Forscher entdecken, wie Nervenzellen im Gehirn von Fledermäusen auf ihre Umgebung und soziale Interaktionen mit anderen Fledermäusen reagieren

Forscher haben herausgefunden, dass Nervenzellen im Hippocampus-Bereich des Gehirns komplexe Informationen über zahlreiche Eigenschaften anderer Individuen derselben sozialen Gruppe kodieren.

Die an Fledermäusen durchgeführte Arbeit ist die erste, die dies bei einer großen, gemischtgeschlechtlichen Gruppe wilder, sozialer Tiere zeigt, und ist wichtig, weil sie Licht auf die Funktionsweise des Gehirns und die Erzeugung von Denkprozessen und Verhalten wirft.

Professor Nachum Ulanovsky, Leiter des Zentrums für Lernen, Gedächtnis und Kognition am Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel, hat zahlreiche Studien über die Funktionsweise des Gehirns von Fledermäusen veröffentlicht. In seiner Präsentation vor dem Forum der Föderation der europäischen neurowissenschaftlichen Gesellschaften (FENS) 2024 beschrieb er frühere Studien darüber, wie Fledermäuse navigieren, Details der Räume, in denen sie fliegen, lernen und sich daran erinnern und wie sie sozial interagieren.

In seiner neuen Studie untersucht er, wie die Nervenzellen (Neuronen) in einer bestimmten Region des Hippocampus, die für Gedächtnis und räumliches Verständnis verantwortlich ist, eine viel komplexere Rolle spielen. Er glaubt, dass der Hippocampus der Fledermaus dem des Menschen sehr ähnlich ist und dass man in Zukunft ähnliche Erkenntnisse auch beim Menschen gewinnen wird.

„Unser Gehirn macht uns zu dem, was wir sind. Unser Verhalten, unsere Emotionen, unsere Gedanken, unsere Erinnerungen, unsere Erfolge und Misserfolge werden alle von unserem Gehirn bestimmt. Es ist daher eine faszinierende Frage: Wie funktioniert das Gehirn? Wie erzeugt das Gehirn Verhalten und Erkenntnis? Um dies im Detail zu beantworten, müssen wir die Aktivität einzelner Neuronen – der grundlegenden Funktionseinheiten des Gehirns – aufzeichnen, während Menschen oder Tiere verschiedene Verhaltensweisen und kognitive Aufgaben ausführen. Dies ist bei Tieren technisch einfacher als bei Menschen, weshalb die Aufzeichnung der Aktivität einzelner Neuronen bei sich verhaltenden Tieren für das Verständnis des Gehirns von entscheidender Bedeutung ist“, sagte er.

Prof. Ulanovsky und seine Kollegen schufen in ihrem Labor eine „Fledermaushöhle“ für Kolonien wilder Nilflughunde, die sehr soziale Säugetiere sind. Jede Gruppe bestand aus fünf bis zehn Fledermäusen, wobei der Anteil an Männchen und Weibchen etwa gleich war. Die Fledermaushöhle maß 2,7 x 2,3 x 2,6 Meter und war mit großen und kleinen Netzen ausgestattet, zwischen denen die Fledermäuse hin- und herfliegen konnten. Die Fledermäuse kannten sich, lebten mehrere Monate lang zusammen in der Fledermaushöhle und konnten frei fliegen und miteinander interagieren.

Die Forscher befestigten an jeder Fledermaus winzige drahtlose Elektrophysiologiesysteme, die die elektrische Aktivität der Neuronen im Gehirn der Fledermäuse während natürlicher Verhaltensweisen wie Fliegen, Navigieren und sozialen Interaktionen aufzeichneten. Die Fledermäuse wurden außerdem markiert und mit Barcodes versehen, sodass die Forscher den Standort und die Identität der Fledermäuse in 3D verfolgen konnten. Die Forscher verwendeten Videokameras, um die Kopfrichtungen und sozialen Interaktionen der Fledermäuse aufzuzeichnen, während sie in den Netzen hingen.

