Informationsdienst Wissenschaft - idw - Pressemitteilung
Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience, Dr. Simone
Cardoso de Oliveira , 28.02.2011 14:21
Wie Bienen lernen, welchen Düften es zu folgen lohnt
Wissenschaftler der Freien Universität Berlin und des Bernstein-Zentrums
Berlin haben die Spuren des Duftgedächtnisses in einer bestimmten Region
des Bienengehirns lokalisieren können.
Wie erfolgreich Bienen bei der Nahrungssuche sind, hängt maßgeblich davon
ab, wie gut sie nektarreiche Blüten schon von weitem anhand ihres Duftes
erkennen und von weniger ertragreichen Blüten unterscheiden können. Die
Forscher um Prof. Dr. Dr. Randolf Menzel, Neurobiologe am Fachbereich
Biologie, Chemie und Pharmazie der Freien Universität, gingen der Frage
nach, ob und wie sich die Biene den Zusammenhang zwischen Duft und Nektar
einer Blüte merken kann und ob sich diese Assoziation im Gehirn der Biene
findet. Die Arbeiten wurden vom Bundesministerium für Bildung und
Forschung im Rahmen der Projekte „Bernstein-Zentrum Berlin“ und
„Bernstein-Fokus Lernen: Gedächtnis und Entscheidungsfindung“ finanziert.
Die Forscher passten hierfür Nektar-Sammlerinnen beim Ausschwärmen aus
ihrem Stock ab, fingen sie ein und ließen sie in ihrem Labor gewissermaßen
die Schulbank drücken: Auf dem Stundenplan standen fünf verschiedene
künstliche Duftstoffe. Nachdem alle fünf vorgestellt worden waren, wurde
in einer Lernphase ein Duft nach jeder Präsentation mit einem Tropfen
Zuckerlösung belohnt, während ein anderer unbelohnt blieb. Diese Art der
klassischen Pawlowschen Konditionierung basiert auf dem sogenannten R
üssel-Streckreflex, der ausgelöst wird, wenn die Antennen der Insekten in
Kontakt mit süßen Flüssigkeiten kommen. Die Bienen lernten schnell, beim
belohnten Duft ihren Rüssel auszustrecken, um die Zuckerlösung
aufzulecken, und zeigten diese Reaktion auch noch drei Stunden nach der
Lernphase.
Um die neuronale Grundlage dieses Gedächtnis-Prozesses zu untersuchen, maß
der Biologe Martin Strube-Bloss im Rahmen seiner Dissertation an der
Freien Universität Berlin, jetzt am Max Planck Institut für chemische
Ökologie in Jena, die elektrischen Reaktionen von bestimmten Nervenzellen,
nämlich den Ausgangsneuronen im Pilzkörper des Gehirns von Bienen, die
bereits als Kandidaten für Lernprozesse im Raum standen. Das Ergebnis
überraschte die Forscher: Während der Lernphase änderten sich die
Aktivitäten in den untersuchten Neuronen nicht. Aber drei Stunden nach der
Lernphase fand sich eine Veränderung: Mehr Neurone reagierten auf den mit
Lohn verknüpften Reiz, und die Antworten auf diesenfielen stärker aus. Die
Forscher hatten also tatsächlich eine Gedächtnisspur gefunden. Wegen der
zeitlichen Verzögerung konnten sie sogar darauf schließen, dass diese
nichts mit dem Lernprozess selbst oder mit dem Kurzzeitgedächtnis zu tun
hatte, sondern dass sie offenbar den Ort des Langzeit-Duftgedächtnis
identifiziert hatten.
Eine mathematische Analyse des Neuroinformatikers Martin Nawrot von der
Freien Universität Berlin zeigte, dass die Gedächtnis-Spur im Pilzkörper
sehr verlässlich ist. Schon 150 Millisekunden nach Präsentation eines
Duftes konnten die Forscher aufgrund der Nervenzell-Aktivitäten sagen, ob
es der mit zuckerbelohnte Duft war oder nicht. Die Biene könnte sich also
getrost auf ihre Ausgangs-Neuronen des Pilzkörpers verlassen, um zu
entscheiden, welcher Duft vielversprechend ist, oder – in freier Wildbahn
– zu einer nektartragenden Blüte gehört und zu verfolgen lohnt.
Auf der Basis ihrer Ergebnisse erstellen die Forscher nun ein
Computermodell des Bienengehirns, das virtuelle Düfte mit einer Belohnung
assoziieren und auf der Basis des Erlernten Entscheidungen treffen können
soll. Solche künstlichen Gehirne sollen dann in naher Zukunft in von
Lebewesen inspirierten Robotern zum Einsatz kommen.
