Higher rewards lead to more accurate flower detection and increased contrast sensitivity in the bumblebee Bombus terrestris

Tiere werden ständig mit einer Flut von sensorischen Informationen bombardiert. Ein einziger Moment birgt das Rascheln von Blätelttern, den Duft von Regen, das Aufblitzen eines Raubtiers und die Farbe einer fernen Blume. Um zu überleben, können Lebewesen nicht alle Details gleichzeitig verarbeiten; sie müssen das Rauschen herausfiltern und sich auf das konzentrieren, was wichtig ist. In der Tierwelt wird dieser Filterprozess als Aufmerksamkeit bezeichnet. Wissenschaftler unterteilen die Aufmerksamkeit im Allgemeinen in zwei Arten. Die erste ist eine reflexive Reaktion auf etwas Plötzliches oder Helles, wie etwa ein Lichtblitz, der sofort die Augen auf sich zieht. Die zweite ist ein bewussterer, interner Prozess, bei dem ein Tier seine Sinne basierend auf dem, was es als wertvoll gelernt hat, fokussiert. Wenn ein Vogel weiß, dass eine bestimmte Art von Beere die süßeste ist, kann er sein Sehvermögen darauf abstimmen, diese Beere leichter zu entdecken, selbst wenn sie im Schatten verborgen ist. Diese Fähigkeit, vergangene Belohnungen zu nutzen, um die aktuelle Wahrnehmung zu schärfen, ist bei Menschen und anderen Wirbeltieren gut dokumentiert, es blieb jedoch ein Rätsel, ob Insekten mit ihren winzigen Gehirnen über ein ähnliches kognitives Werkzeug verfügen.

Ein Team von Forschern setzte sich zum Ziel, diese Frage zu beantworten, indem sie die Hummel Bombus terrestris untersuchten. Sie wollten sehen, ob diese Insekten in der Lage sind, die Erinnerung an eine gute Mahlzeit zu nutzen, um ihr Sehvermögen zu schärfen – effektiv den „Kontrast“ der Welt hochzudrehen, um die besten Blumen zu finden. Um dies zu testen, bauten sie eine kontrollierte Sammelarena, in der Hummeln versteckte Zuckerbelohnungen finden mussten. Der Aufbau beinhaltete einen Computerbildschirm, der grüne Kreise anzeigte, die Blumen repräsentierten. Unter dem Bildschirm platzierten die Forscher kleine Plattformen, auf denen die Hummeln landen konnten, um zu trinken. Das Experiment beruhte auf einer einfachen, aber wirkungsvollen Variable: der Qualität der Belohnung. Einer Gruppe von Hummeln wurde beigebracht, Ziele zu finden, die eine reichhaltige, hochkonzentrierte Zuckerlösung anboten, während eine zweite Gruppe auf eine viel schwächere, weniger zufriedenstellende Zuckermischung trainiert wurde. Die Forscher begründeten dies damit, dass die Hummeln, die eine reichhaltigere Belohnung erwarteten, motivierter sein würden, und falls sie über eine Form von Top-Down-Aufmerksamkeit verfügten, würde diese Motivation ihr Sehvermögen schärfen und es ihnen ermöglichen, die Ziele selbst dann zu entdecken, wenn die Bilder schwach oder kontrastarm waren.

Die Ergebnisse bestätigten, dass die Erwartungen der Hummeln tatsächlich die Art und Weise veränderten, wie sie die Welt sahen. Wenn die Ziele auf dem Bildschirm mit einem sehr geringen Kontrast präsentiert wurden – was es schwierig machte, sie vom dunklen Hintergrund zu unterscheiden – waren die Hummelgruppen, die auf die zuckerreiche Lösung trainiert worden waren, signifikant besser darin, sie zu finden. Sie wählten die korrekten Positionen häufiger und taten dies schneller als die Hummeln, die auf den schwächeren Zucker trainiert worden waren. Die Forscher maßen den exakten Punkt, an dem die Hummeln die Ziele nicht mehr sehen konnten, bekannt als Kontrastschwelle. Sie fanden heraus, dass die Gruppe mit der hohen Belohnung die Ziele bei einem viel niedrigeren Sichtbarkeitsniveau erkennen konnte als die Gruppe mit der niedrigen Belohnung. Dies deutet darauf hin, dass die Hummeln nicht nur härter arbeiteten; ihre Gehirne passten ihre visuelle Sensibilität aktiv an, ähnlich wie eine Kamera ihre Empfindlichkeit bei schwachem Licht erhöht, um die wertvollen Ziele deutlicher hervorzuheben.

Die Studie untersuchte auch, wie Umweltstressoren diesen empfindlichen kognitiven Prozess stören könnten. Die Forscher wiederholten das Experiment, lösten jedoch dieses Mal ein gängiges landwirtschaftliches Pestizid, Imidacloprid, in den Zuckerlösungen auf. Diese Chemikalie ist dafür bekannt, das Nervensystem von Insekten zu beeinflussen. Die Ergebnisse zeigten, dass die mit dem Pestizid exponierten Hummeln weniger genau beim Finden der Ziele waren, unabhängig davon, ob sie zur Hochbelohnungs- oder zur Niedrigbelohnungsgruppe gehörten. Das Pestizid schien jedoch im Gegensatz zum Motivationseffekt nicht die Reaktionszeit der Hummel in gleicher Weise zu verlangsamen. Die Forscher vermuten, dass das Pestizid möglicherweise die spezifischen neuronalen Pfade stört, die es den Hummeln ermöglichen, ihre Aufmerksamkeit zu steuern, oder vielleicht einfach ihren allgemeinen Drang zur Nahrungssuche reduziert. Die Tatsache, dass die Chemikalie die Fähigkeit der Hummeln störte, ihre gelernten Belohnungen zu nutzen, um ihr Sehvermögen zu schärfen, verdeutlicht eine Schwachstelle in ihrem kognitiven System.

Letztendlich liefert diese Arbeit starke Beweise dafür, dass Hummel eine kognitive Mechanik besitzen, die der Top-Down-Aufmerksamkeit von Menschen und anderen Wirbeltieren ähnelt. Es ist nicht nur ein Reflex auf helle Farben; es ist eine gelernte Strategie, bei der das Gehirn den Wert einer Belohnung nutzt, um die sensorische Wahrnehmung zu verbessern. Wenn eine Hummel weiß, dass eine Blume die Mühe wert ist, hilft ihr Gehirn dabei, diese Blume klarer zu sehen. Die Studie dient auch als Warnung, dass menschengemachte Chemikalien diese ausgefeilte Fähigkeit beeinträchtigen können, was es für Hummeln potenziell schwieriger macht, die Nahrung zu finden, die sie zum Überleben benötigen. Indem sie zeigt, dass ein winziges Insekt sein Gedächtnis nutzen kann, um die Art und Weise zu verändern, wie es die Welt sieht, vertieft die Forschung unser Verständnis des Insektengeistes und der Zerbrechlichkeit der Systeme, die ihn unterstützen.