Suchý zip nalepený okolo očí holuba dovoloval zakrývat žádné, jedno, nebo druhé oko. Spolu s baťůžkem s GPS zaznamenávajícím změnu trasy pokus dovolí zjistit, jak holubí mozek funguje a že ukládání dat a následná dostupnost informací, jsou asymetrické. Vjemy získané levým okem se stávají druhé partii mozku o něco dostupnější. Tím, že část těchto informací je k dispozici i druhé polovině mozku vede k tomu, že při letech s odkrytým pravým okem se holubům cesta domů hledá o něco lépe. (Kredit A. Martinho, et al., Proceedings B, 2015)

Mozek je instituce hmotná a nenasytná. Jakým je žroutem energie dává představu jeho „příkon“, který u nás lidí odhadli na 12 wattů. Mozek si bere celou pětinu veškeré vyprodukované energie a to dokonce přednostně. Těm, co si mozek a zásoby pro jeho činnost, nosíme na nohou, na tom tak moc nesejde. U ptáků ale slepý hodinář musel na hmotnosti šetřit, kde se jen dalo. Ubral na kostech a i  když ptáci  mají gen pro zuby, jejich růst zarazil. Peří už lehčí udělat nejde a tak došlo i na zažívací trakt. Ten už je tak krátký, až živiny využívá značně nedbale. Vylučovací soustava je také očesaná o ledvinovou pánvičku, močový měchýř i močovou trubici. Došlo i na mozek a jediné, na čem nešetřil, jsou oči. Poměr velikosti očí, k velikosti těla, je ze všech obratlovců u ptáků  největší. Někteří mají oči větší než mozek. Hmotnost ptačích očí představuje často více než třetinu celé hlavy a preparátoři říkají, že větší už by se jim do hlavy ani nevešly. Až budete mít někdy příležitost prohlížet si lebku pštrosa, povšimněte si, že oči mu odděluje jen velmi tenoučká přepážka a že jeho oko dosahuje velikosti oka největšího suchozemského obratlovce - slona.

Zatímco my dokáže rozlišit pouze asi 20 obrázků za sekundu, pročež vznikl biograf a později i to ostatní, pro ptáky je i zářivka utrpením a televizní obraz jim připadá jako podivná série jednotlivých stacionárních půl obrázků. Na iluzi plynulého pohybu jim nestačí ani nejvýkonnější počítačové monitory se zobrazovacími frekvencemi přes 100 Hz. Jejich oči totiž rozlišují až 150 obrázků za sekundu.

Ptačí oko ale není tak dokonalé pouze při vnímání rychlého pohybu. To naše předčí i co do registrace pohybů pomalých. Člověk při pohledu na hvězdy, měsíc či slunce, vnímá tyto objekty jako stacionární. Ptáci dokážou posoudit i jejich velmi pomalý posun. Čápi vidí i "pohyb" o "rychlosti" pouhých 15 úhlových stupňů za hodinu. Tato schopnost je důležitá zejména pro tažné ptáky. Kontrola pohybu těles po obloze,  je spolu s jejich vnitřními hodinami, dobré vybavení pro orientaci v prostoru. Netýká se jen navigace podle hvězd, ale i podle Slunce. Ptáci totiž vnímají polarizované světlo a atak ho vidí i na zcela zatažené obloze.

Sojka západní (Aphelocoma californica). Nejen, že si pamatuje tisíce svých skrýší rozesetých na ploše několika kilometrů čtverečních, ale i co do ní uložila a kdy to tam dala. (Kredit: Stan Shebs, Licence CC 3.0)

Jak jsou ptáci chytří?

