Malo je bilo možnosti, da bi slon pogrešal v sobi. Približno ducat let po tem, ko je Simba umrla v živalskem vrtu Cleveland Metroparks, je pred Johnom Allmanom, nevroznanstvenikom s kalifornijskega tehnološkega inštituta v Pasadeni, položila pol palčno ploščo njenih rumenkastih, nagubanih možganov velikosti košarke.
Sorodne vsebine
- Lepota možganov
- Kako si naši možgani delajo spomine
Konzerviran v formaldehidu, je bil videti kot pol palačinke, zamrznjena trdna snov na zamašenem ležišču iz suhega ledu. Allman jo je previdno narezal z laboratorijskim ekvivalentom deli za rezanje mesa deli. Čez dobro uro je odrezal 136 papirja tankih odsekov.
Allman je iskal svojevrstno možgansko celico, za katero se sumi, da je ključ do tega, kako afriškemu slonu - kot človeku - uspeva ostati priden vedno spreminjajočim se odtenkom družbenega prepletanja. Te možganske celice v obliki vretena, imenovane von Economo nevroni - poimenovane po človeku, ki jih je prvi opisal - najdemo samo pri ljudeh, velikih opicah in peščici drugih izrazito pohlepnih bitij. 66 let Allman primerja možgane ljudi in drugih živali, da dobi vpogled v evolucijo človeškega vedenja.
"Zdi se, da je nevroznanost res nenaklonjena, da bi pristopila k vprašanju, kaj je zaradi naših možganov, ki nas delajo človeka, in John počne prav to, " pravi Todd Preuss, nevroanatomist in antropolog iz Nacionalnega raziskovalnega centra za primate Yerkes v Atlanti. "Zelo, zelo malo vemo o tem, kako se naši možgani razlikujejo od drugih živali", le da so naši možgani večji. "
Von Economo nevroni so najbolj presenetljiva ugotovitev zadnjih let v primerjalnih raziskavah možganov, v katerih znanstveniki izsekajo drobne razlike med vrstami. Nevroanatomist Patrick Hof in njegovi kolegi z medicinske šole Mount Sinai na Manhattnu so se prvič spopadli z nevroni v človeških možganskih vzorcih leta 1995, na območju proti sprednji strani možganov, imenovanem sprednji cingulatni korteks. Večina nevronov ima stožčaste ali zvezdaste organe z več razvejanimi izboklinami, imenovanimi dendriti, ki sprejemajo signale sosednjih celic. Toda von Economovi nevroni so tanki in podolgovati, z le enim dendritom na vsakem koncu. So štirikrat večje od večine drugih možganskih celic in tudi pri vrstah, ki imajo celice, so redke.
Izkazalo se je, da je ekipa Manhattna ponovno odkrila prikrit tip celic, ki so ga prvič identificirali leta 1881. Hof je celice poimenoval po dunajskem anatomu Constantinu von Economoju, ki je leta 1926 natančno opisal nevrone v človeških možganih; zatem so celice zdrsnile v nejasnost. Hof je začel iskati v možganih umrlih primatov, vključno z opicami iz makake in velikimi opicami - šimpanzi, bonobi, gorilami in orangutani - ki so jih darovali živalski vrti in svetišča. Poklical je Allmana, ki je imel zbirko možganov primatov, in ga prosil za sodelovanje. Leta 1999 so znanstveniki poročali, da imajo vse velike vrste opic celice von Economo, manjši primati pa makaki, lemurji in dirkalniki. To je pomenilo, da so se nevroni razvili v skupnega prednika vseh velikih opic pred približno 13 milijoni let, potem ko so se oddvojili od drugih primatov, vendar še preden so se človeške in šimpanzi ločile pred približno šestimi milijoni let.
Čeprav je Allman znan kot nevroanatomist, ga ne preseneča, da se je poglobil v večja vprašanja, kaj pomeni biti človek. Njegov doktorat z univerze v Chicagu je bil iz antropologije in že dolgo je fasciniran, kako so se razvijali možgani primatov. S kolegom Jonom Kaasom je opravil mejniške študije, na katerih je identificiral dele možganov opičjih sov, ki analizirajo vizualne informacije in omogočajo vid. Leta 1974 se je Allman preselil na Caltech, kjer je 25 let študiral vid. Vendar je odkril tudi, kako osnovna dela človeških možganov oblikujejo socialno vedenje. Von Economo nevroni so takoj pritegnili njegovo zanimanje.
Allman, ki je ločen, živi v 150 let stari opečni hiši v San Marinu, ki si jo deli z dvema avstralskima ovčarskima psoma, Luno in Lunito. Na steni dnevne sobe visijo fotografije njegove sufragistične babice v sepijah. Kot je Allman razvpit, "kot pravi Allman, le redko pride v laboratorij pred 13. uro, zvečer pusti, da nadaljuje delo doma in običajno ostane do 2. ure zjutraj. Njegova pisarna Caltech je prižgana z enim oknom in majhnim namizna svetilka; videti je, da je jama preplavila knjige in papirje. Na dnu so na mizah in pultih ležali stekleni diapozitivi gorile, bonoba in slonovega možganskega tkiva, obarvani modro in rjavo.
