Oli vähän mahdollisuuksia kadottaa norsu huoneeseen. Noin kymmenen vuoden kuluttua Simban kuolemasta Clevelandin Metroparksin eläintarhassa, puoli tuumaa laattaa hänen kellertävistä, ryppyisistä, koripallokokoista aivoistaan asetettiin ennen Pasadenaan Kalifornian teknillisen instituutin neurotieteilijä John Allmania.
Asiaan liittyvä sisältö
- Aivojen kauneus
- Kuinka aivomme tekevät muistoja
Formaldehydiin säilötynä se näytti puolikkaalta pannukakusta, jäädytettynä kiinteänä aineena kuivan jään sumuisella kerroksella. Allman viipaloi sen huolellisesti käyttämällä laboratorioekvivalenttia deli-leikkurin kanssa. Ottaen reilusti tunnin, hän veisteli pois 136 paperiohut osaa.
Allman haki erikoista aivosolua, jonka hän epäilee olevan avain siihen, kuinka afrikkalainen norsu - kuten ihminen - onnistuu pysymään sopeutuneena sosiaalisen vuorovaikutuksen jatkuvasti muuttuviin vivahteisiin. Nämä karan muotoiset aivosolut, nimeltään von Economo -hermosolut - nimeltään miehelle, joka ne ensin kuvasivat - löytyvät vain ihmisistä, suurista apinoista ja kourallisesta muusta erityisen raikkaasta olennosta. Allman, 66, vertaa ihmisten ja muiden eläinten aivoja saadakseen käsityksen ihmisen käyttäytymisen evoluutiosta.
"Neurotiede näyttää todella haluttomalta lähestyä kysymystä siitä, mitä juuri aivomme tekee meistä ihmisiä, ja John tekee juuri sen", sanoo Todd Preuss, neuroanatomisti ja antropologi Yerkesin kansallisen kädellisten tutkimuskeskuksessa Atlantassa. "Tiedämme hyvin, hyvin vähän siitä, kuinka aivomme eroavat muista eläimistä, paitsi että aivomme ovat suurempia."
Von Economo -hermosolut ovat viime vuosien silmiinpistävin havainto aivojen vertailevassa tutkimuksessa, jossa tutkijat kiusaavat hienoja eroja lajien välillä. Neuroanatomisti Patrick Hof ja hänen kollegansa Manhattanin Mount Sinai -yliopistossa törmäsivät ensin ihmisen aivonäytteiden neuroneihin vuonna 1995, aivojen etuosaa kohti olevalle alueelle, jota kutsuttiin cingulate-etukuoresta. Useimmissa neuroneissa on kartiomaisia tai tähtiä muodostavia kappaleita, joissa on useita haarautumisprojektioita, nimeltään dendriittejä, jotka vastaanottavat signaaleja naapurisoluista. Mutta von Economo -hermosolut ovat ohuita ja pitkänomaisia, vain molemmissa päissä on yksi dendriitti. Ne ovat neljä kertaa suurempia kuin useimmat muut aivosolut, ja jopa niissä lajeissa, joissa on solut, ne ovat harvinaisia.
Manhattanin joukkue osoittautui uudelleen löytäneen epäselvän solutyypin, joka tunnistettiin ensin vuonna 1881. Hof nimitti solut Wienissä toimivan anatomisti Constantin von Economon mukaan, joka kuvasi tarkkaan ihmisen aivojen hermosoluja vuonna 1926; myöhemmin solut liukastuivat epäselvyyteen. Hof aloitti eläintarhojen ja pyhäkköjen lahjoittamien kuolleiden kädellisten, mukaan lukien makakkipinojen ja suurten apinoiden - simpanssien, bonobojen, gorillojen ja orangutanien - aivot. Hän otti yhteyttä Allmaniin, jolla oli kokoelma kädellisten aivoja, ja pyysi häntä yhteistyöhön. Vuonna 1999 tutkijat kertoivat, että kaikilla suurilla apinalajeilla oli von Economo -soluja, mutta pienemmillä kädellisillä, kuten makakeilla, lemurilla ja tarsierilla, ei. Se tarkoitti, että hermosolut kehittyivät kaikkien suurten apinoiden yhteisessä esi-isässä noin 13 miljoonaa vuotta sitten, sen jälkeen kun ne erottuivat muista kädellisistä, mutta hyvissä ajoin ennen kuin ihmisen ja simpanssin sukupolvi erottui noin kuusi miljoonaa vuotta sitten.
