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LabView

Vielleicht am Anfang eine kleine Geschichte:

Nach der Wende 1991 entstand in einem traditionellen Forschungsinstitut, das vormals auf die Technologie der Tierhaltung ausgerichtet war, ein neues Institut, das jetzt die Biologie landwirtschaftlicher Nutztiere untersuchen wollte. Das war hiermit auch ein Wendepunkt, weg von der angewandten Forschung hin zur biologischen Grundlagenforschung. In diesem Institut wurde ein neuer Forschungsbereich gegründet, den es vorher nicht gab, der Bereich Verhaltensphysiologie. Das war eine große Herausforderung für uns. Rückten jetzt doch die Fragen von Tiergerechtheit und Wohlbefinden landwirtschaftlicher Nutztiere in den Vordergrund, wo es vormals nur um die Erhöhung der Leistung der Tiere ging. Wir konnten sehr schnell nachweisen, dass die Leistungssteigerungen in Zucht und Produktion mit erheblichen Leiden der Tiere verbunden sind. Von Anfang an war unser Forschungsbereich multidisziplinär aufgestellt. Wir waren zwar nur wenige, aber wir konnten die Bereiche Physiologie, Endokrinologie, Immunologie und Verhaltensforschung abdecken. Nun fragt man sich sicherlich was ein Dr.-Ing. für Technische Kybernetik und Automatisierungstechnik in diesem Kollektiv zu suchen hat. In den Richtlinien für die Gründung unseres Instituts gab es einen Punkt und der hieß Biokommunikation. Er war eigentlich gedacht als Ansatz für den biokommunikativen Informationsaustausch über Pheromone. Pheromone sind Geruchsstoffe, die von Individuen produziert werden, um anderen Lebewesen Informationen über Befindlichkeit und Zustand mitzuteilen. Diese Untersuchung der Biokommunikation war für uns zum Scheitern verurteilt. Man denke nur an die vielen Gerüche, die Schweine und Rinder produzieren. Man hätte diese eliminieren müssen und sie dann noch einzelnen Verhaltenssituationen zuordnen müssen. Das ist fast unmöglich bei landwirtschaftlichen Nutztieren. Vielleicht war dieser Ansatz ein Versuch unser Konzept zum Scheitern zu bringen. Wir haben diesen Punkt dann erfolgreich abwandeln können in Biokommunikation, die auf akustischer Lautgebung beruht.

Und da konnte ich dann einspringen. Für mich war das damals ein komplett neues Aufgabenfeld und eine große Herausforderung. Hier ging es um Signalanalyse auf höchstem Niveau. Mein Vorteil war, dass hatte ich alles schon mal beim Studium. Ich musste mich dann für ein Lautanalysesystem als Tool für die Analyse der akustischen Signale entscheiden. Das war schwer. Es gab einige Anbieter, die mir aber nicht flexibel genug erschienen. Mit Hilfe einer innovativen Firma, die sich nach 1990 selbständig aus dem Institut ausgegliedert hatte, fand ich dann LabView von National Instruments. Diese Software war eigentlich von der Idee her eine Anwendung zur Steuerung von technischen Prozessen, hatte aber schon damals viele Möglichkeiten zur Signalanalyse und war innovativ, was sich an regelmäßigen Aktualisierungen zeigte. Wir haben uns dann für diese Software entschieden. Und das war eine gute Entscheidung. Ich kann mich noch an den späten Abend erinnern, es war schon 04:00 morgens in der Früh und es war vor Weihnachten, wir hatten bis dahin im Innovationszentrum in Rostock mit LabView geprobt und es gelang uns die erste akustische Analyse. Wir waren so hungrig und unterzuckert, dass wir uns auf dem Boden vor Freude gewälzt haben. Hier begann die Erfolgsgeschichte der Anwendung von LabView in der bioakustischen Analyse von Lauten landwirtschaftlicher Nutztiere.

