Elevandi ruumist puudumise võimalus oli väike. Umbes tosin aastat pärast Simba surma Clevelandi Metroparksi loomaaias pandi Pasadena California tehnoloogiainstituudi neuroteadlase John Allmani ette kolmetäie kortsus korvpalli suurusega aju pooletolline plaat.
Seotud sisu
- Aju ilu
- Kuidas meie ajud mälestusi teevad
Formaldehüüdis konserveeritud välimus nägi välja nagu poolpannkook, külmunud tahke aine kuiva jääga niiskes kihis. Allman viilutas selle ettevaatlikult, kasutades deli lihafreesi laboratoorset ekvivalenti. Kavandades üle tunni aja, raius ta välja 136 õhukest paberilõiku.
Allman otsis omapäraseid ajurakke, mis tema arvates on võti, kuidas Aafrika elevant - nagu inimene - suudab olla kursis sotsiaalse läbikäimise pidevalt muutuvate nüanssidega. Neid spindlikujulisi ajurakke, mida nimetatakse von Economo neuroniteks - nimeks inimesele, kes neid esmakordselt kirjeldas -, leidub ainult inimestes, suurtes inimahvides ja käputäis teistes eriti rikastes olendites. Allman, 66, võrdleb inimeste ja teiste loomade ajusid, et saada ülevaade inimeste käitumise evolutsioonist.
"Neuroteadus näib tõesti tõrksat lähenemas küsimusele, mis meie ajudest teeb meid inimeseks ja John teeb just seda, " ütleb Atlanta Yerkese riikliku primaatide uurimiskeskuse neuroanatoloog ja antropoloog Todd Preuss. "Me teame väga, väga vähe sellest, kuidas meie ajud erinevad teistest loomadest, välja arvatud see, et meie ajud on suuremad."
Von Economo neuronid on aju võrdlevates uuringutes viimaste aastate kõige silmatorkavam leid, milles teadlased peletavad välja peened erinevused liikide vahel. Neuroanatomik Patrick Hof ja tema kolleegid Manhattani Mount Sinai meditsiinikoolis komistasid esmakordselt inimaju proovides neuronitele 1995. aastal aju rinde poole jäävas piirkonnas, mida nimetatakse eesmiseks cingulate cortexiks. Enamikul neuronitel on koonuse- või tähekujulised kehad, millel on mitu hargnemisprojektsiooni, mida nimetatakse dendrititeks, mis võtavad vastu signaale naaberrakkudest. Kuid von Economo neuronid on õhukesed ja piklikud, mõlemas otsas on vaid üks dendriit. Need on neli korda suuremad kui enamus teisi ajurakke ja isegi liikides, kus rakke on, on neid harva.
Manhattani meeskond selgus, et taasavastas varjatud rakutüübi, mis tuvastati esmakordselt 1881. aastal. Hof nimetas rakud Viini asunud anatoomikumi Constantin von Economo järgi, kes kirjeldas täpselt inimese aju neuroneid 1926. aastal; pärast seda läksid rakud varjatuks. Hof asus otsima surnud primaatide, sealhulgas makaakide ahvide ja suurte inimahvide - šimpanside, bonoboste, gorillade ja orangutanide - ajusid, mida annetasid loomaaiad ja pühapaigad. Ta võttis ühendust Allmaniga, kellel oli primaatide aju kogu, ja palus tal koostööd teha. 1999. aastal teatasid teadlased, et kõigil suurtel ahviliikidel oli von Economo rakke, kuid väiksematel primaatidel, näiteks makaakidel, leemuritel ja tarsieridel, seda polnud. See tähendas, et neuronid arenesid kõigi suurte inimahvide ühises esivanemas umbes 13 miljonit aastat tagasi, pärast seda, kui nad erinesid teistest primaatidest, kuid palju enne seda, kui inimese ja šimpansi sugupuu lahkus umbes kuus miljonit aastat tagasi.
