Dieser Artikel beleuchtet, wie neuronale Prozesse bei Fliegen das Verständnis für Orientierung, Gedächtnis und Bewegungssehen beeinflussen, und wie diese Erkenntnisse in der Entwicklung von Technologien wie unbemannten Kampfflugzeugen (UCAV) Anwendung finden könnten.
Neuronale Grundlagen der Orientierung bei Fliegen
Eine der bemerkenswertesten Fähigkeiten des Gehirns ist der Orientierungssinn. Dieser innere Kompass hilft uns, uns in unserer Umgebung zurechtzufinden. Im Gehirn spielen dabei verschiedene Zelltypen eine Rolle, darunter Orts- und Gitterzellen. Ortszellen signalisieren dem Gehirn die aktuelle Position, während Gitterzellen vermutlich für die Messung von Entfernungen und die Weg-Integration verantwortlich sind. Weg-Integration ermöglicht es, aus Geschwindigkeit und Richtung einer Bewegung eine Karte der Umgebung zu erstellen.
Experimente mit Mäusen haben gezeigt, dass Gitterzellen tatsächlich für die Weg-Integration notwendig sind. Mäuse mit intakten Gitterzellen konnten in einem Schwimmtest eine Plattform problemlos wiederfinden, während Mäuse mit defekten Gitterzellen Schwierigkeiten hatten. Dies deutet darauf hin, dass Gitterzellen eine wichtige Rolle bei der räumlichen Orientierung spielen.
Gedächtnis und Lernverhalten von Fruchtfliegen
Fruchtfliegen (Drosophila melanogaster) sind überraschend lernfähig. Sie können in wenigen Durchgängen auf einen Duft konditioniert werden, der mit einer Belohnung wie Zucker verbunden ist. Allerdings rufen sie das erlernte Verhalten nicht automatisch ab, sondern wägen ab und optimieren ihr Verhalten, um möglichst viel und vielfältige Nahrung zu erhalten.
Wenn Fruchtfliegenlarven einen Duft mit Zucker assoziieren, kriechen sie zu diesem Duft, wenn sie hungrig sind. Wenn sie jedoch bereits Futter haben, ignorieren sie den Duft. Dieses differenzierte Verhalten deutet darauf hin, dass Fruchtfliegen über einen Mechanismus verfügen, um den Impuls, zu einem Duft zu kriechen, zu unterdrücken. Ein dopaminerges Neuron im Pilzkörper der Fliegen, DAN-i1, könnte für dieses Verhalten verantwortlich sein. Es reguliert, ob eine Gedächtnisspur angelegt und in Verhalten übersetzt wird.
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Fruchtfliegen vergessen auch schnell alte Duft-Futter-Assoziationen, um Platz für neue zu schaffen. Diese Vergesslichkeit macht sie flexibel und ermöglicht es ihnen, schnell auf neue Nahrungsquellen zu reagieren.
Bewegungssehen und neuronale Schaltkreise bei Fliegen
Fruchtfliegen sind Meister im Erkennen von Bewegungen. Sie orientieren sich am optischen Fluss, den Bewegungsmustern, die auf ihrer Netzhaut entstehen, wenn sie sich bewegen. Die Abteilung von Alexander Borst untersucht, wie das Bewegungssehen im Fliegengehirn auf der Ebene kleiner Schaltkreise funktioniert.
Dabei spielt der Bewegungs-Antagonismus eine entscheidende Rolle. Bestimmte Nervenzellen werden von Bewegungen in eine Richtung aktiviert, von Bewegungen in die entgegengesetzte Richtung gehemmt. Die Forscher entdeckten die zelluläre Grundlage für dieses Phänomen - die sogenannten LPi-Zellen. Diese Zellen hemmen Ausgangszellen, die auf gegensätzliche Richtungen reagieren und sind somit für deren Bewegungs-Antagonismus verantwortlich.
LPi-Zellen üben ihre hemmende Funktion auf allen Ebenen des Netzwerks aus. Sie inhibieren nicht nur Ausgangszellen mit gegensätzlicher Vorzugsrichtung, sondern auch T4/T5-Zellen und andere LPi-Zellen. Durch die Verteilung der gleichen Berechnung auf mehrere Ebenen werden lokale Störsignale herausgefiltert und Ausgangszellen bleiben für relevante Informationen ansprechbar.
Neuron-Flybarless-System
Flybarless-Systeme haben sich in der Hubschraubertechnologie als Standard etabliert. Ein solches System ist das Neuron-System, das sich durch ein sehr direktes, aber dennoch angenehmes Steuerverhalten auszeichnen soll. Der Name "Neuron" könnte als Anspielung auf das Brain-FBL-System interpretiert werden, da das Neuron der Grundbaustein eines Gehirns ist. Das Neuron-System soll eine schnelle Reizweiterleitung und eine sofort resultierende Reaktion ermöglichen. Im Lieferumfang sind neben dem Neuron, einem USB-Adapter, einer Kurzanleitung und Montage-Tape noch drei alternative Gehäuse-Varianten enthalten. Für die unterschiedlichen Modellarten stehen drei entsprechende Softwaretypen zur Verfügung, die beliebig oft gewechselt werden können.
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Neuronale Erkenntnisse und unbemannte Kampfflugzeuge (UCAV)
Die Forschung an neuronalen Prozessen bei Fliegen könnte auch für die Entwicklung von Technologien wie unbemannten Kampfflugzeugen (UCAV) relevant sein.
nEUROn: Ein Technologie-Demonstrator
nEUROn ist ein von Dassault entwickelter Technologie-Demonstrator für ein unbemanntes Tarnkappen-Kampfflugzeug. An dem Projekt sind Unternehmen aus mehreren europäischen Ländern beteiligt. Deutschland und Großbritannien verfolgen mit der "Taranis"-Drohne von BAE Systems jedoch eigene Projekte.
Die Drohne gilt als Vorläufer eines Jagdflugzeugs der neuen Generation, das die gegenwärtigen europäischen Modelle Rafale, Eurofighter und Gripen ablösen könnte. Die Drohne besitzt die für Stealth-Flugzeuge typischen Formen. "Auf einem Radar erscheint 'nEUROn' nicht größer als ein Spatz", sagte der technische Direktor von Dassault Aviation, Didier Gondoin.
Wingman: Unterstützung für Eurofighter
Airbus Defence and Space hat das Konzept für eine unbemannte Kampfdrohne namens Wingman vorgestellt, die den Eurofighter in der Zukunft begleiten und unterstützen soll. Der Wingman ist dafür ausgelegt, Ziele in der Luft und am Boden zu bekämpfen und kann auf besonders gefährliche Missionen geschickt werden.
Zukünftige UCAV-Entwicklung in Frankreich
In das zukünftige UCAV sollen die Erfahrungen mit dem nEUROn einfließen. Tests haben gezeigt, dass ein Stealth-UCAV sowohl für ein Luft-Boden- als auch für ein Luft-Luft-Szenario Vorteile mit sich bringt. Deshalb soll das zukünftige unbemannte Luftfahrzeug beide Rollen erfüllen. Das UCAV soll gemeinsam mit dem auf den Standard F5 gebrachten Kampfflugzeug Rafale operieren.
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