Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Überraschend ähnlich: Visuelle Suche bei Menschen und Schützenfischen

31.05.2013
Tierphysiologen der Universität Bayreuth haben überraschende Ähnlichkeiten von Menschen und Schützenfischen entdeckt. Deren visuelle Suchstrategien sind einander ähnlich und gleichermaßen erfolgreich, trotz großer Unterschiede im Aufbau der zugrunde liegenden Nervensysteme.

Eine spezielle Nudelsorte im Supermarktregal zu finden oder den eigenen Drahtesel auf einem vollen Fahrradparkplatz zu entdecken – das sind Beispiele für eine erfolgreiche visuelle Suche, eine der hervorragendsten Leistungen des menschlichen Gehirns. Dabei sorgt ein komplexes Netzwerk aus Nervenzellen in der Hirnrinde dafür, dass eine im Ganzen unübersichtliche Szenerie Ausschnitt für Ausschnitt mit hoher Aufmerksamkeit abgetastet wird.


Schützenfische im Versuchslabor der Bayreuther Tierphysiologie. In dem kreisrunden Ausschnitt oberhalb des Beckens werden den Fischen fliegenförmige Objekte und verschiedene andere Objekte gezeigt. Foto: Lehrstuhl für Tierphysiologie, Universität Bayreuth; zur Veröffentlichung frei.


Sobald die Schützenfische ein fliegenförmiges Objekt auf der Glasplatte über dem Wasserbecken identifiziert haben, schießen sie einen Wasserstrahl auf diese "Beute" ab. Foto: Lehrstuhl für Tierphysiologie, Universität Bayreuth; zur Veröffentlichung frei.

Überraschenderweise gibt es Fische, die bei der visuellen Suche ganz ähnlich und ebenso erfolgreich verfahren – obwohl ihr Nervensystem erheblich einfacher und ihr Gehirn unvergleichlich kleiner ist. Darüber berichten Prof. Dr. Stefan Schuster und Ingo Rischawy vom Lehrstuhl für Tierphysiologie der Universität Bayreuth im "Journal of Experimental Biology".

"Lernen im Labor": Was Schützenfische finden sollen

Schützenfische leben vor allem in tropischen Brackwassergebieten. Mit einem gezielten Wasserstrahl schießen sie Insekten, die sich auf Pflanzen dicht am Ufer niedergelassen haben, seitlich von unten an, so dass ihre Beute ins Wasser hinabfällt. In der Natur sind es verschiedenartige Insekten, von denen sich Schützenfische auf diese Weise ernähren. Als daher den Schützenfischen im Bayreuther Versuchslabor verschiedene Objekte präsentiert wurden, fanden sie diese zunächst allesamt als Beute interessant. Dann aber wurden ihnen beigebracht, nur einen bestimmten Typ von Objekten als lohnende Beute aufzufassen. Immer dann, aber auch nur dann, wenn die Fische einen Wasserstrahl auf ein fliegenförmiges Objekt abgefeuert hatten, wurden sie unmittelbar anschließend mit einer ins Wasser geworfenen toten Fliege belohnt – so als ob sie diese tatsächlich erbeutet hätten. Auf diese Weise gewöhnten sich die Fische daran, andersförmige Objekte nicht als Ziele, sondern als uninteressante Bestandteile des Umfelds aufzufassen.

Präzise Zielerkennung in unterschiedlich komplexen Szenarien

Anschließend haben die Bayreuther Forscher untersucht, wie gut die Fische in der Lage waren, die Ziele ihrer Nahrungssuche innerhalb eines mehr oder weniger komplex gestalteten Umfelds zu identifizieren. Von entscheidender Bedeutung waren dabei zwei Aspekte der Versuchsanordnung: Die Szenarien, mit denen die Fische konfrontiert wurden, enthielten keine Bewegungsabläufe, mit deren Hilfe sie ihre Beute – also die fliegenförmigen Objekte – von ihrem jeweiligen Umfeld hätten unterscheiden können. Zudem bekamen die Fische die fliegenförmigen Objekte immer nur zeitgleich mit deren Umfeld zu sehen. Es war ihnen daher nicht möglich, Erinnerungen an das Umfeld zu speichern und neu hinzukommende Objekte als Ziele der Nahrungssuche zu identifizieren.

