Im Gehirn des Fisches wird ein Schalter entdeckt, der den Kampf gewinnt oder verliert • Alexander Markov • Wissenschaftsnachrichten zu den "Elementen" • Neurobiologie, Ichthyologie

Im Gehirn des Fisches wird ein Schalter entdeckt, der den Kampf gewinnt oder verliert

Abb. 1. Eine typische Abfolge von Ereignissen im Konflikt zwischen zwei männlichen Zebrafischen: 1 – Demonstrationen, 2 – Kreisen, 3 – Bisse, 4 – Ermittlung des Siegers und des Besiegten. Abbildung aus dem besprochenen Artikel inWissenschaft

Die Beziehung zu den Kongeneren ist für die Wirbeltiere ein nicht minder wesentlicher Aspekt des Lebens, als Atmung oder Verdauung. Daher ist es nicht überraschend, dass es spezialisierte Abteilungen im Gehirn gibt, die bestimmte Aspekte des Sozialverhaltens regulieren. Japanische Neurowissenschaftler haben zwei neuronale Schaltkreise im Gehirn eines Zebrafisch-Modellfisches entdeckt, von denen einer für die Sieger in den Kämpfen und der andere für die Besiegten aktiv ist. Transgene Fische mit einem blockierten "Siegerweg" verlieren in der Regel Kämpfe, auch wenn sie physisch ihren Gegnern nicht unterlegen sind. Im Gegenteil, die Fische mit dem behinderten "Pfad der Besiegten" wollen nicht aufgeben und gewinnen deshalb oft. Ein dritter Pfad wurde gefunden, der das normale Verhalten des Verlierers sicherstellt: Wenn Sie diesen Pfad blockieren, verhalten sich die in einem Kampf geschlagenen Fische weiterhin unbescheiden und provozieren neue Siegerangriffe. Säugetiere haben Analoga dieser Pfade.

Aggression ist ein wichtiger Aspekt des sozialen Verhaltens, der dazu beiträgt, Beziehungen zwischen Individuen zu strukturieren und knappe Ressourcen effektiv zu verteilen. Scharmützel zwischen Tieren der gleichen Art enden selten im Tod: Sie beschränken sich meist auf eine soziale Hierarchie. Infolgedessen genießt der Sieger alle Vorteile des überwundenen sozialen Status, und der Verlierer muss seine Ansprüche mildern und mit wenig zufrieden sein. Aber alle bleiben am Leben und müssen niemanden zu Tode kämpfen, was selbst für die Stärksten immer riskant ist.

Neurowissenschaftler suchen und untersuchen aktiv die Teile des Gehirns und die neuralen Pfade, die komplexes soziales (einschließlich aggressives) Verhalten bereitstellen. Die Vorstellung, spezialisierte Systeme im Gehirn zu finden, die für bestimmte Aspekte des Sozialverhaltens verantwortlich sind, mag einem Menschen seltsam erscheinen, der gelehrt hat, dass die "soziale Form der Bewegung der Materie" der "biologischen" überlegen ist. Tatsächlich ist das soziale Leben vieler Tiere nicht weniger grundlegend und biologisch als das Atmen und die Verdauung. Deshalb, im Nervensystem, zusammen mit den Zentren des Appetits,Schlaf oder Schluckauf in gleicher Weise gibt es Zentren verschiedener sozialorientierter Aspekte von Physiologie und Verhalten (siehe: Neuronale Netzwerke, die für soziales Verhalten verantwortlich sind, entwickeln sich sehr langsam, "Elemente", 14.06.2012). Eine andere Sache ist, dass die Entschlüsselung ihres Geräts keine leichte Aufgabe ist.

Japanische Neurowissenschaftler haben einen wichtigen Schritt zur Entschlüsselung der neuronalen Schaltkreise getan, die aggressives Verhalten bei Wirbeltieren regulieren. Wissenschaftler haben mit dem klassischen Modellobjekt gearbeitet, das derzeit in vielen neurobiologischen Laboratorien, dem Zebrafisch, verwendet wird. Die Männchen dieser Fische finden mit Hilfe von Kämpfen, die sich meist nach dem Standardszenario entwickeln (siehe Abb. 1, sowie das Video von Die typische Abfolge eines männlichen Zebrafisch-Kampfes), heraus, wer der Hauptfische ist. Der Konflikt beginnt mit "agonistischen Demonstrationen": sich ausbreitende Flossen und bedrohliche Bewegungen. Fisch dreht sich wie ein Tanz; Nach und nach brennen sie und beginnen sich gegenseitig zu beißen. Es endet mit der Tatsache, dass einer der Gegner erkennt, dass er besiegt wurde und davonläuft. Wenn es in einem nahen Aquarium passiert und es keinen Platz zum Laufen gibt, lauert der Verlierer am Boden und liegt ruhig dort, um nicht den Zorn des Siegers zu ertragen (siehe Video Normal Normal of Wildlife).

