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Protokoll
Biowissenschaften

Karl-Franzens-Universität Graz - KFU

1, Karl Kral, 2009

Lena M. ©
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ID# 49809







SE Neuronale Mechanismen der Orientierung und des Verhaltens


WS 08/09


2. Material und Methode

2.1. Entfernungsmessung

Zum Durchführen des ersten Versuchs wurden die Probanden einzeln in einen Raum geführt in welchen sie sich an einen Tisch setzen mussten. Auf dem Tisch befanden sich vorerst zwei Zylinder. Der Student musste nun, sich in aufrechter Sitzposition befindend, die Spitze des ersten Zylinders fokussieren. Dieser befand sich ständig in der gleichen Entfernung zum Studenten und wurde nicht verschoben.

Währenddessen wurde der zweite Zylinder jeweils um eine, für den Probanden unbekannte, Länge von dem fixierten Zylinder entfernt wurde. Der Student musste nun die Entfernung der zwei Zylinder zueinander schätzen und wurde nach jeder Bewegung des zweiten Zylinders über dessen Entfernung zum Ersten aufgefordert diese nieder zu schreiben. Der zweite Teil des Experiments bestand darin den zweiten Zylinder vom Tisch zu entfernen.

Nun wurde der Zylinder in einer geraden Linie in mehrere Schritten vom Studenten entfernt. Dieser musste nun erneut die Entfernungen zum Zylinder einschätzen wobei er wiederrum nur die Spitze dessen betrachten durfte.

1.Einleitung


Um sich in seiner Umwelt zu recht zu finden verwenden sowohl Mensch als auch Tier verschiedene Mechanismen. Die Entfernungsmessung die räumliche Orientierung und auch das Bildgedächtnis spielen hierbei eine wichtige Rolle. In dem Seminar „Neuronale Mechanismen des Verhaltens und der Orientierung“ wurden einem diese mit Hilfe von Versuchen, etwas nähergebracht und veranschaulicht.

Die Versuche wurden auf die drei oben bereits erwähnten Gebiete angewandt und in diesem Fall an den Seminarteilnehmern durchgeführt.


Weiters mussten aufgrund eines Fragebogens verschiedene Versuche durchgeführt werden. Diese Versuche basierten auf visuellen Schätzungen von Objektentfernungen. Hierbei wurde zuerst der Interokularabstand gemessen und dann aufgrund der verschiedenen Objektentfernungen die verschiedenen Konvergenzwinkel berechnet. Um die retinale Disparität untersuchen zu können wurde ein Fingerversuch durchgeführt.

Dieser bestand darin die Sprungweite des Fingers bei drei verschiedenen Abständen des Fingers zum Laptop Bildschirm zu schätzen.


2.2. Räumliche Orientierung

Bei diesem Versuch, ebenfalls mit den Seminarteilnehmern, fuhren diese in einen Teil der Stadt, nahe der Uni und mussten sich den Weg zurück zur Uni merken. Der Versuchsleiter ging in diesem Fall vor den Probanden her, und sie mussten ihm folgen. Sowohl die Richtungsänderungen als auch deren Anzahl und die Länge der jeweiligen Abschnitte sollten sich die Studenten merken und nach einer Pause wiedergeben können.

Die Wegabschnitte sollten so genau wie möglich aufgezeichnet die Winkel wiedergegeben und auch die Längen sollten Maßstabgetreu aufgezeichnet werden. Die Von den Studenten aufgezeichneten Pläne wurden von ihnen ausgewertet. Die Länge der Strecken die Winkel und auch die Anzahl der Abschnitte wurden mit dem originalen Plan verglichen. Danach wurden sie in eine Excel Tabelle eingetragen und mit Hilfe des Programmes wurden die Prozentuellen Unterschiede ausgerechnet.

Hierfür wurden die Realen Daten in einer Tabelle aufgetragen und die mentalen, also die von und gefühlsmäßig aufgezeichneten. Im zweiten Teil des Experimentes wurden Studentinnen in einer ihnen unbekannten Umgebung ausgelassen und hatten die Aufgabe auf den schnellsten Weg wieder zur Universität zurück zu kehren. Als Anhaltspunkt und somit zu deren Orientierung diente ihnen der Schlossberg bzw. ein Gebäude, welches sich in der Nähe der Uni befand.