Das Bernstein-Zentrum Berlin ist Teil des nationalen Bernstein Netzwerks
Computational Neuroscience (NNCN). Das NNCN wurde vom BMBF mit dem Ziel
gegründet, die Kapazitäten im Bereich der neuen Forschungsdisziplin
Computational Neuroscience zu bündeln, zu vernetzen und
weiterzuentwickeln. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen
Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).
Weitere Informationen erteilen Ihnen gern:
• Prof. Martin Nawrot, Freie Universität Berlin, Institut für
Biologie – Neurobiologie,AG Neuroinformatik, Telefon: 030/838 56692 ,
E-Mail: martin.nawrot@fu-berlin.de
• Dr. Martin Strube-Bloss, Max Planck Institut für chemische
Ökologie Jena, Abteilung Evolutionäre Neuroethologie, Telefon: 03641/57
1452, E-Mail: mstrube-bloss@ice.mpg.de
Originalveröffentlichung:
Strube-Bloss MF*, Nawrot MP*, Menzel R (2011): Mushroom Body Output
Neurons Encode Odor-Reward Associations, J. Neurosci. 31: 3129-3140, *
equal contribution
Arten der Pressemitteilung:
Forschungsergebnisse
Sachgebiete:
Biologie
Informationstechnik
Psychologie
Tier- / Agrar- / Forstwissenschaften
Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.bccn-berlin.de - Bernstein Zentrum Berlin
http://www.nncn.de - Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
http://www.bcp.fu-berlin.de - Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie der FU Berlin
http://www.fu-berlin.de/neuroinformatik - Arbeitsgruppe Theoretische Neurowissenschaft / Neuroinformatik von Prof. Nawrot, FU Berlin
http://www.ice.mpg.de - Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie, Jena
Zu dieser Mitteilung finden Sie Bilder unter der WWW-Adresse:
http://idw-online.de/de/image136148
Honigbiene, die den Rüssel ausstreckt, um einen Tropfen Zuckerlösung von einer Pipette aufzusaugen.
Die gesamte Pressemitteilung inkl. Bilder erhalten Sie unter:
http://idw-online.de/de/news411024
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung stehen unter:
http://idw-online.de/de/institution1019
Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience, Dr. Simone
Cardoso de Oliveira , 28.02.2011 14:21
Wie Bienen lernen, welchen Düften es zu folgen lohnt
Wissenschaftler der Freien Universität Berlin und des Bernstein-Zentrums
Berlin haben die Spuren des Duftgedächtnisses in einer bestimmten Region
des Bienengehirns lokalisieren können.
Wie erfolgreich Bienen bei der Nahrungssuche sind, hängt maßgeblich davon
ab, wie gut sie nektarreiche Blüten schon von weitem anhand ihres Duftes
erkennen und von weniger ertragreichen Blüten unterscheiden können. Die
Forscher um Prof. Dr. Dr. Randolf Menzel, Neurobiologe am Fachbereich
Biologie, Chemie und Pharmazie der Freien Universität, gingen der Frage
nach, ob und wie sich die Biene den Zusammenhang zwischen Duft und Nektar
einer Blüte merken kann und ob sich diese Assoziation im Gehirn der Biene
findet. Die Arbeiten wurden vom Bundesministerium für Bildung und
Forschung im Rahmen der Projekte „Bernstein-Zentrum Berlin“ und
„Bernstein-Fokus Lernen: Gedächtnis und Entscheidungsfindung“ finanziert.
Die Forscher passten hierfür Nektar-Sammlerinnen beim Ausschwärmen aus
ihrem Stock ab, fingen sie ein und ließen sie in ihrem Labor gewissermaßen
die Schulbank drücken: Auf dem Stundenplan standen fünf verschiedene
künstliche Duftstoffe. Nachdem alle fünf vorgestellt worden waren, wurde
in einer Lernphase ein Duft nach jeder Präsentation mit einem Tropfen
Zuckerlösung belohnt, während ein anderer unbelohnt blieb. Diese Art der
klassischen Pawlowschen Konditionierung basiert auf dem sogenannten R
üssel-Streckreflex, der ausgelöst wird, wenn die Antennen der Insekten in
Kontakt mit süßen Flüssigkeiten kommen. Die Bienen lernten schnell, beim
belohnten Duft ihren Rüssel auszustrecken, um die Zuckerlösung
aufzulecken, und zeigten diese Reaktion auch noch drei Stunden nach der
Lernphase.
