Die winzigen Sammler seien auch „bemerkenswerte Lerner“, die sich nach einmaligem Kontakt an etwas erinnern könnten, sagte Crossley. In der neuen Studie blickten die Forscher tief in die Gehirne der Schnecken, um herauszufinden, was auf der neurologischen Ebene passierte, als sie Erinnerungen sammelten.
Erinnerungen wecken
In ihren Experimenten gaben die Forscher den Schnecken zwei Trainingsformen: stark und schwach. Während des starken Trainings besprühten sie die Schnecken zunächst mit Wasser mit Bananengeschmack, dessen Wirkung von den Schnecken als neutral angesehen wurde: Sie schluckten etwas davon, spuckten es dann aber wieder aus. Dann gab das Team den Schnecken Zucker, den sie gierig verschlangen.
Als sie die Schnecken einen Tag später erneut testeten, zeigten die Schnecken, dass sie aus dieser einzigen Erfahrung gelernt hatten, den Bananengeschmack mit dem Zucker in Verbindung zu bringen. Die Schnecken schienen den Geschmack als begehrenswerter zu empfinden: Sie waren viel eher bereit, das Wasser zu schlucken.
Im Gegensatz dazu lernten die Schnecken diese positive Assoziation nicht durch eine schwache Trainingseinheit, bei der auf ein mit Kokosnuss aromatisiertes Bad ein viel stärker verdünnter Zuckergenuss folgte. Die Schnecken schluckten und spuckten weiterhin Wasser aus.
Bisher war das Experiment im Wesentlichen eine Schneckenversion von Pawlows berühmten Konditionierungsexperimenten, bei denen Hunde lernten zu sabbern, wenn sie den Klang einer Glocke hörten. Doch dann untersuchten die Wissenschaftler, was passierte, als sie den Schnecken ein starkes Training mit Bananenaroma gaben, gefolgt von einem schwachen Training mit Kokosnussaroma, das Stunden später folgte. Plötzlich lernten auch die Schnecken aus dem schwachen Training.
Als die Forscher die Reihenfolge änderten und zuerst das schwache Training durchführten, gelang es erneut nicht, eine Erinnerung zu vermitteln. Die Schnecken bildeten noch immer eine Erinnerung an das starke Training, aber das hatte keine rückwirkende stärkende Wirkung auf das frühere Erlebnis. Auch der Austausch der Geschmacksrichtungen in den starken und schwachen Trainings hatte keinen Effekt.
Die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass das starke Training die Schnecken in eine „lernreiche“ Phase versetzte, in der die Schwelle für die Gedächtnisbildung niedriger war und es ihnen ermöglichte, Dinge zu lernen, die sie sonst nicht hätten lernen können (z. B. die schwache Trainingsassoziation zwischen einer Geschmacksrichtung und…). Zucker verdünnen). Ein solcher Mechanismus könnte dem Gehirn dabei helfen, Ressourcen zum richtigen Zeitpunkt auf das Lernen zu lenken. Futter könnte die Aufmerksamkeit der Schnecken auf potenzielle Nahrungsquellen in der Nähe erhöhen; Berührungen mit Gefahren könnten ihre Sensibilität für Bedrohungen schärfen.
A Lymnaea Schnecke, die aromatisiertes Wasser mit Zucker verbindet, öffnet und schließt schnell ihr Maul, um es zu schlucken (rechts). Eine Schnecke, die diese Assoziation nicht gelernt hat, hält ihr Maul geschlossen (links).Video: Michael Crossley, Kevin Staras/Quanta Magazine
Die Wirkung auf die Schnecken war jedoch nur vorübergehend. Die lernreiche Phase hielt nach dem starken Training nur 30 Minuten bis vier Stunden an. Danach bildeten die Schnecken während der schwachen Trainingseinheit keine Langzeiterinnerungen mehr, und das lag nicht daran, dass sie ihr starkes Training vergessen hatten – die Erinnerung daran blieb monatelang bestehen.
Ein kritisches Fenster für verbessertes Lernen ist sinnvoll, denn wenn der Prozess nicht abgeschaltet würde, „könnte das schädlich für das Tier sein“, sagte Crossley. Das Tier könnte dann nicht nur zu viele Ressourcen in das Lernen investieren, sondern es könnte auch Assoziationen erlernen, die für sein Überleben schädlich sind.
Veränderte Wahrnehmungen
Durch Sonden mit Elektroden fanden die Forscher heraus, was im Gehirn einer Schnecke passiert, wenn sie aus den Trainings Langzeitgedächtnisse bildet. Es treten zwei parallele Veränderungen der Gehirnaktivität auf. Der erste kodiert den Speicher selbst. Beim zweiten geht es „einzig und allein darum, die Wahrnehmung anderer Ereignisse durch das Tier zu verändern“, sagte Crossley. Es „verändert die Art und Weise, wie es die Welt aufgrund seiner vergangenen Erfahrungen sieht.“
Sie fanden auch heraus, dass sie die gleiche Veränderung in der Wahrnehmung der Schnecken herbeiführen konnten, indem sie die Wirkung von Dopamin blockierten, der Gehirnchemikalie, die von dem Neuron produziert wird, das das Spuckverhalten aktiviert. Tatsächlich schaltete das das Neuron zum Spucken aus und ließ das Neuron zum Schlucken ständig eingeschaltet. Die Erfahrung hatte den gleichen Übertragungseffekt wie starkes Training in den vorherigen Experimenten: Stunden später bildeten die Schnecken ein Langzeitgedächtnis des schwachen Trainings.