Nach einer Stunde Pause mussten die Studenten die von ihnen im Gedächtnis behaltene Strecke aufzeichnen.

2.3.Bildgedächtnis

Den Studentinnen wurde für etwa zwei Sekunden ein Bild gezeigt. Sie mussten das Gesehene auf einem Zettel niederschreiben und diesen dann abgeben. Dieser Versuch wurde so oft wiederholt bis alle Teilnehmer die richtige Antwort abgegeben hatten. Die Schwierigkeit bestand nicht nur darin die Bilder zu erkennen sondern auch darin sich diese zu merken. Zu Beginn wurden bekannte Icons gezeigt, doch bald darauf wurden auch Zahlen und abstrakte Figuren oder Wörter gezeigt welche in der Richtigen Reihenfolge, Anordnung oder Form wiedergegeben werden mussten.

Zum Ende des Versuches hin wurden in sehr schneller Abfolge Tierbilder gezeigt. Diese sollten auf der Stelle und nach einer Pause von etwas über einer Stunde ebenfalls wiedergegeben werden können.

2.4.Referat

Zum einen wurden Feldexperimente betrieben bei welchen 64 Erdlöcher von Schildwanzen verwendet wurden. Die Wanzen und ihr dazugehöriges Erdloch wurde in derselben Farbe markiert. Bei den Versuchstieren wurde das Heimkehrverhalten beobachtet, das sogenannte Homing. Dies ist ein Prozess bei dem die Wanzen nach dem Fund einer Futterquelle mit dieser auf dem direktesten Weg wieder zurück zu ihrem Unterschlupf finden.

Weiters wurden die Wanzen zur Paarung motiviert nach welcher die Weichen Brutpflege betrieben, dies allerdings in künstlichen Habitaten. Nachdem sie ihre Eier abgelegt hatten begaben sie sich auf Futtersuche und der Homing-Prozess wurde daraufhin beobachtet. Es wurden drei Experimente durchgeführt. Bei dem ersten wurde untersucht, welches sensorische Organ die Wanzen verwenden um zu ihrem, künstlichen, Erdloch zurück zu finden.

-eigenes Erdloch, eigene Larven

-eigenes Erdloch, fremde Larven

-fremdes Erdloch, eigene Larven

-fremdes Erdloch, fremde Larven

Bei dem dritten Experiment wurde die Frage gestellt, welche Signale und oder Stoffe für das Heimkehrverhalten er Wanze wichtig sind. Hierfür wurden die künstlichen Erdlöcher auf der eigentlichen Route des Homing-Prozesses auf verschiedene Standorte verlegt:

100%-Futterquelle ist am selben Standort wie Erdloch

50%-Erdloch befindet sich auf dem halben Weg der eigentlichen Route

0%-Erdloch befindet sich am eigentlichen, dem von der Wanze als „Ziel“ bekannten, Standort des Erdloches. Es wurde somit nicht verlegt.

3. Ergebnisse

3.1. Entfernungsmessung

Bei dem ersten Teil des Versuches konnte erkannt werden, das die Probanden kleine Entfernungen zwischen den beiden Zylindern größer einschätzten, als sie tatsächlich waren. Dies ist auch gut in der Abb. 1 zu sehen. Allerdings ist kein kontinuierlicher Anstieg des falschen Einschätzens der Entfernung im Zusammenhang mit der Entfernungsgröße fest zu stellen. Bei dem zweiten Teil des Versuches konnte festgestellt werden, dass je weiter der Zylinder von den Probanden entfernt wurde umso ungenauer wurden die Schätzungen.

Die Fehlerquote stieg in diesem Zusammenhang kontinuierlich mit dem Abstand. Was auch zu erkennen

war, ist die Tatsache, dass mit steigender Entfernung die geschätzten Abstände kleiner wurden, wie es auch in Abb. 2 zu sehen ist.

