Bei gesprächigen Seekadettenfischen – manchmal auch „kalifornischer singender Fisch“ genannt – spielt das Mittelhirn eine wichtige Rolle bei der Initiierung und Strukturierung von Lautfolgen, die in der Stimmkommunikation verwendet werden.
Es stellt sich heraus, dass das Mittelhirn dieser Fische als nützliches Modell dafür dienen könnte, wie Säugetiere und andere Wirbeltiere, einschließlich des Menschen, den Stimmausdruck kontrollieren, so die Verhaltensforschung von Cornell veröffentlicht 2. Jan Naturkommunikation.
„Wir haben Beweise dafür, dass dieser Teil des Gehirns, das Mittelhirn, für die Sprachsignalisierung wichtig ist“, sagte der leitende Autor Andrew Bass, Horace White-Professor für Neurobiologie und Verhalten am College of Arts and Sciences. „Es handelt sich um eine Gehirnregion, die allen Wirbeltieren gemeinsam ist, egal ob es sich um einen Fisch, einen Vogel oder einen Menschen handelt, und die für die Klangmusterung und -auswahl von entscheidender Bedeutung ist.“
Die Phrasierung von Midshipman-Fischen besteht aus Grunzen, Knurren und Summen, wenn die Männchen Partner suchen oder Feinde abwehren, sagte Bass. Für das menschliche Ohr könnte das Summen wie eine einzelne Note eines Waldhorns oder eines Nebelhorns klingen. Während Midshipman-Fische im Herbst und Winter tief vor der Küste Nordkaliforniens und des pazifischen Nordwestens leben, begeben sie sich im späten Frühling und Sommer in die flachen Gezeitenzonen zu Laichplätzen. Sie sind gute Väter und bewachen Hunderte von ungeschlüpften Eiern, die unter Felsunterständen zu freischwimmenden Jungfischen heranwachsen.
Bei Ebbe berichten Menschen, die in einer ruhigen Sommernacht bei Hochwasser am Ufer sitzen, vom gleichmäßigen, unterhaltenden Summen eines Fischchors eines männlichen Fähnrichs.
Die Wissenschaft weiß, dass Säugetiere und andere Wirbeltiere Geräusche aussenden und Vokale aussprechen, um Verhaltensweisen zu kommunizieren, aber das Mittelhirn, das für die Auslösung akustischer Merkmale – wie gemustertes Summen bei diesen Fischen oder die Bildung überzeugender Sätze beim Menschen – verantwortlich ist, war weitgehend unerforscht.
Eric R. Schuppe, früher Cornell-Postdoktorand im Labor von Bass, der jetzt Postdoktorand an der University of California in San Francisco ist, leitete die Forschung.
Ein nachts unter Rotlichtbedingungen aufgenommenes Video zeigt ein Männchen, das in seinem künstlichen Nest summt. Im Gegensatz zu einem Männchen, das agonistische Lautäußerungen von sich gibt, blähen summende Männchen beim Summen ihre Schwimmblase auf9. Eine Folge des Aufblasens der Schwimmblase ist, dass das Männchen einen positiven Auftrieb erhält; Die Terrakotta-Oberseite des Nests verhindert, dass er an die Oberfläche des Aquariums schwimmt. Beachten Sie, dass das Video nur den nahezu konstanten Frequenzanteil des Brummens enthält, nicht jedoch den Beginn des Brummens. Kredit: Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-023-43794-y
Bass, Schuppe und andere Labormitarbeiter fanden heraus, dass die periaquäduktalen grauen Neuronen des Mittelhirns der Fische von den Männchen während der Balz, der Nahrungssuche und des Nestschutzdienstes in unterschiedlichen Mustern aktiviert werden.
Die Gruppe bestätigte, dass die periaquäduktalen grauen Neuronen einen Output an die Muskeln hervorrufen, die Geräusche und die stimmlichen Merkmale der Balz steuern, und auch Muster für andere Arten von Rufen zeigen.
Kommunikationssignale, die vom Mittelhirn strukturiert werden, „haben Frequenz- und Amplitudenkomponenten, und die Fische reihen Geräusche auf unterschiedliche Weise aneinander“, sagte Bass. „Vielleicht bedeuten diese Geräusche Aggression oder dienen als Paarungsfunktion – als ob man versucht, einen Partner in ein Nest zu locken, was männliche Fähnriche mit ihrem Summen tun.“
Das menschliche Gehirn hat die Form eines Helms und das Mittelhirn sitzt an der Spitze des „Stamms“ des Gehirns. Fischgehirne haben eher die Form einer Röhre, was sie zu einem leichter zugänglichen Modell für experimentelle Untersuchungen macht, sagte Bass. „Unsere Ergebnisse zeigen nun, dass Fische und Säugetiere funktionell vergleichbare periaquäduktale graue Knoten haben, die die akustische Struktur sozialer kontextspezifischer Stimmsignale beeinflussen können“, sagte er.
Bass wies darauf hin, dass diese Forschung beim Menschen Hinweise darauf liefert, was passiert, wenn das menschliche Mittelhirn beschädigt wird. Er schlug vor, dass diese Forschung uns helfen könnte zu verstehen, wie eine Fehlfunktion des menschlichen Mittelhirns dazu führen kann, dass eine Person nicht mehr kommuniziert oder stumm ist.
„Erst in den letzten Jahren hat das Mittelhirn mehr Aufmerksamkeit von Neurowissenschaftlern erhalten, die sich mit sozialer Kommunikation befassen“, sagte Bass. „Es ist ein wichtiger Knotenpunkt, der mit Ihrem Kortex, Ihren Basalganglien, Ihrer Amygdala und Ihrem Hypothalamus verbunden ist. Auf diese Weise fungiert es als Tor für diese Quellen exekutiver Funktionen, um andere Gehirnregionen direkter zu erreichen und die Muskeln zu aktivieren, die Verhaltenshandlungen zugrunde liegen.“
„Das Mittelhirn ist ein erstaunlicher Teil des Gehirns, denn es zeigt, wie wichtig es für Wirbeltiere ist, akustische Kommunikationssignale zu erzeugen. Punkt.“
Mehr Informationen:
Eric R. Schuppe et al, Mittelhirnknoten für kontextspezifische Vokalisierung bei Fischen, Naturkommunikation (2024). DOI: 10.1038/s41467-023-43794-y