Iz von Economovega dela je Allman izvedel, da se zdi, da nenavadne celice prebivajo le v sprednjem cingulatskem korteksu (ACC) in še eni niši človeških možganov, čelni izoli (FI). Študije skeniranja možganov so pokazale, da sta ACC in FI še posebej aktivna, ko ljudje čustva doživljajo. Obe področji sta tudi pomembni za "samonadzor", na primer opažanje telesnih občutkov bolečine in lakote ali prepoznavanje, da je kdo naredil napako. Zdi se, da je ACC široko vključen v skoraj vsak duševni ali fizični napor.
V nasprotju s tem lahko čelna insula igra bolj specifično vlogo pri ustvarjanju družbenih čustev, kot so empatija, zaupanje, krivda, zadrega, ljubezen - celo smisel za humor. Po poskusih, ki merijo delovanje različnih možganskih regij, območje postane aktivno, ko na primer mati sliši jokajočega otroka ali ko nekdo pregleda obraz, da ugotovi, kakšne namere ima druga oseba. Allman pravi, da možgani spremljajo in reagirajo na "črevesne občutke" iz telesnih občutkov ali interakcij znotraj družbenega omrežja, pravi Allman. Povezava med samonadzorom in zavedanjem drugih nam omogoča razumevanje čustev drugih ljudi. "Osnovna trditev, da napredujem, " pravi, "je predstava, da sta samozavedanje in družbena zavest del istega delovanja in celice von Economo so del tega."
Allman meni, da nevroni pospešujejo komunikacijo od ACC in FI do preostalih možganov. Celice so nenavadno velike, v živčnem sistemu pa velikost pogosto sovpada s hitrostjo. "Gre za velike nevrone, za katere mislim, da nekaj hitro preberejo, nato pa te informacije hitro prenesejo drugam, " pravi. Špekulira, da so se naši predniki predniki razvijali v večje in večje možgane, zato so potrebovali visoke hitrosti za pošiljanje sporočil na večje razdalje. "Velika velikost možganov nujno prinaša upočasnitev komunikacije znotraj možganov, " dodaja. "Torej, eden od načinov za reševanje tega je imeti nekaj specializiranih populacij celic, ki so precej hitre."
Glede na to, da nevroni živijo v možganskih družbenih žariščih, Allman teoretizira, da sistem celic von Economo omogoča hitro, intuitivno branje v čustveno nabitih, nestanovitnih situacijah. Nevroni "bi človeku omogočili, da se hitro prilagodi spreminjajočemu se družbenemu kontekstu, " razmišlja. V antični preteklosti je lahko to nevronsko ožičenje našim prednikom dalo prednost za preživetje, saj jim je omogočilo natančno presojo v delitvi sekunde, zlasti o tem, komu lahko zaupajo ali ne.
Allman, Hof in njihovi kolegi so iskali von Economo nevrone pri več kot 100 živalskih vrstah, od lenob do platipuz. Za nekatere celice, razen primatov in slonov, je znano, da imajo celice: grbaste kite, semenčice, plavuti, orke in delfini s steklenicami. Celice so se verjetno razvile v zdaj že izumrlih vrstah, ki so porodile te morske sesalce pred približno 35 milijoni let.
Ko sem ga opazoval, kako odseka možgane slonov na Caltechu, je Allman s kolegoma Atiya Hakeem in Virginie Goubert končno dosegel FI na levi polobli Simbe. Tri dni kasneje so mikroskopske preiskave možganskih rezin pokazale, da je pikčasto z značilnimi celicami vretenaste oblike. To je potrdilo njihovo prejšnje opazovanje podobnih nevronov v FI desne poloble Simba. Slonske celice so večje od človeških in primatov, približno velikosti kitovih nevronov, vendar sta velikost in oblika nedvomno von Economo nevronov.
Glede na štetje celic von Economo na 16 diapozitivih - ocena za zasteklitev oči - Hakeem in Allman ocenjujeta, da jih je na desni strani slonovega mozga približno 10.000, od tega približno 10.000 FI ima 1, 3 milijona nevronov. V človeških FI je veliko več nevronov Von Economo, saj imajo v povprečju približno 193.000 celic in predstavljajo približno 1, 25 odstotka vseh nevronov tam. V absolutnem številu imajo človeški možgani približno pol milijona von Economo nevronov, kar je veliko več kot možgani slonov, kitov ali velikih opic. Allman in njegovi kolegi niso našli nobenega v najbližji sorodni sloni: predjed, armadilo in rock hyrax. Odsotnost celic pri teh vrstah podpira Allmanovo teorijo, da so nevroni značilnost velikih možganov.