Der Gewinner-Effekt ist charakteristisch für einen Zebrafisch: Ein Kampf gewinnt dramatisch an Gewinnchancen, und eine Niederlage erhöht die Wahrscheinlichkeit neuer Niederlagen unabhängig von der Stärke der Gegner (RF Oliveira et al., 2011). Kampf gegen Zebrafische: Charakterisierung von Aggressives Verhalten und Gewinner-Verlierer-Effekte). Der "Winner-Effekt" zeigt sich deutlich eine Stunde nach dem Kampf, glättet aber über einen Tag.

Das Gehirn des Danio wurde im Detail untersucht, und vor allem wurden leistungsfähige Forschungstechniken für dieses Objekt entwickelt, die es ermöglichen, die Arbeit einzelner Gruppen von Neuronen zu überwachen und sie auf eine Vielzahl von Arten zu manipulieren, einschließlich gentechnisch veränderter. All dies ermöglichte den Forschern, die neuronalen Bahnen zu finden, die das Verhalten des Tieres während des Konflikts regulieren und sind verantwortlich für den "Gewinner-Effekt".

Abb. 2 Neurale Wege des Sieges und der Niederlage im Gehirn des Zebrafisches. Oben – Anordnung der Gehirnareale: Telencephalon – Endhirn, Habenula – Leine, Optisches Tectum – Optisches Tectum, Säugeroberes Dvuhel Homolog, dHbL, dHbM – laterale und mediale Teile der dorsalen Leine, d / iIPN, vIPN – dorsal – innere und ventrale Leine, d / iIPN; Kern, Median Raphe – medianer Kern der Naht, DT – dorsale Region des Mittelhirns. Unten – Die Aktivität von zwei Pfaden in den Verlierern (Verlierer, dHbL – d / iIPN Pfad Aktivität wird unterdrückt), unerfahrene Fische (Naive) und Gewinner (Gewinner, dHbM Pfad Aktivität – vIPN wird unterdrückt). Bild von Synopsis zu dem besprochenen Artikel in Wissenschaft

Die Autoren konzentrierten sich auf eine Struktur namens Leine (Habenula, Hb) und sind Teil des Epithalamus, der wiederum Teil des Zwischenhirns ist. Bei Säugetieren integriert die Leine Informationen über alle Arten von unangenehmen Reizen (kommt aus dem limbischen System und den Basalganglien) und korrigiert das Verhalten entsprechend dieser Daten. Zum Beispiel gibt es Hinweise auf eine Verbindung zwischen der Aktivität des Neurons der Leine und Reizbarkeit und Aggressivität, die sich manchmal bei Menschen zeigen, die versuchen, mit dem Rauchen aufzuhören. Axone des Neurons der Leine gehen zum interpedunkulären Kern (IPN). Es ist bekannt, dass diese Nervenbahn in Reaktionen auf beängstigende Reize involviert ist, und dies gilt sowohl für Fische als auch für Säugetiere. Bei Fischen senden IPN-Neuronen Signale an das Mittelhirn, das sogenannte dorsale Tegmental Area (DT). Diese Abteilung entspricht teilweise der zentralen grauen Substanz (Periaquäduktalgrau) von Säugetieren, die in unserem Land unter anderem die Wahl zwischen den Reaktionen von Kampf, Flucht und Verblassen kontrolliert.

Dies waren die Indizien, die die Autoren veranlassten, die Suche nach den neuralen Wegen von Sieg und Niederlage von der Leine aus zu beginnen. Zunächst überprüften sie mittels Calcium Mapping (siehe: Calcium Imaging), welche Bereiche des Mittelhirns durch elektrische Stimulation der Leine angeregt werden. Es hat sich herausgestellt, dass in den Fischen, die nicht an den Kämpfen teilgenommen haben ("naiv") und in jenen, die kürzlich einen Kampf gewonnen haben ("Sieger"), mit solcher Anregung, der dorsale Teil von IPN (dIPN) und DT aufgeregt ist. Bei Fischen, die kürzlich einen Kampf verloren haben ("Verlierer"), werden jedoch andere Strukturen angeregt: der ventrale Teil des IPN (vIPN) und der mediane Nahtkern (Median raphes nucleus, MR).