Dá se na to odpovědět třeba i zkušenostmi s naší strakou obecnou. Bez problému skládá zkoušku sebeuvědomění. Ta se provádí tzv. zrcadlovým testem. Dítě, nebo zvíře, se nejprve nechá seznámit se zrcadlem. Pak se testuje, jestli pozná, že se dívá na sebe. Pozná se to snadno. Stačí připevnit na tělo nějakou nápadnou značku. Ale tak, aby na ni bylo vidět jen při pohledu do zrcadla. Tvora, který se v zrcadle nepozná, obraz „cizince“ se značkou nijak nevzruší.  Je mu zkrátka šuma fuk, že ten moula na druhé straně má na čele červené kolečko. Ti, co si uvědomují, že obraz v zrcadle je jejich, dojdou k závěru, že značka jim na tělo nepatří a zkoušejí se jí zbavit. Zrcadlový test zvládá jen malá část tvorů. Z obratlovců to jsme my,  lidoopi, pak delfíni, sloni. Také straky a vrány.

Mozek ptáků je ale jiný, než ten náš. Maximálně zkracuje dráhu vstupních drah do mozku a i podkorovou vrstvu má slabou. Výhodou je, že se signály nikde nezdržují a reakce jsou bleskové, což pak dovoluje korigovat let a chytit mouchu v letu. 
Jak ale díky trýznitelům delší dobu víme, mozek musí někdy odpočívat. Jak to tedy dělají ptáci, kteří letí několik dnů a nocí tisíce kilometrů, často bez potravy a s tak malými tukovými zásobami, které by mozku na jeho trvalý provoz ani nestačily? Náš hodinář si uvědomil, že při letu v noci, netřeba moc přemýšlet. Potmě se stejně nic k zobu sehnat nedá a je také zbytečné být ve střehu a sledovat, zda se po větvi neplíží predátor.

Při hledání cesty domů se řídí vizuálními záchytnými body a trasa záleží na tom, kterým okem na svět hledí. (Kredit: Emma Truswell )

Úsporný provoz mozek  nezná, neurony totiž neumí pracovat tak nějak „na půl plynu“. Zkusil tedy ptáky naučit vypínat jednu jejich celou hemisféru. Řešení „na půl hlavy“ je sice dobré, ale polovičaté se vším všudy. Musí se při tom nějak zajistit, aby systém byl schopen si vystačit s informacemi, kterými ho zásobuje jen půlka mozku. To pak vede k tomu, že část informací je nutné ukládat „vlevo“ a část „vpravo“ a to tak, aby i bez spolupráce obou mozkových půlek,  nevznikl malér. Takové řešení  ale přestane klást tlak  na nějaké moc velké vylepšování spolupráce obou hemisfér a to v některých směrech nutně dělá neplechu.

Nyní se teprve  dostáváme k tomu podstatnému. Když na něco koukáme jen jedním okem, neurony nám to dopraví do  jedné z hemisfér mozku. Ať už je uložená informace u nás uložena kdekoliv, je sdílena (využívána) přes spojku zvanou korpus callosum i druhou polovinou mozku. Ptáci ale tuto „propojku“ pro zrak nemají a tak vizuální informace z jednoho oka, není pak druhé hemisféře pro využití tak snadno k dispozici. Vědci si to ověřili u holubů, když na nichž zkoumali, čím se při svých cestách domů řídí.

Výzkumníci z Oxford University ve Velké Británii a univerzity v Pise při zkoumání, jak moc ptáci spoléhají na vizuální podněty, si vzali do parády tucet holubů. Nejprve je navykli létat ze čtyři kilometry vzdáleného místa. Při tom se ukázalo se, že ptáci jsou znační individualisté. Každý si volí svou vlastní trasu. Jednou naučenou cestu ale při dalších letech, úzkostlivě dodržují. Jen někde si na ní časem něco vylepšují. Tím vlastně prokázali, že učení u holubů je spojeno s ukládáním trasy do paměti a že to u nich hraje velkou roli.

