Otak burung terpapar: revolusi digital dalam penelitian intelijen unggas

Para peneliti telah mengembangkan metode untuk mempelajari otak burung dengan menciptakan endokast digital dari ruang tengkorak kosong di kerangka burung.

Dengan menggunakan teknik ini, mereka menemukan bahwa jaringan otak fisik sangat cocok dengan jejak digital ini, memungkinkan studi rinci ukuran dan struktur otak di 136 burung[{” attribute=”” tabindex=”0″ role=”link”>species.

Historical Bird Skulls Inform Modern Science

Understanding what birds ‘think’ while they fly is a challenge, but scientists from Australia and Canada are gaining fascinating new insights by studying the structure of their brains.

Evolutionary biologists from Flinders University in South Australia and neuroscience researchers from the University of Lethbridge in Canada have joined forces to develop a groundbreaking method for reconstructing the brain structures of both living and extinct birds. They achieve this by creating digital ‘endocasts’—3D models of the space inside a bird’s skull where the brain once resided.

Published in Biology Letters, the study—led by the ‘Bones and Diversity Lab’ at Flinders and the Iwaniuk Lab at the University of Lethbridge—reveals that even the dry skulls of long-dead birds can offer remarkable insights into brain structure. These include details about the size of key brain regions responsible for intelligence and coordination.

This discovery was made by comparing historical microscopic brain sections with digital endocasts, in what is the largest study of its kind, analyzing 136 bird species.

Technological Advances in Bird Brain Research

“This showed that the two correspond so closely that there is no need for the actual brain to estimate a bird’s brain proportions,” says the lead author, Flinders University PhD Aubrey Keirnan.

“While ‘bird brain’ is often used as an insult, the brains of birds are so large that they are practically a braincase with a beak. We decided to test if this also means that the brain’s imprint on the skull reflects the proportions of two crucial parts of the actual brain.”

Joined by researchers at the Department of Neuroscience at the University of Lethbridge in Alberta, Canada, the team scanned the skulls of 136 bird species for which they also had microscopic brain sections or literature data.

This allowed them to determine if the volume of two crucial brain parts, the forebrain, and the cerebellum, corresponds with the surface areas of the endocasts.

The extremely tight match between the ‘real’ and the ‘digital’ brain volumes surprised the researchers.

https://www.youtube.com/watch?v=IO5K66OBWEQ
Timelapse mahasiswa PhD Aubrey Keirnan memasang otak burung yang dipotong serial ke slide sehingga mereka dapat diukur dan dianalisis di bawah mikroskop di Lab Iwaniuk di Kanada. Kredit: Aubrey Keirnan

Masa Depan Neuroanatomi: Wawasan Digital tentang Spesies Petur

“Kami menggunakan mikrotomografi yang dihitung untuk memindai tengkorak burung. Ini memungkinkan kita untuk mengisi rongga otak secara digital untuk mendapatkan jejak otak, juga disebut 'endocast', ”kata rekan penulis senior profesor Vera Weisbecker, dari College of Science and Engineering Universitas Flinders.

“Korelasi hampir 1: 1, yang tidak kami harapkan. Tapi ini adalah berita yang sangat baik karena memungkinkan kita untuk mengumpulkan wawasan tentang neuroanatomi spesies yang sulit dipahami, langka, dan bahkan punah tanpa pernah melihat otak mereka. ”

Associate Professor Vera Weisbecker mengatakan bahwa teknologi digital canggih menyediakan akses yang terus meningkat ke beberapa teka-teki tertua dalam keanekaragaman hewan.

“Hal yang hebat tentang endocast digital adalah mereka tidak merusak. Di masa lalu, orang perlu menuangkan lateks cair ke dalam casing otak, menunggu untuk mengaturnya, dan kemudian memecahkan tengkorak untuk mendapatkan endocast.

“Menggunakan pemindaian non-destruktif tidak hanya memungkinkan kita untuk membuat endocast dari burung yang paling langka, tetapi juga menghasilkan file digital tengkorak dan endocast yang dapat dibagikan dengan para ilmuwan dan publik.”

Dengan latar belakang yang luas dalam penelitian otak burung, Profesor Universitas Lethbridge Andrew Iwaniuk, yang ikut memimpin penelitian ini dengan Associate Professor Weisbecker, mengatakan dia tidak mengharapkan korelasi yang jelas antara jaringan otak dan endokast.

“Sementara sebagian besar telencephalon (bagian luar otak depan) terlihat dari permukaan luar, sebagian besar otak kecil dikaburkan oleh wilayah ini. Selain itu, otak kecil unggas memiliki 'lipatan' yang sering terhambat oleh kapal darah besar yang disebut sinus oksipital, ”kata Profesor Iwaniuk.

“Mengingat bahwa tingkat ketidakjelasan dapat bervariasi antar spesies, saya tidak mengharapkan korelasi yang kuat antara luas permukaan endokast dan volume otak di semua spesies.”

Profesor Iwaniuk menambahkan bahwa penelitian ini memberikan dukungan untuk penelitian yang ada oleh para ilmuwan lain – termasuk untuk burung modern yang terancam punah atau bahkan mungkin spesies punah.

Namun, tim mengatakan bahwa masih harus dilihat seberapa baik data dapat diterapkan pada dinosaurus, yang merupakan kerabat terdekat burung -burung yang punah.

“Misalnya, buaya adalah kerabat burung yang paling dekat, tetapi otak mereka tidak terlihat seperti burung – dan otak mereka tidak cukup mengisi otak untuk menjadi informatif,” tambah Ms. Keirnan.

Referensi: “Volume telencephalon dan otak kecil dapat diperkirakan secara akurat dari endokast otak digital” oleh Aubrey R. Keirnan, Felipe Cunha, Sara Citron, Gavin Prideaux, Andrew N. Iwaniuk dan Vera Weisbecker, 1 Januari 2025, Surat biologi.
Doi: 10.1098/rsbl.2024.0596