Kevés esély volt arra, hogy hiányzik az elefánt a szobában. Körülbelül tucat évvel Simba halála után a Cleveland Metroparks Állatkertben sárgás, ráncos, kosárlabda méretű agyának fél hüvelyk méretű lapját fektették John Allman előtt, a pasadenai kaliforniai Műszaki Intézet idegtudósának.
kapcsolodo tartalom
- Az agy szépsége
- Az agyunk emlékezete
Formaldehidben tartósítva, úgy néz ki, mint egy fél palacsinta, fagyasztva szilárd anyagként egy szárazjég párás ágyon. Allman óvatosan szeletelte a deli húsmaró laboratóriumi egyenértékének felhasználásával. Jóval több mint egy óra alatt 136 papírvastag darabot faragott le.
Allman olyan sajátos agysejtet keresett, amelyről feltételezi, hogy az afrikai elefánt - mint egy ember - kulcsa annak, hogy képes legyen hozzáigazodni a társadalmi kölcsönhatás folyamatosan változó árnyalatainál. Ezeket az orsó alakú agysejteket, úgynevezett von Economo idegsejteket - azoknak az embereknek a nevében, akik először leírták őket - csak emberekben, nagy majmokban és egy maroknyi más különösebben gazdag teremtményben találhatók meg. Allman, 66 éves, összehasonlítja az emberek és más állatok agyát, hogy betekintést nyerjen az emberi viselkedés evolúciójába.
"Úgy tűnik, hogy az idegtudomány vonakodik attól, hogy megközelítsük azt a kérdést, hogy mi az agyunkon teszi az embereket, és John pontosan ezt csinálja." - mondja Todd Preuss, az atlanta Yerkes Nemzeti Főemlősök Kutatóközpontának neuroanatómus és antropológusa. "Nagyon-nagyon keveset tudunk arról, hogy mi az agyunk különbözik más állatoktól, azzal a különbséggel, hogy agyunk nagyobb."
A von Economo idegsejtek az utóbbi évek legszembetűnőbb eredményei az összehasonlító agykutatásban, amelyben a tudósok kitérnek a fajok közötti finom különbségekre. Patrick Hof neuroanatómus és munkatársai a manhattani Mount Sinai Orvostudományi Iskolában először 1995-ben az agyminták idején átcsapódtak az neuronokon, az agy eleje felé vezető régióban, amelyet elülső cingulate cortexnek hívnak. A legtöbb neuron kúp- vagy csillag alakú testekkel rendelkezik, több elágazó kinyúlással, úgynevezett dendritekkel, amelyek jeleket fogadnak a szomszédos sejtektől. A von Economo neuronok azonban vékonyak és hosszúkásak, mindkét végükben csak egy dendrit található. Ezek négyszer nagyobbak, mint a legtöbb más agysejt, és még azokban a fajokban is, amelyekben vannak a sejtek, ritkák.
Kiderült, hogy a manhattani csapat újra felfedezett egy homályos sejttípust, amelyet először 1881-ben azonosítottak. Hof a sejteket egy bécsi székhelyű anatómussal, Constantin von Economo-lal nevezte el, aki 1926-ban pontosan leírta az emberi agy idegsejtjeit; utána a sejtek homályossá váltak. Hof az elhunyt főemlősök agyába kezdett, köztük a makákó majmokkal és a nagy majmokkal - csimpánzokkal, bonobosokkal, gorillákkal és orangutánokkal -, amelyeket állatkertek és szentélyek adományoztak. Felvette a kapcsolatot Allmannel, aki a főemlős agyának gyűjteménye volt, és felkérte őt, hogy működjön együtt. 1999-ben a tudósok beszámoltak arról, hogy az összes nagy majomfajban vannak von Economo sejtek, ám a kevésbé főemlősök, mint például a makákók, a lemurok és a tarsírok, nem. Ez azt jelentette, hogy az idegsejtek körülbelül 13 millió évvel ezelőtt fejlődtek ki az összes nagy majom közös őseiben, miután elkülönültek a többi főemlőstől, de jóval azelőtt, hogy az emberi és a csimpánzfajok körülbelül hatmillió évvel ezelőtt eltértek.