Lebenslange Registrierung der Aktivität von Neuronen in Fischen mit Mikroelektroden in den Kopf eingeführt hat bestätigt, dass es zwei parallele Nervenbahnen verbinden die Leine mit IPN, und die Gewinner haben Nervenimpulse leichter, den ersten Pfad und die Verlierer folgen – die zweite. Der "Weg des Siegers" verläuft vom lateralen Teil der dorsalen Leine (dHbL) zu den dorsalen und inneren Teilen des IPN (d / iIPN) und dann zu DT (eine Abkürzung für diesen Pfad: dHbL – d / iIPN – DT). Der Weg des Besiegten beginnt im medialen Teil der dorsalen Leine (dHbM), geht bis zum ventralen IPN (vIPN) und dann zum MR (abgekürzt dHbM – vIPN – MR) (Abb. 2).

Anschließend haben die Autoren den Einfluss der erkannten Nervenbahnen auf das aggressive Verhalten von Fischen experimentell überprüft. Dazu wurden zwei transgene Linien angelegt, von denen die Tetanus-Neurotoxin-Gene (siehe: Thetanotoxin) ausschließlich in dHbL und die anderen – in dHbM – exprimiert wurden. Dementsprechend wurde im ersten Fall der "Weg des Siegers" außer Kraft gesetzt, im zweiten Fall der "Weg des Besiegten".

Transgene Männchen wurden provoziert, um mit gewöhnlichen Männchen mit einem ähnlichen Genotyp (sie waren die Brüder des getesteten Fisches, aber ohne Neurotoxin-Expression im Gehirn) zu kämpfen und zählten die Anzahl der Siege und Niederlagen. Es stellte sich heraus, dass Fische mit dem "Weg der Gewinner" den Kampf verlieren (sie gewannen nur 25% der Kämpfe), und Fische mit dem "Weg des Verlierers", im Gegenteil, meist gewinnen (70% der Siege). Zusätzliche Tests zeigten, dass diese Unterschiede nicht mit der Stärke, Ausdauer oder motorischen Aktivität der Männchen zusammenhingen, die bei allen getesteten Fischen ungefähr gleich waren. Tests auf Aggressivität (darunter insbesondere die Anzahl der Angriffe auf die eigene Spiegelung im Spiegel), auf die Angststufe und auf die Fähigkeit, bedingte Reflexe zu entwickeln, zeigten ebenfalls keine Unterschiede zwischen den Gruppen.Außerdem war selbst der Verlauf des Kampfes (seine Dauer, Häufigkeit und Anzahl der Bisse) bei transgenen und gewöhnlichen Männchen nicht signifikant verschieden. Der einzige Unterschied war, dass die Männer mit dem "Pfad des Gewinners" schließlich aufgaben (flohen und sich versteckten), auch wenn sie zunächst "auf Punkten" (die Anzahl der Bisse) gewannen und der Fisch mit dem behinderten "Weg der Besiegten" nicht aufgab.

Darüber hinaus stellte sich heraus, dass Männer, die genetisch darauf eingestellt sind, zu besiegen (mit dem dHbL-Pfad deaktiviert – d / iIPN), keinen "Gewinner-Effekt" haben. Diese 25% der transgenen Männchen, die trotzdem im ersten Kampf gewonnen haben, verloren normalerweise im zweiten Konflikt mit einem unerfahrenen normalen Männchen (die Häufigkeit der Siege beträgt 30%, also fast die gleiche wie im ersten Kampf). Zum Vergleich gewannen ihre Geschwister mit einem funktionierenden "Siegerweg", der im ersten Kampf siegte, den zweiten Kampf mit einer Wahrscheinlichkeit von 90%.

Wenn dem so ist, wäre es logisch anzunehmen, dass die Männer mit dem behinderten "Weg der Besiegten" nicht die "Wirkung der Besiegten" zeigen werden. Mit anderen Worten, nach einer Niederlage werden sie den nächsten Kampf mit hoher Wahrscheinlichkeit gewinnen. Dies wurde jedoch nicht bestätigt. "Der Effekt des Besiegten" drückt sich bei Männern aus, bei denen der dHbM-Pfad deaktiviert ist – vIPN ist nicht schlechter als bei normalen Männern: Die erste Niederlage erhöht dramatisch die Wahrscheinlichkeit, den nächsten Kampf zu verlieren.Die Gründe für diese Asymmetrie in der Arbeit der beiden Nervenbahnen müssen noch geklärt werden.