Der Fingerversuch zeigte zum einen, dass die Konvergenz nur bis zu einer Armlänge anwendbar ist, die Disparität allerdings bis zu einer größeren Länge. Weiters konnte man erkennen, dass sich die Sprünge, also die Disparitäten mit zunehmender Entfernung vom Auge und dadurch größerer Nähe zum zweiten Objekt, dem Laptop, stark verringerten. Bei der Entfernung des Fingers in Armlänge waren beinahe keine Sprünge mehr zu erkennen.

3.2. Räumliche Orientierung

Bei diesen Versuchen lies sich zeigen, dass sowohl die Winkel der Realen und mentalen Daten als auch die Entfernungen keinen signifikanten Unterschied zwischen den Messwerten erkennen lassen.

Die Winkel und die Entfernungen wurden meist zu groß eingeschätzt. Wobei die Richtungsänderungen immer horizontal und vertikal angegeben wurden. Zwischen Männern und Frauen gab es bei den Ergebnissen auch keinen signifikanten Unterschied, was allerding auch an den viel zu kleinen Vergleichsgruppen liegen könnte (männlich n=4 weiblich n=9). Die großen Winkel werden meist überschätzt und die kleinen unterschätzt.

Jedoch hatten trotzdem 60% der Probanden die Winkeleinschätzung richtig. Bei den Längen werden kleine gerne über- und große unterschätzt. Die meisten der Studentinnen haben sich anhand von Landmarken orientiert und diese auch beim Zeichnen der Pläne verwendet. Abb. 4 zeigt die Werte des Experiments und die dazugehörigen Prozentzahlen der verschiedenen Längeneinheiten.

In dieser Abbildung ist auch zu erkennen, dass es keine signifikanten Unterschiede zwischen den realen und den Mentalen Einheiten gibt.

Bei dem Versuch, in welchem die Studentinnen wieder zur Universität zurück finden mussten konnten keine wirklichen Ergebnisse erzielt werden. Die männlichen und weiblichen Studenten hatten beinahe den gleichen zeitlichen Durschnitt und in etwa den gleichen Weg zur Universität engeschlagen.

Bei den Visuellen versuchen ging es eigentlich nicht um den Unterschied zwischen männlichen und weiblichen Probanden sondern lediglich darum zeigen zu können wie das Gehirn die visuellen Informationen verarbeiten kann. Bei den 6 verschiedenen Versuchen wurde überprüft wie lang es gedauert hat bis alle Studentinnen die richtigen Lösungen abgegeben hatten. Wobei die Anzahlen, auf den Versuch bezogen, stark schwankten.

Bei manchen Versuchen kam man nie zu einer 100% Quote, bei welcher alle die richtigen Antworten abgegeben hatten. Je abstrakter die Aufgabenstellung war, bzw. die Bilder, desto unwahrscheinlicher war es eine 100% Quote zu erreichen.

Das Ziel des letzten Versuches in dem die Bildfolge nach einer Stunde wieder zu geben war, lag darin vorweisen zu können, dass das Kurzzeitgedächtnis, unwichtige Informationen wie diese, wahrscheinlich nicht eine Stunde lang speichern wird. Doch zum Erstaunen aller lag die Quote auch nach der Pause bei der gleichen Prozentzahl wie vor der Pause. Abb. 5 veranschaulicht dies.

Die Kontrollgruppe fand durch Abtasten des Untergrundes und Erkennen des Untergrundes vor ihrem Erdloch problemlos dessen Eingang. Das Verhalten der Gruppe mit den angemalten Augen ähnelte dem der Kontrollgruppe. Beinahe alle Wanzen dieser Gruppe fanden den Eingang zu ihrem Erdloch.

Die beiden Gruppen mit den angemalten Antennen und angemalten Augen und Antennen konnten den Untergrund vor ihrem Erdloch nicht erkennen und fanden somit auch nicht den Eingang zu diesem.

Manch der Wanzen suchten über 30 Minuten ohne den Eingang zu finden, Wanzen mit gereinigten Antennen fanden den Eingang problemlos

Es gab signifikante Unterschiede zwischen den Kontrollgruppen und der VG 3 (P<0,0001) und VG 4 (P<0,0001)

Wenn die Wanzen ihren eigenen Untergrund und die eigenen Larven hatten wurden die Erdlöcher sofort aufgesucht. Sobald das fremde Substrat ins Spiel kam wurde das Erdloch nicht mehr betreten, in diesem Fall war es gleichgültig ob sich in dem Erdloch die eigenen Larven befanden oder nicht. Andererseits kam es ebenfalls nicht auf die eigene Brut an, ob das Erdloch betreten wurde oder nicht, das Betreten des Erdloches hing anscheinend nur mit dem eigenen Substrat vor dem Erdloch zusammen.

