Der Exzellenzcluster "Das Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour" wurde 2019 gegründet. In gemeinsamen Projekten arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedenster Disziplinen eng zusammen, um mehr über kollektive Phänomene herauszufinden. An einem Projekt sind fünf Principal Investigators aus ganz unterschiedlichen Fachrichtungen beteiligt: Neurologie, Psychologie, Immunologie, Verhaltensökologie und Evolutionsbiologie. Zusammen wollen sie aus dem Blickwinkel der Stressforschung neue Erkenntnisse über kollektives Verhalten gewinnen. Jedes der Projektteam-Mitglieder erzählt von seinen persönliche Erfahrungen in der Zusammenarbeit: Von der Initialzündung, den Herausforderungen auf neuem Terrain und den Entscheidungen, die auf dem manchmal etwas holprigem Weg zu interdisziplinärer Wissenschaft getroffen werden.
 

JENS PRUESSNER

» Ich erforsche, was Stress im Gehirn des Menschen auslöst.«

Für mich fing alles damit an, dass Ulrik Brandes, von dem damals die Initiative ausging, mir vorschlug, an dem Thema Kollektivverhalten zu arbeiten. Die Idee faszinierte mich: Ich hatte bis dahin noch nicht mit Kollektiven, sondern nur mit Individuen gearbeitet, sah aber die Möglichkeiten, die die Betrachtung von Systemen bot. Bei meinen bisherigen Forschungsarbeiten mit Menschen war mir bereits wiederholt der Kommunikationsaustausch ,zwischen Systemen aufgefallen, so zum Beispiel die Wechselwirkung zwischen Cortisol-Stresssystem und vegetativem Nervensystem. Für mich gab es gute Gründe, diese Systeme – und somit übertragen auch auf Gruppen von Menschen – nicht isoliert zu erforschen, weil dies nicht wirklich dem entspricht, was in der Realität passiert.

Wie Stress Kollektive beeinflusst, war für mich ein äußerst spannender und auch zu wenig erforschter Bereich, zumindest auf den Gebieten der Psychologie und der Humanstudien. Bei wöchentlichen Treffen bildete sich eine Gruppe, die sich für das Thema Stress interessierte. Wir forschten alle an ganz unterschiedlichen Spezies – Menschen, Mäuse, Vögel oder Fische. Es faszinierte mich, dass es bei diesen verschiedenen Arten gemeinsame Effekte von Stress und sozialem Zusammenleben gibt.

Für mich gab es ein paar Schlüsselmomente, als mir das einzigartige Potenzial bewusst wurde, das verschiedene Spezies bieten. In anfänglichen Gesprächen mit Alex Jordan überlegten wir, ob meine Messungen am vegetativen Nervensystem des Menschen, zum Beispiel der Herzfrequenz, auf Fische übertragbar wären. Er erzählte mir von einigen Fischarten, die durchsichtig sind und bei denen man das Herz schlagen sehen kann. Er entwickelte ein maschinelles Lernsystem, das die Herzfrequenz automatisch erfassen und messen kann, und zwar direkt auf der Grundlage von Videoaufnahmen von freilebenden Fischen, ohne dass man die Tiere irgendwie manipulieren musste.

Ich fand diese Methode fantastisch, da sie uns vergleichbare Experimente zur Messung der Herzfrequenz bei Menschen und Fischen ermöglichen würde. Später besuchte ich Damien Farine am Max-Planck-Institut damals noch in Radolfzell, wo er an Zebrafinken forscht. Er zeigte mir das Video einer Vogelgruppe, in der die Tiere miteinander interagieren. Das System konnte jeden Vogel automatisch anhand eines am Rücken des Tieres angebrachten „Code-Rucksacks“ identifizieren. Das war ein genialer Weg, Individuen in einer Gruppe zu verfolgen, und wir überlegten, wie wir zusätzlich physiologische Daten gewinnen könnten, so dass wir auf einen Blick die Interaktion der Vögel und die physiologischen Veränderungen in Echtzeit beobachten würden. Marcus Groettrups und Petra Wirtz‘ ergänzende Expertise im Bereich Stress und Immunsystem leistete einen weiteren wertvollen Beitrag für die Kollektivforschung und machte unser Team komplett. Anfangs kamen wir in den Treffen, in denen wir unser Projekt planen wollten, nur langsam voran.

In den Diskussionen spielten wir uns Ideen zu, ohne eine klare Vorstellung zu haben, wie wir am besten vorgehen sollten. Bei diesen ersten Treffen war meiner Meinung nach die größte Hürde für ein Weiterkommen, dass der Bereich völliges Neuland war. Aus der Humanforschung gab es wenig Hinweise, wo wir ansetzen könnten oder auf das wir unsere Experimente aufbauen konnten. Anfangs kam als Schwierigkeit hinzu, dass wir alle verschiedene Forschungsmethoden verwenden, da wir aus verschiedenen Fachgebieten kamen. Schließlich einigten wir uns auf das Hauptthema, Stressauswirkungen über verschiedene Spezies hinweg zu beobachten, und wie wir bei jeder der Arten vorgehen wollten. Das Ziel waren immer Experimente, die gleichzeitig auf verschiedene Systeme übertragbar sind.

