Имаше малък шанс да изпусне слона в стаята. Около десетина години след смъртта на Симба в зоологическата градина в Кливланд Метропарк, половин-инчова плоча от нейния жълтеникав, набръчкан, баскетболен мозък беше поставена пред Джон Алман, невролог от Калифорнийския технологичен институт в Пасадена.
Свързано съдържание
- Красотата на мозъка
- Как нашите мозъци правят спомени
Запазен във формалдехид, приличаше на половин палачинка, замръзнало твърдо вещество върху мъглив слой от сух лед. Allman внимателно го наряза, като използва лабораторния еквивалент на резачка за месо. Като измина доста повече от час, той изряза 136 тънки хартиени секции.
Алман търсеше особен вид мозъчна клетка, за която подозира, че е ключ за това как африканският слон - като човек - успява да остане привързан към непрекъснато променящите се нюанси на социалното взаимодействие. Тези мозъчни клетки с форма на вретено, наречени неврони на фон Екомомо - наречени за човека, който ги е описал за пръв път - се срещат само при хора, големи маймуни и шепа други забележително по-горчиви същества. 66-годишният Алман сравнява мозъците на хора и други животни, за да добие представа за еволюцията на човешкото поведение.
„Невронауката изглежда наистина неохотно да подходи към въпроса какво точно ни прави мозъците ни, а Джон прави точно това“, казва Тод Прейс, невроанатомист и антрополог от Националния център за изследвания на прима на Йеркес в Атланта. "Ние знаем много, много малко за това как нашите мозъци се различават от другите животни", с изключение на това, че мозъкът ни е по-голям. "
Невроните на фон Екомомо са най-забележителната находка от последните години в сравнителните изследвания на мозъка, при които учените изпитват фини разлики между видовете. Невроанатомикът Патрик Хоф и неговите колеги от Медицинското училище в Маунтън Маунтън за първи път се натъкнаха на невроните в човешки мозъчни екземпляри през 1995 г. в регион към предната част на мозъка, наречен преден цингулатен кортекс. Повечето неврони имат конусовидни или звездовидни тела с няколко разклонени проекции, наречени дендрити, които получават сигнали от съседни клетки. Но невроните на фон Економо са тънки и продълговати, със само един дендрит на всеки край. Те са четири пъти по-големи от повечето други мозъчни клетки и дори при видове, които имат клетките, те са рядкост.
Оказа се, че екипът от Манхатън е преоткрил неясен тип клетки, идентифициран за първи път през 1881 г. Хоф е кръстил клетките на анатомист от Виена, Константин фон Екомомо, който точно е описал невроните в човешкия мозък през 1926 г .; след това клетките се изплъзнаха в неизвестност. Хоф започна да търси в мозъка на починали примати, включително маймуни от макак и големи маймуни - шимпанзета, бонобо, горили и орангутани - дарени от зоологически градини и светилища. Той се свърза с Алман, който имаше колекция от примати на мозъка, и го помоли да си сътрудничи. През 1999 г. учените съобщават, че всички големи видове маймуни имат клетки Economo, но по-малки примати, като макаци, лемури и кацари, не. Това означаваше, че невроните са се развили в общ прародител на всички големи маймуни преди около 13 милиона години, след като са се разминавали с други примати, но много преди човешките и шимпанзе да са се разминавали преди около шест милиона години.
Въпреки че Алман е прочут като невроанатомист, не е изненадващо да го откриете в по-големи въпроси за това какво означава да си човек. Докторантурата му от Чикагския университет беше по антропология и той отдавна е очарован как еволюира мозъкът на приматите. Той проведе забележителни проучвания с колегата си Джон Каас, като идентифицира частите от мозъка на маймуната на бухала, които анализират визуалната информация и правят възможен зрението. През 1974 г. Алман се премества в Калтех, където изучава зрението в продължение на 25 години. Но той също така разкри, как основните действия на човешкия мозък оформят социалното поведение. Невроните на фон Екомомо веднага привлякоха интереса му.
Алман, който е разведен, живее в 150-годишна тухлена къща в Сан Марино, която споделя с две австралийски овчарски кучета, Луна и Лунита. Снимки с тонизирана сепия на бабата му суфражист висят на стената на хола. Тъй като е известен в нощни часове ", както казва Алман, той рядко стига до лабораторията преди 13:00, оставя вечер, за да продължи да работи вкъщи и обикновено остава до 2 часа сутринта. Кабинетът му в Калтех е слабо осветен от един прозорец и малък настолна лампа; изглежда като пещера, затрупана с книги и документи. Надолу в залата стъклени пързалки от горила, бонобо и слонова мозъчна тъкан, оцветени в синьо и кафяво, лежат сушене на маси и плотове.
