Studie deckt neuronale Mechanismen auf, die dem Futtersuchverhalten bei sich frei bewegenden Tieren zugrunde liegen

Während der Nahrungssuche treffen Tiere, darunter auch Menschen und Affen, ständig Entscheidungen darüber, wo sie nach Nahrung suchen und wann sie sich zwischen möglichen Nahrungsquellen bewegen.

„Das Nahrungssuchverhalten ist etwas, das wir täglich zeigen, wenn wir zum Lebensmittelladen gehen, um Lebensmittel abzuholen, und wir treffen Entscheidungen basierend auf dem Grad der Belohnung, die jede Wahl bietet. Es ist ein klassisches Problem, das allen Arten auf dem Planeten gemeinsam ist“, sagte Valentin Dragoi , Professor für Elektrotechnik und Computertechnik an der Rice University, Professor für Neurowissenschaften am Weill Cornell Medical College und wissenschaftlicher Leiter des Methodist/Rice Center for Neural Systems Restoration.

In ein Papier veröffentlicht in NaturneurowissenschaftenDragoi und Mitarbeiter untersuchen die Gehirnprozesse, die bei der Nahrungssuche ablaufen.

„In dieser Studie beschreiben wir die Verwendung eines neuen integrierten drahtlosen Systems zur Aufzeichnung der Gehirnaktivität in den Frontalbereichen ihres Gehirns sowie zur okulomotorischen und Verhaltensverfolgung. Wir untersuchen in Echtzeit, wie sich diese allgegenwärtige Aufgabe der Nahrungssuche abspielt, die wir durchführen.“ „Jeden Tag auf natürliche Weise Leistung erbringen“, sagte Dragoi.

Makaken sind eine Affengattung, die in Asien, Nordafrika und Südeuropa (Gibraltar) beheimatet ist. Sie essen am häufigsten Obst, Samen und andere pflanzliche Lebensmittel. „Wir untersuchen Makaken“, sagte Dragoi, „weil die Nahrungssuche ein natürliches Verhalten ist und das Gehirn des Makaken in Bezug auf Organisation und Funktion dem menschlichen Gehirn sehr ähnlich ist.“

Bisher war es schwierig, die neuronalen Grundlagen der Nahrungssuche in naturalistischen Umgebungen zu untersuchen, da frühere Ansätze auf eingeschränkten Tieren beruhten, die versuchsbasierte Nahrungssucheaufgaben durchführten. Dragoi und seine Forschungspartner ermöglichten es ungezügelten Makaken, frei mit Belohnungsoptionen zu interagieren, während sie gleichzeitig die neuronale Aktivität in ihrem präfrontalen Kortex drahtlos aufzeichneten.

„Tiere entschieden, wann und wo sie nach Nahrung suchen, basierend darauf, ob ihre Belohnungsvorhersagen erfüllt oder verletzt wurden. Die Vorhersagen basierten nicht ausschließlich auf der Vergangenheit der Belohnungsauslieferung, sondern auch auf der Erkenntnis, dass längeres Warten die Chance auf eine Belohnung erhöht“, sagte Dragoi .

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Futtersuchstrategien auf einem kortikalen Modell der Belohnungsdynamik basieren, wenn Tiere ihre Umgebung frei erkunden.

„Wir haben gelernt, dass wir Entscheidungen sogar in komplexen Situationen vorhersagen können, indem wir einfach die Reaktionen von Dutzenden von Neuronen im Frontallappen auslesen. Dies kann möglicherweise dazu führen, dass prothetische Geräte Entscheidungen beeinflussen oder beeinflussen, sogar nichtinvasiv. Noch grundlegender ist es „Ermöglicht uns zu verstehen, wie das Gehirn funktioniert, wenn es dieses natürliche Verhalten ausführt“, sagte Dragoi.

Als nächstes wird das Dragoi-Labor die Nahrungssuche in einem sozialen Kontext kombinieren und Aufnahmen von zwei Tieren gleichzeitig machen, während sie zusammenarbeiten, um als Belohnung Futter zu suchen. Dies ist eine gewaltige technische Herausforderung, aber Dragoi glaubt, dass er und seine Forschungspartner kurz davor stehen, diese Ziele zu erreichen. Dies könnte eine Lösung für die Herausforderung von kortikalen Implantaten sein, um Patienten mit Hirnfunktionsstörungen zu unterstützen und ihre Verhaltensentscheidungen zu ermöglichen.

Die Hauptautorin des Artikels ist Neda Shahidi, eine ehemalige Doktorandin. Student in Dragois Labor, derzeit Gruppenleiter am Georg-Elias-Müller-Institut für Psychologie, Georg August-Universität, Göttingen.