Wie Steph Curry ist wie eine Fledermaus

Letzte Nacht beendete Stephen Curry von den Golden State Warriors die reguläre Basketballsaison mit 402 Drei-Zeigern, die alle anderen weit überflügeln. Er ist auch einer der besten in der NBA bei Vorlagen, darunter No-Look-Pässe.

Auf dem Internationalen Kongress für Neuroethologie vor zwei Wochen in Montevideo, Uruguay, eröffnete David Omer vom Weizmann Institute of Science in Israel seine Präsentation mit einem Videoclip, in dem Steph Curry, der auf den Korb dribbelte, einem Fußpfoten einen präzisen Pass gab direkt hinter ihm. Wie macht Curry das?

Wir können vielleicht nicht herausfinden, was in Currys Gehirn vor sich geht, aber es stellt sich heraus, dass Fledermäuse etwas Ähnliches tun.

Fledermäuse spielen keinen Basketball. Aber viele Fledermäuse leben und fliegen in Gruppen und verfolgen andere Fledermäuse, auch wenn sie sie nicht sehen können. (Und ja, Fledermäuse können sehen, obwohl viele Arten besser zu hören sind.) Omer, zusammen mit Nachum Ulanovsky und Liora Las, trainierte ägyptische Fruchtfledermäuse, um still zu bleiben, während die Flugbahn einer anderen Fledermaus verfolgt wurde, selbst wenn die andere Fledermaus bewegt sich aus ihrem Sichtfeld heraus. Wenn Fledermäuse dies tun, können Nervenzellen (Neuronen) in ihrem Gehirn über winzige Elektroden überwacht werden, die die Signale des Neurons drahtlos übertragen.

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Ägyptische Fruchtfledermäuse

Quelle: Yossi Yovel, mit Erlaubnis verwendet

Sie fanden heraus, dass in einem Teil des Gehirns der Fledermaus (dem Hippocampus) Nervenzellen vorhanden sind, die (durch das Abfeuern von Aktionspotentialen oder Stacheln) signalisieren, wann immer sich die andere Fledermaus an einem bestimmten Ort befindet. Verschiedene Neuronen feuern für verschiedene Orte im Raum, so dass diese Gruppe von Neuronen kollektiv verfolgt, wo der andere Fledermaus ist.

In einem weiteren Vortrag des Ulanovsky-Labors bei demselben Treffen beschrieb Arseny Finkelstein, wie Fledermäuse auch ihren eigenen Ort im Raum und die Richtung, in die sie sich bewegen, verfolgen. Einzelne Neuronen im Hippocampus feuern schnell, wenn sich die Fledermaus an einer bestimmten Stelle in einem Raum befindet (für jedes Neuron ein anderer Ort). In einem anderen Teil des Gehirns der Fledermaus feuern Neuronen stattdessen schnell, wenn sich die Fledermaus in eine bestimmte Richtung bewegt. Alle diese Neuronen verfolgen kollektiv den Platz der Fledermaus und gehen in die Welt.

Neuronen wie diese waren zuvor bei Nagetieren beschrieben worden, so dass John O'Keefe, May-Britt Moser und Edvard Moser 2014 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin erhielten. Aber die Fledermausforschung geht über die Nagerforschung hinaus, indem sie zeigt, dass diese Neuronen Raum und Richtung in 3 Dimensionen verfolgen.

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Natürlich sind Fledermäuse nicht für ihre Vision bekannt. Sie sind besser dafür bekannt, Echolokation, die Tierversion von Echolot, zu verwenden, um im Dunkeln zu navigieren und Insekten zu fangen. Viele Fledermäuse machen sehr hochfrequente Geräusche (Ultraschall, zu hoch für Menschen, um sie zu hören) und hören genau auf das Timing und die Frequenz der Echos. Die Fledermäuse, die dies tun, sind die kleineren Arten, die Insekten jagen, nicht die großen Fledermäuse, die Obst und Nektar essen.

(Klicken Sie hier, um eine Animation einer tatsächlichen Jagd zwischen einer Fledermaus und zwei Insekten von Cynthia Moss und Annemarie Surlykke herunterzuladen.) Fledermäuse können mit Echoortung unglaublich präzise sein, wie James Simmons von der Brown University gezeigt hat – zum Beispiel können sie eine Veränderung unterscheiden im Abstand etwa so klein wie der Durchmesser einer Zelle!

Wie machen sie das? Im Wesentlichen machen ihre Gehirne Mathematik, wie die Forschung in Nobuo Sugas Labor an der Washington University in St. Louis zeigt und sich auf schnauzbärtige Fledermäuse konzentriert.

Die Zeit, die es braucht, damit der Ton, den sie erzeugen, zu ihren Ohren zurückkehrt (geteilt durch 2, weil der Schall das Insekt erreichen und dann zur Fledermaus zurückkehren muss), multipliziert mit der Schallgeschwindigkeit entspricht der Entfernung des Insekts. Einzelne Neuronen in ihren Gehirnen (zuerst im Mittelhirn und später in der Großhirnrinde) feuern Spikes nur für eine bestimmte Objektentfernung schnell ab, indem sie selektiv auf die Kombination eines Pulsschalls gefolgt von einem Echosignal mit einer bestimmten Verzögerung zwischen ihnen reagieren. Neuronen, die Nachbarn im Gehirn sind, feuern am meisten für ähnliche Impuls-Echo-Verzögerungen ab und bilden eine Karte von Objektentfernungen im Gehirn.

In einem anderen Teil des Gehirns feuern Neuronen am schnellsten Spikes für bestimmte Unterschiede in der Frequenz zwischen dem Puls und Echo. Die Echofrequenz ist höher, wenn eine Fledermaus aufgrund des Doppler-Effekts auf ein Insekt zufliegt.

Der Doppler-Effekt ist das, was mit dem Sirenengeräusch eines Krankenwagens oder dem Pfeifen eines Zuges passiert: Wenn er sich zu Ihnen bewegt, nimmt die Tonfrequenz oder Tonhöhe zu (weil die Schallwellen komprimiert sind) und die Frequenz nimmt ab ( weil die Schallwellen gedehnt sind). Die frequenzvergleichenden Neuronen ermöglichen es der Fledermaus, zu wissen, wie schnell sie sich dem Insekt nähert (seine relative Geschwindigkeit).

Zusammen ermöglichen die abstandsgestimmten und auf Geschwindigkeit abgestimmten Neuronen im Gehirn der Fledermaus der Fledermaus jede Nacht Hunderte oder Tausende von Insekten im Dunkeln aufzuspüren und zu schaufeln, was vielleicht mit Steph Currys Basketballkünsten vergleichbar ist.