Primatenähnliche Kleinhirn-Konnektivität macht Papageien schlauer

Außergewöhnliche zerebro-cerebellare Schaltkreise sind mit der Intelligenz der Papageien verbunden.

Zum ersten Mal haben Neurowissenschaftler herausgefunden, dass die primatähnliche Konnektivität zwischen dem Kleinhirn (lateinisch für “kleines Gehirn”) und dem Großhirn mit überlegener Vogelintelligenz und komplexen kognitiven Fähigkeiten bei Papageien in Verbindung gebracht werden kann.

Was diese Entdeckung im Tierreich besonders bedeutsam macht, ist, dass ein besseres Verständnis der Funktionsweise der zerebro-zerebellären Konnektivität bei Vögeln und Primaten uns helfen könnte, die neuralen Grundlagen der menschlichen Intelligenz besser zu verstehen.

Cortico-zerebelläre Bahnen bei Vögeln und Säugetieren. Bei Säugetieren werden die Inputs vom Cortex zum Cerebellum durch die Pontinenkerne geleitet. Bei Vögeln werden die Eingänge vom Telencephalon zum Kleinhirn auch durch zwei Kerne in der Basis der Pons (mediale und laterale Pontinenkerne, PM und PL) geleitet, aber auch durch einen zusätzlichen Kern im Pretectum, den medialen spiriformen Kernen (SpM) .

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Quelle: Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie (2018) in Scientific Reports / Creative Commons 4.0

Diese Arbeit, “Papageien haben einen Primaten-ähnlichen Telencephalic-Midhirn-Kleinhirnkreislauf entwickelt”, wurde am 2. Juli in Scientific Reports veröffentlicht . Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Professor für Psychologie an der Universität von Alberta, war der erste Autor dieses Papiers. Für diese Studie arbeitete Gutiérrez mit Douglas Wylie zusammen, der zusammen mit Andrew Iwaniuk vom Canadian Centre for Behavioral Neuroscience (CCBN) der University of Lethbridge das neurowissenschaftliche “Bird Brains Lab” leitet.

Ein Schlüsselergebnis dieser Forschung ist, dass der Telenzephalon-SpM-Kleinhirnweg bei Papageien eine sehr ähnliche Rolle spielen könnte wie der kortiko-ponto-zerebelläre Weg von Primaten in Bezug auf die Kontrolle feinmotorischer Fähigkeiten und die Erleichterung bestimmter kognitiver Prozesse.

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Für diese Studie hatte das kanadische Team Zugriff auf die größte Sammlung von Vogelgehirnen der Welt. Nach dem Vergleich anatomischer Unterschiede in der Gehirnstruktur von 98 verschiedenen Vogelarten fanden die Forscher heraus, dass eine kleine Hirnregion, die das Kleinhirn mit der Hirnrinde bei Vögeln verbindet (der “mediale Spiriformkern” oder SpM) bei Papageien viel größer ist.

“Ein Bereich des Gehirns, der eine wichtige Rolle in der Primatenintelligenz spielt, wird als Pontinenkern bezeichnet. Diese Struktur überträgt Informationen zwischen den zwei größten Bereichen des Gehirns, dem Kortex und Kleinhirn, was eine Verarbeitung höherer Ordnung und differenzierteres Verhalten ermöglicht. “Gutiérrez sagte in einer Erklärung. “Bei Menschen und Primaten sind die Pontinenkerne im Vergleich zu anderen Säugetieren groß. Dies ist angesichts unserer kognitiven Fähigkeiten sinnvoll. ”

Die SpM-Region erfüllt die gleiche Funktion bei Vögeln wie die Pontinenkernregion in Primaten, die Information zwischen dem Kleinhirn und der Großhirnrinde zirkulieren lässt. “Diese Schleife zwischen dem Kortex und dem Kleinhirn ist wichtig für die Planung und Durchführung von anspruchsvollen Verhaltensweisen”, sagte Doug Wylie in einer Stellungnahme.

