Recommended Reading
Wetenschappers maken gedetailleerde kaart van dinosaurusbrein, Science, theguardian.com
Witmer Lab, Perspectives
Advanced Reading
Witmer and Ridgely, Anatomical Record: Description of T. Rex endocasts.
Assignment Introduction
Hoe intelligent waren dinosaurussen eigenlijk? Hoe kunnen we achter de intelligentie komen van een schepsel dat al miljoenen jaren uitgestorven is? Eén manier is door te kijken naar de structuur van zijn hersenen. Hoewel niemand ooit een dinosaurusbrein heeft gezien, kunnen wij proberen de structuur ervan af te leiden door iets te doen dat bekend staat als een schedel-endocast. Wat een endocast is, is in wezen een driedimensionaal model van de binnenruimte van de schedel, ook wel hersenkast genoemd. Dit is de ruimte waar de hersenen normaal gesproken zitten. Het leuke is dat we geen afgietsel hoeven te maken om de interne structuur van de hersenkast te bekijken. In feite kunnen we een CT-scan maken van de gefossiliseerde schedel en een computer gebruiken om de interne structuur van de schedel te modelleren. Zo kunnen we ons een vrij goed beeld vormen van hoe de hersenen van de dinosaurus eruit zouden hebben gezien. Kijk bijvoorbeeld eens naar de endocast van de hersenen van deze Tyrannosaurus Rex, uitgevoerd door het Witmer lab van de Ohio Universiteit. Komt het je bekend voor?
Eindcast van Tyrannosaurusbrein. Schaalstreep is 4 cm.
Bron: Witmer and Ridgely, 2009, The Anatomical Record
Hier ziet u dezelfde hersenen binnen de context van de hele schedel:
Ondanks dat T. Rex een enorme kop had, kunt u zien dat de hersenkast eigenlijk heel klein is in verhouding tot de grootte van de schedel. In feite bestaat een groot deel van de schedel uit de kaak en de sinussen. In de sinussen zit het reukepitheel, dat wordt gebruikt om geuren waar te nemen. Hieruit kunnen we afleiden dat de reukzin zeer belangrijk was voor deze dinosaurus. Hieruit kunnen we afleiden dat de olfactorische gebieden van de hersenen van de T. Rex ook relatief groot zouden zijn. Kijk eens naar deze animatie, die de schedel, de sinussen en de endocast (hersenen) laat zien:
Laten we eens teruggaan en de hersenen van dichtbij bekijken, herken je enkele hersengebieden? De grote structuren vooraan zijn de reukbollen (met het label ob) en vlakbij liggen de hersenhelften (cer). Andere structuren die we gewend zijn te zien, zoals het optische tectum of het cerebellum, zijn moeilijk af te leiden en waren waarschijnlijk klein. De gele takken onderaan zijn de hersenzenuwen die zintuiglijke informatie van de kop naar de hersenstam brengen en het rode kronkelende ding is het vestibulaire labyrint, dat het evenwichtsgevoel van de dinosaurus regelt. In totaal is de voorhersenen van de T. Rex ongeveer 2 inches breed en 4 inches lang. Niet erg groot! Wat kunnen we nog meer over dit brein zeggen? Hoewel het niet erg groot is in verhouding tot de hersenen van zoogdieren, is het tamelijk groot in verhouding tot de hersenen van andere dinosaurussen. Dit brein van de sauropode Ampelosaurus bijvoorbeeld is ongeveer zo groot als een walnoot (ter vergelijking afgebeeld). Dit is logisch omdat T-Rexen carnivoren waren en carnivoren de neiging hebben grotere hersenen te hebben die hen in staat stellen te jagen.
Als u zich herinnert, hebben we het onlangs gehad over het encefalisatie-quotiënt, een maat die de grootte van hersenen en lichaam vergelijkt en enigszins correleert met de intelligentie van een organisme. Deze EQ-maatstaf is problematisch voor reptielen, vogels en andere gewervelde dieren die geen zoogdieren zijn, omdat de verhouding tussen lichaamsgrootte en hersenen per soort sterk verschilt. Maar als we hiervoor corrigeren en het EQ van de T-Rex vergelijken met dat van een alligator, dan ligt het EQ van de T-Rex tussen 1 en 2, wat ongeveer twee keer zo veel is als dat van een grote alligator. Betekent dit dat Tyrannosaurus slimmer was dan een krokodil? Niet noodzakelijkerwijs, we kunnen hooguit zeggen dat ze in dezelfde buurt zitten.