Um die neuronale Grundlage dieses Gedächtnis-Prozesses zu untersuchen, maß
der Biologe Martin Strube-Bloss im Rahmen seiner Dissertation an der
Freien Universität Berlin, jetzt am Max Planck Institut für chemische
Ökologie in Jena, die elektrischen Reaktionen von bestimmten Nervenzellen,
nämlich den Ausgangsneuronen im Pilzkörper des Gehirns von Bienen, die
bereits als Kandidaten für Lernprozesse im Raum standen. Das Ergebnis
überraschte die Forscher: Während der Lernphase änderten sich die
Aktivitäten in den untersuchten Neuronen nicht. Aber drei Stunden nach der
Lernphase fand sich eine Veränderung: Mehr Neurone reagierten auf den mit
Lohn verknüpften Reiz, und die Antworten auf diesenfielen stärker aus. Die
Forscher hatten also tatsächlich eine Gedächtnisspur gefunden. Wegen der
zeitlichen Verzögerung konnten sie sogar darauf schließen, dass diese
nichts mit dem Lernprozess selbst oder mit dem Kurzzeitgedächtnis zu tun
hatte, sondern dass sie offenbar den Ort des Langzeit-Duftgedächtnis
identifiziert hatten.
Eine mathematische Analyse des Neuroinformatikers Martin Nawrot von der
Freien Universität Berlin zeigte, dass die Gedächtnis-Spur im Pilzkörper
sehr verlässlich ist. Schon 150 Millisekunden nach Präsentation eines
Duftes konnten die Forscher aufgrund der Nervenzell-Aktivitäten sagen, ob
es der mit zuckerbelohnte Duft war oder nicht. Die Biene könnte sich also
getrost auf ihre Ausgangs-Neuronen des Pilzkörpers verlassen, um zu
entscheiden, welcher Duft vielversprechend ist, oder – in freier Wildbahn
– zu einer nektartragenden Blüte gehört und zu verfolgen lohnt.
Auf der Basis ihrer Ergebnisse erstellen die Forscher nun ein
Computermodell des Bienengehirns, das virtuelle Düfte mit einer Belohnung
assoziieren und auf der Basis des Erlernten Entscheidungen treffen können
soll. Solche künstlichen Gehirne sollen dann in naher Zukunft in von
Lebewesen inspirierten Robotern zum Einsatz kommen.
Das Bernstein-Zentrum Berlin ist Teil des nationalen Bernstein Netzwerks
Computational Neuroscience (NNCN). Das NNCN wurde vom BMBF mit dem Ziel
gegründet, die Kapazitäten im Bereich der neuen Forschungsdisziplin
Computational Neuroscience zu bündeln, zu vernetzen und
weiterzuentwickeln. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen
Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).
Weitere Informationen erteilen Ihnen gern:
• Prof. Martin Nawrot, Freie Universität Berlin, Institut für
Biologie – Neurobiologie,AG Neuroinformatik, Telefon: 030/838 56692 ,
E-Mail: martin.nawrot@fu-berlin.de
• Dr. Martin Strube-Bloss, Max Planck Institut für chemische
Ökologie Jena, Abteilung Evolutionäre Neuroethologie, Telefon: 03641/57
1452, E-Mail: mstrube-bloss@ice.mpg.de
Originalveröffentlichung:
Strube-Bloss MF*, Nawrot MP*, Menzel R (2011): Mushroom Body Output
Neurons Encode Odor-Reward Associations, J. Neurosci. 31: 3129-3140, *
equal contribution
Arten der Pressemitteilung:
Forschungsergebnisse
Sachgebiete:
Biologie
Informationstechnik
Psychologie
Tier- / Agrar- / Forstwissenschaften
Weitere Informationen finden Sie unter
http://www.bccn-berlin.de - Bernstein Zentrum Berlin
http://www.nncn.de - Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
http://www.bcp.fu-berlin.de - Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie der FU Berlin
http://www.fu-berlin.de/neuroinformatik - Arbeitsgruppe Theoretische Neurowissenschaft / Neuroinformatik von Prof. Nawrot, FU Berlin
http://www.ice.mpg.de - Max-Planck-Institut für Chemische Ökologie, Jena
Zu dieser Mitteilung finden Sie Bilder unter der WWW-Adresse:
http://idw-online.de/de/image136148
Honigbiene, die den Rüssel ausstreckt, um einen Tropfen Zuckerlösung von einer Pipette aufzusaugen.
Die gesamte Pressemitteilung inkl. Bilder erhalten Sie unter:
http://idw-online.de/de/news411024
Kontaktdaten zum Absender der Pressemitteilung stehen unter:
http://idw-online.de/de/institution1019
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