Prof. Ulanovsky sagte: „Wir haben eine ganze Reihe sehr starker sozialer Signale im Hippocampus entdeckt. Wir fanden heraus, dass Neuronen im Hippocampus die Positionen und Identitäten mehrerer anderer Fledermäuse repräsentierten und so eine sozial-räumliche Repräsentation schufen – das heißt, die Neuronen kodierten, wer sich wo befand. Darüber hinaus repräsentierten diese Neuronen äußerst wichtige soziale Faktoren wie das Geschlecht der anderen Fledermaus, ihren Platz in der Dominanzhierarchie (ist es eine dominante oder eine untergeordnete Fledermaus?), ihre soziale Zugehörigkeit (ist die andere Fledermaus mein Freund oder nicht?) und repräsentierten auch bestimmte Formen der sozialen Interaktion.

„Diese Studie legt nahe, dass der Hippocampus neben seinen klassischen Rollen bei der Darstellung von Erinnerungen und Räumen auch eine zusätzliche Rolle bei der sozialen Verarbeitung spielen könnte. Insbesondere könnte er diese drei Aspekte – sozial, räumlich und Erinnerungen – zu einer einheitlichen Darstellung sozial-räumlicher Erinnerungen verknüpfen.

„Die Gehirnforschung konzentriert sich normalerweise auf das Verhalten einzelner Tiere und Menschen, und wenn soziales Verhalten untersucht wird, wird dies normalerweise bei Paaren von Tieren untersucht, die sozial interagieren. Aber viele unserer sozialen Verhaltensweisen betreffen von Natur aus mehrere Individuen: Denken Sie an Ihren Unterricht, Ihr Familienessen, die letzte Party, auf der Sie waren, oder das letzte Ballspiel, das Sie gesehen haben. Dies alles sind soziale Verhaltensweisen in Gruppen. Dennoch gibt es bisher nur sehr wenige Studien zur neuronalen Aktivität im Gehirn von Tieren, die in einer Gruppe sozial interagieren. Insbesondere gab es nur sehr wenige derartige Studien zum Hippocampus.“

Er hält es für wichtig, das Gehirn von Tieren zu untersuchen, die sich natürlich und in sozialen Gruppen verhalten, und nicht nur während der kontrollierten Verhaltensweisen, die normalerweise in der Gehirnforschung verwendet werden, da die Ergebnisse unterschiedlich ausfallen können.

„Ich habe vor, das Gehirn bei immer naturalistischerem Verhalten weiter zu untersuchen, sowohl bei Sozialverhalten als auch bei Navigationsverhalten. Der Hippocampus der Fledermaus und seine Verbindungen sind dem Hippocampus des Menschen in ihrer Struktur äußerst ähnlich. Daher gehe ich davon aus, dass in Zukunft auch beim Menschen ähnliche Erkenntnisse gewonnen werden“, schloss er.

Professor Richard Roche, stellvertretender Leiter der Abteilung für Psychologie an der Maynooth University in Maynooth, County Kildare, Irland, ist Vorsitzender des FENS-Kommunikationsausschusses und war nicht an der Forschung beteiligt. Er sagte: „Wenn wir die Mechanismen verstehen können, die dazu beitragen, wer wir sind, wo wir sind, unseren Charakter, unsere Motivationen, unsere Emotionen, wie wir denken und so vieles mehr, dann können wir anfangen zu entdecken, was anders ist, wenn wir an Erkrankungen wie Depressionen, Angstzuständen, Autismus oder anderen Erkrankungen leiden, die mit der Funktionsweise unseres Gehirns zusammenhängen.“

„Diese faszinierende Arbeit von Professor Ulanovsky deckt auf, wie einzelne Neuronen im Hippocampus wichtige Informationen über die Umgebung, in der diese Fledermäuse leben, und über andere Fledermäuse in ihren sozialen Gruppen kodieren. Dies gibt uns Hinweise darauf, wonach und wo wir suchen müssen, wenn wir dies bei Menschen untersuchen.“