Nu prea există șanse să lipsească elefantul din cameră. La aproximativ o duzină de ani după ce Simba a murit la Cleveland Metroparks Zoo, o placă de jumătate de centimetru din creierul ei de culoare galbenă, încrețită, de baschet, a fost pusă în fața lui John Allman, un neurolog în cadrul Institutului Tehnologic din California din Pasadena.
Continut Asemanator
- Frumusețea creierului
- Cum creierele noastre creează amintiri
Păstrat în formaldehidă, părea o jumătate de clătită, solid înghețat pe un pat nebun de gheață uscată. Allman l-a tăiat cu grijă folosind echivalentul de laborator al unui tăietor de carne deli. Luând bine peste o oră, a sculptat 136 de secțiuni subțire de hârtie.
Allman a căutat un tip particular de celule cerebrale despre care bănuiește că este o cheie a modului în care elefantul african - ca o ființă umană - reușește să rămână la curent cu nuanțele în continuă schimbare ale interacțiunii sociale. Aceste celule cerebrale în formă de fus, numite neuronii von Economo - numiți pentru omul care le-a descris pentru prima dată - se găsesc doar la ființe umane, maimuțe mari și o mână de alte creaturi în special gregare. Allman, în vârstă de 66 de ani, compară creierul oamenilor și al altor animale pentru a obține o perspectivă asupra evoluției comportamentului uman.
„Neuroștiința pare cu adevărat reticentă în abordarea întrebării despre ce este vorba despre creierul nostru care ne face umani, iar John face exact asta”, spune Todd Preuss, un neuroanatomist și antropolog la Centrul Național de Cercetare Primă Yerkes din Atlanta. „Știm foarte, foarte puțin despre cum diferă creierul nostru de celelalte animale, cu excepția faptului că creierul nostru este mai mare.”
Neuronii von Economo sunt cele mai izbitoare constatări din ultimii ani în cercetarea comparativă a creierului, în care oamenii de știință tachinează diferențele fine între specii. Neuroanatomistul Patrick Hof și colegii săi de la Școala de Medicină Mount Sinai din Manhattan s-au împiedicat mai întâi de neuronii din epruvete de creierul uman în 1995, într-o regiune spre partea din față a creierului numită cortexul cingulat anterior. Majoritatea neuronilor au corpuri în formă de con sau de stea, cu mai multe proiecții de ramificare, numite dendrite, care primesc semnale de la celulele vecine. Dar neuronii von Economo sunt subțiri și alungiți, cu o singură dendrită la fiecare capăt. Sunt de patru ori mai mari decât majoritatea celulelor creierului și chiar și la speciile care au celule, acestea sunt rare.
S-a dovedit că echipa din Manhattan a redescoperit un tip de celule obscure identificate pentru prima dată în 1881. Hof a numit celulele după un anatomist cu sediul din Viena, Constantin von Economo, care a descris cu precizie neuronii din creierul uman în 1926; după aceea, celulele au alunecat în obscuritate. Hof a început să se uite în creierul primatelor decedate, inclusiv maimuțe macace și maimuțe mari - cimpanze, bonobos, gorile și orangutane - donate de grădini zoologice și sanctuare. L-a contactat pe Allman, care avea o colecție de creiere primate și i-a cerut să colaboreze. În 1999, oamenii de știință au raportat că toate speciile mari de maimuță aveau celule von Economo, dar primatele mai mici, cum ar fi macacii, lămâiele și tarsierele, nu. Asta însemna că neuronii au evoluat într-un strămoș comun al tuturor marilor maimuțe în urmă cu aproximativ 13 milioane de ani, după ce s-au abătut față de alte primate, dar cu mult înainte ca rândurile umane și cimpanzești să devină în urmă cu aproximativ șase milioane de ani.