“Unabhängig davon haben Papageien einen erweiterten Bereich entwickelt, der den Cortex und das Kleinhirn ähnlich wie Primaten miteinander verbindet”, sagte Gutiérrez. “Dies ist ein weiteres faszinierendes Beispiel für die Konvergenz zwischen Papageien und Primaten. Es beginnt mit ausgeklügelten Verhaltensweisen wie Werkzeuggebrauch und Selbsterkenntnis und kann auch im Gehirn gesehen werden. Je mehr wir uns die Gehirne anschauen, desto mehr Ähnlichkeiten sehen wir. Dies könnte ein ausgezeichneter Weg sein, um zu untersuchen, wie der ähnliche, pontinbasierte Prozess beim Menschen abläuft “, schloss Gutiérrez. “Es könnte uns einen Weg geben, besser zu verstehen, wie unsere menschlichen Gehirne funktionieren.”

“Was auch immer das Kleinhirn tut, es macht viel davon.”

Für die meisten Menschen war das Lernen, dass die Intelligenz der Papageien mit einer primatenähnlichen Verbindung zwischen dem Großhirn und dem Kleinhirn verbunden ist, wahrscheinlich kein umwerfender, “wow!” – Moment. Aber diese Information zu lernen, ließ mich fast von meinem Stuhl fallen.

Im Jahr 2005 erschufen mein verstorbener Vater Richard Bergland (1932-2007) und ich ein radikal neues Split-Brain-Modell namens “up brain-down brain”, das die strukturelle und funktionelle Konnektivität zwischen Kleinhirn und Großhirn in den Mittelpunkt rückt. (Für mehr siehe “Das Split-Brain: Eine sich ständig ändernde Hypothese.”)

Dieses Diagramm zeigt die frühesten Inkarnationen des “Bergland Split-Brain-Modells” und beschreibt verschiedene hypothetische Beiträge des Großhirns und des Kleinhirns während des zerebro-zerebellären Zusammenspiels. (Ab S. 81 des Athletenweges)

Quelle: Foto und Illustration von Christopher Bergland (Circa 2007)

Mein Vater war Neurochirurg, Neurowissenschaftler und Autor von The Fabric of Mind (Viking). Wann immer wir über die inneren Vorgänge des Gehirns diskutierten, würde mein Vater einschlagen: ” Wir wissen nicht genau, was das Kleinhirn tut. Aber was auch immer es tut, es macht eine Menge davon. ”

Zu Beginn des 21. Jahrhunderts gab es nur eine Handvoll Neurowissenschaftler, die spekulierten, dass das Kleinhirn an irgendeiner Art von kognitiven Prozessen höherer Ordnung beteiligt war. Mein Vater war einer von ihnen. Zu dieser Zeit dachten die meisten Experten, dass das Kleinhirn nur für “nicht-denkende” motorische Funktionen verantwortlich sei, wie z. B. Feinabstimmung der Muskelkoordination und Koordination des genauen Timings körperlicher Bewegungen. Da ich im Profisport tätig bin, war das Kleinhirn für mich immer von besonderem Interesse. Das “kleine Gehirn” erleichtert das, was ich “Superfluidität” nenne und ist von zentraler Bedeutung für die sportliche Höchstleistung.

Leider, als ich vor einem Jahrzehnt in ” The Athletes Way: Schweiß und die Biologie der Glückseligkeit” (St. Martin’s Press) unser radikales “up brain-down brain” -Modell veröffentlichte, wurde das Konzept vom medizinischen Establishment abgelehnt und versagt pique die Neugier der allgemeinen Leser. Das Buch war ein Flop. Das heißt, ich würde gerne denken, dass Vater und ich unserer Zeit voraus waren … Basierend auf der großen Welle der Kleinhirnforschung in letzter Zeit bin ich optimistisch, dass irgendwann in diesem Jahrhundert das Kleinhirn die volle Anerkennung und Wertschätzung bekommen wird, die es verdient.

Nach dem Tod meines Vaters im Jahr 2007 machte ich ein Gelübde, dass ich meine Antennen für jede neue Kleinhirnforschung zu Ehren seines Lebenswerkes behalten würde. Und dass ich mein Bestes als Laie geben würde, um unser Verständnis davon, wie das Kleinhirn funktioniert, voranzubringen und diese Informationen weiterhin mit den täglichen Lesern zu teilen.

Eines Tages im Jahr 2009, mit dem Kleinhirn in meinem Kopf, hatte ich ein Eureka! Moment als ich vom Fitnessstudio nach Hause ging und auf eine Freundin namens Maria stieß, die ein Dichter ist. Während wir über den möglichen Zusammenhang zwischen Aerobic-Training und kreativem Denken diskutierten, sagte sie: ” Immer wenn ich anfange, meine Arme und Beine auf dem Ellipsentrainer hin und her zu bewegen, fließt Poesie durch mich .”

