Krähen treffen einfache Sehentscheidungen rund doppelt so schnell wie Menschen und Affen. In einem Experiment der Universität Tübingen erkannten zwei Aaskrähen im Schnitt in nur 235 Millisekunden, in welche Richtung sich ein Punktmuster bewegt, und pickten auf die passende Antwort. Dabei blieben sie sehr genau. Ableitungen aus dem Krähengehirn zeigen, dass sich die Entscheidung schon 70 Millisekunden nach dem Reiz in den Nervenzellen abzeichnet. Einen direkten Vergleich mit Menschen und Affen in derselben Aufgabe gab es allerdings nicht, und getestet wurden nur zwei Vögel.
Wer an schnelle Entscheidungen denkt, denkt selten an Vögel. Lange galt das Vogelgehirn als klein und schlicht, schließlich fehlt ihm die geschichtete Großhirnrinde, die bei Säugetieren für viele höhere Denkleistungen zuständig ist. Inzwischen ist bekannt, dass vor allem Rabenvögel Werkzeuge benutzen, für die Zukunft planen und Probleme lösen. Nun kommt eine weitere Fähigkeit hinzu, bei der Krähen den Menschen sogar übertreffen: das Tempo, mit dem sie aus einem unklaren Sinneseindruck eine Entscheidung machen.
Philipp Schmidbauer und Andreas Nieder vom Institut für Neurobiologie der Universität Tübingen haben dazu zwei Aaskrähen der Art Corvus corone untersucht, die auch als Rabenkrähe bekannt ist. Ihre Ergebnisse haben die beiden Neurobiologen im Fachjournal Science veröffentlicht. Die Studie verbindet zwei Ebenen. Zum einen messen die Forscher, wie schnell und wie genau die Vögel eine klassische Sehaufgabe lösen. Zum anderen verfolgen sie in einer bestimmten Hirnregion, wie die Entscheidung in den Nervenzellen heranreift.
Die Aufgabe stammt aus der Hirnforschung an Affen und Menschen und gilt dort seit Jahrzehnten als Standard. Auf einem schwarzen Touchscreen erscheint eine Wolke aus weißen Punkten. Ein Teil der Punkte bewegt sich gemeinsam nach links oder nach rechts, der Rest wandert zufällig umher. Die Krähen mussten erkennen, in welche Richtung sich die Punkte überwiegend bewegen, und dann auf einen Zielkreis links oder rechts neben dem Muster picken. Für eine richtige Antwort gab es einen Mehlwurm als Belohnung. Wie schwer die Aufgabe war, legten die Forscher über den Anteil der gemeinsam bewegten Punkte fest. Bewegen sich fast alle Punkte in dieselbe Richtung, ist die Antwort offensichtlich. Bewegen sich nur wenige gemeinsam, geht das Signal im Rauschen fast unter.
Im Mittel brauchten die Krähen nur 235 Millisekunden, um die Richtung zu erkennen und ihre Wahl anzuzeigen. Das ist weniger als eine Viertelsekunde, und darin ist nicht nur das Erkennen enthalten, sondern auch das Anzeigen der Wahl mit dem Schnabel. Nach Angaben der Forscher ist das ungefähr doppelt so schnell, wie es bei Affen und Menschen in vergleichbaren Aufgaben beobachtet wurde. Die Studie spricht von einer bisher unerreichten Geschwindigkeit. Entscheidend ist, dass die Vögel diese Schnelligkeit nicht mit Fehlern bezahlten. „Selbst bei schwer erkennbaren Bewegungsmustern lagen ihre Entscheidungen über dem Zufallsniveau“, sagt Schmidbauer. „Bei eindeutigen Signalen erreichten sie eine Trefferquote von nahezu 100 Prozent.“
Dass Tempo und Genauigkeit zusammenpassen, ist keineswegs selbstverständlich. Bei vielen Tieren und auch beim Menschen gilt ein Grundprinzip: Wer schneller entscheidet, macht in der Regel mehr Fehler, wer gründlich abwägt, braucht länger. Die Krähen in Tübingen blieben dagegen schnell und genau zugleich. Die Forscher werten das Verhalten deshalb als abwägende Entscheidungen auf Grundlage der Sehinformation und nicht als bloße Reflexe.
Um zu verstehen, wie die Vögel so schnell zu einer Entscheidung kommen, zeichneten Schmidbauer und Nieder die Aktivität einzelner Nervenzellen im Nidopallium caudolaterale auf. Diese Region ist eine wichtige Assoziationsregion im Vogelgehirn und erfüllt ähnliche Aufgaben wie der Präfrontalkortex des Menschen, also der vordere Teil der Großhirnrinde, der unter anderem Planung und Entscheidungen steuert. Insgesamt werteten die Forscher die Aktivität von 248 Neuronen aus.
Bereits etwa 70 Millisekunden nach Beginn des Reizes unterschieden sich die Signale der Nervenzellen je nach Bewegungsrichtung. Zu diesem Zeitpunkt lag die eigentliche Reaktion der Krähe noch rund 170 Millisekunden in der Zukunft. Die Nervenzellen verrieten also schon sehr früh, wohin der Vogel picken würde. Danach stieg ihre Aktivität schrittweise an, während sich die Entscheidung bildete. Wie stark die Aktivität dabei zunahm, hing davon ab, wie deutlich die Bewegung der Punkte war. Kurz vor dem Picken liefen die Signale schließlich auf einer gemeinsamen Schwelle zusammen. Die Neuronen spiegelten damit sowohl die Stärke der verfügbaren Sehinformation als auch die gewählte Richtung wider.