LabView – eine revolutionäre Programmieroberfläche

Bevor ich auf LabView gestoßen bin, habe ich einige Erfahrungen mit anderen Programmiersprachen gemacht, Assemblerprogrammierung auf verschie-denen Systemen, zuletzt Z80, PL I, Pascal und C. Und dann entdeckte ich LabView. LabView ist eine grafische Programmieroberfläche. Das Programm, ein Virtuelles Instrument (VI), besteht aus einem Bedienpanel und einem Blockdiagramm. Im Blockdiagramm werden die einzelnen Funktionsmodule miteinander verknüpft, das heißt es werden Leitungen zwischen den Ausgängen und Eingängen der Module angelegt. Über die Verbindungen werden Daten übertragen. Datentypen sind alle Formate, die in höheren Programmiersprachen üblich sind (Boolean, Interger, String, Real …). Es können aber auch Arrays und andere Strukturen mit diesen Datentypen weitergegeben werden. Eine genaue Beschreibung des Syntax dieser Sprache kann hier nicht gegeben werden. Das würde zu weit führen und es gibt ausführliche Literatur dazu.

Ich möchte nur auf den folgenden 2 Abbildungen, die Struktur von Bedienpanel und Blockdiagramm zeigen:

Hier sehen wir das Bedienpanel von dem Programm „TRISCHA_PlayCut_AudioVideo.vi“. Die Arbeit dieses VI’s wird unter dem Menüpunkt „TRITTSCHA“ demonstriert.

Hier nun das Blockdiagramm zu dem obigen Bedienpanel. Es zeigt nur einen Teil des Programms. Es gibt „hidden structures“, die uns hier verborgen bleiben. Es kommen verschiedene Strukturen zum Einsatz: Sequenzen (hintereinander Abfolge von Programmteilen, DO- WHILE Schleifen, IF- THEN Bedingungen und Sub VI’s (Unterprogramme), deren einzelne Struktur wir hier nicht sehen. (Es empfiehlt sich, die Abbildung mit einem Klick darauf zu vergrößern).

Man sieht hier deutlich, dass es notwendig ist für solche komplexen Programme die Programmierung zu strukturieren und gut zu dokumentieren. Mit der Strukturierung, das habe ich wohl ganz gut hinbekommen, mit der Dokumentation teile ich das Elend vieler Programmierer. Man nimmt sich das immer vor, aber es lenken immer neue Aufgaben von diesem Vorhaben ab. Der Vorteil von LabView ist hier auch, dass sich die Programme selbst dokumentieren. Man kann im Bedienpanel Aktionen ausführen und den Datentransfer im Blockdiagramm nachverfolgen. Außerdem verfügt LabView über zahlreiche Debugg-Funktionen, die eine Fehlersuche im Programm vereinfachen. LabView bedeutete für mich ein Tool, mit dem ich komplizierte Algorithmen schnell entwickeln und einsatzbereit machen konnte. Ein Umstand, der sich in der Lautanalyse und experimentellen Versuchsdurchführung als sehr vorteilhaft erwiesen hat.

Unser Forschungsbereich erfuhr zunächst national und auch international wenig Anerkennung. „Newcomer“ wurden hinsichtlich der Konkurrenz klein gehalten. 1994 übernahm ein neuer Leiter unseren Bereich. Er konnte die Forschung auf dem Gebiet der Neurologie bereichern. Im Jahre 2002 erreichten wir einen ersten großen Erfolg, wir erhielten den Schweisfurth-Forschungspreis, der von der IGN (Internationale Gesellschaft für Nutztierforschung) jährlich vergeben wurde. Der Preis wurde vergeben für eine Studie zur „Nichtinvasiven Beurteilung emotionaler Stressbelastung von Nutztieren mittels Vokalisationserkennung durch ein künstliches neuronales Netzwerk“. Wir stießen bei der IGN, die ihre große Jahrestagung jährlich in Freiburg abhält, bis dahin auf Ignoranz. Danach wurde es anders. Heute bestreiten wir einen großen Teil der Vorträge in Freiburg. Wir haben seitdem weitere Gewinner des Forschungspreises gestellt. Mitglieder des Bereiches sind im Vorstand der IGN aktiv. Auch international wuchs das Interesse an unserer kleinen Forschergruppe ständig.