Ehkki Allman on tuntud kui neuroanatoloog, pole üllatav, kui ta uurib suuremaid küsimusi selle kohta, mida tähendab olla inimene. Tema Chicago ülikoolist pärit doktorikraad oli antropoloogias ja teda on juba pikka aega paelunud primaatide aju areng. Ta viis koos oma kolleegi Jon Kaasiga läbi maamärkide uuringud, tuues välja öökulli ahvi aju osad, mis analüüsivad visuaalset teavet ja muudavad nägemise võimalikuks. 1974. aastal kolis Allman Caltechi, kus õppis 25 aastat nägemist. Kuid ta sügeles ka selleks, et paljastada, kuidas inimese aju põhitoimingud kujundavad sotsiaalset käitumist. Von Economo neuronid haarasid tema huvi kohe.
Allman, kes on lahutatud, elab 150 aastat vanas telliskivimajas San Marinos, mida ta jagab kahe Austraalia lambakoera, Luna ja Lunitaga. Elutoa seinal ripuvad seepiatoonilised fotod tema suffragistlikust vanaemast. Olles Allmani sõnutsi "kurikuulsalt öine", jõuab ta harva laborisse enne kella 13, lahkub õhtul kodus töötamiseks ja püsib tavaliselt kuni kella 2-ni. Tema Caltechi kontor on ühe akna ja väikese aknaga hämaralt valgustatud. laualamp; see näeb välja nagu raamatute ja paberitega ületatud koobas. Esikust allapoole siniselt ja pruuniks värvitud gorilla-, bonobo- ja elevandi ajukoe klaasiklaasid kuivavad laudadel ja lettidel.
Von Economo töödest sai Allman teada, et ebatavalised rakud näivad elavat ainult inimese aju eesmises ajukoores (ACC) ja ühes teises inimese aju nišis - eesmises isolatsioonis (FI). Ajuskaneerimise uuringud on tuvastanud, et ACC ja FI on eriti aktiivsed, kui inimesed tunnevad emotsioone. Mõlemad piirkonnad tunduvad olevat olulised ka "enesekontrolli" jaoks, näiteks kehaliste valuaistingute ja näljatunde märkamine või vea teadvustamine. ACC näib olevat laialt seotud peaaegu iga vaimse või füüsilise pingutusega.
Seevastu frontaalne insula võib mängida spetsiifilisemat rolli selliste sotsiaalsete emotsioonide tekitamisel nagu empaatia, usaldus, süü, piinlikkus, armastus - isegi huumorimeel. Erinevate ajupiirkondade tööd mõõtvate katsete kohaselt muutub see piirkond aktiivseks, kui ema kuuleb näiteks nutvat last või kui keegi uurib nägu, et teha kindlaks teise inimese kavatsused. Allian väidab, et aju jälgib ja reageerib füüsilistele tunnetele või sotsiaalsete suhete toimel tekkivatele soolestiku tunnetele ja reageerib neile. See on seos enesekontrolli ja teiste teadlikkuse vahel, mis võimaldab meil mõista teiste inimeste tundeid. "Põhiline ettepanek, mida ma edendan, " ütleb ta, "on arusaam, et eneseteadvus ja sotsiaalne teadlikkus on osa samast toimimisest ja von Economo rakud on osa sellest."
Allman arvab, et neuronid kiirendavad sidet ACC-st ja FI-st ülejäänud ajuga. Rakud on ebatavaliselt suured ja närvisüsteemis korreleerub suurus sageli kiirusega. "Nad on suured neuronid, mis minu arvates loevad midagi väga kiiresti läbi ja edastavad selle teabe mujale kiiresti, " ütleb ta. Ta spekuleerib, et kuna meie primaatide esivanematest tekkisid suuremad ja suuremad ajud, vajasid nad suuremate vahemaade vahel sõnumite saatmiseks kiireid ühendusi. "Suur aju suurus tingib sellega ajusisese kommunikatsiooni aeglustumise, " lisab ta. "Nii et üks viis sellega toimetulemiseks on paar spetsialiseerunud rakupopulatsiooni, mis on üsna kiired."
Arvestades, et neuronid elavad aju sotsiaalsetes punktides, teoreetiliselt kirjeldab Allman, et von Economo rakusüsteem võimaldab emotsionaalselt laetud ja lenduvate olukordade kiiret, intuitiivset lugemist. Neuronid "võimaldavad inimesel kiiresti kohaneda muutuvate sotsiaalsete kontekstidega, " spekuleerib ta. Muistses minevikus võis see närvijuhtmestik anda meie esivanematele ellujäämisvõimaluse, võimaldades neil teha täpsed, sekundi pikkused otsused, eriti selle kohta, keda nad võivad usaldada või mitte.