Das machte die ganze Sache noch komplexer, schaffte aber auch die Möglichkeit für echte Innovation. Letztendlich ist das alles eine Sache der allgemeinen Einstellung. Mir gefällt insbesondere der Teamgeist, dass nichts unmöglich ist und dass man sich nur Wege überlegen muss, um eine Fragestellung bearbeiten zu können. In unserem Fall galt es, die bestmögliche Beobachtungsmöglichkeiten und Experimente zu finden, so dass das Projekt für alle funktionierte.

 

PETRA WIRTZ

» Ich erforsche die Psychobiologie von Stress und Stressprotektion bei Menschen.«

Kollektivverhalten war zuvor nicht Bestandteil meiner Forschung. Ähnlich wie bei Jens Prüssner ging es bei mir um Stressforschung, aber immer bezogen auf Individuen. Wir hatten Kollektive lediglich genutzt, um bei Individuen Stress zu erzeugen, aber nur sehr wenige Forschende hatten bislang den Prozess  andersherum angeschaut. Als Jens mit der Idee kam zu erforschen, wie Stress sich von einer Person auf die ganze Gruppe überträgt, fand ich das sehr vielversprechend.

Das größte Problem bislang ist, ein passendes experimentelles Setting zu entwickeln. Wir haben sehr lange gebraucht, um erste Ideen zu generieren. Mein Eindruck ist, dass unsere Perspektive sich erst erweitern musste und weiterhin muss ... Es ist Neuland. Ein wesentliches Problem ist die Machbarkeit. Um Immunparameter analysieren zu können, benötigen wir üblicherweise Blutproben. Das ist bereits bei Individuen arbeits- und personalintensiv, gleichzeitig erfolgende, wiederholte Blutabnahmen bei einem Kollektiv sind sehr schwierig.

Mir wurde klar, dass wir mit kleinen Schritten anfangen müssen. Momentan konzentrieren wir uns auf Parameter, die man aus einfacher zu bekommenden Speichelproben bestimmen kann. In dieser frühen Phase ist unser Ziel, ein geeignetes experimentelles Paradigma zu etablieren und seine Wirksamkeit sicherzustellen. Wir sind ziemlich sicher, dass Stress sich in Kollektiven ausbreitet, aber das müssen wir erst einmal nachweisen, bevor wir die Erforschung zugrundeliegender Mechanismen angehen können.

 

MARCUS GOETTRUP

» Ich erforsche die Auswirkungen von Stress auf die Immunreaktion bei Mäusen.«

Vor sieben Jahren begann ich ein Projekt mit Flüchtlingen, zusammen mit den Psychologie-Arbeitsgruppen von Thomas Elbert und Brigitte Rockstroh, um die Auswirkungen von traumatischem Stress besser zu verstehen, auch hinsichtlich des Einflusses auf das Immunsystem. Wir machten einige faszinierende Entdeckungen, und meine Laborgruppe übertrug dies auf Mäuse. So konnten wir Experimente zur Auswirkungen von Stress auf die Immunfunktion durchführen. Als der Collective Behaviour-Antrag
geschrieben wurde, kam eine brandneue Frage in diesem Forschungsgebiet auf: Wir wissen, dass sich die Immunfunktion bei einer gestressten Maus ändert, aber trifft das auch auf Individuen zu, die mit einer gestressten Maus zusammenleben? Das ist ein ganz neues Feld für uns.

Wir können nicht einfach unsere ganz normale Laborarbeit machen und die üblichen Parameter messen, denn jetzt wollen wir die  Auswirkungen von Stress auf das Verhalten untersuchen. Deshalb brauchen wir für die Beobachtung der Mäuse eine naturnahe Umgebung. Da müssen wir von anderen Gruppen lernen. Wir haben Kontakt zu Laboren an der Universität von Jerusalem und dem Max-Planck-Institut für Psychiatrie in München, wo Experten in der Gestaltung von naturnahen Lebensräumen für Mäuse arbeiten.

Wir müssen sogar unsere normalen Stressprotokolle anpassen, da diese Frage so noch nie vorher gestellt wurde. Wir hatten viele bereichernde Gespräche mit den Prüssner- und Wirtz-Arbeitsgruppen, in denen wir uns gegenseitig fragten: Was würdet ihr machen? Wie würdet ihr vorgehen? Die Perspektive aus einem anderen System war hochinteressant, und das veränderte die Planung einiger unserer Experimente. Weil wir so etwas vorher noch nie gemacht haben, lernen wir davon, wie man beim menschlichen System vorgeht.