Vaikka Allman on tunnettu neuroanatomisti, ei ole yllättävää, että hän pohtii suurempia kysymyksiä siitä, mitä tarkoittaa olla ihminen. Hänen tohtorin tutkintonsa Chicagon yliopistosta oli antropologia, ja hän on pitkään ollut kiehtonut siitä, miten kädellisten aivot kehittyivät. Hän suoritti maamerkkitutkimuksia kollegansa Jon Kaasin kanssa tunnistaakseen pöllön apinan aivojen osat, jotka analysoivat visuaalista tietoa ja tekevät mahdolliseksi. Vuonna 1974 Allman muutti Caltechiin, missä hän opiskeli näkemistä 25 vuoden ajan. Mutta hän kutisti myös selvittääkseen, kuinka ihmisen aivojen perustoiminnot muovaavat sosiaalista käyttäytymistä. Von Economon hermosolut herättivät hänen kiinnostuksensa heti.
Allman, joka on eronnut, asuu 150-vuotiaassa tiilitalossa San Marinossa, jonka hän jakaa kahden australialaisen paimenkoiran, Lunan ja Lunitan kanssa. Seepiasävyisiä valokuvia hänen suffragistisesta isoäitinsä roikkuu olohuoneen seinällä. Koska Allman toteaa, että "tunnetusti yöllinen", hän pääsee harvoin laboratorioon ennen kello 13.00, lähtee illalla jatkamaan töitä kotona ja pysyy yleensä klo 2 asti. Hänen Caltech-toimistonsa valaisevat hämärästi yhden ikkunan ja pienen pöytävalaisin; se näyttää luolasta, joka on ylitetty kirjoilla ja papereilla. Aulan alla sinisellä ja ruskealla värjätyt gorilla-, bonobo- ja elefanttien aivokudokset lasilasit kuivaavat pöydillä ja tiskillä.
Von Economon teoksesta Allman sai tietää, että epätavalliset solut näyttivät olevan vain ihmisen aivojen edessä olevassa aivokuoressa (ACC) ja yhdessä aivojen yhdessä muussa kapessa, frontaalisessa eristeessä (FI). Aivoskannaustutkimukset ovat osoittaneet, että ACC ja FI ovat erityisen aktiivisia, kun ihmiset kokevat tunteita. Molemmat alueet vaikuttavat myös olevan tärkeitä "omavalvonnalle", kuten huomaa ruumiilliset kipua ja nälkää tuntevat tekijät tai tunnistavat virheen. ACC näyttää olevan laajalti mukana melkein jokaisessa henkisessä tai fyysisessä työssä.
Sitä vastoin etuseinällä voi olla tarkempi rooli sellaisten sosiaalisten tunneiden, kuten empatia, luottamus, syyllisyys, hämmennys, rakkaus, tuottamisessa - jopa huumorintaju. Eri aivoalueiden toimintaa mittaavien kokeiden mukaan alue aktivoituu, kun äiti kuulee esimerkiksi itkevän vauvan tai kun joku tarkkailee kasvoja toisen henkilön aikomusten määrittämiseksi. FI on aivot, joissa aivot tarkkailevat ja reagoivat "suolen tunteisiin" kehon tunneista tai vuorovaikutuksesta sosiaalisessa verkostossa, Allman sanoo. Se linkki itsevalvonnan ja muiden tietoisuuden välillä antaa meille mahdollisuuden ymmärtää muiden ihmisten tunteita. "Perusidea, jota edistän", hän sanoo, "on käsitys, että itse- ja sosiaalinen tietoisuus ovat osa samaa toimintaa ja von Economo -solut ovat osa sitä."
Allmanin mielestä neuronit nopeuttavat kommunikointia ACC: stä ja FI: stä muihin aivoihin. Solut ovat epätavallisen suuria, ja hermostossa koko korreloi usein nopeuden kanssa. "Ne ovat suuria hermosoluja, joiden luulen lukevan erittäin nopeasti jotakin ja välittävän sen sitten muualle nopeasti", hän sanoo. Hän spekuloi, että kun kädellisten esi-isämme kehittyivät isommiksi ja isommiksi aivoiksi, he tarvitsivat nopeita yhteyksiä viestien lähettämiseksi pidemmälle etäisyydelle. "Suuri aivojen koko vie väistämättä aivojen viestintää", hän lisää. "Joten yksi tapa käsitellä asiaa on saada muutama erikoistunut solupopulaatio, joka on melko nopea."