Bár Allman neuroanatómusként ismert, nem meglepő, hogy nagyobb kérdéseket vet fel neki, hogy mit jelent az ember lenni. A Chicagói Egyetemen szerzett doktori fokozat antropológiában volt, és régóta lenyűgözte a főemlős agyának fejlődését. Orientális vizsgálatokat végzett kollégájával, Jon Kaas-szal, azonosítva azokat a bagoly majom agyait, amelyek elemzik a vizuális információkat és lehetővé teszik a látást. 1974-ben Allman Caltechbe költözött, ahol 25 éven keresztül tanulmányozta a látást. De remegett annak feltárására, hogy az emberi agy alapvető működése hogyan alakítja a társadalmi viselkedést. A von Economo idegsejtek azonnal megragadták érdeklődését.
Allman, elvált, egy 150 éves téglaházban él San Marinóban, amelyet két ausztrál juhászkutyával, Lunával és Lunitával oszt meg. Szépia árnyalatú fényképei a nagyszülött nagymamájáról a nappali falán lógnak. Mivel Allman állítja, hogy „hírhedten éjszakai”, ritkán érkezik a laboratóriumba délután 13 órakor, este elhagyja otthon folytatni a munkát, és általában 2 óráig marad fel. Caltech irodáját halványan megvilágítja egyetlen ablak és egy kicsi. asztali lámpa; úgy néz ki, mint egy barlang, amely túl van könyvekkel és papírokkal. A folyosón a gorilla, a bonobo és az elefánt agyszövetének üvegcsúszkái, kék és barna színűek, az asztalokon és a pulton szárítva fekszenek.
A von Economo munkájából Allman megtudta, hogy a szokatlan sejtek csak az elülső cingulate cortexben (ACC) és az emberi agy egy másik fülkéjében, a frontalis insula-ban (FI) helyezkednek el. Az agyszkennelési tanulmányok kimutatták, hogy az ACC és a FI különösen aktív, amikor az emberek érzelmeket tapasztalnak meg. Mindkét terület fontosnak tűnik az „önellenőrzés” szempontjából, például észlelheti a fájdalom és éhség testi érzéseit, vagy felismeri, hogy hibát követett el. Úgy tűnik, hogy az ACC szinte minden mentális vagy fizikai erőfeszítésben részt vesz.
Ezzel szemben a frontális szigetelődés konkrétabb szerepet játszhat a társadalmi érzelmek, például az empátia, a bizalom, a bűntudat, a kínos érzés, a szeretet - és még a humorérzék - generálásában is. A különféle agyi régiók működését mérő kísérletek szerint a terület akkor válik aktívvá, amikor például egy anya síró babát hall, vagy amikor valaki arcot ellenőriz, hogy meghatározzák a másik személy szándékait. Allman szerint az agy az agy figyeli, és reagál a „bélérzékelésekre” a testi érzések vagy interakciók eredményeként. Az önellenőrzés és mások tudatossága közötti kapcsolat lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük mások érzéseit. "Az alapvetõ javaslat, hogy elõrehaladok" - mondja -, az az elképzelés, hogy az önismeret és a társadalmi tudatosság ugyanazon mûködés részei, és a von Economo sejtek is ennek részei. "
Allman szerint a neuronok meggyorsítják az ACC és FI közötti kommunikációt az agy többi részével. A sejtek szokatlanul nagyok, és az idegrendszerben a méret gyakran korrelál a sebességgel. "Nagy neuronok, amelyek szerintem nagyon gyorsan leolvasnak valamit, és ezt az információt máshol gyorsan továbbítják" - mondja. Arra gondol, hogy ahogyan a főemlős őseink nagyobb és nagyobb agyaikkal fejlődtek, nagy sebességű kapcsolatokra volt szükségük, hogy nagyobb távolságra küldjék az üzeneteket. "A nagy agyméret szükségszerűen magában hordozza az agyon belüli kommunikáció lelassulását" - tette hozzá. "Tehát az egyik módszer ennek kezelésére az, hogy van néhány speciális sejtpopuláció, amelyek elég gyorsak."
Mivel a neuronok az agy társadalmi forró pontjain élnek, Allman elmélete szerint a von Economo sejtrendszer lehetővé teszi az érzelmi töltésű, illékony helyzetek gyors, intuitív olvasását. A neuronok "lehetővé tennék az ember számára, hogy gyorsan alkalmazkodjon a változó társadalmi kontextushoz", spekulál. Az ókori múltban ez a neurális vezeték túlélési élményt adott az őseinknek, lehetővé téve számukra, hogy pontos, másodpercre osztott megítéléseket hozzanak, különös tekintettel azokra, akikben megbízhatnak vagy nem.