 

DAMIEN FARINE

» Ich interessiere mich dafür, wie soziales Leben die Gesetze der Ökologie und Evolution verändert.«

Ich hatte mich mit den Folgen von Stress in den ersten Lebensjahren auf das soziale Verhalten und auf Entscheidungen beschäftigt. Wie stark die Auswirkungen darauf sind, wie die Tiere später in ihrem Leben Entscheidungen treffen, hat mich sehr überrascht. Dadurch wurde mir auch klar, wie grundlegend das Stresssystem für die Verhaltensvermittlung ist, und zwar nicht nur langfristig, sondern auch kurzfristig. Wenn das so ist, dann besteht auch die Möglichkeit, dass es als Informationssystem fungiert: Wenn ein Individuum gestresst ist, wissen andere aus der Gruppe, dass das gestresste Individuum Informationen über die Umgebung haben könnte, die sie selbst nicht haben.

Die Auswirkungen der Stressübertragung in Kollektiven sind erheblich. Immer wenn ich mit Kolleginnen und Kollegen aus anderen Fachgebieten arbeite, besteht die erste Herausforderung, die es zu meistern gilt, in der Terminologie und Sprache. Sie kennen sich mit Aspekten der Stressphysiologie aus, von deren Existenz ich nicht,mal wusste; dafür haben sie allerdings viele Verhaltensprozesse, auf die ich mehr spezialisiert bin, nie einberechnet. Deshalb dauerte es eine Weile, bis wir einander besser – und weniger in unserer Fachsprache – erklärt hatten, was jeder von uns machte. Ich bin kein Physiologie-Experte, deshalb eröffnet mir die Zusammenarbeit mit den anderen Teammitgliedern die Möglichkeit, aufregende Fragen zu erforschen, die an mein Wissensgebiet angrenzen, und auch meine Erkenntnisse zu Fragen beizutragen, die die Physiologie-Experten vielleicht nicht berücksichtigt haben.

Zusammenarbeit bietet auch reichlich Raum für neue Entdeckungen und Ideen. Ich finde es immer sehr aufschlussreich, mich mit Kollegen aus anderen Fachgebieten zu unterhalten und Parallelen sowie ganz unterschiedliche Perspektiven zum selben Problem zu entdecken. Der Einsatz verschiedener Modelle ermöglicht es uns zu erforschen, ob es allgemeine Muster über alle Arten hinweg gibt oder ob manche Reaktionen spezifisch für eine bestimmte Spezies sind. Generell scheint das Stresssystem bei allen Tierarten vorhanden zu sein und somit als allgemeiner Mechanismus zur Übertragung von Informationen über die Umwelt zu dienen, ohne dass aktive kognitive Fähigkeiten nötig wären.

 

ALEX JORDAN

» Ich erforsche die Evolution des Sozialverhaltens von Tieren in ihrer natürlichen Umgebung«

Meine ersten Gespräche mit Jens Prüssner stellten sich als ein wunderbares Erprobungsgebiet für Ideen heraus, die im Kontext der artenübergreifenden Forschung funktionieren könnten. Es wurde aber auch deutlich, wie weit wir bei den Fischsystemen zurücklagen, wenn es um die Messung von Stress ging. Natürlich wussten wir, was wir experimentell machen konnten, da wir Fische in alle möglichen sozialen Kontexte im Labor und in der Natur setzen können, aber wir hatten nur wenige Techniken, um zum Beispiel die Herzfrequenz oder die Atmung zu messen. Die Hauptprobleme waren die Größe der Tiere und die Fernübertragung im Wasser.

Nach einigen sehr ergiebigen Gesprächen mit Jens über sein Fachwissen zur Echt-Zeit-Messung von autonomen Systemen bei seinen Humanstudien, ging ich die Herausforderungen an, das Ganze auch bei Fischen umzusetzen. So entstand die Idee, zusammen mit Bastian Goldlückes Computer Vision Lab für die Entwicklung eines Gerätes, das automatisch und nicht-invasiv die Herzfrequenz bei Fischen misst. Es ist faszinierend, dass wir die sehr ehrgeizige Idee, unsere verschiedenen Stärken zu kombinieren, nun in die Praxis umsetzen und die Messungen zusammen durchführen. Ich denke, das ist ein gelungenes Beispiel dafür, wie die Zusammenarbeit mit Forschenden aus anderen Gebieten einen weiterbringen kann. Es gibt jetzt eine Forschungslinie in meiner Gruppe, die ich ohne dieses Zusammenwirken niemals verfolgt hätte.