Am 15.06.2001 reichten wir ein Patent zum Verfahren STREMODO (Stress Monitoring and Dokumentation System) ein. Ein Verfahren zur Stresslautklassifikation beim Schwein, das auf oben genannter Studie beruhte. Der Algorithmus dieses Verfahrens wurde mit LabView erstellt. Ein landwirtschaftlicher Ausrüster übernahm die Lizenz für die Nutzung des Patents. Es folgten weitere Anwendungen und Patente, die mit Hilfe von LabViev entstanden sind.

Einige Beispiele möchte ich auf den nebenstehenden Seiten noch einmal demonstrativ aufarbeiten. Alle hier dargestellten Projekte wurden von mir gemeinsam mit Kollegen während meiner aktiven Berufszeit am Leibniz-Institut für Nutztierbiologie (FBN, heute Forschungsinstitut für Nutztier-biologie) in Dummerstorf bearbeitet. Die dargestellten Ergebnisse sind publiziert und der Öffentlichkeit zugänglich. Auf die Quellen wird am Ende der Beiträge verwiesen.

Der Sinn des Lebens:

Im Alter fragt man sich oft, was habe ich eigentlich aus meinem Leben gemacht? Was bleibt? Ich glaube viel nicht, und für einen persönlich sicher gar nichts, denn man wird abgeschaltet, wie ein Computer, der im System keine Funktion mehr hat. So bleibt vielleicht ein kleines Abbild von meinem Leben auf die Nachfolgenden, das ist natürlich nur ein schwacher Trost, aber man muss sich damit abfinden. Es gibt ein einprägsames Lied von der Stern-Combo Meißen, „Der Kampf um den Südpol“ – „Was bleibt nach dem Tode …“.

Ich habe beruflich eigentlich ein sehr „eintöniges Leben“ geführt. Eintönig deswegen, weil ich meine gesamte Berufszeit in einem Forschungsinstitut gearbeitet habe. Das war mein Institut und das ist nicht nur so einfach gesagt. Hier habe ich mich wohl gefühlt und gerne gearbeitet, und die Arbeit war keineswegs eintönig.

Schon früh entschied ich mich. Ich wollte einen Beruf erlernen, mit dem ich etwas dazu beitragen kann, die Welt besser zu verstehen. Die reinen naturwissenschaftlichen Fächer wie Biologie, Chemie, Mathematik und Physik waren OK. Aber ich hatte auch von der neuen Wissenschaft, der Kybernetik gehört und mich intensiv damit beschäftigt. Die traditionellen Wissenschaften verlaufen sich oft in Details und kommen nicht weiter. Die Kybernetik als eine Hilfswissenschaft, wie die Mathematik, versucht allgemeine Gesetzmäßigkeiten zu finden, sie analysiert die Input– und Output Reaktionen von Systemen, ob technischer oder auch biologischer Struktur, und findet innere Zusammenhänge, Gesetzmäßigkeiten zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen. Dieses Konzept hatte mein Interesse geweckt.

Nach einem Aufenthalt in einem Mathe-Lager in Ilmenau in der 11. Klasse war mein Studienort klar definiert. Das Studium „Technische Kybernetik und automatische Steuerung“, wenig Studenten, individuelle Studentenbetreuung und der Studienort im Herzen von Deutschland in dem schönen Thüringen. Da gab es kein anderes Ziel mehr. Es war eine wunderschöne Zeit.

Nach dem Studium hätte ich in Ilmenau an der TU bleiben können, meine Frau hatte eine Anstellung an einer guten Schule, wir hatten eine schöne Wohnung direkt am Waldrand und unser erstes Kind war geboren. Aber wir wollten in den Norden zurück an unsere so vertraute Ostsee. Ich entschied mich für ein „Forschungsinstitut für die Technologie der Schweineproduktion“. Das war zunächst sehr abenteuerlich. Schweine hatte ich schon bei meinem Schwiegervater kennen lernen dürfen. Ich hatte bis dahin kaum Bezug zu lebenden Tieren, aber man muss sie einfach mögen, die Schweine, die Hühner, und später die Rinder, die Schafe, die Ziegen usw.

