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

Dieren worden voortdurend gebombardeerd met een vloedgolf aan zintuiglijke informatie. Een enkel moment bevat het ritselen van bladeren, de geur van regen, de flits van een roofdier en de kleur van een verre bloem. Om te overleven kunnen wezens niet alle details tegelijk verwerken; ze moeten de ruis filteren en zich concentreren op wat ertoe doet. In het dierenrijk staat dit filterproces bekend als aandacht. Wetenschappers verdelen aandacht over het algemeen in twee soorten. De eerste is een reflexmatige reactie op iets plotselings of helders, zoals een lichtflits die je ogen onmiddellijk trekt. De tweede is een meer doelbewust, intern proces waarbij een dier zijn zintuigen focust op basis van wat het heeft geleerd waardevol te zijn. Als een vogel weet dat een specif kind type bes het zoetst is, kan hij zijn zicht afstemmen om die bes gemakkelijker te spotten, zelfs als deze in de schaduw verborgen is. Dit vermogen om het verleden van beloningen te gebruiken om de huidige perceptie te verscherpen, is goed gedocumenteerd bij mensen en andere gewervelde dieren, maar het bleef een mysterie of insecten, met hun kleine hersenen, een vergelijkbaar cognitief instrument bezitten.

Een team van onderzoekers zette zich in om deze vraag te beantwoorden door de hommel, Bombus terrestris, te bestuderen. Ze wilden zien of deze insecten de herinnering aan een goede maaltijd konden gebruiken om hun zicht te verscherpen, waardoor ze effectief het "contrast" van de wereld om hen heen opendraaien om de beste bloemen te vinden. Om dit te testen, bouwden ze een gecontroleerde foerageerarena waarin hommels verborgen suikerbeloningen moesten vinden. De opstelling bestond uit een computerscherm dat groene cirkels weergaf die bloemen representeerden. Onder het scherm plaatsten de onderzoekers kleine platformen waar de hommels op konden landen om te drinken. Het experiment vertrouwde op een eenvoudige maar krachtige variabele: de kwaliteit van de beloning. Eén groep hommels werd getraind om doelwitten te vinden die een rijke, hooggeconcentreerde suikeroplossing boden, terwijl een tweede groep werd getraind op een veel zwakkere, minder bevredigende suikermix. De onderzoekers redeneerden dat de hommels die een rijkere beloning verwachtten, meer gemotiveerd zouden zijn, en dat als zij over een vorm van top-down aandacht beschikten, deze motivatie hun zicht scherper zou maken, waardoor ze de doelwitten zelfs wanneer de afbeeldingen vaag of laag in contrast waren, beter konden spotten.

De resultaten bevestigden dat de verwachtingen van de hommels de manier waarop ze de wereld zagen inderdaad veranderden. Wanneer de doelwitten op het scherm werden gepresenteerd met een zeer laag contrast — waardoor ze moeilijk te onderscheiden waren van de donkere achtergrond — waren de hommels die getraind waren op de hoogwaardige sukeroplossing aanzienlijk beter in het vinden ervan. Ze kozen vaker de juiste locaties en deden dit sneller dan de hommels die getraind waren op de zwakkere suiker. De onderzoekers maten het exacte punt waarop de hommels de doelwitten niet langer konden zien, ook wel de contrastdrempel genoemd. Ze ontdekten dat de groep met de hoge beloning de doelwitten bij een veel lager niveau van zichtbaarheid kon detecteren dan de groep met de lage beloning. Dit suggereert dat de hommels niet alleen harder werkten; hun hersenen pasten hun visuele gevoeligheid actief aan, vergelijkbaar met een camera die de gevoeligheid verhoogt bij weinig licht, om de waardevolle doelwitten duidelijker naar voren te laten komen.

De studie onderzocht ook hoe omgevingsstressoren dit delicate cognitieve proces kunnen verstoren. De onderzoekers herhaalden het experiment, maar dit keer losten ze een veelvoorkomend agrarisch pesticide, imidacloprid, op in de sueropplossingen. Deze chemische stof staat erom bekend het zenuwstelsel van insecten te beïnvloeden. De resultaten toonden aan dat de hommels die aan het pesticide werden blootgesteld, minder accuraat waren in het vinden van de doelwitten, ongeacht of ze in de hoogwaardige of de laagwaardige groep zaten. De pesticide had echter, in tegenstelling tot het motivatie-effect, blijkbaar geen invloed op het vertragen van hun reactietijd op dezelfde manier. De onderzoekers suggereren dat het pesticide mogelijk de specifieke neurale paden die de hommels in staat stellen hun aandacht af te stemmen, verstoort, of misschien simpelweg hun algemene drang om te foerageren vermindert. Het feit dat de chemische stof het vermogen van de hommels om hun geleerde beloningen te gebruiken om hun zicht te verscherpen verstoorde, benadrukt een kwetsbaarheid in hun cognitieve systeem.

Uiteindelijk levert dit werk sterk bewijs dat hommels beschikken over een cognitief mechanisme dat vergelijkbaar is met de top-down aandacht die wordt gevonden bij mensen en andere gewervelde dieren. Het is niet alleen een reflex op heldere kleuren; het is een geleerde strategie waarbij de hersenen de waarde van een beloning gebruiken om de zintuiglijke perceptie te verbeteren. Wanneer een hommel weet dat een bloem de moeite waard is, helpen zijn hersenen hem die bloem duidelijker te zien. De studie dient ook als een waarschuwing dat door de mens gemaakte chemicaliën dit geavanceerde vermogen kunnen degraderen, wat het potentieel moeilijker maakt voor hommels om het voedsel te vinden dat ze nodig hebben om te overleven. Door aan te tonen dat een klein insect zijn geheugen kan gebruiken om de manier waarop hij de wereld ziet te veranderen, verdiept het onderzoek ons begrip van de insectengeest en de kwetsbaarheid van de systemen die deze ondersteunen.