Koska neuronit elävät aivojen sosiaalisissa kuumissa pisteissä, Allman kertoo, että von Economo-solujärjestelmä mahdollistaa nopean, intuitiivisen lukemisen emotionaalisesti latautuneissa, haihtuvissa tilanteissa. Neuronien "avulla ihminen voi nopeasti sopeutua muuttuviin sosiaalisiin olosuhteisiin", hän spekuloi. Muinaisessa menneisyydessä tämä hermojohdotus saattoi antaa esivanhempillemme selviytymisreunan antamalla heille mahdollisuuden tehdä tarkkoja, sekunnin jakautuneita arvioita, erityisesti niistä, joihin he voivat luottaa tai eivät.
Allman, Hof ja heidän kollegansa ovat etsineet von Economo -hermosoluja yli 100 eläinlajista, laiskuuksista platypusiin. Vain harvoilla heistä, muilla kuin kädellisillä ja norsuilla, tiedetään olevan soluja: ryppyvalaat, siittiövalat, evävalaat, orkat ja pullonkärkiset delfiinit. Oletettavasti solut kehittyivät nyt sukupuuttoon sukupuuttoon kuolleista lajeista, jotka synnyttivät noiden merinisäkkäiden noin 35 miljoonaa vuotta sitten.
Katsellen häntä osastolla elefantin aivot Caltechissa, Allman saavutti vihdoin kollegojen Atiya Hakeemin ja Virginie Goubertin kanssa Simban vasemman pallonpuoliskon FI: lle. Kolme päivää myöhemmin aivoleikkeiden mikroskooppitutkimus paljasti sen pistettävän erottuvilla karan muotoisilla soluilla. Tämä vahvisti heidän aiemman havaitsemisensa vastaavista neuroneista Simban oikean pallonpuoliskon FI: llä. Elefanttisolut ovat suurempia kuin ihminen ja kädelliset, noin valaan hermosolujen kokoisia, mutta koko ja muoto ovat kiistatta von von Neuro neuronit.
Kun lasketaan von Economo -solut 16 dioista - silmälaseista - Hakeem ja Allman arvioivat, että niitä on noin 10 000 postimerkkikokoisessa FI elefantin aivojen oikealla puolella tai noin 0, 8 prosenttia FI: n 1, 3 miljoonaa neuronia. Von Economo -hermosolut ovat runsaampia ihmisen FI: ssä, keskimäärin noin 193 000 solua ja muodostaen noin 1, 25 prosenttia kaikista siellä olevista neuroneista. Absoluuttisina lukuina ihmisen aivoissa on noin puoli miljoonaa von Economo-neuronia, paljon enemmän kuin norsujen, valaiden tai suurten apinoiden aivot. Allman ja hänen kollegansa eivät ole löytäneet yhtään elefantin lähimmästä sukulaisesta: anteaterista, armadillosta ja rock hyraxista. Solujen puuttuminen näistä lajeista tukee Allmanin teoriaa, jonka mukaan neuronit ovat isojen aivojen ominaisuus.
Allman spekuloi, että sellaiset solut kehittyvät helposti pienistä sarjoista hermosoluista saarinkuoressa, joita löytyy kaikista nisäkkäistä ja jotka säätelevät ruokahalua. Hän ajattelee, että vaikka von Economon solut todennäköisesti kehittyivät nopeuttamaan informaatiota isojen aivojen ympärillä, he saivat yhteiskäytön vaatimukset yhteistyöhön. Jos hänellä on oikeus, älykkäillä, sosiaalisilla eläimillä, kuten valaat ja norsut, voi olla sama erikoistunut johdotus empatiaan ja sosiaaliseen älykkyyteen kuin ihmisillä.
Valailla ja norsuilla, kuten ihmisillä ja suurilla apinoilla, on suuret aivot ja pitkittynyt nuoruuden vaihe, jonka aikana he oppivat vanhemmiltaan. He tunnustavat toisensa ja kehittävät elinikäisiä yhteistyösuhteita. Killer-valaat metsästävät ryhmissä ja suojelevat loukkaantuneita pod-kavereita. Elefanttiyhteiskunta on ankkuroinut matriarkien, jotka ohjaavat karjansa kasteluaukkoihin, jotka he ovat tunteneet aiemmista käynneistä. (Ja voi olla totuus uskomukseen, jota elefantit eivät koskaan unohda: Kun Allman, Hof ja Hakeem tekivät ensimmäisen korkearesoluutioisen kolmiulotteisen kuvan elefantin aivoista, he löysivät vuonna 2005 valtavan hippokampuksen, aivoalueen, jolla muistoja ). Herkät pedat tunnistavat toisiaan rypistymisensä ja trumpettiäänestyksensä perusteella, tulevat toistensa avuksi ja näyttävät suruttavan kuolleitaan.