Allman, Hof és munkatársaik több mint 100 állatfajban keresették a von Economo idegsejteket, a nyálkaktól a platypusig. Közülük csak a főemlősök és az elefántok kivételével csak néhánynak vannak sejtjei: hosszúszárnyú bálnák, spermium bálnák, uszonyok, orcák és palackos orrú delfinek. A sejtek feltehetően a már kihalt fajokban fejlődtek ki, amelyek körülbelül 35 millió évvel ezelőtt adták e tengeri emlősöknek.
Ahogy néztem őt az elefánt agyában Caltechben, Allman, Atiya Hakeem és Virginie Goubert kollégáival végül elérte a Simba bal féltekéjének FI-jét. Három nappal később az agyszeletek mikroszkópos vizsgálata során kiderült, hogy pontokkal vannak ellátva a megkülönböztető orsó alakú sejtekkel. Ez megerősítette a hasonló idegsejtek korábbi észlelését a Simba jobb oldali féltekéjében. Az elefánt sejtek nagyobbak, mint az emberi és a főemlős sejtek, körülbelül a bálna neuronok méretében, de méretük és alakjuk egyértelműen von Economo idegsejtek.
Ha a von Economo sejteket 16 diában megszámoljuk - szemüveges házimunkát -, Hakeem és Allman becslése szerint körülbelül 10 000 van ezekben az elefánt agy jobb oldalán található postai bélyeg méretű FI-ben, vagyis a FI 1, 3 millió idegsejtje. A von Economo idegsejtek sokkal teljesebbek az emberi FI-ben, átlagosan körülbelül 193 000 sejtre vonatkoznak, és az ott található összes neuron kb. 1, 25% -át teszik ki. Abszolút számban az emberi agyban körülbelül félmillió von Economo neuron található, jóval több, mint az elefántok, a bálnák vagy a nagy majmok agyában. Allman és kollégái nem találtak semmit az elefánt legközelebbi rokonában: a hangyagban, az armadilloban és a szikla hyraxban. A sejtek hiánya ezekben a fajokban alátámasztja Allman elméletét, miszerint a neuronok a nagy agy jellemzői.
Allman azt sugallja, hogy az ilyen sejtek az izolált kéreg kis neuronjaiból fejlődnek ki, amelyek minden emlősben megtalálhatók és szabályozzák az étvágyat. Úgy gondolja, hogy míg a von Economo sejtek valószínűleg az agy körüli információgyorsításra fejlődtek, a társadalmi interakciók követelményei mellett döntöttek. Ha igaza van, az okos, társadalmi állatok, például a bálnák és az elefántok ugyanolyan speciális vezetékeket használhatnak az empátia és a társadalmi intelligencia szempontjából, mint az emberek.
A bálnák és az elefántok, akárcsak az emberek és a nagy majmok, nagy agyukkal és elhúzódó fiatalkori stádiummal rendelkeznek, amely során megtanulják az idősebböktől. Elismerik egymást, és egész életen át tartó együttműködési kapcsolatokat alakítanak ki. A gyilkos bálnák csoportosan vadásznak, és megóvják a sérült hüvelyeket. Az elefánt társadalmat a matriarchusok horgonyozzák, amelyek vezetik állományukat az előző látogatások során ismertetett öntözőlyukakhoz. (És lehet némi igazság abban a hitben, amelyet az elefántok soha nem felejtenek el: amikor Allman, Hof és Hakeem készítette az elefánt agyának első nagy felbontású háromdimenziós képét, 2005-ben egy hatalmas hippokampust találtak, az agy régiót, ahol az emlékek formálódnak.) Az érzékeny vadállatok morgolódásuk és trombitájuk alapján azonosítják egymást, segítségükre jönnek és látszólag gyászolják halottaikat.
