Zebrafinken Kühler Kopf verlangsamt den Gesang

Koordination im Gehirn: Zwei Forschergruppen haben das Gesangszentrum von Zebrafinken identifiziert und herausgefunden, wie die Vögel ihre Melodien lernen. Davon erhoffen sie sich neue Erkenntnisse über die menschliche Sprachentwicklung.

Der Kopf ist klein, das Gesangsrepertoire groß. Wie und wo Vögel ihre Melodien, den Takt und die Tonhöhe steuern, haben US-Forscher um Michael Long vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge jetzt untersucht. Sie machten sich bei Zebrafinken auf die Sache nach dem Gesangszentrum, in dem sie spezielle Hirnregionen der Vögel kühlten. Daraufhin trällerten die Vögel plötzlich langsamer. Daraus schlossen die Wissenschaftler, dass genau dieser Bereich die Koordination des Gesangs tatsächlich übernimmt, berichten sie im Fachblatt "Nature". 

Zebrafinken verfügen über ein ganzes Repertoire an Liedern, die sie immer exakt auf die gleiche Art wiedergeben können. Um diese Präzision zu erreichen, müssen die einzelnen Einsätze und Tonlängen zeitlich sehr genau aufeinander abgestimmt sein. Im Gehirn von Singvögeln gibt es zwei Regionen, die für das Singen verantwortlich sind. Um herauszufinden, in welchem der beiden Hirnareale der Taktgeber sitzt, kühlten die Forscher mit Hilfe eines sogenannten Peltier-Elements die betreffenden Regionen. Peltier-Elemente sind elektronische Bauteile, die in Kühlboxen oder Computern eingesetzt werden.

Bei ihren Experimenten fanden die Forscher das innere Metronom des Vogels in dem sogenannten HVC-Areal. Dieser Bereich ist nicht nur für das Erlernen neuer Gesänge, sondern auch für das Tempo der Melodien wichtig, berichten die Wissenschaftler. Demnach bewirkt eine niedrigere Temperatur im HVC-Bereich einen langsameren Takt des Zeitgebers. Die einzelnen Töne der Melodien wurden länger gepfiffen. Andere Charakteristiken des Gesangs, wie die Rhythmik oder die Tonhöhe, blieben jedoch unverändert.

Singen wie der Tutor

Verringerten die Forscher die Temperatur, sangen die Vögel proportional zu dieser Differenz langsamer. Bei einem maximalen Temperaturunterschied von zehn Grad Celsius beobachteten die Wissenschaftler eine Verlangsamung des Tempos um 30 Prozent.

Die Forscher erhoffen sich von ihren Experimenten tiefere Einblicke in das Timing komplexer Vorgänge wie der Sprache oder bei der Koordinierung der Bewegung. Außerdem vermuten sie, dass es auch beim Menschen einen ähnlichen Mechanismus für die Sprachsteuerung geben könnte.

Eine andere Forschergruppe hat zudem jene Nervenzellen identifiziert, die für das Erlernen des Gesangs eine Schlüsselrolle spielen könnten. Das berichten Georg Keller und Richard Hahnloser von der ETH Zürich in derselben Ausgabe des Wissenschaftsmagazins "Nature". 

Singvögel besitzen analog zum Spracherwerb beim Menschen eine sensible Phase für das Erlernen ihres Gesangs. Junge Zebrafinken lernen ihren Gesang, indem sie die Gesangsvorlage ihres Tutors, meist ihres Vaters, imitieren. In dieser Lernphase ist es zwingend, dass der Jungvogel seinen eigenen Gesang hören, überwachen und laufend mit der Gesangsvorlage vergleichen kann. Den eigenen Gesang passt er über das sogenannte auditorische Feedback an die akustische Vorlage an.

Vom Vogelgesang auf menschliche Sprache schließen

Gleichzeitig muss der Jungvogel während des Singens in der Lage sein, Hintergrundgeräusche zu erkennen. Die Neuroinformatiker der Universität Zürich haben nun als erste die lange gesuchten Nervenzellen für dieses auditorische Feedback bei Singvögeln nachweisen können. Die Nervenzellen befinden sich demnach im auditorischen Kortex in der Hörrinde. Bislang hatten Forscher angenommen, dass sich die Nervenzellen in gesangsspezifischen Hirnarealen befinden, die den Gesang steuern.

Vor einigen Monaten hatten US-Forscher vom MIT in Cambridge im Fachmagazin "Science" berichtet, wie Zebrafinken singen lernen und wie sich ihr Gesang im Lauf ihrer Entwicklung verändert.

Die Hirnforschung an Zebrafinken gehört zur Grundlagenforschung: Zebrafinken sind das einfachste Tiermodell, wenn es um das Verständnis des vokalen Lernens geht. Neben Menschen, Walen und Fledermäusen gehören Vögel zu den wenigen Lebewesen, die ein differenziertes vokales Ausdrucksystem besitzen. Bei der Hirnforschung an Zebrafinken geht es um das physiologische Verständnis des Spracherwerbs.

hei/dpa/ddp/AP

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