От работата на фон Економо Алман научи, че необичайните клетки сякаш пребивават само в предната цингулатна кора (ACC) и в друга ниша на човешкия мозък - челната инсула (FI). Изследванията за сканиране на мозъка установяват, че ACC и FI са особено активни, когато хората изпитват емоции. И двете области също изглеждат важни за „самонаблюдението“, като забелязват телесни усещания за болка и глад или признават, че човек е направил грешка. АСС изглежда като цяло участва в почти всяко умствено или физическо усилие.
За разлика от това, челната инсула може да играе по-специфична роля за генериране на социални емоции като съпричастност, доверие, вина, смущение, любов - дори чувство за хумор. Според експерименти, които измерват работата на различни мозъчни региони, зоната става активна, когато майката например чуе плачещо бебе или когато някой разгледа лицето, за да определи намеренията на другия човек. FI е мястото, където мозъкът наблюдава и реагира на „червата чувства“ от телесни усещания или взаимодействия в рамките на социална мрежа, казва Алман. Връзката между самонаблюдението и осъзнаването на другите ни дава възможност да разберем чувствата на другите хора. "Основното предложение, което напредвам, " казва той, "е схващането, че самосъзнанието и социалната осъзнатост са част от едно и също функциониране, а клетките на фон Економо са част от това."
Алман смята, че невроните ускоряват комуникацията от ACC и FI до останалата част от мозъка. Клетките са необичайно големи, а в нервната система размерът често корелира със скоростта. „Те са големи неврони, които мисля, че правят много бързо четене на нещо и след това бързо предават тази информация другаде“, казва той. Той спекулира, че тъй като нашите предци на предмети еволюираха все по-големи и по-големи мозъци, те се нуждаеха от високоскоростни връзки, за да изпращат съобщения на по-големи разстояния. "Големият размер на мозъка задължително носи със себе си забавяне на комуникацията в мозъка", добавя той. "Така че един от начините за справяне с това е да има няколко специализирани популации от клетки, които са доста бързи."
Като се има предвид, че невроните живеят в социалните горещи точки на мозъка, Алман теоретизира, че клетъчната система на фон Economo позволява бързо, интуитивно четене при емоционално заредени, променливи ситуации. "Невроните" биха позволили на човек бързо да се приспособи към променящия се социален контекст ", той спекулира. В древното минало това невронно окабеляване може да е предоставило преживяемост на нашите предци, като им е позволило да правят точни преценки с разделителна секунда, особено за това, на кого могат да се доверят или не.
Алман, Хоф и техните колеги са търсили неврони на фон Екомомо в повече от 100 животински вида, от лениви до платипуси. Известно е, че само няколко от тях, освен примати и слонове, разполагат с клетките: гърбати китове, китовете на сперматозоиди, китовете перки, орките и делфини с шише. Предполага се, че клетките са се развили във вече изчезнали видове, които са породили тези морски бозайници преди около 35 милиона години.
Докато го гледах как разделя мозъка на слона в Калтех, Алман с колегите си Атия Хакеем и Вирджини Губерт най-накрая стигнаха до FI на лявото полукълбо на Симба. Три дни по-късно микроскопското изследване на мозъчните филийки показа, че тя е осеяна с отличителните вретеновидни клетки. Това потвърди предишното им наблюдение на подобни неврони във FI на дясното полукълбо на Симба. Клетките на слона са по-големи от човешките и приматите, с размерите на китовите неврони, но размерът и формата са безпогрешно от невроните на Economo.
От преброяването на клетките на фон Economo в 16 слайда - глаза за остъкляване - Hakeem и Allman преценяват, че има приблизително 10 000 от тях в FI с размер на пощенските марки от дясната страна на мозъка на слона, или около 0, 8% от 1, 3 милиона неврона на FI. Von Economo невроните са по-изобилни в човешкия FI, средно около 193 000 клетки и представляват около 1, 25 процента от всички неврони там. В абсолютни числа човешкият мозък има приблизително половин милион неврони фон Економо, много повече от мозъците на слонове, китове или големи маймуни. Алман и неговите колеги не са намерили никого в най-близкия род на слона: антеатъра, броненосеца и скалния хиракс. Отсъствието на клетките при тези видове подкрепя теорията на Алман, че невроните са характеристика на големите мозъци.