Allman szeret egy dokumentumfilmet mutatni egy afrikai elefánt csoportról, amely árva borjút fogadott el. Amikor a csecsemő elefánt egy vízlyukba esik, a matriarch gyorsan belép, majd a többiek követik. Együtt és egy másik nőstény együttesen használják a nadrágot, a bőröndöt és a lábaikat a borjú szabaddá tételéhez. Egy másik állat a lábával megragadja a meredek partot, és épít egy rámpát, amellyel a fiatalember biztonságba mászik. "Nagyon figyelemre méltó" - mondja Allman arról, hogy az elefántok gyorsan felmérték a válságot, és együtt dolgoztak a baba megmentése érdekében. "Ez egy nagyon magas szintű működés, amelyet nagyon kevés állat képes megtenni. És" - tette hozzá kuncogva, "az emberek csak jó napokon tudják megtenni." Azt mondja, hogy a mentés megragadja az igazán összetett, összehangolt társadalmi viselkedés lényegét.
A neuronoknak a társadalmi intelligencia középpontba állításának gondolata egyre növekszik. Frans de Waal yerkes primatológus szerint Allman "rendkívül izgalmas" kutatása összekapcsolódik a pachydermák intelligenciájának néhány saját kutatásával. Két évvel ezelőtt de Waal és két munkatárs közölték, hogy egy boldog nevű Bronx Állatkert elefánt felismerheti magát a tükörben. Egyes tudósok elméletük szerint a saját reflexió felismerésének képessége az öntudat képességére és az empátia képességére, valamint a rendkívül társadalmi faj hasznos készségeire utal. De Waal rámutat arra, hogy csak az állatok, amelyek von Economo idegsejtekkel rendelkeznek, tudják megtenni.
De Waal ugyanakkor arra is figyelmeztet, hogy "amíg valaki meg nem határozza ezen cellák pontos funkcióját, alapvetően történet marad".
Allman gondolatai a von Economo cellákról továbbra is fejlődnek. Az új adatok bekerülésekor eldobja a kezdeti koncepciókat és integrálja másokkal. A sztereotípiák óvatos tudósától eltérően, nem habozik néhány megfigyelés alapján merész hipotéziseket feltenni. Az az elmélet, miszerint a von Economo idegsejtek alapját képezik a társadalmi megismerésnek, hihetetlen. És kísértés, hogy megragadjuk a sejteket, mint egyszerű magyarázatot fajunk összetett társadalmi természetére. De Allman tudja, hogy ez egy szakasz.
Elméletében vannak szkeptikusok. Az antropológus, Terrence Deacon, a kaliforniai Berkeley-i Egyetem, megkérdőjelezi, hogy a neuronok valóban más típusú agysejtek-e, vagy pusztán variáció, amely a nagy agyban merül fel. Azt mondja, hogy agyunk azon különbségei, amelyek emberré tesznek minket, nagyobb valószínűséggel nagyszabású változásokból származnak, mint az idegrendszer apró változásaiból. "Nem hiszem, hogy ez a történet nagyon nagy része" - mondja Allman ötletéről. Mégis hozzáteszi, hogy az emberi agy megértésekor "mindaddig, amíg felismerjük, hogy ilyen kevés van a cselekedetünk, ilyen körülmények között minden hipotézist szórakoztatni kell".
Megértettem az álláspontodat. De nem nehéz elcsábítani Allman elmélete, amikor a legérdekesebb bizonyítékok nem az állatkórtani laboratóriumból származnak, hanem az orvosi rendelőből.
William Seeley, a San Francisco-i Kaliforniai Egyetem neurológusa egy rosszul megértett neurodegeneratív betegséget tanulmányoz, amelyet frontotemporal demenciának hívnak. A betegek jellegzetességük megromlása miatt elveszítik a társadalmi kegyelmet és az empátiát, érzéketlennek, rendetlennek és felelőtlennek válnak. A házasságok és a karrier szétrombolódik. Úgy tűnik, hogy sok betegnél nincs fizikai öntudat: más betegségek diagnosztizálásakor tagadják, hogy bármilyen problémája lenne. A demenciában szenvedő betegek agyi képalkotó vizsgálata során felfedezték az agy elülső területeinek károsodását.
