Wie das Gehirn Geräusche herausfiltert
Fledermäuse sind bekannt für ihre Fähigkeiten zur Echoortung, also zur Navigation durch Schall: Sie „sehen“ mit ihrem äußerst empfindlichen Gehör, indem sie Ultraschallrufe aussenden und sich anhand des reflektierten Schalls ein Bild von ihrer unmittelbaren Umgebung machen. So findet zum Beispiel Sebas Kurzschwanzfledermaus (Carrollia perspicillata) mit diesem Echoortungssystem die Früchte, die sie am liebsten frisst. Gleichzeitig nutzen Fledermäuse ihre Stimme, um mit anderen Fledermäusen zu kommunizieren, wobei sie dann einen etwas niedrigeren Frequenzbereich nutzen. Sebas Kurzschwanzfledermaus hat einen Stimmumfang, den man sonst nur bei Singvögeln und Menschen findet. Genau wie Menschen erzeugt es Geräusche über seinen Kehlkopf.
Um herauszufinden, wie Sebas Kurzschwanzfledermaus aus der Vielfalt der unterschiedlichen Geräusche besonders wichtige Signale herausfiltert – Warnrufe anderer Fledermäuse, Isolationsrufe junger Fledermäuse sowie die Reflexionen von Pfefferpflanzen im Blätterlabyrinth und Geäst zum Beispiel – Forscher der Goethe-Universität Frankfurt haben die Gehirnströme der Fledermäuse aufgezeichnet.
Dazu führten die Forscher um Professor Manfred Kössl vom Institut für Zellbiologie und Neurowissenschaften Elektroden – so fein wie Akupunkturnadeln – unter die Kopfhaut der Fledermäuse ein, während die Fledermäuse unter Narkose schliefen. Schließlich ist diese Messmethode so empfindlich, dass schon die kleinste Kopfbewegung einer Fledermaus die Messergebnisse verfälschen würde. Trotz Betäubung reagiert das Gehirn der Fledermaus immer noch auf Geräusche.
Anschließend wurden den Fledermäusen Abfolgen von zwei Tönen mit unterschiedlichen Tonhöhen vorgespielt, die entweder Echoortungsrufen oder Kommunikationsrufen entsprachen. Zunächst wurde eine Sequenz abgespielt, in der Note 1 wesentlich häufiger vorkommt als Note 2, also beispielsweise „1-1-1-1-2-1-1-1-2-1-1-1-1-1-1 …“. Dies wurde in der nächsten Sequenz umgekehrt, wobei Note 1 selten und Note 2 häufig vorkam. Auf diese Weise wollten die Wissenschaftler feststellen, ob die neuronale Verarbeitung eines bestimmten Tons von der Wahrscheinlichkeit seines Auftretens abhängt und nicht etwa von seiner Tonhöhe.
Ph.D. Student Johannes Wetekam, Erstautor der Studie, erklärt: „Tatsächlich zeigen unsere Forschungsergebnisse, dass ein seltener und damit unerwarteter Ton zu einer stärkeren neuronalen Reaktion führt als ein häufiger Ton.“ In dieser Hinsicht reguliert das Gehirn der Fledermaus die Stärke der neuronalen Reaktion auf häufige Echoortungsrufe, indem es diese herunterspielt, und verstärkt die Reaktion auf seltene Kommunikationsrufe. Wetekam: „Das zeigt, dass die Fledermäuse je nach Frequenz unerwartete Geräusche unterschiedlich verarbeiten, um adäquate Sinneseindrücke zu sammeln.“