Allman, Hof ja nende kolleegid on otsinud von Economo neuroneid enam kui 100 loomaliigist, alates lohutistest kuni liikide liikideni. Ainult vähestel neist, välja arvatud primaadid ja elevandid, on teada, et neil on rakud: küürvaalad, spermavaalad, finivaalad, orgad ja pudelanoolsed delfiinid. Rakud arenesid välja arvatavasti nüüd väljasurnud liikides, millest sündisid umbes 35 miljonit aastat tagasi need mereimetajad.
Kui ma teda Caltechi elevantide aju sektsioonilt jälgisin, jõudis Allman koos kolleegide Atiya Hakeemi ja Virginie Goubertiga lõpuks Simba vasaku poolkera FI-ni. Kolm päeva hiljem selgus ajuosade mikroskoobi uurimisel, et sellel on täpitähed selgesti eristatavate spindlikujuliste rakkudega. See kinnitas nende varasemat sarnaste neuronite nägemist Simba parema poolkera FI-s. Elevandirakud on suuremad kui inimestel ja primaatidel, umbes vaalaneuronite suurusel, kuid suurus ja kuju on eksimatult von Economo neuronid.
Kui arvestada von Economo rakke 16 slaidis - silmaklaasidena -, siis Hakeemi ja Allmani hinnangul on neid umbes 10 000 postmargi suuruses FI elevandi aju paremal küljel ehk umbes 0, 8 protsenti FI 1, 3 miljonit neuronit. Von Economo neuronid on inimese FI-s küllaga, keskmiselt umbes 193 000 rakku ja moodustavad umbes 1, 25 protsenti kõigist sealsetest neuronitest. Absoluutarvudes on inimese ajus umbes pool miljonit von Economo neuronit, mis on palju rohkem kui elevantide, vaalade või suurte inimahvide ajud. Allman ja tema kolleegid pole ükski elevandi lähimast sugulasest leidnud: anteater, armadillo ja rock hyrax. Rakkude puudumine nendes liikides toetab Allmani teooriat, et neuronid on suurte ajude tunnusjoon.
Allman spekuleerib, et sellised rakud arenevad hõlpsasti väikestest saarekeha neuronite komplektidest, mida leidub kõigis imetajates ja mis reguleerivad söögiisu. Ta arvab, et kuigi von Economo rakud arenesid tõenäoliselt teabe kiirendamiseks suure aju ümber, said nad sotsiaalse vastastikuse mõju nõudmise järgi valiku. Kui tal on õigus, võivad nutikatel seltskondlikel loomadel, nagu vaaladel ja elevantidel, olla empaatia ja sotsiaalse intelligentsuse jaoks spetsiaalsed juhtmestikud kui inimestel.
Vaaladel ja elevantidel, nagu ka inimestel ja suurtel inimahvidel, on suured ajud ja pikenenud noorukieas, mille jooksul nad õpivad oma vanematelt. Nad tunnevad üksteist ära ja arendavad elukestvaid koostöösuhteid. Tapjavaalad jahivad rühmi ja kaitsevad vigastatud kamakaaslasi. Elevantide ühiskond on ankrus matriarhide poolt, kes suunavad oma karjad kastmisaukudesse, mida nad on teada saanud eelmistest visiitidest. (Ja veendumuses, mida elevandid kunagi ei unusta, võib olla tõde: kui Allman, Hof ja Hakeem tegid elevandi ajust esimese suure eraldusvõimega 3D-pildi, leidsid nad 2005. aastal tohutu hipokampuse - ajupiirkonna, kus mälestused moodustuvad.) Tundlikud elukad tuvastavad üksteise oma müristamise ja pasunakõnede järgi, tulevad üksteisele appi ja näivad leinavat oma surnuid.