Cu toate că Allman este renumit ca neuroanatomist, nu este surprinzător să-l găsești aprofundând în întrebări mai mari despre ce înseamnă să fii om. Doctoratul său, de la Universitatea din Chicago, era în antropologie și a fost fascinat de mult timp cu modul în care a evoluat creierul primat. A realizat studii de reper cu colegul său Jon Kaas, identificând părțile creierului maimuței bufniței care analizează informațiile vizuale și fac posibilă vederea. În 1974, Allman s-a mutat la Caltech, unde a studiat vederea timp de 25 de ani. Dar, de asemenea, a mâncat să descopere modul în care funcționarea de bază a creierului uman modelează comportamentul social. Neuronii von Economo i-au captat imediat interesul.
Allman, care este divorțat, locuiește într-o casă de cărămidă veche de 150 de ani din San Marino, pe care o împarte cu doi câini ciobăni australieni, Luna și Lunita. Fotografii în ton sepiază ale bunicii sale sufragiste atârnă pe peretele camerei de zi. Fiind „notoriu nocturn”, așa cum spune Allman, el ajunge foarte rar la laborator înainte de ora 1 pm, pleacă seara pentru a continua să lucreze acasă și stă, de obicei, până la 2 dimineața, biroul său din Caltech este slab luminat de o singură fereastră și de un mic lampa de birou; pare ca o pestera depasita de carti si acte. În josul holului, glisiere de sticlă de țesut cerebral de gorilă, bonobo și elefant, pătate de albastru și maro, se usucă pe mese și contoare.
Din lucrările lui von Economo, Allman a aflat că celulele neobișnuite păreau să locuiască doar în cortexul cingulat anterior (ACC) și o altă nișă a creierului uman, insula frontală (FI). Studiile de scanare a creierului au stabilit că ACC și FI sunt deosebit de active atunci când oamenii experimentează emoții. Ambele zone par a fi importante și pentru „auto-monitorizare”, cum ar fi observarea senzațiilor corporale de durere și foame sau recunoașterea faptului că cineva a făcut o greșeală. CAC pare în mare parte implicat în aproape fiecare efort mental sau fizic.
În schimb, insula frontală poate juca un rol mai specific în generarea emoțiilor sociale precum empatie, încredere, vinovăție, jenă, iubire - chiar și un simț al umorului. Conform experimentelor care măsoară funcționarea diferitelor regiuni ale creierului, zona devine activă atunci când o mamă aude un copil care plânge, de exemplu, sau când cineva cercetează o față pentru a determina intențiile celeilalte persoane. FI este locul în care creierul monitorizează și reacționează la „sentimentele intestinale” din senzații sau interacțiuni corporale în cadrul unei rețele sociale, spune Allman. Este legătura dintre auto-monitorizarea și conștientizarea altora care ne permite să înțelegem sentimentele celorlalți oameni. "Propunerea de bază pe care o avansez", spune el, este ideea că conștientizarea de sine și conștientizarea socială fac parte din aceeași funcționare, iar celulele von Economo fac parte din asta.
Allman crede că neuronii accelerează comunicarea de la ACC și FI la restul creierului. Celulele sunt neobișnuit de mari, iar în sistemul nervos, dimensiunea se corelează adesea cu viteza. „Sunt neuroni mari, care cred că fac o citire foarte rapidă a ceva și apoi transmit aceste informații rapid în altă parte”, spune el. El speculează că pe măsură ce strămoșii noștri primari au evoluat creierele din ce în ce mai mari, au avut nevoie de conexiuni de mare viteză pentru a trimite mesaje pe distanțe mai mari. „Dimensiunea creierului mare poartă în mod necesar o încetinire a comunicării în creier”, adaugă el. „Deci, un mod de a face față este acela de a avea câteva populații specializate de celule care sunt destul de rapide”.
Având în vedere că neuronii trăiesc în punctele fierbinți sociale ale creierului, Allman teoretizează că sistemul celular von Economo permite o citire rapidă și intuitivă în situații volatile încărcate emoțional. Neuronii „i-ar permite unuia să se adapteze rapid la contextele sociale în schimbare”, speculează el. În trecutul antic, această cablare neurală ar fi putut conferi strămoșilor noștri un avantaj de supraviețuire, permițându-le să facă judecăți corecte și împărțite în a doua secțiune, în special în cine ar putea avea încredere sau nu.