Misschien is het nuttiger de functie-organisatie van dinosaurushersenen te vergelijken met die van krokodillen en vogels. In termen van evolutie evolueerden dinosauriërs na krokodillen en vervolgens evolueerden vogels uit dinosauriërs, zodat het logisch zou zijn dat een dinosauriërbrein zou lijken op een mix van een krokodillenbrein en een vogelbrein. In een recente studie hebben Erich Jarvis en zijn collega’s van de Duke University functionele kaarten gemaakt van de hersenen van vogels en de hersenen van krokodillen. Met behulp van speciale genetische etiketteringstechnieken konden zij functionele kaarten maken van de verschillende hersengebieden die betrokken zijn bij het verwerken van zintuiglijke informatie en bij het voortbrengen van vocalisaties (of geluiden). Om vervolgens de kaart van het dinosaurusbrein te verkrijgen, voegden de wetenschappers eenvoudigweg de hersenkaarten van alligators en vogels samen. Vervolgens namen ze deze kaart en plaatsten ze die op een endocast van de hersenen van de T-Rex.
Bron: Erich Jarvis, Chun-Chun Chen, Duke University
De kleine hersenen van de dinosaurus bevatten zes regio’s. Een daarvan, het mesopallium, is betrokken bij complex gedrag en verwerking. Dit is hetzelfde gebied dat betrokken is bij het leren en genereren van liedjes bij zangvogels, wat suggereert dat het technisch mogelijk is dat T-Rex dit gebied heeft gebruikt om te communiceren met andere leden van zijn soort. Door de verschillende hersengebieden te vergelijken bij dieren die minder en meer geëvolueerd zijn dan dinosauriërs, kunnen we een beetje beginnen af te leiden over hoe de hersenen van dinosauriërs werkten. Opmerkelijk is ook dat, ook al zijn dinosauriërs al honderden miljoenen jaren uitgestorven, we in hun hersenen nog structuren kunnen herkennen die levende dieren nog hebben. De basisorganisatie van het zenuwstelsel van de gewervelde dieren is miljoenen en miljoenen jaren behouden gebleven! Coole bron: Als je je verder wilt verdiepen in endocasts, vind je op deze pagina van het Witmer lab een heleboel interactieve 3D endocasts en filmpjes van allerlei soorten, levende en uitgestorven, van mensen, tot sabertandtijgers tot dinosaurussen.
Instructies:
Nu je hebt geleerd hoe je vergelijkende neuroanatomie kunt gebruiken om iets te leren over de hersenfunctie bij uitgestorven dieren, ga je nu je vaardigheden toepassen om de hersenfunctie bij fictieve wezens te bepalen! Voor deze opdracht maak je een blogpost waarin je de hersenanatomie en -organisatie beschrijft van elk schepsel dat je je maar kunt voorstellen.
1. Kies een fictief personage of verzin je eigen schepsel. Gebruik een tekenfilmfiguur, je favoriete Pokémon, of je favoriete filmmonster.
2. Denk na over de verschillende zintuiglijke vermogens die je schepsel heeft, en over de verschillende soorten gedrag die het moet vertonen. Ontwerp dan, op basis van wat je hebt geleerd over hersenanatomie en hersenorganisatie, het zenuwstelsel van dit schepsel. Denk na over welke delen van de hersenen het grootst zouden zijn, en welke het kleinst. Denk na over welke zintuiglijke organen je wezen zou hebben. En denk na over welke soorten hersenstructuur je nodig zou hebben om zijn gedrag te ondersteunen. Als ik bijvoorbeeld Bugs Bunny zou kiezen, zou zijn brein waarschijnlijk de vorm van een konijnenbrein hebben, behalve dat, omdat hij rechtop loopt, het ruggenmerg en de hersenstam in een rechte hoek ten opzichte van de voorhersenen zouden staan, zoals bij mensen, in plaats van recht naar achteren. Bepaalde gebieden van de voorhersenen die betrokken zijn bij het genereren van taal zouden veel groter zijn dan bij een gewoon konijn, evenals gebieden die betrokken zijn bij sociale kennis, zoals de prefrontale cortex. In tegenstelling tot een normaal konijn, zou Bugs Bunny’s brein ook een aanzienlijk grote representatie van zijn handen hebben in zijn somatosensorische en motorische cortex. Wees creatief! Voel je vrij om tekeningen, diagrammen of iets anders dat je ons wilt laten weten over je schepsel toe te voegen. Of schrijf gewoon een aantal beschrijvende paragrafen.
3. Als je project af is, klik je op de blog van je sectie in de navigatiekolom aan de linkerkant en upload je al je materiaal, inclusief foto’s en tekst, naar een nieuwe blogpost. Zorg ervoor dat u een afbeelding van uw schepsel toevoegt.