Алман предполага, че такива клетки лесно се развиват от малък набор от неврони в инсуларната кора, които се намират при всички бозайници и регулират апетита. Той смята, че докато клетките на фон Екомомо вероятно са се развили, за да ускорят информацията около голям мозък, те са кооптирани от исканията на социалните взаимодействия. Ако е прав, умните, социални животни като китове и слонове може да имат същото специализирано окабеляване за съпричастност и социална интелигентност като човешките същества.
Китовете и слоновете, като хората и големите маймуни, имат големи мозъци и продължителен стадий за младежи, по време на който учат от старейшините си. Те се разпознават и развиват взаимоотношения за сътрудничество през целия живот. Китовете ловуват на групи и защитават ранените подгласници. Обществото слонове е закотвено от матриарси, които насочват стадата си към дупки за поливане, които познават от предишни посещения. (И може да има някаква истина в убеждението, че слоновете никога не забравят: когато Allman, Hof и Hakeem направиха първото 3-D изображение с висока разделителна способност на мозъка на слон, през 2005 г. те намериха огромен хипокамп, мозъчния регион, където спомени се образуват.) Чувствителните зверове се идентифицират взаимно чрез своите бучене и тромпетни призиви, идват на помощ един на друг и сякаш скърбят за мъртвите си.
Алман обича да показва клип от документален филм за група африкански слонове, осиновили осиротяло теле. Когато бебето слон попадне във водна дупка, матриархът бързо марширува, следван от останалите. Заедно тя и втора женска използват бивни, стволове и крака, за да освободят телето от муката. Друго животно лапи на стръмния бряг с крака си, изграждайки рампа, която младежът използва, за да се изкачи на сигурно място. „Наистина е забележително“, казва Алман за това как слоновете бързо преодоляват кризата и работят заедно, за да спасят бебето. "Това е много високо функциониране, което много малко животни са в състояние да направят. И", добавя той с насмешка, "хората могат да го правят само в добри дни." Спасителят, според него, „улавя същността на наистина сложното, координирано социално поведение“.
Идеята за централността на невроните в социалната интелигентност набира все по-голяма сила. Приматологът на Йеркес Франс дьо Ваал казва, че "изключително вълнуващите" изследвания на Алман са свързани с някои от неговите собствени изследвания на интелигентността на пахидермата. Преди две години де Ваал и двама сътрудници съобщиха, че слон от зоопарк в Бронкс на име Хепи може да се разпознае в огледало. Някои учени теоретизират, че способността за разпознаване на собственото отражение показва способност за самосъзнание и дори съпричастност, полезни умения при силно социален вид. Де Ваал посочва, че само животни, които имат неврони на фон Економо, могат да го направят.
И все пак де Ваал предупреждава, че „докато някой не установи точната функция на тези клетки, в основата си остава история“.
Мислите на Алман за клетките на фон Екомомо все още се развиват. С появата на нови данни той изхвърля първоначалните концепции и интегрира други. За разлика от стереотипния предпазлив учен, той не се колебае да изложи смели хипотези, базирани на няколко наблюдения. Теорията, че невроните на фон Економо лежат в основата на социалното познание, е дръзка. И е изкушаващо да се възползваме от клетките като просто обяснение за основата на сложната социална природа на нашия вид. Но Алман знае, че това е разтягане.
Неговата теория има своите скептици. Антропологът Терънс Дийкън от Калифорнийския университет в Бъркли, поставя въпроса дали невроните са наистина различен тип мозъчни клетки или са просто разновидност, възникваща в големи мозъци. Той казва, че разликите в нашия мозък, които ни правят хора, са по-склонни да възникнат от мащабни промени, отколкото от фини промени във формата на неврон. "Не мисля, че това е много голяма част от историята", казва той за идеята на Allman. И все пак, добавя той, що се отнася до разбирането на човешкия мозък, „стига да признаем, че имаме толкова малко да продължим, при тези обстоятелства всички хипотези трябва да се забавляват“.
Точка взета. Но е трудно да не бъдеш съблазнен от теорията на Алман, когато някои от най-убедителните доказателства идват не от лабораторията за патология на животните, а от медицинската клиника.