3.5 Film: Orientierung im Tierreich

Das Verhalten der Tiere bei Nacht:

Fleckenhyänen: Sie legen bis zu 100 km zurück aufgrund von Duftmarkierungen. Diese Tiere jagen nachts und orientieren sich anhand von Duftmarken.

Buschbabies: Sie haben durch Urinmarkierungen festgelegte Wege durch Geäst.

Amerikanische Ringelspinner: Mit Hilfe von Duftdrüsen und mit chemischen Markern und Seidenfäden markieren sie Wege. Diese werden von Kundschaftern bestimmt welche zwei Duftspuren hinterlassen. Durch diese werden die nachfolgenden Seidenspinner über den Weg und die Futterqualität informiert.

Echoorientierung

  • Stachelschwanzsegler: Durch diese Art von Orientierung können sie sich in ihrer Brutstätte, einer Höhle mit rund einer Million Artgenossen, zurecht- und zu ihrem eigenem Brutplatz finden ohne einen der anderen Vögel unbeabsichtigt (in vollkommener Dunkelheit ) zu berühren.

  • Fledermäuse: Ihre Ohren sind so empfindlich, dass sie mit ihnen auch das geringste Signal wahrnehmen können. Ihre Nase funktioniert bei ihnen wie ein Megaphon.

Welse: Er kann mit Hilfe seiner Barteln sowohl tasten als auch schmecken. Er erkennt mit ihnen Hindernisse und um schwimmt diese.

Zitteraale: Sie bauen um sich ein schwaches elektrisches Feld auf. Sobald dieses Durch Hindernisse gestört wird, werden diese über Sinneszellen entlang der Flanken wahrgenommen.

Das Verhalten der Tiere bei Tag

Elefantenspitzmäuse: Sie hat sich eine Art Karte im Kopf angelegt, welche aus den Pfaden besteht die sich um Ihr Nest herum befinden. Auf der Flucht kann sie Abkürzungen aus ihrem Gedächtnis abrufen und diese nutzen.

Eichelhäher: ER orientiert sich mit Hilfe von Landmarken. Vor dem Wintereinbruch versteckt er tausende Eicheln, welche er im Winter durch die Landmarken, in diesem Fall sind es Bäume, wieder finden kann. Seine Trefferquote liegt sehr hoch, die von ihm nicht gefundenen Eicheln keimen meist. Aufgrund dessen ist der Eichelhäher wohl einer der besten Förster weltweit.

Wüstenameisen Cataglyphis: Können die Entfernung und auch die Richtung, aus welcher sie gekommen sind, messen. Mit Hilfe eines Kompasses kann sie die Richtungen messen und nachdem sie Beute gefunden hat, somit auf direktem Weg wieder zu ihrem Nest zurückkehren.

Das Verhalten der Tiere unter Wasser

Langusten: Sie Zehen bei stürmen in Karawanen von 30-40 Tieren in Richtung Riffsaum. Während ihrer Wanderung orientieren sie sich den Strömungen und nach der Dünung. Ihre Marschordnung verringert den Strömungswiderstad um die Hälfte und sobald sie angegriffen werden bilden sie Verteidigungsringe. Sobald sie den Riffsaum erreicht haben lösen sie die Karawane wieder auf.

Suppenschildkröten: Haben den gleichen Lebensraum wie die Langusten, sobald sie sich jedoch Fortpflanzen wollen, nehmen sie sehr lange Reisen auf sich. Währen dieser Reisen tauchen sie auf um zu Atmen und orientieren sich währenddessen an der Sonne. In den Tiefen des Meeres orientieren sie sich an den Erdmagnetfeldern. Sobald sie sich Inseln nähern nehmen sie den Brachwassergeruch wahr, welchen sie ihr ganzes Leben lang in Erinnerung halten.

