Een honingbij beschikt over een brein dat nauwelijks groter is dan een sesamzaadje. Toch kan ze geuren razendsnel koppelen aan voedsel en haar gedrag aanpassen aan een veranderende omgeving. Nieuw onderzoek laat zien dat subtiele chemische verschillen in dat minieme brein bepalen hoe snel een bij leert. Dat inzicht werpt nieuw licht op de biologische basis van leren.
Het bijenbrein heeft een volume van ongeveer één kubieke millimeter. Ondanks die beperkte omvang bevat het alle basismechanismen die nodig zijn om informatie te verwerken en ervaringen op te slaan. Onderzoekers wilden weten wat er op chemisch niveau gebeurt op het moment dat een bij iets nieuws leert. Daarvoor keken ze niet alleen naar gedrag, maar ook naar de signaalstoffen in het brein zelf.
Leren in het klein
Leren wordt vaak geassocieerd met grote, complexe hersenen. Maar ook in een uiterst compact zenuwstelsel moeten prikkels worden verwerkt, waarde worden toegekend en verbindingen worden aangepast. Onderzoekers van Virginia Tech en Arizona State University onderzochten daarom wat er in het brein van honingbijen gebeurt terwijl die een geur leren koppelen aan een suikerbeloning. Ze maten daarbij in levende dieren meerdere neurotransmitters tegelijk, met een tijdsresolutie van fracties van seconden.
Leren met een geur
Om leervermogen te testen gebruikten de onderzoekers een bekende methode. Een bij krijgt herhaaldelijk een geur aangeboden die kort daarna wordt gevolgd door een druppel suikerwater. Na enkele herhalingen leert het dier de geur te herkennen als voorspeller van voedsel. Zodra de geur opnieuw wordt aangeboden, steekt de bij haar tong uit. Dat gedrag geldt als teken dat de associatie is gevormd.
Opvallend is dat niet alle bijen even snel leren. Sommige dieren leggen de koppeling al na een paar herhalingen. Anderen hebben meer pogingen nodig; of vormen binnen de onderzochte periode helemaal geen associatie. Dat verschil is geen toeval. Uit de metingen bleek dat de balans tussen de neurotransmitters octopamine en tyramine kon voorspellen tot welke groep een bij zou behoren. Met andere woorden: nog voordat duidelijk werd hoe snel een dier leerde, gaf de chemische toestand van het brein daar al een aanwijzing voor.
Twee signaalstoffen in balans
De onderzoekers richtten zich op vier neurotransmitters die betrokken zijn bij zintuiglijke verwerking en leren. Vooral de balans tussen twee daarvan, het eerder genoemde octopamine en tyramine, bleek cruciaal. Octopamine wordt bij insecten vaak in verband gebracht met beloning en motivatie. Tyramine kan juist een tegengesteld effect hebben.
Bij snel lerende bijen was de respons van octopamine al vroeg sterk aanwezig bij de eerste blootstelling aan de geur, nog voordat er suiker werd aangeboden. Dat suggereert dat sommige bijen biochemisch al gevoeliger zijn voor het vormen van nieuwe associaties. De interne toestand van het brein lijkt dus mede te bepalen hoe ontvankelijk een dier is voor nieuwe informatie.
Andere gemeten neurotransmitters, zoals dopamine en serotonine, vertoonden dit specifieke patroon niet. Dat wijst erop dat juist de wisselwerking tussen octopamine en tyramine een centrale rol speelt in het afstellen van leergevoeligheid.
Wat zegt dit over grotere hersenen
Het bijenbrein is veel eenvoudiger dan de hersenen van mensen, maar de betrokken signaalsystemen zijn evolutionair gezien wel heel oud. Vergelijkbare chemische mechanismen spelen ook bij andere dieren een rol bij aandacht, motivatie en leerprocessen. Door zulke processen in een overzichtelijk zenuwstelsel te bestuderen, kunnen onderzoekers fundamentele principes blootleggen die in grotere hersenen moeilijker direct zichtbaar zijn.
Tegelijkertijd is het belangrijk om terughoudend te zijn. Een bij mist de uitgebreide netwerken die kenmerkend zijn voor zoogdieren. De resultaten laten de basismechanismen van leren zien, maar vormen geen directe blauwdruk voor menselijk gedrag. De vertaalslag naar mensen blijft daarom indirect.
Maar het onderzoek laat wel iets belangrijks zien: zelfs in een brein dat op een potloodpunt past, blijken verschillen in leervermogen terug te leiden naar subtiele chemische verschuivingen. Leren is daarmee geen exclusieve eigenschap van grote hersenen, maar een fundamenteel biologisch proces dat al zichtbaar wordt op het niveau van milliseconden en moleculen.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook ‘Bedelgedrag’ van bijenmannetjes niet aangeleerd, maar aangeboren en Bijen leren de kortste route te nemen tussen bloemen. Of lees dit artikel: Bijen nemen snellere en betere beslissingen dan mensen. Daar kunnen we nog veel van leren.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
