Rabenvögel zählen zu den intelligentesten Vögeln der Welt. Dabei haben sie nur ein kleines Gehirn und besitzen anders als Säugetiere keine geschichtete Großhirnrinde. Dennoch nutzen sie Werkzeuge, lösen komplexe Probleme und tauschen sich sogar darüber aus, welche Menschen harmlos und welche gefährlich sind.
Schnell und präzise
Doch nicht nur das: Die klugen Vögel sind offenbar auch Meister darin, auf Basis visueller Reize im Rekordtempo Entscheidungen zu treffen, wie Philipp Schmidbauer und Andreas Nieder von der Universität Tübingen nachwiesen. Für ihr Experiment trainierten die Forscher zwei Rabenkrähen darauf, bewegte Punkte auf einem Bildschirm zu beobachten und jeweils auf die Seite zu picken, zu der sich die meisten Punkte bewegten – eine klassische visuelle Entscheidungsaufgabe.
„Die Krähen trafen ihre Entscheidungen etwa doppelt so schnell wie Affen und Menschen, ohne Abstriche bei der Genauigkeit zu machen“, berichtet das Forschungsteam. Bereits nach durchschnittlich 235 Millisekunden pickten die Krähen an die korrekte Stelle auf dem Bildschirm. „Bei eindeutigen Signalen erreichten sie eine Trefferquote von nahezu 100 Prozent“, berichtet Schmidbauer. „Selbst bei schwer erkennbaren Bewegungsmustern lagen ihre Entscheidungen über dem Zufallsniveau.“
Für die Reaktionszeit spielte die Schwierigkeit der Aufgabe nur eine kleine Rolle: Bei einfachen Aufgaben, in denen sich fast alle Punkte konsistent in eine Richtung bewegten, brachten es die Krähen auf Spitzenwerte von 216 Millisekunden, bei den schwierigsten Aufgaben, bei denen sich keine eindeutige Bewegungsrichtung erkennen ließ, brauchten sie bis zu 254 Millisekunden. „In Fehlversuchen reagierten beide Krähen signifikant langsamer als in korrekten Versuchen, was mit einer bewussten, evidenzbasierten Entscheidungsfindung übereinstimmt“, erläutern Schmidbauer und Nieder.
Für das Experiment soll die Krähe entscheiden, ob sich eine bestimmte Anzahl weißer Punkte auf dem schwarzen Bildschirm gleichzeitig nach links oder nach rechts bewegt. Ihre Entscheidung gibt sie an, indem sie auf dem Monitor auf den entsprechenden Zielkreis links oder rechts pickt. — © Andreas Nieder
Neuronale Verrechnung
Um herauszufinden, was dabei im Gehirn der Vögel vor sich geht, maßen die Forscher die Aktivität der Nervenzellen im Nidopallium caudolaterale, einer Region des Vogelhirns, die dem Präfrontalkortex der Säugetiere ähnelt. Dabei identifizierten sie richtungsspezifische Neuronen, die jeweils dann feuern, wenn sich die Punkte in eine bestimmte Richtung bewegen. Bereits 70 Millisekunden nach Beginn des Reizes lassen sich entsprechende Tendenzen im Gehirn erkennen. Kommen genug solcher Signale zusammen, erreichen sie schließlich die für die Entscheidung erforderliche Schwelle.
Ähnliche Verarbeitungsmuster sind bereits aus Studien an Menschen und Affen bekannt. „Die Ergebnisse zeigen, dass im Vogelgehirn neuronale Dynamiken auftreten, die mit etablierten Rechenmodellen der Entscheidungsfindung menschlicher und nichtmenschlicher Primaten vereinbar sind“, sagt Nieder.
Effizientes Vogelhirn
Aber warum sind die Krähen so viel schneller bei ihrer Entscheidung? „Verglichen mit Primaten sind die Gehirne von Vögeln viel kleiner und besitzen keine Großhirnrinde, was darauf hindeuten würde, dass sie über weitaus weniger Rechenleistung verfügen“, schreiben Michael Colombo und Oriane Poutrain-Sorel von der University of Otago in Neuseeland, die nicht an der Studie beteiligt waren. „Wie können ihre kognitiven Fähigkeiten und ihre Entscheidungsgeschwindigkeit dann denen von Primaten entsprechen oder diese sogar übertreffen?“
Die Antwort liegt laut Colombo und Poutrain-Sorel in der Gehirnarchitektur der Vögel: Ihre Nervenzellen sind in Clustern angeordnet, die eine ähnlich effiziente Verarbeitung ermöglichen wie die in Schichten aufgebaute Großhirnrinde der Säugetiere. Zudem sind die Vogelnervenzellen kleiner und dichter gepackt als bei Säugetieren. „Die dicht gepackten Nervenzellen machen das Vogelgehirn nicht nur kompakt, sondern auch schnell“, erklären Colombo und Poutrain-Sorel.
Laut Schmidbauer und Nieder war die schnelle Signalverarbeitung und Entscheidungsfindung für die Vögel wahrscheinlich ein wichtiger evolutionärer Vorteil. „Die Geschwindigkeit könnte den evolutionären Druck widerspiegeln, der auf die visuomotorische Steuerung von Vögeln wirkt, um schnelle Schnabelbewegungen, die Erkennung von Raubtieren und die Flugnavigation zu ermöglichen“, schreiben sie.
Quelle: Philipp Schmidbauer und Andreas Nieder (Universität Tübingen), Science, doi: 10.1126/science.aed6459
