Superschnelle Flugmaschinen trotzen der Körperlogik

Die Größe eines winzigen Insektenhirns ist kein Vergleich mit der Superkapazität seines Killerinstinktes und seiner Flugfähigkeiten und -geschwindigkeit.

Genau wie beim Menschen verfügen die Gehirne von Schwebfliegen und sogar winzigen Raubraubtieren über Hunderttausende von Neuronen, die ihnen Überlebenschancen für die Jagd und das Sammeln von Pollen geben, die selbst in den fortschrittlichsten menschlichen Technologien beispiellos sind.

Und genau wie beim Menschen verengt sich der absteigende Nerv (oder „Rückenmark“) in den Fliegen auf wenige hundert Neuronen gleichzeitig.

Wie also können diese außergewöhnlich schnellen Insektenreaktionen auf visuelle und andere sensorische Signale auftreten, wenn die präautorischen Wege des Körpers in einen solchen Engpass geraten, der Botschaften vom Gehirn mit den Flügeln und dem Körper verbindet?

Neue Forschungen von Insekten-Neurowissenschaftlern der Flinders University und der University of Minnesota und der Cambridge University wollen dieses Geheimnis lüften.

Finanziert vom US Air Force Office of Scientific Research und einem Australian Research Council Discovery Grant, suchen die Forschungskooperationen nach zukünftigen Richtungen in der Neurowissenschaft aus der Erforschung hoch entwickelter fliegender Insekten, wie Raubraub- und Libellenfliegen, sowie nicht-raubender Schwebefliegen und Bienen.

Die neueste Studie, die den absteigenden Nerv (der entlang der Unterseite des Insekts verläuft) bei Fliegen analysiert, wird zu mehr Forschung führen, um die Reaktionszeit bei räuberischen und nicht räuberischen Insekten in ihrer natürlichen Umgebung in der Wildnis nachzuahmen.

„Die Menschen sind ziemlich schlecht darin, auf kleine Reize in einem geschäftigen oder überladenen Sichtfeld zu reagieren, wie z.B. beim Fangen eines Balls beim Laufen im Wald“, sagt die stellvertretende Professorin Karin Nordström vom Neurowissenschaftszentrum der Flinders University’s College of Medicine and Public Health.

„Wie können sich also Fliegen in ähnlichen Umgebungen sehen? Offensichtlich gibt es in ihrer Entwicklung etwas, das immer noch unglaublich schnelle Reaktionen in ihrem Verhalten ermöglicht, wenn ihr Gehirn einen Auslöser registriert (z.B. Pollen, einen potentiellen Partner oder eine leckere Mahlzeit).“

Neben der Aufzeichnung von Reaktionen im Gehirn untersuchen die Forscher auch, wie die Neuronen der Tiere das Verhalten diktieren und in ihre hoch entwickelten Fähigkeiten umsetzen.

Die Forschungsergebnisse werden dazu beitragen, Zukunftstechnologien wie fahrerlose Autos und effizientere Formen des Flugverkehrs zu informieren.

„Diese neueste Studie ist auch deshalb faszinierend, weil die winzige Raubkatze und die größere (Bienengröße) Schwebfliege sehr unterschiedliche evolutionäre Codierungen haben, aber sehr ähnliche abnehmende Nervenstränge, so dass wir jetzt daran arbeiten, den gemeinsamen Plan für die Zielerkennung zu verstehen“, sagt Professor Nordström.

„Tatsächlich kann man tierische Gehirne als biologische Rechenmaschinen betrachten, und viele aktuelle maschinelle Lernwerkzeuge, einschließlich tiefer neuronaler Netzwerke, sind stark von den Neurowissenschaften inspiriert, die eine ähnliche Architektur mit vielen Schichten nichtlinearer Interaktionen verwenden.“

Das Paper „Integration von kleinen und großen visuellen Merkmalen in zielselektiven absteigenden Neuronen von räuberischen und nicht-präuberischen Dipteranen“ wurde im Journal of Neuroscience veröffentlicht.

Mehr Informationen:
Sarah Nicholas et al. Integration von kleinen und großen visuellen Merkmalen in zielselektiven absteigenden Neuronen von räuberischen und nicht-präuberischen Dipteranen, The Journal of Neuroscience (2018). DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1695-18.2018

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tekk.tv

Lange Zeit war Paul Florian in der TV-Branche tätig. Schon immer gab es eine Schublade voller Handys (und später Smartphones) in seiner Wohnung. Als Online-Redakteur hat der Nerd in ihm diese Schublade nun für Tekk geöffnet.

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