Allmanile meeldib näidata dokumentaalfilmi klippi Aafrika elevantide grupist, kes adopteerisid orvuks jäänud vasika. Kui beebi elevant langeb veeavasse, marsib matriarh kiiresti sisse ja järgneb teistele. Koos tema ja teise emasloomaga kasutavad vasikad munast vabastamiseks oma kihvad, reisikohad ja jalad. Teine loom käputab järsul kaldal oma jalaga, ehitades kaldtee, mida nooruk kasutab ohutuse tagamiseks ronimiseks. "See on tõesti tähelepanuväärne, " räägib Allman sellest, kuidas elevandid said kiiresti kriisi ja tegid koostööd beebi päästmiseks. "See on väga kõrge funktsioneerimine, mida väga vähesed loomad suudavad teha. Ja" lisab ta muheledes, "saavad inimesed seda teha ainult headel päevadel." Tema sõnul päästetakse "tõeliselt keeruka ja kooskõlastatud sotsiaalse käitumise olemust".
Idee neuronite kesksusest sotsiaalses intelligentsuses omandab üha enam alust. Yerkesi primatoloog Frans de Waal ütleb, et Allmani "äärmiselt põnev" uurimistöö on seotud mõne tema enda uurimisega pachüüdermi luure kohta. Kaks aastat tagasi teatasid de Waal ja kaks kaastöötajat, et Bronxi loomaaia elevant, kelle nimi on Happy, võib ennast peeglist ära tunda. Mõned teadlased teoreetiliselt väidavad, et võime omaenda peegeldust ära tunda osutab eneseteadvuse ja isegi empaatiavõimele ning kasulikele oskustele väga sotsiaalses liikis. De Waal juhib tähelepanu sellele, et seda saavad teha ainult loomad, kellel on von Economo neuronid.
Ent De Waal hoiatab ka, et "kuni keegi nende kärje täpset funktsiooni ei tuvasta, jääb see põhimõtteliselt jutuks".
Allmani mõtted von Economo rakkude kohta arenevad endiselt. Uute andmete saabudes loobub ta algsest kontseptsioonist ja integreerib teised. Erinevalt stereotüüpsetest ettevaatlikest teadlastest ei kõhkle ta mõne tähelepaneku põhjal julgete hüpoteeside esitamisel. Teooria, mille kohaselt von Economo neuronid on sotsiaalse tunnetuse aluseks, on kiiduväärt. Ja see on ahvatlev kasutada rakke kui lihtsat seletust meie liigi keerukale sotsiaalsele olemusele. Kuid Allman teab, et see on venitus.
Tema teoorias on skeptikud. California Berkeley ülikooli antropoloog Terrence Deacon küsib, kas neuronid on tõepoolest teist tüüpi ajurakud või on need lihtsalt variatsioon, mis tekib suurtes ajudes. Ta ütleb, et erinevused meie ajus, mis muudavad meid inimeseks, on tõenäolisemalt tekkinud suuremahulistest muutustest kui närvide kuju peenetest muutustest. "Ma ei usu, et see on loo väga suur osa, " ütleb ta Allmani idee kohta. Inimese aju mõistmisel lisab ta, et "kuniks tunnistame, et meil on nii vähe edasi minna, tuleks sellistes tingimustes kõik hüpoteesid lõbustada".
Sain aru. Kuid Allmani teooria on raske seda mitte võrgutada, kui mõned kõige kaalukamad tõendid pärinevad mitte loomapatoloogia laborist, vaid meditsiinikliinikust.
San Francisco California ülikooli neuroloog William Seeley uurib halvasti mõistetavat neurodegeneratiivset haigust, mida nimetatakse frontotemporaalseks dementsuseks. Patsiendid kannatavad oma iseloomu lagunemise tõttu, kaotades sotsiaalse armu ja empaatiavõime, muutudes tundetuks, korratuks ja vastutustundetuks. Abielu ja karjäär paisuvad sisse. Tundub, et paljudel patsientidel puudub füüsiline eneseteadvus: kui neil diagnoositakse muud haigused, siis nad eitavad oma probleeme. Dementsusega patsientide aju pildiuuringud on avastanud aju eesmiste piirkondade kahjustusi.