Drozd malý (Catharus ustulatus). Jeho 35 gramů hravě překonává americký kontinent od Hondurasu po Aljašku. V době tahu prakticky nespí. Aby takovou zátěž vydržel, naučil se „vypínat“ polovinu mozku. (Foto: Matt Reinbold from Bismarck, ND, USA, Wikipedia)

Druhá část holubářských pokusů spočívala v tom, že stejnou trasu domů trénovali s ptáky, kterým od samého počátku jedno oko zakrývali. Ptáci hendikep jednostranného „oslepení“ nijak zvlášť těžce nenesli a cestu domů i s jedním okem zvládali bravurně. Až potud jsou výsledky pokusu banální a nezajímavé.

Antone Martinho, první autor publikace (University College, Oxford)

Podivné věci se začali dít až tehdy, když ptáky naučené létat trasu s jedním okem vyvezli na jim dobře známé místo a navyklým způsobem je pak vypustili se domů nažrat. Pokud je  nechali koukat tím druhým okem, než s jakým se cestu ptáci naučili, svou obvyklou a zažitou trasu nedodržovali. Bloudili, jakoby vše „naráz zapomněli“. Často volili trasu značně odlišnou.  Ptačí výlety s GPS baťůžky na zádech umožnily zjistit, že se ptáci při letu řídí naučenými vizuálními záchytnými body a také, že si v mozcích ukládají výrazné prvky v krajině. Často totiž letí podél toků řek, železnic, silnic, a to i když jim to trasu o něco prodlužuje. Vědci jsou přesvědčení, že to je důkaz, že to hlavní, co ptákům pomáhá v jejich orientaci, jsou právě vjemy vizuální. Když už tyto informace  mají v mozku uloženy, jejich využitelnost je podmíněna ještě něčím dalším.

Není oko jako oko
Vědci tentokrát zjistili ještě něco. Pokud svým traťovým matadorům, se zaběhanou trasou z dob, kdy se koukali oběma očima, zakryli pravé oko, holubům se cesta domů hledala mnohem hůře, než když jim zakryli to levé. Ti, které na svět nechali koukat pravým okem, se lépe „chytali“ své původní trasy a méně často měnili směr letu. Ti druzí měli letový koridor široký a cestou domů toho nalétali podstatně víc. Pravičáctví holubů vědci vysvětlují rozdílnou stavbou mozku.

U nás lidí to je největší struktura bílé hmoty v mozku. Představuje asi 200–250 milionů výběžkatých spojů, na nichž závisí efektivní spolupráce obou mozkových hemisfér. V rámci hmotnostních úspor, které se u ptáků bílé hmoty mozku výrazně dotkly, toto propojení, zvané odborně corpus callosum, chybí. (Kredit: Anatomography maintained by Life Science Databases -LSDB).

Jak u nás, tak i u ptáků, existuje něco, čemu se říká chiasma opticum – překřížení optických nervů. „Obraz ze sítnice levého oka je směrován do pravé části mozku a naopak. Tam se pak informace zpracuje a uloží. V našem mozku údaje z pravého i levého harddisku jsou volně k dispozici, ať už je zpracovává levá či pravá strana mozku. U ptáků je to o něco komplikovanější. Těm vzruch putuje stejnou cestou, ale později se jim lépe využívají informace získané levým okem, protože protože se jich část stane dostupných i pro levou část mozku. Zpracování takto zapsaných informací a jejich dávání do souvislosti s tím, co holub vidí jen druhým okem, je pak o poznání lepší.

Nám se tak neobvyklé využívání paměti, dost těžko chápe. Poněkud nám to nutně zavání  dojmem, že mohlo jít o něco „odhaleného“ na malém  souboru a že v tom nehezkou roli zahrála honba za senzací a z komára se udělal velbloud. Vyloučit přehánění samozřejmě zatím nejde, ale je zajímavé, že to zapadá do dřívějšího poznatku, pod nímž jsou podepsáni i výzkumníci z Německa. Tehdy to také vypadalo, jako „nepodařený vtip“, když publikovali, že se jim podařilo zjistit, že „holubi nacházejí cestu domů jen jednou z nosních dírek“.