Allman haluaa näyttää leikkeen dokumenttielokuvasta afrikkalaisista norsuista, jotka adoptoivat orvoksi vasikan. Kun vauva elefantti putoaa vesireiään, matriarkka marssi nopeasti sisään ja seurasi muita. Yhdessä hän ja toinen naaras vapauttavat vasikan mukasta paskillaan, arkut ja jalat. Toinen eläin tassuttaa jyrkän rannan kanssa jalallaan rakentamalla rampin, jolla nuori käyttää kiivetä turvallisuuteen. "Se on todella merkittävä, " kertoo Allman siitä, kuinka norsut elefantit nopeasti kasvattivat kriisiä ja työskentelivät yhdessä vauvan pelastamiseksi. "Se on erittäin korkea tyyppinen toiminta, jonka harvat eläimet kykenevät suorittamaan. Ja", hän lisää naurahtaa, "ihmiset voivat tehdä sen vain hyvinä päivinä." Pelastus, hän sanoo, "vangitsee todella monimutkaisen, koordinoidun sosiaalisen käyttäytymisen ydin".
Ajatus neuronien keskeisyydestä sosiaaliseen älykkyyteen kasvaa. Yerkesin primatologi Frans de Waal sanoo, että Allmanin "erittäin mielenkiintoinen" tutkimus liitetään joihinkin hänen omiin tutkimuksiinsa pakydermin älykkyydestä. Kaksi vuotta sitten de Waal ja kaksi yhteistyökumppania kertoivat, että Happy-niminen Bronxin eläintarha norsu voisi tunnistaa itsensä peilistä. Jotkut tutkijat teorioivat, että kyky tunnistaa oma heijastus osoittaa kykyä itse tietoisuuteen ja jopa empatiaan, hyödyllisiin taitoihin erittäin sosiaalisissa lajeissa. De Waal huomauttaa, että vain eläimet, joilla on von Economo -hermosoluja, voivat tehdä niin.
De Waal varoittaa myös, että "kunnes joku selvittää näiden solujen tarkan toiminnan, se on pohjimmiltaan tarina".
Allmanin ajatukset von Economo -soluista kehittyvät edelleen. Kun uutta tietoa tulee, hän hylkää alkuperäiset käsitteet ja integroi toiset. Toisin kuin stereotyyppinen varovainen tutkija, hän ei epäröi esittää rohkeita hypoteeseja muutamien havaintojen perusteella. Teoria, jonka mukaan von Economo -hermosolut ovat sosiaalisen kognition perustana, on uskollinen. Ja on houkuttelevaa tarttua soluihin yksinkertaisena selityksenä lajimme monimutkaiselle sosiaaliselle luonteelle. Mutta Allman tietää, että se on venytys.
Hänen teoriassaan on skeptikot. Antropologi Terrence Deacon Kalifornian yliopistosta Berkeleyssä kyseenalaistaa ovatko neuronit todella erityyppisiä aivosoluja vai ovatko ne vain variaatio, joka syntyy suurista aivoista. Hän sanoo, että aivojemme erot, jotka tekevät meistä ihmisiä, ovat todennäköisemmin syntyneet suurista muutoksista kuin hermojen muodon hienoisista muutoksista. "En usko, että se on kovin suuri osa tarinaa", hän sanoo Allmanin ideasta. Silti hän lisää, kun kyse on ihmisen aivojen ymmärtämisestä, "niin kauan kuin tunnustamme, että meillä on niin vähän tekemistä, kaikissa hypoteeseissa tulisi viihdyttää".
Kohta otettu. Mutta Allmanin teoria on vaikea olla houkuttelematta, kun jotkut vakuuttavimmista todisteista eivät johdu eläinpatologian laboratoriosta, vaan lääketieteelliseltä klinikalta.
San Franciscon Kalifornian yliopiston neurologi William Seeley tutkii huonosti ymmärrettävää neurodegeneratiivista sairautta, jota kutsutaan frontotemporaaliseksi dementiaksi. Potilaat kärsivät luonteensa jakautumisesta, menettää sosiaalisen armon ja empatian, muuttuvat tunteettomiksi, vakituisiksi ja vastuuttomiksi. Avioliitot ja ura romahtavat. Monilla potilailla ei näytä olevan fyysistä itsetuntoa: kun he diagnosoidaan muihin sairauksiin, he kiistävät olevansa ongelmia. Dementiapotilaiden aivokuvannustutkimukset ovat paljastaneet vaurioita aivojen etualueille.
