Pingpong im Vogelhirn

Wenn Vögel singen, dominieren abwechselnd die Gesangszentren in der rechten und linken Grosshirnhälfte. Dies haben Forscher der Universität Zürich und der ETH Zürich herausgefunden, wie sie in «PLoS Biology» (Volume 6, issue 10) berichten.

Das Sprachzentrum beim Menschen befindet sich in der linken Grosshirnhälfte. Ganz anders bei Singvögeln: Dort erfolgt die Vokalisierung in zwei Gesangszentren, die sich in der rechten bzw. linken Grosshirnhälfte befinden. Im Unterschied zum Menschen besitzen Vögel keinen Kehlkopf. Sie erzeugen Töne mit Hilfe des Stimmbildungsorgans Syrinx, das von in der Brust liegenden Luftsäcken getrieben wird. Um Töne zu erzeugen werden die Luftsäcke und die Membranen der Syrinx durch fein differenzierte Kontraktionen der darüber liegenden Muskelstränge gepresst. Die Steuerung der Muskelkontraktionen erfolgt über die beiden Gesangszentren. Präzises Singen erfordert ein höchstes Mass an neuronaler Koordination zwischen linker und rechter Hirnhälfte. Ungeklärt ist, wie und über welche Wege diese Koordination erfolgt – da die linke und die rechte Grosshirnhälfte nicht direkt, sondern lediglich über die tiefer liegenden Mittel- und Hinterhirne miteinander verbunden sind.

Mit dieser Frage befassen sich Professor Richard Hahnloser und seine Forschungsgruppe vom Institut für Neuroinformatik der Universität Zürich und der ETH Zürich. Hahnloser und sein Team haben herausgefunden, dass während des Singens die künstliche Stimulierung von Nervenzellen abwechselnd Auswirkungen auf das linke und auf das rechte Gesangszentrum hat. Die beiden Gesangszentren funktionieren somit arbeitsteilig. «Zwischen den beiden Gesangszentren findet ein neuronales Pingpong statt», beschreibt Hahnloser den von ihm entdeckten schnellen interhemisphärischen Wechsel.

Hahnloser und sein Team stellten weiter fest, dass der schnelle Wechsel zwischen linkem und rechtem Gesangszentrum in einer für jedes Individuum typischen Art erfolgt. Selbst wenn zwei Vögel eine identische Melodie singen, wie dies bei Zebrafinken-Brüdern der Fall ist, unterscheidet sich die neuronale Ansprache der Gesangszentren. Diese erstaunliche Feststellung weisst darauf hin, dass es bei dem entdeckten Koordinationsschema um eine erlernte aber nicht von Geburt an mitgegebene Eigenschaft handelt.

Die Ursache des neuronalen Ping Pongs ist noch unbekannt und rätselhaft, da die elektrische Aktivität in den beiden Gesangszentren während des Singens synchronisiert ist und keine Alternierung zeigt. Da im Gehirn motorische Programme für die Fortbewegung evolutionär viel älter als Gesangsprogramme sind, ist es möglich, dass die rechts-links Alternierung im Singvogelhirn von gleichen Prinzipien abstammt wie die interhemisphärischen Kommunikation während des Gehens.

Publikation:
Claude Z.H. Wang, Joshua A. Herbst, Georg B. Keller, Richard H.R. Hahnloser, Rapid Interhemispheric Switching during Vocal Production in a Songbird. PLoS Biology, doi:10.1371/journal.pbio.0060250