Nozizeption im Hühnerembryo

Süß, Stephanie Christina (2025): Nozizeption im Hühnerembryo: eine Bewegungsanalyse als Indikator für Nozizeption in ovo. Dissertation, LMU München: Tierärztliche Fakultät

Abstract

Das Verbot des Kükentötens in Deutschland führte zu einer Debatte über eine vergleichbare Gesetzgebung für Hühnerembryonen, welche nach in ovo Geschlechtsbestimmungsverfahren getötet würden. Der determinierende Faktor für den Zeitpunkt, ab dem ein entsprechender Schutz nötig wird, war die Fähigkeit der Embryonen zu Nozizeption und Schmerzwahrnehmung. Studien zeigten, dass beides vor dem 7. Bruttag ausgeschlossen, ab dem 14. Bruttag jedoch wahrscheinlich ist. Ein Gesetzentwurf verbot daraufhin das Töten von Hühnerembryonen nach Geschlechtsbestimmungverfahren ab Bruttag 7. Da die Datenlage unzureichend war, wurde ein dreiteiliges Forschungsvorhaben (Hämodynamische Parameter, Verhaltensparameter, EEG-Messungen) gestartet, um den Zeitraum, ab welchem Hühnerembryonen zu Nozizeption und Schmerzempfinden fähig sind, genauer einzugrenzen. Die vorliegende Studie untersuchte in einem exploratorischen Ansatz Hühnerembryonen an ED9 und ED12 bis ED18 daraufhin, ob und ab wann sie durch Verhaltensänderungen oder spezifischen Bewegungen nach einem noxischen Reiz Anzeichen für eine funktionierende Nozizeption zeigen. Hierfür wurden an der Schnabelbasis ein noxischer Stimulus und ein Kontrollstimulus in randomisierter Reihenfolge appliziert und Bewegungen vor und nach der Applikation anhand von Videoaufnahmen ausgewertet. Eine Software (DeepLabCut, markerless pose estimation) wurde trainiert, Körperteile der Embryonen zu erkennen und deren Bewegungen über den Verlauf der Videoaufnahme hinweg zu verfolgen. So wurden die Bewegungen von Schnabel, Kopf, Flügel und Bein überwacht. Die Bewegungen wurden hinsichtlich ihres Ausmaßes und auf geschlechtsspezifische Unterschiede hin ausgewertet. Die Art der Schnabelbewegungen wurde manuell bewertet. Zur Verifizierung der Auswertung wurden die Daten durch denselben und einen weiteren Beobachter erneut bewertet und die Übereinstimmung mittels Cohen’s Kappa geprüft. Veränderungen im Verhalten nach dem noxischen Stimulus am Schnabel traten bei Embryonen an ED15 bis ED18 in Form einer Zunahme der Schnabelöffnungen auf. Darüber hinaus nahmen an ED18 unmittelbar nach dem noxischen Reiz auch die Körperbewegungen zu. Geschlechtsspezifische Unterschiede zeigten sich gelegentlich, jedoch ohne erkennbares Muster. Die manuelle Differenzierung der Schnabelbewegungen ergab, dass Beak Opening und Wide Beak Opening (ab ED16 bzw. ED17) weitgehend spezifische Reaktionen auf den noxischen Reiz darstellen. Zusammenfassend ist der 15. Bruttag das früheste Stadium, an dem eine Reaktion auf den noxischen Stimulus beobachtet werden konnte, was auf eine funktionierende Nozizeption hindeuten könnte. Die kombinierten Ergebnisse aller Studienteile führten zu einer Anpassung des Gesetzentwurfs. An Bruttag 13 konnten physiologsiche Gehirnaktivitäten nachgewiesen werden. Basierend darauf lässt sich eine mögliche Wahrnehmung von Schmerz nicht mehr ausschließen. Seit 2024 ist daher das Töten von Hühnerembryonen nach in ovo Geschlechtsbestimmung ab dem 13. Bruttag untersagt.

Abstract

The ban on chick culling in Germany led to a debate about a comparable law for chicken embryos, which would be culled following in ovo sex determination procedures. The determining factor for the timing at which such protection becomes necessary was the ability of the embryos to perceive nociception and pain. Studies showed that both can be ruled out before day 7 of incubation but are likely from day 14 onwards. Consequently, a draft law was planned prohibiting the culling of chicken embryos after sex determination procedures from day 7 of incubation. Considering the lack of adequate data, a three-part research project (hemodynamic parameters, behavioral changes, EEG measurements) was initiated to more accurately determine the period in which chicken embryos develop the ability for nociception and pain perception. One part of the study used an exploratory approach by examining chicken embryos at ED9 and ED12 to ED18 to determine whether and when they show signs of functioning nociception in the form of behavioral changes or specific movements following a noxious stimulus. For this purpose, a noxious stimulus and a control stimulus were applied to the base of the beak in randomized order and movements before and after application were evaluated using video recordings. A software (DeepLabCut, markerless pose estimation) was trained to recognize body parts of the embryos and to track their movements throughout the video recording. Thus, the movements of the beak, head, wings, and legs were monitored. The movements were evaluated in terms of their extent and gender-specific differences. The type of beak movement was evaluated manually. To verify the evaluation, the data were re-evaluated by the same and another observer and the agreement was measured using Cohen’s Kappa. Behavioral changes following the noxious stimulus at the beak were observed in embryos at ED15 to ED18 manifesting as an increase in beak openings. In addition, on ED18, body movements also increased immediately after the noxious stimulus. Gender-specific differences were occasionally observed but showed no discernible pattern. The manual differentiation of the beak movements revealed that Beak Opening and Wide Beak Opening (from ED16 and ED17 respectively) are to a large extent specific responses to the noxious stimulus. In summary, the 15th day of incubation is the earliest stage at which a response to the noxious stimulus could be observed, suggesting functional nociception from this point. The combined results of all parts of the study led to an adjustment of the draft law. On day 13 of incubation, physiological brain activity could be detected. Based on this, the potential perception of pain can no longer be ruled out. Hence, since 2024, the killing of chicken embryos after in ovo sex determination has been prohibited from the 13th day of incubation.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: Gallus gallus domesticus, Nozizeption, Schmerz, Hühnerembryo, Bewegung
• Themengebiete: 500 Naturwissenschaften und Mathematik ; 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie)
• Fakultäten: Tierärztliche Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Deutsch
• Datum der mündlichen Prüfung: 8. Februar 2025
• 1. Bericht­erstatter:in: Potschka, Heidrun