Was geht in den Gehirnen von Spechten vor? / Gehirn

Der flaumige Specht trommelt in einer Reihe von Schnellfeuer-Stakkaten. Es ist nicht anders als bei einem surrenden Bohrer, der zufällig auf einem Ast gefiedert ist. Der federgewichtige Vogel, der kleinste Specht Nordamerikas, misst weniger als sieben Zentimeter und wiegt weniger als ein Gramm Unzen gegen unnachgiebige Flächen und kollidiert mit einer Kraft von mehr als 1.400 g. Wissenschaftler sind seit langem fasziniert davon, wie es scheint, Kopfschmerzen zu vermeiden oder Hirnschäden zu beeinträchtigen.

In der Vergangenheit haben Forscher die rasenden Nicken der Spechte mit Stop-Motion-Kameras und durch Scannen von Knochen kommentiert. Verschiedene Arten von Spechten haben tiefe Anpassungsmöglichkeiten. Das Gehirn eines Spechts - etwa so groß wie eine ungeschälte Walnuss - liegt eng am Schädel an und hat wenig Flüssigkeit zum Schwappen. Der seichte Pool minimiert Erschütterungen. Dann gibt es noch den Schnabel: Einige Arten haben einen oberen Schnabel, der etwas länger ist als der untere Teil. Dadurch können die Hälften zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf ein Ziel treffen und die Aufprallkraft zerstreuen. Der Vogelschädel ist auch ein knöcherner Stoßdämpfer, mit Schichten kompakter Knochen zwischen schwammigen Schwaden.

Das Ergebnis dieser Arbeit war im Wesentlichen, dass Spechte ziemlich gut für sich selbst sein müssen. Das älteste Fossil eines Spechts reicht immerhin etwa 25 Millionen Jahre zurück. Wenn das ganze Stampfen eine Nummer gegen sie anstellte, hätten sie sicherlich das Verhalten inzwischen eingeschränkt, richtig?

"Das war die Annahme", sagt Peter Cummings, ein Neuropathologe an der Boston University School of Medicine. "Aber noch nie hat sich ein Spechtgehirn angeschaut."

Als George Farah, damals einer der Absolventen von Cummings, durch die vorhandene Literatur joggte, stellte er fest, dass er das Szenario aus der Sicht der Genetik, Biomechanik oder der Evolution untersuchte. Niemand hatte den Weg der Histologie eingeschlagen. Um herauszufinden, was genau dort vor sich ging - und welchen Schaden dieses Stampfen möglicherweise hinterlassen hatte - musste er unter den Schädel und in das Gewebe gelangen.

Es ist nicht überraschend, dass eine Quelle von Vogelgehirnen schwer zu bekommen ist. "Sie können nicht in den Hinterhof gehen, auf Ihrem Liegestuhl sitzen und mit einer BB-Waffe warten", sagt Cummings. Die Forscher baten die Verantwortlichen der staatlichen Spiele in Massachusetts um ein Heads-up, wenn sie auf Spechte stießen, aber das war nicht garantiert. Wer wusste, wann diese auftauchten? Ein staatlicher Ornithologe schlug Naturkundemuseen vor, die Farah überrumpelten - er hatte sich diese mit vollgestopften Körpern oder artikulierten Skeletten vorgestellt, hatte aber nicht an feuchte Exemplare gedacht. "Wissenschaft muss manchmal wie MacGyver sein: ein bisschen Klebeband und Kaugummi, und Sie hoffen auf das Beste", sagt Cummings.

Farah begann kalte Museen zu rufen, und die Hälfte der von ihm umworbenen gab ihm grünes Licht. Harvards Museum of Natural History und The Field Museum in Chicago boten Exemplare aus ihren Sammlungen an, die alle in Alkohol eingelegt waren. Farah führte Kraniotomien durch, schnitt einen kreisförmigen Lappen auf („eine Art Mönchshaarschnitt“) und schnitt dann die knöcherne Platte ab. Aus diesen Gehirnen, die Cummings als "die Konsistenz eines nicht ganz eingestellten Wackelpudels" bezeichnend bezeichnet, wurden von Carrah Proben mit einer Breite von 15 und 25 Mikrometern geschnitten, die ungefähr ein Fünftel der Dicke eines Blattes Papier waren. Cummings und Farah veröffentlichten ihre Ergebnisse in einer neuen Studie, die heute in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Plus eins.

