Neurowissenschaftliche Exkursion

...des fünfstündigen Biokurses

Die Schülerinnen und Schüler des fünfstündigen Biologiekurses besuchten am 13. Februar 2020 die gemeinsame Fortbildung des Centrums für integrative Neurowissenschaften und des Schülerlabors für Neurowissenschaften der Universität Tübingen zum Themenbereich „Aktive Orientierung“.

Alle Vorträge der Veranstaltung drehten sich um das Zusammenspiel von Sensorik und Motorik, welches die Voraussetzung für eine erfolgreiche Orientierung von Menschen und Tieren im Raum ist. Besonders deutlich wird dies beispielsweise bei der Echoortung der Fledermäuse oder den elektrischen Feldern von bestimmten Fischen.

Michael Walter, Tierphysiologe der Uni Tübingen begann die Vortragsreihe und erläuterte den Schülerinnen und Schülern die Echoortung der Fledermäuse und wie es diesen Tieren gelingt, mit Ultraschall Form, Größe und Beschaffenheit der Beute zu detektieren. Hierbei thematisierte Michael Walter auch die Anpassung der Signalmuster an die jeweilige Beute und den Lebensraum der Fledermäuse. Besonders spannend waren die coevolutiven Zusammenhänge zwischen blühenden Pflanzen und nektarsaugenden Fledermäusen und die Fähigkeit von Tigermotten selbst Ultraschalllaute zu produzieren, um der Echoortung von Fledermäusen zu entgehen.

Die Funktion von elektrischen Organen erklärte Jan Grewe, Neuroethologe der Uni Tübingen, anhand von schwach elektrischen Fischen. Diese Fische navigieren mithilfe eines elektrischen Feldes, nutzen es aber auch für die Beutedetektion und zur Kommunikation mit Artgenossen. Jan Grewe ging außerdem auf die Entwicklung der zugehörigen Ionenkanäle ein, die erst durch eine Genduplikation möglich wurde. Auch bei diesen Fischen kommt es zu Anpassungen, beispielsweise bei der Veränderung des elektrischen Felds, um sich selbst vor Feinden zu schützen, die ihrerseits elektrische Felder orten können. Ein weiterer Schwerpunkt des Vortrags war die Integration visueller und elektrosensorischer Informationen. Anhand von trickreichen Versuchsanordnungen wurde die dynamische Gewichtung dieser Information untersucht und dargestellt.

Als Vertreter der kognitiven Neurologie erläuterte Cornelius Schwarz den Schülerinnen und Schülern des Biokurses die Parallelen zwischen dem Tastsinn der menschlichen Fingerkuppen und dem der Tasthaare von Ratten. Bei beiden Sinnessystemen handelt es sich um „active scanning systems“. Zunächst wurde dargelegt, welchen Einfluss die Reibung bei der taktilen Wahrnehmung beider Systeme hat, anschließend ging es um die Codierung der Informationen. Nach der Hypothese von Cornelius Schwarz sind die Fingerkuppen durch den menschlichen Fingerabdruck mit seinen Papillarleisten hervorragend an die Tastaufgabe angepasst. Bei der Ratte sorgen kegelförmige Tasthaare für eine optimale Reizaufnahme. Wahrscheinlich benutzen Ratten und Menschen lokale Codes bei der Tastwahrnehmung. Die entscheidenden Versuche für den Tastsinn der menschlichen Hand stehen jedoch noch aus.

Aktive Augenbewegung ist für den Sehvorgang unerlässlich. Anhand des aktiven Sehens ging Prof. Dr. Uwe Ilg, der auch durch die Veranstaltung führte, ausführlich auf das Reafferenz Prinzip ein. Mit vielen verschiedenen Experimenten zeigte er die jeweiligen Verrechnungsvorgänge in der Netzhaut und im Gehirn, die zur Wahrnehmung führen. Bei der Lokalisierung der zughörigen Hirnareale zeigte Uwe Ilg auch den Einfluss des parvozellulären Kanals, der für Details zuständig ist. Ausführlich thematisierte er den Einsatz von Tieren in der Wissenschaft.

Im letzten Vortrag der Veranstaltung zeigte Adam Spiers vom MPI in Stuttgart mögliche technische Assistenzsysteme zur Navigation für Menschen mit Seheinschränkungen oder blinde Menschen. Beispielsweise erläuterte er die Möglichkeiten und Probleme, die sich bei der Umwandlung von Bildern in Vibrationen und / oder Töne ergeben, anhand deren Muster sich Menschen im Raum orientieren können. Im zweiten Teil des Vortrags zeigte er die aktuellen Überlegungen und Fortschritte bei der Entwicklung von Navigationssystemen für Menschen mit eingeschränktem Sehsinn. Ein mechatronischer Würfel, der über Bewegungen die zu gehende Richtung anzeigt, ist derzeit in der Erprobungsphase und könnte in Zukunft die Möglichkeiten zur unabhängigen Bewegung für blinde oder seheingeschränkte Personen deutlich verbessern.

Wie auch in den letzten Jahren war es ein äußerst informativer Nachmittag im Hörsaal der Kinderklinik Tübingen, mit tollen Referenten und sehr motivierten und interessierten Schülerinnen und Schülern.

Stephan Mayer

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