2004. aastal kuulis Seeley Allmani loengu von Economo neuronitest. Kui Allman klõpsas oma PowerPointi slaididel, nägi Seeley, et rakud olid koondunud samadesse ajupiirkondadesse, kuhu dementsus oli suunatud - ACC ja FI. "See oli omamoodi, Eureka, " meenutab Seeley. Ta arvas, et rakud võivad aidata teadlastel välja selgitada, miks need piirkonnad olid hävitamise suhtes haavatavad. "Samuti mõtlesin, et mis on huvitav viis õppida midagi inimloomuse kohta. Võib-olla võivad puudujäägid, mis patsientidel tekivad, olla asjades, mis on ainulaadselt inimlikud. Nii et seal oli suur ideedepalavik."
Seejärel leppisid Seeley ja Allman kohvi kokku pannes kokku, et välja selgitada, kas von Economo neuronid pole kahjustatud frontotemporaalse dementsusega inimestel. Surnud patsientide ajusid analüüsides avastasid teadlased, et tegelikult oli hävitatud umbes 70 protsenti ACC von Economo neuronitest, samas kui naaberrakkude ajurakud olid suuresti mõjutamata. "On väga selge, et haiguse algne sihtmärk on need rakud ja kui need rakud hävitate, saate kogu sotsiaalse funktsioneerimise lagunemise, " ütleb Allman. "See on tõeliselt hämmastav tulemus, mis vastab rakkude funktsioonile nii selgelt kui võimalik."
Tundub, et see ebatavaline närvisüsteem põhineb palju sellel, mis meid inimeseks teeb. Kuid asjaolu, et elevantidel ja vaaladel on ilmselt sama närviriistvara, avab mõistuse perspektiivi kallutamiseks: meie ajud võivad olla teiste arukate, sotsiaalsete loomade omadega sarnasemad, kui me arvasime.
Ingfei Chen elab Californias Santa Cruzis.
Fotograaf Aaron Huey elab Seattle'is.
1881. aastal leitud ja 1926. aastal Constantin von Economo poolt kirjeldatud suurel spindli-kujulisel ajurakul (paremal) on vähem harusid kui tüüpilisel neuronil (vasakul). (KK Watson, TK Jones ja JM Allman / Elsevieri loal (2)) 
John Allman (koos kolleegi Atiya Hakeemiga Caltechis, kes uurib elevantide ajuproove) otsib üht inimese käitumise bioloogilisi võtmeid. (Aaron Huey) 
Nüüd on teada, et Constantin von Economo neuronid esinevad inimese aju osades, kus töödeldakse sensatsioone ja sotsiaalseid emotsioone. (Illustratsioon Guilbert Gates) 
Constantin von Economo kirjeldas täpselt inimese aju neuroneid 1926. aastal. (Oxford University Press) 
Teiste liikide uurimine annab ülevaate sellest, "mis teeb meid ajuks, mis teeb meid inimeseks", ütleb Todd Preuss. (Jack Kearse / Emory ülikool) 
Nutikad, sotsiaalsed ja jah, suurepärase mälestusega, on elevandid (Simba Clevelandi Metroparksi loomaaias, kus ta suri 1995. aastal) nende väheste loomade hulgas, kellel on von Economo neuronid. (Clevelandi Metroparksi loomaaed) 
John Allman uurib Simba aju sektsioone. (Aaron Huey) 
Patrick Hof uurib, millal ja kus primaatide sugupuus arenesid von Economo neuronid. (Michael Balter) 
John Allman kasutades aju viilutajat. (Ingfei Chen) 
John Allman nikerdab uuritud konserveeritud aju paberist õhukesed lõigud. (Ingfei Chen) 
Ajuharu proovid John Allmani laboris. (Aaron Huey) 
Mägigorillad kuuluvad loomade hulka, kes teadaolevalt elavad keerukates rühmades. (iStockphoto) 
Küürvaalad on veel üks liik, kes teadaolevalt elab keerukates rühmades. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Aafrika elevandid elavad teadaolevalt ka keerukates rühmades. Miks nad suhelda nii hästi oskavad? Allman väidab, et üks põhjus on spetsialiseerunud von Economo neuronid, mis kiirustavad impulsse ebaharilikult suurtes ajudes suhtlemis- ja koostöökeskuste vahel. (iStockphoto)