Mittlerweile arbeiten sogar Psychologiestudierende auf unserer Meeresfeldstation auf Korsika mit uns zusammen, tragen ihre Ideen bei und untersuchen unter Wasser, was in einem nicht-menschlichen System erreicht werden kann. Das Schwierigste bei der interdisziplinären Zusammenarbeit ist, dass man oft aneinander vorbeiredet und es Anstrengung erfordert, Entsprechungen in der eigenen Forschung zu finden. Aber genau diese Entsprechungen über verschiedene Systeme hinweg zu finden, ist das Entscheidende. Einen Prozess in nur einem System zu verstehen, gibt ein verzerrtes Bild von dem gesamten Prozess. Wenn wir verstehen wollen, wie sich Stress in einem Kollektiv ausbreitet, dann müssen wir Kollektive untersuchen, die die Vielfalt des Lebens repräsentieren.

 

BERNADETTE DENK

Doktorandin, Arbeitsgruppe Klinische Neuropsychologie (bei Jens Prüssner)

Andere Systeme und Spezies kennenzulernen, hat mir unheimlich viel gebracht. Durch meinen Aufenthalt auf der Marinestation auf Korsika und den Austausch mit den Tierforschenden dort habe ich neue Perspektiven auf wichtige Fragen gewonnen, wie zum Beispiel „Was erzeugt Stress?“. Das kommt nämlich ganz darauf an, zu welcher Spezies man gehört. 

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Ich denke, genau diese neue Perspektive macht das Projekt so vielversprechend: Wir benutzen unübliche und noch nicht untersuchte Ansätze. Wenn wir konkrete Forschungsfragen operationalisieren wollen, müssen wir uns mit grundlegenden Fragen auseinandersetzen, beispielsweise zu den Unterschieden zwischen Menschen und anderen Tieren. Wir wissen nicht genau, wohin uns dieser Prozess führt, aber oft erweist sich ja das unerwartete Ergebnis als das fruchtbarste.

 

LISA-MARIE WALTHER

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Doktorandin, Arbeitsgruppe Biologische Arbeits- und Gesundheitspsychologie (bei Petra Wirtz)

Ich habe meine Bachelorarbeit über Stress und die individuelle Einstellung gegenüber Stress geschrieben und möchte nun gern erforschen, welche Rolle das soziale Umfeld für unser Stressleben spielt.
Jeder kennt das Gefühl, in einer Gruppe zu sein, in der jemand gestresst ist, und dass dieser Stress sich dann auf einen selbst überträgt. Die Promotion ist immer eine große Lernerfahrung, aber in diesem Projekt ist die Lernerfahrung noch um ein Vielfaches größer. Durch die interdisziplinäre Arbeit gibt es viele verschiedene Sichtweisen und Ideen, und so haben wir die Möglichkeit, interessante Versuchsanordnungen
zu entwickeln und großartige Forschung zu betreiben.

 

DENNIS HORVATH

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Doktorand, Arbeitsgruppe Immunologie (bei Marcus Groettrup)

Im Bereich Immunologie arbeiten wir viel mit Mäusen als Modellorganismus, denn sie sind Menschen in vielem sehr ähnlich. Ähnlich ist jedoch nicht gleich, und bei Mäusen gemachte Beobachtungen können manchmal nicht auf Menschen übertragen werden. Das Stressprojekt gibt uns nun die Möglichkeit, die vier Organismen Menschen, Vögel, Mäuse und Fische direkt miteinander zu vergleichen und mit dem Know-how unserer verschiedenen Forschungsbereiche ein System zu entwickeln, mit dem wir die Ähnlichkeiten,
aber auch die Unterschiede der Auswirkungen von Stress auf die Organismen und das Kollektiv untersuchen können, was wir sonst vielleicht nicht berücksichtigt hätten. Das wird uns hoffentlich einen
umfassenderen Blick auf das Phänomen Stress ermöglichen. Ich denke, es ist den Aufwand auf jeden Fall wert.

 

HANJA BRANDL

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Postdoc, Verhaltensökologie (bei Damien Farine)

Bei den Zebrafinken können wir sehr gut Kollektivverhalten und Interaktionen beobachten. Aber  Stressphysiologie in größeren Gruppen von Individuen zu untersuchen ist auch eine Herausforderung.
Man muss viel brainstormen und Literatur wälzen, um ein Modell für Vögel zu entwickeln. Ja, es ist herausfordernd, aber es ist zugleich auch eine riesige Chance, neue Prozesse zu entdecken. Ich bin begeistert, an dieser Frage mitarbeiten zu können, denn ich glaube, dass das, woran wir hier forschen, ein
sehr wichtiger und dynamischer Prozess in sozialen Arten ist. Durch die Möglichkeit, unsere Ergebnisse über verschiedene Systeme hinweg zu vergleichen, wollen wir versuchen zu zeigen, dass es einen
allgemeingültigen Mechanismus gibt, der nicht nur für diese oder jene einzelnen Arten relevant ist.