2004-ben Seeley Allman előadást hallott a von Economo idegsejtekről. Ahogy Allman átkattintott a PowerPoint diáin, Seeley látta, hogy a sejtek ugyanazon agyi régiókba vannak csoportosítva, ahol a demencia megcélzott, az ACC-hez és az FI-hez. "Olyan volt, mint Eureka" - emlékszik vissza Seeley. Úgy gondolta, hogy a sejtek segíthetnek a kutatóknak kitalálni, hogy ezek a területek miért vannak kitéve a pusztításnak. "Azt is gondoltam, hogy milyen érdekes módszer megismerni valamit az emberi természetről. Lehet, hogy a betegek által előidézett hiányok olyan emberekben vannak, amelyek egyedileg emberi lények. Tehát nagy ötletek rohantak oda."
Később, kávé felett, Seeley és Allman megállapodtak abban, hogy összeállnak, hogy kiderítsék, nem sérültek-e a von Economo idegsejtek az frontotemporalis demenciában szenvedő embereknél. Az elhunyt betegek agyát elemezve a tudósok felfedezték, hogy valójában az ACC von Economo idegsejtjeinek kb. 70% -a megsemmisült, míg a szomszédos agysejtek nagyrészt nem voltak érintettek. "Nagyon világos, hogy a betegség eredeti célpontja ezek a sejtek, és amikor ezeket a sejteket elpusztítják, a társadalmi működés teljes bomlásához jutnak" - mondja Allman. "Ez egy igazán meglepő eredmény, amely a sejtek funkciójához körülbelül annyira egyértelműen szól, amennyire csak lehet."
Úgy tűnik, hogy ez a szokatlan idegrendszer sok minden mögött rejlik, ami emberré tesz minket. De az a tény, hogy az elefántok és a bálnák nyilvánvalóan ugyanazt az idegi hardvert osztják meg, a perspektíva felé dönti az elmét: az agyunk hasonló lehet más intelligens, társadalmi állatokéhoz, mint gondoltuk.
Ingfei Chen a kaliforniai Santa Cruz-ban él.
Aaron Huey fotós Seattle-ben él.
1881-ben találták meg és 1926-ban írta le Constantin von Economo, a nagy, orsó alakú agysejtnek (jobbra) kevesebb ága van, mint egy tipikus neuronhoz (balra). (KK Watson, TK Jones és JM Allman / az Elsevier engedélyével (2)) 
John Allman (Atiya Hakeem kollégájával az elefánt agymintákat vizsgálva a caltech-on) az emberi viselkedés egyik biológiai kulcsát keresi. (Aaron Huey) 
A Constantin von Economo idegsejtekről ismert, hogy az emberi agy azon részein fordulnak elő, amelyek szenzációkat és társadalmi érzelmeket dolgoznak fel. (Illusztráció: Guilbert Gates) 
Constantin von Economo 1926-ban pontosan leírta az emberi agy idegsejtjeit. (Oxford University Press) 
Más fajok tanulmányozása betekintést nyer ahhoz, hogy "mi teszi az embert az agyunkba" - mondja Todd Preuss. (Jack Kearse / Emory Egyetem) 
Okos, társadalmi és igen, kitűnő emlékezettel bíró elefántok (Simba a Cleveland Metroparks Állatkertben, ahol 1995-ben elhunyt) egyike azon kevés állatok közül, amelyek von Economo idegsejtekkel rendelkeznek. (Cleveland Metroparks Állatkert) 
John Allman Simba agyát vizsgálja. (Aaron Huey) 
Patrick Hof azt kutatja, hogy mikor és hol alakultak ki a von Economo neuronok a főemlős családfában. (Michael Balter) 
John Allman agyvágóval. (Ingfei Chen) 
John Allman a vékony szakaszokat elrabolja a vizsgálandó tartósított agyból. (Ingfei Chen) 
Agyszeletek mintái John Allman laboratóriumában. (Aaron Huey) 
A hegyi gorilla azon állatok közé tartozik, amelyekről ismert, hogy komplex csoportokban élnek. (IStockphoto) 
A hosszúszárnyú bálnák egy másik faj, amelyről ismert, hogy komplex csoportokban él. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Az afrikai elefántokról ismert, hogy komplex csoportokban is élnek. Miért vannak olyan jók a szocializációban? Az egyik ok, Allman állítása szerint, a specializált von Economo idegsejtek, amelyek a szokatlanul nagy agyakon keresztül gyorsítják impulzusaikat a kommunikációban és az együttműködésben részt vevő központok között. (IStockphoto)