In dem Moment, in dem Maria diese Worte aussprach, kam mir ein Bild von allen vier Gehirnhälften, die wie eine “Super-8-Unendlichkeitsschleife” wechselten, in den Sinn. Also eilte ich nach Hause und versuchte, diese Feedforward- und Feedback-Loops so schnell wie möglich zu Papier zu bringen. Dieser hastige Versuch führte zu dem bunten Chicken Scratch, der unten in der Gehirnkarte angezeigt wurde. (Mehr dazu siehe “Eureka! Dekonstruieren der Gehirnmechanik von” Aha! “Moments.”)

Diese Skizze zeigt eine aktualisierte Version des ursprünglichen “Up Brain-Down-Gehirns”, Split-Brain-Modells, das Christopher Bergland mit seinem Vater erstellt hat.

Quelle: Foto und Illustration von Christopher Bergland (Circa 2009)

Die gelbe und grüne “Super 8” mit bidirektionalen Pfeilen in der obigen Abbildung “Überbrückung der Lücken zwischen allen vier Gehirnhälften” stellt das Feedback und das Feedforward-Zusammenspiel zwischen verschiedenen Regionen beider Gehirnhälften und beider Kleinhirnhemisphären dar. Wie Sie sehen können, bezeichne ich umgangssprachlich das Mittelhirn als “Brücke” zwischen Großhirn und Kleinhirn. Nach der Lektüre der neuesten Arbeit von Gutiérrez-Ibáñez et al. Weiß ich, dass dieses Gebiet technisch als “pontine cells” in Säugetieren und Primaten bezeichnet wird.

Als ich 2009 die obige Gehirnkarte zeichnete, war mir Jeremy Schmahmanns bahnbrechende Ataxie-basierte Kleinhirnforschung an der MGH der Harvard Medical School nicht bewusst. In den letzten Jahren hatte ich das Glück, regelmäßig mit Schmahmann zu kommunizieren und zu erkennen, was für ein zerebellarer Wegweiser er seit dem späten 20. Jahrhundert ist. (Weitere Informationen finden Sie in seinen bahnbrechenden Aufsätzen “The Cerebrocerebellar System” (1997) und “Dysmetria of Thought: Klinische Folgen von zerebellären Dysfunktionen auf Kognition und Affekt.” (1998))

Da ich kein Neurowissenschaftler bin, wurde das Layout der rudimentären Cerebro-Cerebellum-Karte hauptsächlich dadurch inspiriert, dass ich aufgrund inspirierender Gespräche mit meinem Vater viel über eine mögliche Verbindung zwischen Kleinhirn und Kognition nachdachte.

In den letzten zehn Jahren war ich auf der Suche nach empirischer Evidenz und neurowissenschaftlicher Forschung, die mir helfen würde, die Bedeutung dieser Karte, die ich aus einer Laune heraus zeichnete, besser zu verstehen und zu vermitteln. Es genügt, zu sagen, als ich über die neuesten Forschungen aus dem “Bird Brains Lab” las und ihre Illustrationen der Konnotenzell-Konstellation bei Primaten und Vögeln sah, war ich überglücklich.

Wir haben noch einen langen Weg vor uns, bis wir tatsächlich wissen, “was das Kleinhirn tut.” Zum Glück bahnbrechende Forschung wie die neue Studie über eine Kleinhirn-Verbindung zu Papageien Intelligenz von Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew Iwaniuk und Douglas Wylie bringt uns diesem Rätsel ein Stück näher.

Verweise

Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie. “Papageien haben einen Primaten-ähnlichen telencephalen-Mittelhirn-Kleinhirnkreislauf entwickelt.” Wissenschaftliche Berichte (Erstveröffentlichung: 2. Juli 2018) DOI: 10.1038 / s41598-018-28301-4

Jeremy D. Schmahmann und Deepak N. Pandyat. “The Cerebrocerebellar System.” (1997) Internationale Revue für Neurobiologie DOI: 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3

Jeremy D. Schmahmann. “Dysmetria of Thought: Klinische Folgen der zerebellären Dysfunktion auf Kognition und Affekt.” (1998) Trends in Cognitive Sciences DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2