Es wurde gezeigt, dass Kraken ihre visuelle Landschaft ähnlich kartieren wie Menschen

Ein Oktopus widmet etwa 70 % seines Gehirns dem Sehen. Doch bis vor Kurzem hatten Wissenschaftler nur ein unklares Verständnis davon, wie diese Meerestiere ihre Unterwasserwelt sehen. Eine neue Studie der University of Oregon rückt die Sicht des Oktopus in den Fokus.

Zum ersten Mal haben Neurowissenschaftler die neuronale Aktivität des visuellen Systems eines Oktopus aufgezeichnet. Sie haben eine Karte des Gesichtsfeldes des Oktopus erstellt, indem sie die neuronale Aktivität im Gehirn des Tieres als Reaktion auf helle und dunkle Flecken an verschiedenen Stellen direkt beobachtet haben.

Diese Karte der neuronalen Aktivität im visuellen System des Oktopus ähnelt stark dem, was im menschlichen Gehirn zu sehen ist – obwohl Kraken und Menschen vor etwa 500 Millionen Jahren zum letzten Mal einen gemeinsamen Vorfahren hatten und Kraken ihr komplexes Nervensystem unabhängig voneinander entwickelt haben.

Der UO-Neurowissenschaftler Cristopher Niell und sein Team berichten über ihre Ergebnisse in einem am 20. Juni veröffentlichten Artikel Aktuelle Biologie.

„Niemand hat bisher tatsächlich Aufnahmen vom zentralen visuellen System eines Kopffüßers gemacht“, sagte Niell. Oktopusse und andere Kopffüßer werden normalerweise nicht als Modell für das Verständnis des Sehens verwendet, aber Niells Team ist von ihren ungewöhnlichen Gehirnen fasziniert. In einem verwandten Artikel, der letztes Jahr in veröffentlicht wurde Aktuelle Biologie, identifizierte das Labor verschiedene Kategorien von Neuronen im Sehlappen des Oktopus, dem Teil des Gehirns, der dem Sehen gewidmet ist. Zusammengenommen „bieten diese Arbeiten eine gute Grundlage, indem sie die verschiedenen Arten von Neuronen und ihre Reaktion aufklären – zwei wesentliche Aspekte, die wir wissen müssen, um ein neues visuelles System zu verstehen“, sagte Niell.

In der neuen Studie haben Forscher gemessen, wie Neuronen im visuellen System des Oktopus auf dunkle und helle Punkte reagierten, die sich über einen Bildschirm bewegten. Mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie konnten die Forscher die Aktivität der Neuronen während ihrer Reaktion beobachten, um zu sehen, wie unterschiedlich die Neuronen reagierten, je nachdem, wo die Flecken auftraten.

„Wir konnten sehen, dass jeder Ort im Sehlappen auf einen Ort auf dem Bildschirm vor dem Tier reagierte“, sagte Niell. „Wenn wir eine Stelle verschoben haben, hat sich die Reaktion im Gehirn verschoben.“

Diese Art von Eins-zu-Eins-Karte findet sich im menschlichen Gehirn für mehrere Sinne wie Sehen und Fühlen. Neurowissenschaftler haben den Ort bestimmter Empfindungen mit bestimmten Stellen im Gehirn in Verbindung gebracht. Eine bekannte Darstellung für Berührungen ist der Homunkulus, eine menschliche Comicfigur, bei der Körperteile im Verhältnis dazu gezeichnet sind, wie viel Gehirnraum dort für die Verarbeitung sensorischer Eingaben zur Verfügung steht. Hochsensible Stellen wie Finger und Zehen erscheinen massiv, da von diesen Körperteilen viele Gehirnimpulse ausgehen, während weniger empfindliche Bereiche viel kleiner sind.

Es war jedoch alles andere als selbstverständlich, eine geordnete Verbindung zwischen der visuellen Szene und dem Gehirn des Oktopus zu finden. Es handelt sich um eine ziemlich komplexe evolutionäre Innovation, und einige Tiere, beispielsweise Reptilien, verfügen nicht über eine solche Karte. Frühere Studien hatten außerdem darauf hingewiesen, dass Kraken keine Homunkulus-ähnliche Karte für verschiedene Körperteile haben.

„Wir hofften, dass die visuelle Karte vorhanden sein könnte, aber niemand hatte sie zuvor direkt beobachtet“, sagte Niell.

Die Neuronen des Oktopus reagierten auch besonders stark auf kleine helle und große dunkle Flecken, stellten die Forscher fest – ein deutlicher Unterschied zum menschlichen visuellen System. Niells Team vermutet, dass dies an den spezifischen Eigenschaften der Unterwasserumgebung liegen könnte, in der sich Kraken bewegen müssen. Auftauchende Raubtiere könnten als große dunkle Schatten erscheinen, während nahe Objekte wie Nahrung als kleine helle Punkte erscheinen würden.

Als nächstes hoffen die Forscher zu verstehen, wie das Gehirn des Oktopus auf komplexere Bilder reagiert, wie sie beispielsweise tatsächlich in seiner natürlichen Umgebung vorkommen. Ihr letztendliches Ziel ist es, den Weg dieser visuellen Eingaben tiefer in das Gehirn des Oktopus zu verfolgen, um zu verstehen, wie der Oktopus seine Welt sieht und mit ihr interagiert.