Vuonna 2004 Seeley kuuli Allmanin luennon von Economo -hermosoluista. Kun Allman napsautti PowerPoint-diojensa läpi, Seeley huomasi, että solut olivat klusteroituneet samoihin aivoalueisiin, joihin dementia kohdistui, ACC ja FI. "Se oli tavallaan, Eureka", Seeley muistelee. Hän ajatteli, että solut auttavat tutkijoita selvittämään, miksi nuo alueet olivat alttiita tuhoamiselle. "Ajattelin myös, mikä mielenkiintoinen tapa oppia jotain ihmisen luonteesta. Ehkä potilaiden kehittämät puutteet saattavat olla asioissa, jotka ovat ainutlaatuisesti inhimillisiä. Joten siellä oli iso ideoiden kiire."
Myöhemmin, kahvin yli, Seeley ja Allman sopivat ryhmän kanssa selvittääkseen, vaurioittuivatko von Economo -hermosolut ihmisille, joilla oli frontotemporaalinen dementia. Analysoidessaan kuolleiden potilaiden aivoja tutkijat havaitsivat, että itse asiassa noin 70 prosenttia ACC: n von Economo -hermosoluista oli tuhottu, kun taas naapurimaiden aivosolut olivat suurelta osin muuttumattomia. "On erittäin selvää, että taudin alkuperäinen kohde on nämä solut, ja kun tuhoat nämä solut, saat kaiken sosiaalisen toiminnan hajoamisen", Allman sanoo. "Se on todella hämmästyttävä tulos, joka puhuu solujen toimintaan niin selvästi kuin mikä tahansa voi."
Tämä epätavallinen hermosto näyttää vaikuttavan paljon siihen, mikä tekee meistä ihmisiä. Mutta se, että norsuilla ja valailla on ilmeisesti sama hermolaitteisto, avaa mielen kallistumaan näkökulmaan: aivomme voivat olla samanlaisia kuin muiden älykkäiden, sosiaalisten eläinten kuin luulimme.
Ingfei Chen asuu Santa Cruzissa, Kalifornia.
Valokuvaaja Aaron Huey asuu Seattlessa.
Vuonna 1881 löydetty ja Constantin von Economon vuonna 1926 kuvailema, suurella, kara-muotoisella aivosolulla (oikealla) on vähemmän oksia kuin tyypillisellä neuronilla (vasemmalla). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / Elsevierin luvalla (2)) 
John Allman (yhdessä kollegan Atiya Hakeemin kanssa Caltechissa tutkivat norsujen aivonäytteitä) etsii yhtä biologisista avaimista ihmisen käyttäytymiselle. (Aaron Huey) 
Constantin von Economo -hermosolujen tiedetään nyt tapahtuvan ihmisen aivojen osissa, jotka käsittelevät tuntemuksia ja sosiaalisia tunteita. (Kuva: Guilbert Gates) 
Constantin von Economo kuvasi tarkasti ihmisen aivojen neuroneja vuonna 1926. (Oxford University Press) 
Muiden lajien tutkiminen antaa käsityksen siitä, "mitä aivomme tekee meistä ihmisiä", sanoo Todd Preuss. (Jack Kearse / Emory-yliopisto) 
Älykäs, sosiaalinen ja kyllä, jolla on erinomainen muisti, norsut (Simba Cleveland Metroparksin eläintarhassa, jossa hän kuoli vuonna 1995) kuuluvat harvoihin eläimiin, joilla on von Economo -hermosoluja. (Cleveland Metroparks Zoo) 
John Allman tutkii Simban aivojen osia. (Aaron Huey) 
Patrick Hof tutkii milloin ja missä von Economo -hermosolut kehittyivät kädellisten sukupuussa. (Michael Balter) 
John Allman aivoseleikkurilla. (Ingfei Chen) 
John Allman veistää paperiohut leikkeet säilyneistä aivoista tutkittavaksi. (Ingfei Chen) 
Aivoleikkeinäytteet John Allmanin laboratoriossa. (Aaron Huey) 
Vuorigorilla kuuluvat eläimiin, joiden tiedetään elävän monimutkaisissa ryhmissä. (IStockphoto) 
Ryhmävalaat ovat toinen laji, jonka tiedetään elävän monimutkaisissa ryhmissä. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Afrikkalaisten norsujen tiedetään elävän myös monimutkaisissa ryhmissä. Miksi he ovat niin hyviä seurusteluun? Yksi syy, Allman väittää, on erikoistuneita von Economo-neuroneja, jotka nopeuttavat impulsseja epätavallisen suurten aivojen yli viestintään ja yhteistyöhön osallistuvien keskusten keskuudessa. (IStockphoto)