Jedenfalls war meine erste Aufgabe an diesem Institut, die technologischen Abläufe in der Haltung von Schweinen zu automatisieren. Das klingt zunächst etwas langweilig, aber es war interessant, denn es ging um die Einführung neuer elektronischer Lösungen. So entwickelten wir ein Patent zur Steuerung, einer Trockenfütterungseinrichtung. In diesem Projekt wurde ein computergesteuerter Kommunikationsring erstmalig eingesetzt, der die einzelnen Futterstationen bediente. Das war 1984. Heute gibt es so einen Kommunikationsring auch auf meiner Modellbahnanlage (DCC), natürlich moderner mit umfangreicherem Protokoll.

Dann kam die Wende. Unser Institut entwickelte sich zu einem Institut für Grundlagenforschung. Ich habe es oben beschrieben.

Jetzt stand das landwirtschaftliche Nutztier mit seinem Verhalten, seinen Befindlichkeiten, seinen kognitiven Fähigkeiten, seinem Wohlergehen im Vordergrund.

Das Problem der „Nutztierhaltung“ ist ein generelles Problem. Wir halten Tiere, damit sie uns nutzen. Mit welchem Recht? Das Recht der „Stärkeren“ in der Evolutionskette? Schon in der Bibel wird dem Menschen eine Verantwortung für Tiere als seine Mitgeschöpfe zugewiesen, die sowohl Fürsorge als auch eine ethische Grundlage für den Umgang mit ihnen beinhaltet. Er soll nicht ohne Grund Grausamkeiten verüben oder Tiere unnötig leiden lassen, sondern achtsam mit der Natur umgehen. Der Mensch hat eine Herrschaft über die Tiere erhalten, die jedoch eher als eine Verantwortung und Fürsorge eines Hirten zu verstehen ist, nicht als willkürliche Ausbeutung. Wir sind also für unsere Tierwelt und ich möchte das erweitern für unser Pflanzenwelt und noch weiter für unsere gesamte biologische Umwelt verantwortlich. Das ist den Leuten, die auf Kommerz und Krieg setzen natürlich nicht bewusst und wir werden an ihren Projekten und Kriegen zu Grunde gehen. Die „Nutztierhaltung“ ist heute ein Problem der Ethik. Viele Menschen haben heute Skrupel mit dem Verzehr von tierischen Produkten. Zurecht?

Nun bin ich nur ein einfacher Techniker, der das Glück hatte, mit hervorragenden Verhaltensbiologen, Physiologen, Neurologen, Endokrinologen und Immunologen zusammen zu arbeiten. Ich habe mir da eine eigene Meinung gebildet, die vielleicht auch von der Allgemeinheit verstanden werden könnte.

Nutztiere, der Name sagt es, sollen uns nützen. Sie sollen uns tierische Produkte liefern, die wir für unser komfortables Leben brauchen. Der Nutzen hängt auch mit dem gewaltsamen Tod dieser Tiere zusammen. Tod ist nun ein Umstand, der jedem Lebewesen widerfährt, das wird einem im Alter immer bewusster. Vor dem Tod wünscht sich jeder von uns ein angenehmes und möglichst langes Leben, ohne Leiden.

Und genau das sollten wir unseren Nutztieren ermöglichen. Sie sterben für uns damit wir unsere evolutionär bedingten Fressgewohnheiten ausüben können (wie es auch Löwen, Tiger und andere Raubtiere tun). Und dass liebe Vegetarier bezieht sich nicht nur auf Tiere, sondern auch auf Pflanzen, denn sie sind auch Lebewesen und haben ein Recht zu leben.

Unser erstes Gebot sollte damit sein, unsere biologische Umwelt zu achten und dafür Sorge zu tragen, dass es ihr gut geht, denn letztendlich ernährt sie uns alle. Das geht uns damit alle an, dass widerspricht aber oft ökonomischen Interessen. Die Besserwisser (Züchter und Ökonomen) wollen uns weiß machen, was für uns gut ist, berücksichtigen aber nicht genügend die Bedürfnisse der Tiere, der Pflanzen und allgemein der Umwelt.