Die Autoren schlagen vor, dass der gegenteilige Effekt der detektierten Pfade auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass einer von ihnen in DT und der andere in MR endet. Der erste dieser Teile des Gehirns soll (in Analogie zu Säugetieren) an der Wahl zwischen Kampf und Flucht beteiligt sein. Die zweite reguliert das Ausmaß der Angst und die Resistenz gegenüber negativen Reizen, Fehlschläge in seiner Arbeit führen zu depressiven Zuständen (Nahtkerne sind ein wichtiger Teil des Serotoninsystems des Gehirns). Die Signale, die von IPN kommen, sind GABA-ergisch, dh inhibitorisch. Im Allgemeinen scheint es, dass die Aktivität des "Weges des Siegers" die Fische furchtlos macht (die Wahl eines Kampfes, nicht eines Fluges), und die Aktivität des "Weges der Besiegten" verleiht ihr ein Gefühl von Unsicherheit und Sehnsucht.

Offensichtlich arbeiten diese beiden Pfade nach dem Prinzip eines binären Schalters, der den Fisch zum Gewinnen oder Verlieren bringt. In einem solchen Fall wäre hier ein System gegenseitiger Bremsung angebracht (siehe: Kollektive Entscheidung, Aufklärungsbienen überzeugen ihre Gegner, den Mund zu halten, Elementy, 12.01.2012). Es gibt keine direkten Verbindungen zwischen dHbL und dHbM, daher ist die Hauptrolle bei der mutmaßlichen gegenseitigen Bremsung höchstwahrscheinlichspiele eine Bremsverbindung zwischen d / iIPN und vIPN.

Die Autoren entdeckten auch einen dritten neuralen Weg, der das Verhalten der Besiegten beeinflusst. Es geht von der ventralen Leine (vHb) zu MR. Besiege Fische mit einem deaktivierten vHb – MR – Pfad verhalten sich nicht so, wie sie besiegt werden sollten. Anstatt ruhig auf dem Boden zu liegen und nicht zu wühlen, schwimmen sie weiter um das Aquarium herum und provozieren neue Angriffe des Gewinners (siehe Video Abnormales Verhalten des transgenen Verlierer-Zebrafisches 10 Minuten nach einem Kampf). Dies steht im Einklang mit den Ergebnissen, die zuvor von den Autoren erhalten wurden und die zeigen, dass die vHb-Aktivität negative Erwartungen widerspiegelt und dass dieser Teil des Gehirns Fisch erlaubt, Schwierigkeiten zu vermeiden.

So haben die Autoren gezeigt, dass verschiedene Aspekte des Verhaltens während und nach dem Kampf von drei Abschnitten der Leine geregelt werden: dHbL bringt Furchtlosigkeit und bringt Sie zum Sieg, dHbM ermutigt Sie zur Aufgabe, und vHb bietet bescheidenes (und damit sicherstes) Verhalten der Besiegten. Weitere Studien werden zeigen, inwieweit diese Schlussfolgerungen auch auf andere Wirbeltierklassen zutreffen.

Quelle: Ming-Yi Chou, Ryunosuke Amo, Masae Kinoshita, Bor-Wei Cherng, Hideaki Shimazaki, Masakazu Agetsuma, Toshiyuki Shiraki, Tazu Aoki, Mikako Takahoko, Masako Yamazaki, Shin-ichi Higashijima, Hitoshi Okamoto. Soziale Konfliktlösung wird durch zwei dorsale habularische Subregionen im Zebrafisch geregelt // Wissenschaft. 2016. V. 352. P. 87-90.

Siehe auch über Studien von sozial orientierten neuronalen Systemen:
1) Die gleichen Neuronen sind verantwortlich für Bekanntschaft, Sex und Schlägereien, "Elements", 02.06.2014.
2) Zur Freude an der Kommunikation ist die koordinierte Arbeit von Oxytocin und Serotonin im Nucleus accumbens notwendig, "Elements", 16.09.2013.
3) Neuronale Netzwerke, die für soziales Verhalten verantwortlich sind, entwickeln sich sehr langsam, "Elemente", 14.06.2012.
4) Neuronen, die für die Unterschiede zwischen männlichem und weiblichem Verhalten verantwortlich sind, wurden gefunden, "Elements", 12.08.2010.
5) Tomographie der Liebe, "Elemente", 11.01.2010.
6) "Dein Sieg ist mein Unglück, dein Unglück ist mein Sieg", Elemente, 24. Februar 2009.
7) Die für die emotionale Komponente der moralischen und ethischen Bewertungen, Elemente, verantwortliche Gehirnabteilung wurde am 28.03.2007 enthüllt.

Alexander Markow


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