Уилям Зели, невролог от Калифорнийския университет в Сан Франциско, изследва слабо разбирана невродегенеративна болест, наречена фронтотемпорална деменция. Пациентите търпят разбивка в характера си, губят социални грации и съпричастност, превръщайки се в безчувствени, хаотични и безотговорни. Сключват се бракове и кариера. Изглежда на много пациенти липсва физическо самосъзнание: когато са диагностицирани с други заболявания, те отричат да имат някакви проблеми. Изследванията за образна диагностика на мозъка на пациенти с деменция са разкрили увреждане на челните области на мозъка.
През 2004 г. Seeley чу лекция на Allman за невроните на von Economo. Докато Allman щракна през своите слайдове на PowerPoint, Seeley видя, че клетките са струпани в същите мозъчни области, към които е насочена деменцията, ACC и FI. "Това беше нещо като Еврика", спомня си Зели. Той смята, че клетките могат да помогнат на изследователите да разберат защо тези области са уязвими за унищожаване. "Освен това си помислих, какъв интересен начин да научите нещо за човешката природа. Може би дефицитът, който развиват пациентите, може да е в неща, които са уникално човешки. Така че имаше голям прилив на идеи."
След това, по време на кафе, Seeley и Allman се съгласиха да се обединят, за да установят дали невроните на von Economo са увредени при хора с фронтотемпорална деменция. Анализирайки мозъците на починали пациенти, учените открили, че всъщност около 70 процента от невроните на фон Екомомо в АКС са били унищожени, докато съседните мозъчни клетки до голяма степен не са засегнати. „Много ясно е, че първоначалната мишена на болестта са тези клетки и когато унищожите тези клетки, получавате цялата разбивка на социалното функциониране“, казва Алман. "Това е наистина поразителен резултат, който говори за функцията на клетките толкова ясно, колкото всичко може."
Тази необичайна невронна система изглежда е в основата на много от това, което ни прави хора. Но фактът, че слоновете и китовете очевидно споделят един и същ нервен хардуер, отваря ума към наклона в перспектива: мозъкът ни може да е по-подобен на този на други умни, социални животни, отколкото сме мислили.
Ингфей Чен живее в Санта Крус, Калифорния.
Фотографът Аарон Хюи живее в Сиатъл.
Открит през 1881 г. и описан през 1926 г. от Константин фон Економо, голямата мозъчна клетка с форма на вретено (вдясно) има по-малко клони от типичния неврон (вляво). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / с разрешение от Elsevier (2)) 
Джон Олман (с колегата си Атия Хакеем от Калтех, изследващ мозъчните екземпляри от слонове) търси един от биологичните ключове за човешкото поведение. (Аарон Хюи) 
Известно е, че невроните на Константин фон Економо се срещат в части от човешкия мозък, които обработват усещания и социални емоции. (Илюстрация от Гилбърт Гейтс) 
Константин фон Економо прецизно е описал невроните в човешкия мозък през 1926 г. (Oxford University Press) 
Изучаването на други видове дава представа за „какво ни прави мозъците ни“, казва Тод Преус. (Джак Кирс / Университета Емори) 
Умни, социални и да, надарени с отлична памет, слоновете (Симба в зоопарк в Кливланд Metroparks, където тя почина през 1995 г.) са сред малкото животни с неврони на фон Екомомо. (Метропарк Кливланд зоопарк) 
Джон Алман изучава части от мозъка на Симба. (Аарон Хюи) 
Патрик Хоф изследва кога и къде невроните на фон Економо са се развили в родословното дърво на приматите. (Майкъл Балтер) 
Джон Алман с помощта на мозъчен резец. (Ингфей Чен) 
Джон Алман изрязва тънки от хартия части от запазен мозък, които трябва да бъдат изследвани. (Ингфей Чен) 
Мозъчни резени в лабораторията на Джон Алман. (Аарон Хюи) 
Планинските горили са сред животните, за които се знае, че живеят в сложни групи. (IStockphoto) 
Хърбавите китове са друг вид, за който се знае, че живее в сложни групи. (Блейн Харингтън III / Корбис) 
Известно е, че африканските слонове живеят и в сложни групи. Защо са толкова добри в социализацията? Една от причините, твърди Алман, са специализирани неврони на фон Екомомо, които ускоряват импулсите през необичайно големи мозъци сред центрове, участващи в комуникация и сътрудничество. (IStockphoto)