"Wir waren überrascht, wie erfolgreich die visuelle Suche der Schützenfische unter diesen ungewöhnlichen Bedingungen verlief. Trotz eines Umfelds, das zahlreiche Objekte mit jeweils unterschiedlichen Formen enthielt, waren die Fische imstande, ihre Beute zu erkennen und per Wasserstrahl darauf zu reagieren", berichtet Prof. Schuster. Sein Mitarbeiter Ingo Rischawy hat die Reaktionszeiten, also die Zeit zwischen der Präsentation eines Szenarios und dem Abfeuern eines Wasserstrahls auf die Beute, gemessen. Dabei stellte sich heraus: Die durchschnittliche Reaktionszeit der Fische ist umso länger, je mehr Objekte in einem Szenario enthalten sind – so als ob jedes Objekt für eine kurze Zeit begutachtet wird. Diese Einzelbegutachtungen dauern umso länger, je schwieriger die Unterscheidung zwischen der Beute und den Objekten in ihrem Umfeld ist.

Überraschend ähnliche Suchstrategien bei Menschen und Schützenfischen

Die Wissenschaftler waren erstaunt, als ähnlich aufgebaute Versuchsreihen mit Menschen zu analogen Ergebnissen führten. Studierende blickten auf eine Wand, auf die ein großes kreisrundes Feld projiziert wurde. Darin waren jedes Mal ein fliegenförmiges Objekt sowie weitere, mehr oder weniger verschiedenartige Gegenstände zu sehen. Die gleichen Szenarien also, welche die Fische auf der Glasplatte über dem Wasserbecken zu sehen bekamen, wurden mittels des Projektors den Studierenden vorgeführt. Diese hatten die Aufgabe, die Fliegen als Ziele zu identifizieren und mit Tennisbällen nach ihnen zu werfen. Gleichzeitig aber mussten sie Kopfrechenaufgaben lösen. Mit dieser Erschwernis wollten die Wissenschaftler dem Umstand Rechnung tragen, dass die Aufmerksamkeit eines Fisches, der sich per Wasserstrahl eine Beute sichern will, in der Regel ebenfalls abgelenkt ist: Er muss sich gegenüber wachsamen Artgenossen durchsetzen, die ihm die Beute wegschnappen wollen.

Mit zunehmender Vielgestaltigkeit der Gegenstände, die sich im Umfeld des Ziels befanden, stieg auch die Scan-Zeit pro Objekt an, genau wie bei den Fischen. "Obwohl die neuronale Ausstattung der Schützenfische einfacher ist und die Fische gar keine Großhirnrinde besitzen, gibt es offenbar erhebliche Gemeinsamkeiten", fasst Prof. Schuster die Forschungsergebnisse zusammen. "Es sieht so aus, als ob beide Organismen mit ähnlichen Algorithmen arbeiten, wenn sie ein vielgestaltiges und zugleich unbewegtes Szenario daraufhin 'abscannen', ob und – falls ja – an welchem Ort sich ein gesuchtes Ziel befindet. Unsere Studie zeigt daher deutlich, dass anspruchsvolle mentale Leistungen aus sehr unterschiedlichen physiologischen Grundlagen hervorgehen können und keineswegs immer von den komplexen Strukturen und Prozessen innerhalb der menschlichen Hirnrinde abhängig sind."