Allman razmišlja, da se takšne celice zlahka razvijejo iz majhnega nabora nevronov v izolski skorji, ki jih najdemo pri vseh sesalcih in uravnavajo apetit. Meni, da so se von Economove celice verjetno razvile za pospeševanje informacij v velikih možganih, zato so jih dobile zahteve po družbenih interakcijah. Če ima prav, pametne, družabne živali, kot so kiti in sloni, imajo morda enako specializirano ožičenje za empatijo in socialno inteligenco kot ljudje.
Kiti in sloni, kot ljudje in veliki opici, imajo velike možgane in dolgotrajen oder za mladoletnike, v katerem se učijo od svojih starejših. Med seboj se prepoznata in razvijata vseživljenjske sodelovanje. Kiti morilci lovijo v skupinah in ščitijo poškodovane podtavke. Družbo slonov zasidrajo matrijarhi, ki svojo čredo usmerjajo v zalivanje lukenj, ki jih poznajo s prejšnjih obiskov. (In morda obstaja nekaj resnice v prepričanju, ki ga sloni nikoli ne pozabijo: ko so Allman, Hof in Hakeem naredili prvo tridimenzionalno sliko visoke ločljivosti slonskih možganov, so leta 2005 našli ogromen hipokampus, možgansko regijo, v kateri so spomini nastanejo.) Občutljive zveri se med seboj identificirajo po ropotanju in trobentanju, priskočijo na pomoč in se zdijo, da žalijo svoje mrtve.
Allman rad pokaže posnetek iz dokumentarnega filma o skupini afriških slonov, ki so posvojili sirota tela. Ko dojenček slon pade v vodno luknjo, matriarh hitro stopi vanj, za njim pa še drugi. Skupaj ona in druga samica uporabljata ritnice, debla in noge, da osvobodijo tele iz mucke. Še ena žival šapne na strm breg s svojim stopalom in zgradi klančino, ki jo mladi uporablja za vzpon. "Res je izjemno, " pravi Allman o tem, kako so sloni hitro premagovali krizo in skupaj sodelovali pri reševanju otroka. "To je zelo visoko delovanje, ki ga je sposobno narediti zelo malo živali. In, " doda, se zasmeji, "ljudje to lahko počnejo le v dobrih dneh." Reševanje, pravi, "zajame bistvo res kompleksnega, usklajenega družbenega vedenja."
Ideja o osrednji vlogi nevronov v socialni inteligenci se uveljavlja. Yerkesov primatolog Frans de Waal pravi, da so Allmanove "izjemno vznemirljive" raziskovalne naloge razširile z nekaterimi lastnimi preiskavami inteligence pachyderme. Pred dvema letoma sta de Waal in dva sodelavca poročala, da se slon Bronx Zoo z imenom Happy lahko prepozna v ogledalu. Nekateri znanstveniki teoretizirajo, da sposobnost prepoznavanja lastne refleksije kaže na sposobnost samozavedanja in celo empatije, koristnih veščin v zelo družbeni vrsti. De Waal poudarja, da to lahko storijo samo živali, ki imajo von Economo nevrone.
Kljub temu de Waal opozarja, da "dokler nekdo ne vzpostavi natančne funkcije teh celic, ostane v bistvu zgodba."
Allmanove misli o von Economo celicah se še vedno razvijajo. Ko prihajajo novi podatki, zavrže začetne koncepte in vključi druge. Za razliko od stereotipnega previdnega znanstvenika, ne okleva, da bi postavil drzne hipoteze, ki temeljijo na nekaj opažanjih. Teorija, da von Economovi nevroni temeljijo na družbeni kogniciji, je drzna. In skušnjava, da bi izkoristili celice kot preprosto razlago za osnovo kompleksne družbene narave naših vrst. Toda Allman ve, da je to raztezanje.
Njegova teorija ima svoje skeptike. Antropolog Terrence Deacon z kalifornijske univerze v Berkeleyju sprašuje, ali so nevroni resnično drugačna vrsta možganskih celic ali gre za preprosto variacijo, ki nastane v velikih možganih. Pravi, da razlike v naših možganih, zaradi katerih smo ljudje, bolj verjetno nastanejo zaradi obsežnih sprememb kot iz subtilnih sprememb v obliki nevronov. "Mislim, da ni preveč velik del zgodbe, " pravi o Allmanovi ideji. Kljub temu pa je dodal, da gre za razumevanje človeških možganov, "dokler bomo spoznali, da imamo tako malo časa, bi morali v teh okoliščinah vse hipoteze razvedriti".
Vzeta točka. Toda Allmanove teorije težko ne bi zapeljali, ko nekateri najbolj prepričljivi dokazi ne prihajajo iz laboratorija za patologijo živali, temveč iz medicinske klinike.