Genau dieses Muster kennt die Hirnforschung von Primaten. Dort sammeln Nervenzellen Sinnesinformationen wie in einem Gefäß, das sich nach und nach füllt. Ist eine bestimmte Grenze erreicht, fällt die Entscheidung. Fachleute sprechen von Modellen der Evidenzakkumulation. „Die Ergebnisse zeigen, dass im Vogelgehirn neuronale Dynamiken auftreten, die mit etablierten Rechenmodellen der Entscheidungsfindung menschlicher und nichtmenschlicher Primaten vereinbar sind“, sagt Nieder in einer Mitteilung der Universität Tübingen.
Bemerkenswert ist der Befund vor allem, weil Vogel- und Säugetiergehirne völlig unterschiedlich aufgebaut sind. Vögel besitzen keine geschichtete Großhirnrinde, ihr Vorderhirn ist ganz anders organisiert. Trotzdem setzt das Krähengehirn offenbar dieselben grundlegenden Prinzipien der Entscheidungsbildung um wie das Gehirn von Affen und Menschen, und das in der halben Zeit. Vögel und Säugetiere haben sich seit mehr als 310 Millionen Jahren getrennt entwickelt. Das spreche dafür, dass die Evolution unabhängig voneinander ähnliche Lösungen für dasselbe Rechenproblem hervorgebracht haben könnte, sagte Nieder dem Wissenschaftsmagazin Live Science. Wie eng die Gehirne von Vögeln und Menschen in manchen Funktionen beieinanderliegen, hatte bereits eine Studie gezeigt, nach der Gehirne von Menschen und Wellensittichen ähnlicher sind als angenommen.
Für Nieder hat das Ergebnis eine größere Bedeutung. Ein Gehirn brauche keinen Neokortex, wie ihn Säugetiere besitzen, um anspruchsvolle Berechnungen auszuführen, sagte er Live Science. Statt das Säugetiergehirn als Bauplan für intelligentes Verhalten vorauszusetzen, könne man verschiedene Arten untersuchen und herausfinden, welche Rechenprinzipien viele Tiere teilen und welche Anpassungen an ihre besondere Umwelt sind. Ein ähnlicher Gedanke treibt auch die Forschung an anderen klugen Tieren an, deren Gehirne kaum etwas mit unserem gemein haben. So liefern etwa Kraken eine neue Spur zum Ursprung ihrer Intelligenz.
Woher der Zeitvorteil der Krähen kommt, ist noch offen. Die Forscher vermuten, dass er mit den besonderen Anforderungen des Vogellebens zusammenhängt. „Vögel müssen ihr Sehvermögen nutzen, um schnelle Flugmanöver präzise zu steuern und ihren Schnabel bei der Nahrungssuche gezielt zum Objekt zu führen“, sagt Nieder. Im Flug müssen sich Vögel in drei Dimensionen orientieren, Hindernissen ausweichen und auf bewegte Objekte reagieren. Auch die Jagd auf Beute verlangt schnelle und präzise Entscheidungen. Dieser Druck könnte im Laufe der Evolution eine besonders schnelle Verarbeitung von Informationen begünstigt haben.
Auch die Redaktion von Science hebt hervor, dass Vögel wegen ihrer Abhängigkeit von schnellen Bewegungen im Flug unter einem der stärksten Selektionsdrücke für rasche Sehentscheidungen stehen. In einem begleitenden Kommentar ordnen die Psychologen Michael Colombo und Oriane Poutrain-Sorel von der University of Otago in Neuseeland die Studie in eine Reihe von Befunden ein. Selbst Tauben, die nicht als besonders klug gelten, können demnach Bilder von Krebszellen und gesunden Zellen unterscheiden, Mengen vergleichen und echte Wörter von Fantasiewörtern trennen. Rabenvögel zeigen noch beeindruckendere Leistungen, etwa Selbsterkennung, Werkzeuggebrauch, ein Gedächtnis für erlebte Ereignisse und die Planung künftiger Handlungen. Die schnellen Entscheidungen der Krähen fügen sich nach Ansicht der beiden Psychologen in das wachsende Bild eines leistungsfähigen Vogelgeistes ein.
So eindrucksvoll das Tempo der Krähen ist, die Studie hat klare Grenzen. Untersucht wurden nur zwei Vögel. Zudem haben die Forscher Menschen und Affen nicht selbst mit genau derselben Aufgabe getestet. Der Vergleich beruht auf früheren Studien, in denen Menschen und Affen ähnliche Bewegungsaufgaben in ihrem eigenen Tempo lösten und dafür etwa doppelt so lange brauchten. Unterschiede im Versuchsaufbau, etwa bei der Art der Antwort, lassen sich bei einem solchen Vergleich nie ganz ausschließen. Affen antworten in solchen Experimenten häufig mit einer Augenbewegung, Menschen etwa mit einem Tastendruck, die Krähen dagegen mit einem Schnabelhieb auf den Bildschirm.
Der Befund gilt außerdem für eine ganz bestimmte Art von Entscheidung, nämlich das schnelle Einordnen eines Sehreizes in zwei mögliche Antworten. Daraus folgt nicht, dass Krähen grundsätzlich klüger sind oder in jeder Lage schneller denken als Menschen. Welche Mechanismen den Zeitvorteil im Krähengehirn genau ermöglichen, müssen weitere Untersuchungen klären. Die Daten der Studie haben die Forscher öffentlich zugänglich gemacht, sodass andere Gruppen die Analysen nachvollziehen können. Die vollständige Untersuchung ist in der Studie in Science nachzulesen.
Science, Ultrarapid decision-making in an avian brain; doi:10.1126/science.aed6459
Science, The cognitive power of the avian brain; doi:10.1126/science.aem0341
Universität Tübingen, Krähen entscheiden doppelt so schnell wie Menschen und Affen
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