Riechen für die Roboter

Forscher bedienen sich der Biene als Modell, um künstliche Intelligenz zu entwickeln

23.04.2009

Der "Bauplan" bestimmter Hirnareale zeigt, wie Bienen riechen
Der "Bauplan" bestimmter Hirnareale zeigt, wie Bienen riechen Bildquelle: Sabrina Wendling

Die besonderen Leistungen der Bienen im Bereich der Wahrnehmung und des Lernen machen sich Neurowissenschaftler zunutze. Sie erkunden den Bauplan bestimmter Hirnareale der Insekten, um diesen später in einem Roboter zu rekonstruieren.

Kaum ein Insekt ist hierzulande so geschätzt wie die Honigbiene – und das liegt nicht nur am zuckrigen Produkt ihrer Arbeit. „Aufgrund ihrer kognitiven Fähigkeiten kann man sie sogar als ,intelligente‘ Insekten bezeichnen“, sagt Martin Nawrot, Professor für Neurobiologie an der Freien Universität Berlin. Die besonderen Leistungen der Bienen im Bereich der Wahrnehmung und des Lernen nutzt der Neurowissenschaftler für seine Forschung. Zusammen mit seinen Kollegen Professor Randolf Menzel und Dr. Sabine Krofczik untersucht er den „Bauplan“ bestimmter Hirnareale der Bienen, um herauszufinden, wie die Insekten riechen.

Bienen nutzen Codes zur Dufterkennung

So konnten die Wissenschaftler entschlüsseln, wie verschiedene Duftklassen im Gehirn der Bienen kodiert werden. Bienen nutzten ihren Geruchssinn sowohl zur Ortung von Futterquellen als auch zur Kommunikation, indem sie selbst Duftstoffe aussenden. Während selbst produzierte Kommunikationssignale aus einzelnen oder sehr wenigen chemischen Komponenten bestehen, handelt es sich bei dem Duft von Blumen oder anderen Umweltsignalen um ein komplexes Duftgemisch.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Nervenzellen der Biene sowohl einen räumlichen als auch einen zeitlichen „Code“ nutzen, um Duftstoffe zu entschlüsseln. Das „zeitliche“ Duft-Signal beschreibt die Art des Duftes in der zeitlichen Reihenfolge der Antworten verschiedener Nervenzellen und steht sehr schnell zur Verfügung. Das „räumliche“ Signal der Antwortstärken baut sich langsamer auf, hält länger an und kann die Konzentration des Duftstoffes kodieren. Ihren Weg in höhere Hirnareale nehmen die Duftinformationen über zwei verschiedene Pfade, wobei der eine besonders stark auf ein Gemisch von Stoffen reagiert. Die Aktivität des anderen Pfades wird hingegen oft unterdrückt, wenn mehr als eine Duftkomponente vorhanden ist. So scheint die Biene unmittelbar nach Aufnahme des Dufts unterscheiden zu können, ob es sich um ein Kommunikationssignal oder ein Umweltsignal handelt.

Von der Biene zum Roboter

Für Martin Nawrot uns seine Kollegen sind diese Ergebnisse von grundlegender Bedeutung für ihre weitere Arbeit. Sie sind Teil des „Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience“, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung insgesamt mit über 100 Millionen Euro unterstützt wird. Im Rahmen dieses Netzwerkes wollen die Neurowissenschaftler untersuchen, wie Lernen, Gedächtnisbildung und Entscheidungsfindung bei Insekten funktioniert. Mit diesen Erkenntnissen soll dann ein Roboter entworfen werden, der mit seinem künstlichen Gehirn wie ein Insekt lernt, erinnert und entscheidet.