William Seeley, nevrolog na kalifornijski univerzi v San Franciscu, preučuje slabo razumljeno nevrodegenerativno bolezen, imenovano frontotemporalna demenca. Bolniki trpijo po značaju, izgubljajo socialne milosti in empatijo, spremenijo se v neobčutljive, zmotne in neodgovorne. Poroke in poklicne poti izzvenijo. Številnim bolnikom se zdi, da nimajo telesne samozavednosti: kadar jim diagnosticirajo druge bolezni, zanikajo kakršne koli težave. Študije slikanja možganov bolnikov z demenco so odkrile poškodbe čelnih predelov možganov.
Leta 2004 je Seeley slišala Allmanovo predavanje o von Economo nevronih. Ko je Allman kliknil diapozitive PowerPoint, je Seeley videl, da so celice združene v istih možganskih regijah, na katera je ciljala demenca, ACC in FI. "Bilo je nekako tako, Eureka, " se spominja Seeley. Menil je, da bi lahko celice pomagale raziskovalcem ugotoviti, zakaj so ta območja ranljiva za uničenje. "Pomislil sem tudi, kako zanimiv način je, da se naučimo nekaj o človeški naravi. Mogoče je primanjkljaj, ki ga razvijejo pacienti, v stvareh, ki so edinstveno človeške. Torej, ideja je bila velika.
Potem sta se ob kavi Seeley in Allman dogovorila, da se bosta združila in ugotovila, ali so bili von Economo nevroni poškodovani pri ljudeh s frontotemporalno demenco. Z analizo možganov umrlih bolnikov so znanstveniki odkrili, da je bilo v resnici uničenih približno 70 odstotkov von Economo nevronov v ACC, medtem ko sosednje možganske celice večinoma niso bile prizadete. "Zelo jasno je, da so prvotna tarča bolezni te celice, in ko te celice uničite, dobite celoten razpad družbenega delovanja, " pravi Allman. "To je res osupljiv rezultat, ki govori o funkciji celic približno tako jasno, kot lahko karkoli."
Zdi se, da je ta nenavadni nevronski sistem v osnovi veliko tistega, kar nas dela človeka. Toda dejstvo, da si sloni in kiti očitno delijo isto nevronsko strojno opremo, odpre pogled v perspektivo: naši možgani so morda bolj podobni tistim drugim pametnim, družabnim živalim, kot smo mislili.
Ingfei Chen živi v Santa Cruzu v Kaliforniji.
Fotograf Aaron Huey živi v Seattlu.
Najdeno leta 1881 in opisano leta 1926 Constantin von Economo, velika možganska celica v obliki vretena (desno) ima manj vej kot tipični nevron (levo). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / z dovoljenjem Elsevierja (2)) 
John Allman (s kolegico Atiya Hakeem pri Caltechu pregleduje vzorce možganskih slonov) išče enega od bioloških ključev človeškega vedenja. (Aaron Huey) 
Znano je, da se nevroni Constantin von Economo pojavljajo v delih človeških možganov, ki obdelujejo občutke in družbena čustva. (Ilustracija Guilbert Gates) 
Constantin von Economo je natančno opisal nevrone v človeških možganih leta 1926. (Oxford University Press) 
S preučevanjem drugih vrst dobimo vpogled v to, "kaj zaradi naših možganov nas dela človeka", pravi Todd Preuss. (Jack Kearse / univerza Emory) 
Pametni, družabni in da, obdarjeni z odličnim spominom, sloni (Simba v Cleveland Metroparks Zoo, kjer je umrla leta 1995), so med redkimi živalmi z vonjem Economo nevroni. (Metroparks živalski vrt Cleveland) 
John Allman proučuje odseke Simbinih možganov. (Aaron Huey) 
Patrick Hof raziskuje, kdaj in kje so se v Eobomovem drevesu razvijali nevroni von Economo. (Michael Balter) 
John Allman s pomočjo rezil za možgane. (Ingfei Chen) 
John Allman je izrezan iz papirja tankih odsekov ohranjenih možganov, ki jih je treba preučiti. (Ingfei Chen) 
Vzorci možganske rezine v laboratoriju Johna Allmana. (Aaron Huey) 
Gorske gorile spadajo med živali, za katere je znano, da živijo v zapletenih skupinah. (iStockphoto) 
Grbavi kiti so druga vrsta, za katero je znano, da živi v zapletenih skupinah. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Za afriške slone je znano, da živijo tudi v zapletenih skupinah. Zakaj so tako dobri v druženju? Allman trdi, da so specializirani nevroni von Economo specializirani nevroni, ki med centri, ki sodelujejo v komunikaciji in sodelovanju, hitro prenašajo impulze po nenavadno velikih možganih. (iStockphoto)