Anatomisch gibt es eine Reihe von Unterschieden zwischen Spechtgehirnen und menschlichen Noggins: Diese Vögel haben zum Beispiel keinen Cortex oder die charakteristischen Gipfel und Täler (die Gyri und Sulci), die unser Gehirn wie gerillte Labyrinthe aussehen lassen. Um jedoch abzuschätzen, ob Vögel durch ihr hochintensives Picken potenzielle Hirnschäden erleiden, verwendeten die Forscher eine Reihe von Flecken und Antikörpern, um auf Tau zu testen, ein Protein, das beim Menschen ebenfalls mit einer Gehirnerkrankung assoziiert ist.

Die Forscher verglichen die Spechthirne mit Scheiben roter Amsel, die kein Peckverhalten zeigen. (Zur Kontrolle, dass die Farbstoffe richtig funktionieren, wurde bei jedem Test auch ein Splitter eines menschlichen Gehirns verwendet, das von jemandem gespendet wurde, der an Alzheimer erkrankt war, was auch mit der Anwesenheit von Tau zusammenhängt.)

Zuerst benutzten sie einen Silberfleck, der breite Muster von Schäden hervorhebt - Farah vergleicht es mit Badekleidung in einem Farbstoff. "Die Idee war, wenn wir nichts sehen, werden wir es vergessen", sagt Cummings. "Wenn wir etwas sehen, fahren wir mit der histochemischen Studie fort." Da sie in acht der 10 Spechthirne - und nicht bei den Kontrollvögeln - Anhäufungen fanden, gingen sie zu einer zweiten Analyse über, die gezielt eingesetzt wurde Tau-spezifische Antikörper. Die Forscher konnten diese zweite Analyse nur an drei der Spechtproben durchführen - die anderen wurden dabei abgebaut. Zwei dieser drei Spechthirne wiesen Tau auf, während keiner der Kontrollvögel dies tat.

Das heißt nicht, dass Tau definitiv das Produkt eines durch Picken hervorgerufenen Traumas ist. Tau weist nicht notwendigerweise auf eine Pathologie hin: Beim Menschen häufen sich diese zum Beispiel mit dem Alter an, und manche Gehirne haben einfach mehr davon. Aber es ist ein Hinweis darauf, dass etwas nicht stimmt. Cummings glaubt nicht, dass der Schaden im Gehirn eines Spechts ein Produkt des Alters ist - eine der Proben stammte von einem jugendlichen Vogel und zeigte ebenfalls Anzeichen eines Traumas. Aber es gibt verschiedene Arten (oder Isoformen) von Tau, und einige davon sind sogar neuroprotektiv, sagt Cummings. "Vielleicht ist dieses Tau, das wir in den Spechten sehen, eine weitere schützende Anpassung, um den Kräften des Pickens standzuhalten." Cummings glaubt, dass zukünftige Arbeiten granularer werden könnten.

Ein Nachteil, den die Forscher ohne weiteres anerkennen, ist, dass das Experiment nur 10 Spechte war. Farah meint, das Design wäre stärker gewesen, wenn sie lebende Spechte in Versuchs- und Kontrollgruppen aufgeteilt hätten, so dass eine Kohorte picken konnte und die andere daran hinderte. Farah hofft, dass damit die Grundlagen für mehr Forschung gelegt werden. Ann McKee, Neuropathologe an der Boston University School of Medicine, die traumatische Hirnverletzungen beim Menschen untersucht und nicht an dieser Forschung beteiligt war, sagte der Washington Post dass diese Arbeit "eine wichtige und provokative Feststellung" ist.

In der Zwischenzeit inspirieren Spechthirne und ihr angeblicher Schutz weiterhin die Designs von Helmen, Kragen und anderen Plastikpanzern für menschliche Athleten - selbst so viele Fragen darüber, was in diesen kleinen Vogelversionen passiert.