Veröffentlichung:

Ingo Rischawy and Stefan Schuster,
Visual search in hunting archerfish shares all hallmarks of human performance,
in: Journal of Experimental Biology, first posted online April 25, 2013
DOI: 10.1242/jeb.087734

Ansprechpartner:

Prof. Dr. Stefan Schuster
Lehrstuhl für Tierphysiologie
Universität Bayreuth
D-95440 Bayreuth
Tel.: +49-(0)921 / 55-2470 und -2471
E-Mail: stefan.schuster@uni-bayreuth.de

Christian Wißler | Universität Bayreuth
Weitere Informationen:
http://www.uni-bayreuth.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Feinste organische Partikel in der Atmosphäre sind häufiger glasartig als flüssige Öltröpfchen
21.04.2017 | Max-Planck-Institut für Chemie

nachricht Darmflora beeinflusst das Altern
21.04.2017 | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunzellen helfen bei elektrischer Reizleitung im Herzen

Erstmals elektrische Kopplung von Muskelzellen und Makrophagen im Herzen nachgewiesen / Erkenntnisse könnten neue Therapieansätze bei Herzinfarkt und Herzrhythmus-Störungen ermöglichen / Publikation am 20. April 2017 in Cell

Makrophagen, auch Fresszellen genannt, sind Teil des Immunsystems und spielen eine wesentliche Rolle in der Abwehr von Krankheitserregern und bei der...

Im Focus: Tief im Inneren von M87

Die Galaxie M87 enthält ein supermassereiches Schwarzes Loch von sechs Milliarden Sonnenmassen im Zentrum. Ihr leuchtkräftiger Jet dominiert das beobachtete Spektrum über einen Frequenzbereich von 10 Größenordnungen. Aufgrund ihrer Nähe, des ausgeprägten Jets und des sehr massereichen Schwarzen Lochs stellt M87 ein ideales Laboratorium dar, um die Entstehung, Beschleunigung und Bündelung der Materie in relativistischen Jets zu erforschen. Ein Forscherteam unter der Leitung von Silke Britzen vom MPIfR Bonn liefert Hinweise für die Verbindung von Akkretionsscheibe und Jet von M87 durch turbulente Prozesse und damit neue Erkenntnisse für das Problem des Ursprungs von astrophysikalischen Jets.

Supermassereiche Schwarze Löcher in den Zentren von Galaxien sind eines der rätselhaftesten Phänomene in der modernen Astrophysik. Ihr gewaltiger...

Im Focus: Deep inside Galaxy M87

The nearby, giant radio galaxy M87 hosts a supermassive black hole (BH) and is well-known for its bright jet dominating the spectrum over ten orders of magnitude in frequency. Due to its proximity, jet prominence, and the large black hole mass, M87 is the best laboratory for investigating the formation, acceleration, and collimation of relativistic jets. A research team led by Silke Britzen from the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, has found strong indication for turbulent processes connecting the accretion disk and the jet of that galaxy providing insights into the longstanding problem of the origin of astrophysical jets.

Supermassive black holes form some of the most enigmatic phenomena in astrophysics. Their enormous energy output is supposed to be generated by the...

Im Focus: Neu entdeckter Exoplanet könnte bester Kandidat für die Suche nach Leben sein

Supererde in bewohnbarer Zone um aktivitätsschwachen roten Zwergstern gefunden

Ein Exoplanet, der 40 Lichtjahre von der Erde entfernt einen roten Zwergstern umkreist, könnte in naher Zukunft der beste Ort sein, um außerhalb des...

Im Focus: Resistiver Schaltmechanismus aufgeklärt

Sie erlauben energiesparendes Schalten innerhalb von Nanosekunden, und die gespeicherten Informationen bleiben auf Dauer erhalten: ReRAM-Speicher gelten als Hoffnungsträger für die Datenspeicher der Zukunft.

Wie ReRAM-Zellen genau funktionieren, ist jedoch bisher nicht vollständig verstanden. Insbesondere die Details der ablaufenden chemischen Reaktionen geben den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungen

Baukultur: Mehr Qualität durch Gestaltungsbeiräte

21.04.2017 | Veranstaltungen

Licht - ein Werkzeug für die Laborbranche

20.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Intelligenter Werkstattwagen unterstützt Mensch in der Produktion

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Forschungszentrum Jülich auf der Hannover Messe 2017

21.04.2017 | HANNOVER MESSE

Smart-Data-Forschung auf dem Weg in die wirtschaftliche Praxis

21.04.2017 | Veranstaltungsnachrichten