In den letzten Jahren hat sich ein Hyp auf „züchterische Erfolge“ herausgebildet (Beispiele für die Tierwelt, die ich kennengelernt habe):

hohe Ferkelwürfe von Sauen, die die Sau nicht mehr ernähren kann. Es kommt zu Erdrückungsverlusten der Ferkel durch die Sau – viele tote Ferkel, die ein Leben verdient hätten;
Lebendmassenzunahme von Schweinen und Sauen, die eine normale Beweglichkeit der Tiere fast unmöglich macht;
Tiertransporte über weite Strecken, Tiere werden in weiter Ferne geschlachtet und kommen dann als Schlachtkörper nach Deutschland zurück (Stress Transport und Schlachtung);
Milchrinder mit einer Lebenszeit von 2 bis 4 Laktationen, früher wurden sie bis zu 30 Jahre alt, es hieß „auf dem Hof müssen die Frauen jung sein, und die Kühe alt“;
Milchrinder mit einem parasitären Euter, das eine normale Bewegung der Tiere fast unmöglich macht;
Immense „Erfolge“ in der Putenmast. Die Tiere sind so schwer, dass sie des Nachts sich nicht mehr auf ihren Sitzstangen halten können und auch sonst in ihrer Beweglichkeit sehr eingeschränkt sind, damit verbunden auch ihre Stressanfälligkeit.

Broilermast: Hühner, die in der Regel nur 6 Wochen alt werden, dann werden sie geharvested, davor bekommen sie 2 Schübe Antibiotika über das Trinkwasser, das vorher einen Tag abgeschaltet wird, damit sie für die Trinkwasseraufnahme alle bereit zu trinken sind und alle von dem herrlichen Antibiotika einen Schluck abbekommen. Ich bin durch diesen Fußballfeld großen Stall durch eine 10 cm dicke Schlammmasse aus Kot, toten Hühner und sterbenden Hühnern gewatet. Der Bauer verkaufte dies als ökologische Haltung. Ich habe mich wie in der Hölle gefühlt und hatte ständig Angst in dem Schlamm zu straucheln und zu stürzen, dann hätten die Hühner wohl eine zusätzliche Fressquelle gehabt. Müssen wir so eine Situation, die für uns Menschen unannehmbar ist, den Tieren zumuten. Sie zwingen diese Situation anzunehmen. Ich glaube, wir haben nicht das Recht dazu.

Ich könnte diese Liste weiter fortsetzen. Ich möchte hier nur ein Gegenbeispiel zur ökologischen Hühnerhaltung geben. Von einer Familie bekommen wir regelmäßig Eier. Auf jedem Ei steht der Name des Huhns und wann es gelegt wurde. Die Eier schmecken ganz anders als andere. Neulich fiel ein Fuchs über den Hühnerstall her. Für die Familie war es ein schreckliches Erlebnis und hat alle sehr traurig gemacht. Die Hühner werden geschlachtet, das ist auch für die kleine Emma kein Problem, aber bis dahin hatten sie ein angenehmes Leben.

Diese Bindung zu den Tieren fehlt heute weitestgehend. Mein Urgroßvater betrieb einen Hof im Ratzeburger Land. Er war ein erfolgreicher Rinderhalter, denn er hat dafür zahlreiche Preise bekommen. Meine Großmutter hat oft von ihrer Jugend auf diesem Hof erzählt. Für sie war es ein sehr arbeitsames, aber glückliches Leben. Die Kühe hatten alle einen Namen. Einmal hatten sie Maul- und Klauenseuche. Heute werden alle Tiere getötet (gekeult sagt man dazu). Sie haben alle Tiere durchgebracht und das waren an die 40 Tiere. Die Tiere wurden täglich per Hand gefüttert und mit Flaschen getränkt, was für ein Aufwand, da gab es so manche Nacht keinen Schlaf.

Vielleicht habe ich mit meiner Arbeit einen ganz, ganz kleinen Beitrag dazu geleistet, dass die Befindlichkeiten der Nutztiere etwas mehr im Vordergrund der Betrachtungen stehen sollten. Wir alle zusammen (Nutztierethologen) haben vor allem eins geschafft, dass dieses Thema immer mehr diskutiert wird, obwohl die Ergebnisse noch längst nicht zufriedenstellend sind.

In der unten gezeigten Präsentation sind noch einmal unser allgemeines Anliegen und daraus von uns bearbeiteter Projekte zusammenfassend dargestellt.