Auf den Inseln paare sie sich und kehren dann wieder ins Wasser zurück. Die frisch geschlüpften Schildkröten merken sich den Geschmack des Wassers, der Insel auf welcher sie geboren wurden ebenfalls ihr Leben lang und kehren sobald sie sich paaren können zu dieser zurück.

In diesen zwei Monaten essen trinken und schlafen sie auf See und orientieren sich mittels Karte und Kompass.

Königsalbatrosse: Er ist ein hervorragender Segler und fliegt manchmal bis zu 1200m um Futter für seinen Nachwuchs zu finden. Bei diesem Tier gibt es allerdings keinen schlüssigen Beweis für Sonnenorientierung. Allerdings konnte man nachweisen, dass er sich anhand der Sterne bzw. deren Muster orientiert.

Junge Aale: Sie legen den wohl weitesten Weg zurück. Um zu Lachen und dann als frisch geschlüpfte Aale wieder zurück ins Salzwasser zu kommen legen sie einen Weg von 3600km zurück.


4.Diskussion

Die Disparität und die Konvergenz der Winkel nahmen starken Einfluss auf die Ergebnisse hinsichtlich der Entfernungsmessungen. Durch den Effekt der Konvergenz unterschieden sich die Winkel stark und die wirklichen Entfernungen wurden nur schwer wahrgenommen. Je kleiner die Winkel wurden desto schwerer war es die Distanzen gut wahr zu nehmen und ein zu schätzen. Die unterschiedliche Wahrnehmung der Sprünge bei dem Fingerversuch beruhte hingegen auf der Disparität.

Bei der räumlichen Orientierung ging es hauptsächlich um die Orientierung mit Hilfe von Landmarken. Sowohl bei dem Versuch, bei welchem man sich die Strecke merken sollte, als auch bei dem zweiten, bei welchem man auf schnellsten Weg zurück zur Universität gelangen sollte, gelang einem dies im Grunde genommen hauptschlich durch Landmarken. Trotz den besprochenen Einflüssen des Testosterons auf die Orientierungs-Unterschiede zwischen Männern und Frauen, kam es weder beim einen noch bei anderen Versuch zu markanten Unterschieden was die Ergebnisse betraf.

Die könnte allerdings daran liegen dass zum einen die Testgruppen zu klein waren, zweitens daran, dass wir keinen Nachweis über die Höhe des Testosteron-Spiegels der Versuchspersonen haben, allerdings auch daran, dass sich die meisten der Probanden in dem Gebiet, welches ihnen eigentlich unbekannt sein sollte, recht gut ausgekannt haben. Somit wurden die Ergebnisse verfälscht.

Bei den Wanzen hingegen ging es nicht wirklich um die Orientierung nach Landmarken, sondern um die Orientierung mit Hilfe von Chemischen Markern. Nur durch das ertasten mit ihren Antennen konnten sie den Eingang zu ihrem Unterschlupf finden. Allerdings konnten sie zu diesem nur durch Wegintegration finden, welche auch der Grund für den direkten Weg zurück zu ihrem Erdloch ist.

Im Gegensatz dazu funktioniert unser Gedächtnis blendend. Auch wenn es aufgrund von abstrakten Formen, oder willkürlich angeordneten Zahlen, Schwierigkeiten hat diese wiederzugeben, ist es trotzdem dazu in der Lage durch Training einige dieser Mankos aus zu gleichen. Des Weiteren sind die Veranlagungen der verschiedenen Studentinnen unterschiedlich und auch, oder gerade deshalb fällt es einigen sehr schwer sich Bildfolgen zu merken, wobei sie keine Schwierigkeiten damit haben eine willkürliche Zahlenfolge wieder zu geben.

Informationen, die einem als nicht wichtig erscheinen, werden im Normalfall nicht in das Langzeitgedächtnis übernommen, was uns der letzte Versuch hätte bestätigen sollen. Das Ergebnis wurde allerdings durch das vorherige Wissen über das Wiederholen der Begriffe getrübt. Dadurch konnten sich die Studenten darauf vorbereiten diese wiedergeben zu müssen. Wohingegen die Fehlerquote mit Sicherheit höher gewesen wäre, wenn diese Tatsache nicht erwähnt worden wäre.

5. Graphiken



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