välbekanta landmärken och vägar för att vägleda sig.
För den nya studien bedövades 26 fåglar och elektroder placerades på ytan av deras hjärnor genom små hål i skallen. En liten elektroencefalografi (EEG) anordning fästes på varje fågels huvud och fästes vid elektroderna. Fåglarna fick också ryggsäckar med en GPS-monitor som registrerade deras position över tiden. Alexei Vyssotski , en beteendevetare vid universitetet i Zürich som ledde studien, säger att hans team bestämde sig för att släppa ut fåglarna från havet, cirka 30 kilometer från deras hemloft, så att de var tvungna att korsa en relativt karaktärslös miljö innan de passerade välbekanta land.
EEG mäter den elektriska aktiviteten hos nervceller i hjärnan och avslöjar olika mönster beroende på djurets medvetandetillstånd. När forskarna analyserade EEG-data från en serie flygningar kunde de identifiera minst tre band av hjärnvågsfrekvenser som verkade vara viktiga för flygbeteende. De kunde sedan rita ut hur dessa frekvensband förändrades vid olika positioner under resan.
Vyssotski säger att lågfrekventa hjärnvågor verkade starkast när något fick fåglarnas uppmärksamhet: när de passerade landmärken eller andra intressanta platser. Dessa frekvenser var svaga när fåglarna började sin resa över vatten men förstärktes dramatiskt när de passerade land. Forskarna kunde till och med koppla hjärnaktivitet till specifika landmärken. Till exempel, ett slående visuellt drag till vänster om fåglarna – en stor dagbrott – fick några fåglar att svänga ur kurs. När de gjorde det, såg forskarna ett hopp i aktivitet i högra hjärnhalvan - i överensstämmelse med det faktum att fåglar bearbetar visuell information från varje öga i motsatt hemisfär. I ett annat fall besökte duvorna två till synes ointressanta platser på land, vilket förbryllade forskarna tills de besökte platserna och insåg att intresset inte var navigerande: de var platser där flockar av vilda duvor hängde.
De högre frekvensbanden är ännu mer spännande, säger Vyssotski, eftersom de kan spegla någon kognitiv process. Dessa frekvenser var mest aktiva i början av resan, när fåglarna orienterade sig. Han säger att aktiviteten kan korrelera med processen att hitta sin väg, men ytterligare studier kommer att behövas för att bekräfta det.
Studien är en helt ny metod, säger Dora Bureau , en vetenskapsman vid University of Oxford som tidigare har använt GPS för att förstå hur målduvor använder landmärken när de flyger över bekanta platser. Hon säger att uppgifterna bekräftar en växande mängd bevis för att duvor förlitar sig på visuella signaler i landskapet för att ta sig runt. Användningen av EEG-signaturer för att lokalisera områden av intresse för fåglarna, säger hon, öppnar ett helt nytt observationsfönster på hur fåglar under flygning uppfattar, memorerar, tolkar och använder sin visuella miljö. En viktig fråga, säger hon, är vilken roll förtrogenhet spelar i deras hjärnaktivitet. I den här studien släpptes fåglarna inte tillräckligt långt hemifrån för att forskarna skulle kunna se hur deras hjärnor reagerade på helt okända egenskaper.
György Buzsáki , en neuroforskare och EEG-expert vid Rutgers University, säger att EEG-data är ganska slående och överraskande, särskilt de stora förändringarna mellan navigering över hav och land. Han tillägger att väldigt lite är känt om EEG-mönster hos fåglar, så det återstår fortfarande mycket arbete med att tolka signalerna. Framtida enheter som tar högre upplösningsmätningar – kanske till och med upptäcker förändringar i enstaka neuroner – kan hjälpa till att klargöra vad som händer i fåglarnas hjärnor.
Den enhet som dessa forskare använde, som de kallar neurologger, har använts i en annan publicerad studie, som analyserade sömnmönster hos sengångare och fann att djuren inte sover så mycket som deras rykte antyder. Niels Rattenborg , en scientist vid Max Planck Institute for Ornithology som ledde sengångsstudien, använder för närvarande enheten för att studera sömnmönster hos fåglar i det vilda. Den stora majoriteten av det vi vet om hur hjärnan fungerar kommer från djur som är instängda i laboratoriemiljö, förklarar Rattenborg. Neurologgaren, säger han, gör det möjligt att ta laboratoriet in på fältet, vilket ger forskare en chans att undersöka hur djur använder sina hjärnor på sin egen gräsmatta.