O ptácích je známo, že až na mrchožrouty, mají čich špatný. Jak se zdá, u holubů to nejspíš neplatí a jejich hledání cesty domů se schopností vnímat odkud jaký pach vane, svou roli hraje. I tyto informace si ptáci dovedou ukládat do paměti a později s nimi pracují. Proto se vybavování uložených čichových map, nyní podobá práci s mapou zrakovou. Proto také záleželo na tom, kterou nosní dírku jim žvýkačkou zalepili. I tehdy se to nejspíš projevilo špatným čtením zapsaných dat v jedné hemisféře a jejich porovnáváním s tím, co registruje a vyhodnocuje ta druhá půlka. Bizarní zjištění, že holubi nacházejí cestu domů jednou z dírek, tak dostává hlavu a patu. Ukládání informací z čichových receptorů, jde totiž stejnou trasou a prochází stejným překřížením nervů, jako v případě zraku. Proto se při zakrytí jednoho oka, nebo nosní  dírky, stává z holuba do značné míry pomatenec. Tím totiž půlku hlavy mu od zpracování vjemů odstavíme.

Je zbytečné se i u vysoce inteligentního ptáka, za jakého je žako považován, snažit naučit ho, že okusovat andulkám drápky se nemá. I když za to dostane znovu a znovu a znovu. Poznatek se  mu v mozku uloží. Informace, že ukousnuté nožky ani zdaleka nechutnají špatně, také. Je-li zadrátovaná v opačné půlce  hlavy, pak už si obě věci spojit nedokáže a klidně to před vašima očima udělá zase a zase a zase. Dalším trestáním jen zú§sobíte, že z vás začne mít trvalý strach. (Kredit: osel.cz)

Na ptačí mozek byly během evoluce kladeny zcela jiné nároky, než na mozek savců. Jeho jisté výpadky jsou nejspíš daní za jeho úspornost. Velké nároky na tak malý aparát si vynutily řešení, které chvilkové „vypínání“ dovoluje, a kdy půlka hlavy musí být schopna nejnutnější funkce zajistit. Sice se to nepovedlo bez chyb, ale  třeba takovým drozdům (Catharus ustulatus) hnízdícím na severu Aljašky, to dovoluje se na zimu stěhovat do tepla v Jižní Americe. Dvakrát do roka zdolávat více jak šest tisíc kilometrů pětatřiceti gramovému tvorečku. Létá převážně v noci. Tehdy mu chladnější vzduch lépe okysličuje krev. Během dne, kdy neletí, si ale chudák také nezdřímne, musí být ve střehu, jinak by se stal snadnou kořistí a let nedokončil. Navzdory nevyspání si pak klidně ještě štráduje přes celý Mexický záliv a letí bez přestávky den a noc. Proto ptáčka zkoumali i jiní a stal se prvním, na němž se pomocí elektrod zavedených do mozku podařilo odhalit, že ptáci dovedou usnout na polovinu mozku a že spící půlka při tom zavírá i příslušné oko – kvůli překřížení nervů, to je vždy to na opačné straně hlavy.

Ptačí chvilky oddechu jsou ale jiné, než ty naše. Oni při tom dokážou vyřizovat běžnou agendu související s navigací. Jejich „půl-mozková“ metoda chrání mozek před přepracováním a snižuje jeho energetickou náročnost. Opeřenec pak zvládá něco z čeho by  se naše centrální nervová soustava zhroutila. I když toho ptačí mozečky dokážou v jistém směru více než ty naše, pracují jinak a to si milovníci opeřenců u svých miláčků často neuvědomují. Vyžadují od nich jednání a chování, které musel dizajnér hodně ošidit.

Literatura

Antone Martinho, Dora Biro, Tim Guilford, Anna Gagliardo, Alex Kacelnik.: „Asymmetric visual input and route recapitulation in homing pigeons“.  Proceedings of the Royal Society B  2015. DOI: 10.1098/rspb.2015.1957