Allman, Hof și colegii lor au căutat neuroni von Economo în peste 100 de specii de animale, de la sloths până la platipus. Doar câteva dintre ele, altele decât primatele și elefanții, sunt cunoscute ca având celulele: balenele cu cocoașă, balenele sperme, balenele cu aripioare, orcasele și delfinii cu nas. Probabil că celulele au evoluat la specii acum dispărute care au dat naștere acelor mamifere marine cu aproximativ 35 de milioane de ani în urmă.
Când îl priveam secționând creierul elefantului de la Caltech, Allman, alături de colegele Atiya Hakeem și Virginie Goubert, au ajuns în cele din urmă la emisiunea stângă a emisiunii Simba. Trei zile mai târziu, examinarea la microscop a feliilor de creier a relevat că este punctată cu celulele distinctive în formă de fus. Asta a confirmat observarea lor anterioară de neuroni similari în emisfera dreaptă Simba. Celulele elefantului sunt mai mari decât cele umane și primate, cam de dimensiunea neuronilor balenei, dar mărimea și forma sunt neconfuzabil neuronii von Economo.
De la numărarea celulelor von Economo în 16 diapozitive - o corvoadă de ochi - Hakeem și Allman estimează că există aproximativ 10.000 dintre acestea în mărimea FI-ștampilă din partea dreaptă a creierului elefantului, sau aproximativ 0, 8 la sută din FI 1, 3 milioane de neuroni. Neuronii Von Economo sunt mai abundenți în FI uman, în medie aproximativ 193.000 de celule și reprezentând aproximativ 1, 25 la sută din totalul neuronilor de acolo. În număr absolut, creierul uman are aproximativ jumătate de milion de neuroni von Economo, mult mai mult decât creierul elefanților, balenelor sau maimuțelor mari. Allman și colegii săi nu au găsit niciunul în cea mai apropiată rudă a elefantului: anteater, armadillo și hyrax rock. Absența celulelor din aceste specii susține teoria lui Allman potrivit căreia neuronii sunt o caracteristică a creierului mare.
Allman speculează că astfel de celule evoluează ușor dintr-un set mic de neuroni din cortexul insular care se găsesc la toate mamiferele și reglează apetitul. El crede că, în timp ce celulele von Economo au evoluat probabil pentru a accelera informațiile din jurul unui creier mare, au fost cooptate de cerințele interacțiunilor sociale. Dacă are dreptate, animale inteligente, sociale, cum ar fi balenele și elefanții, ar putea avea același cablu specializat pentru empatie și inteligență socială ca și ființele umane.
Balenele și elefanții, precum oamenii și maimuțele mari, au creierul mare și o etapă juvenilă prelungită în timpul căreia învață de la bătrânii lor. Se recunosc reciproc și dezvoltă relații de cooperare pe tot parcursul vieții. Balenele ucigătoare vânează în grupuri și protejează colegii păstăi răniți. Societatea elefanților este ancorată de matriarhi care își ghidează efectivele către găurile de udare pe care le cunosc din vizitele anterioare. (Și este posibil să existe un adevăr pentru credința că elefanții nu uită niciodată: când Allman, Hof și Hakeem au făcut prima imagine în 3-D de înaltă rezoluție a unui creier de elefant, în 2005, au găsit un hipocampus enorm, regiunea creierului unde se află amintirile. sunt formate.) Bestiile sensibile se identifică reciproc prin zvonurile și apelurile trompete, vin în ajutorul celuilalt și par să-și jeleze morții.
Lui Allman îi place să arate un clip dintr-un documentar despre un grup de elefanți africani care au adoptat un vițel orfan. Când elefantul bebelușului intră într-o gaură de apă, matriarhul intră repede, urmat de ceilalți. Împreună, ea și o a doua femelă își folosesc șuvițele, trunchiurile și picioarele pentru a elibera vițelul de mușchi. Un alt animal se labe pe malul abrupt, cu piciorul, construind o rampă pe care tânăra o folosește pentru a urca în siguranță. „Este foarte remarcabil”, spune Allman despre modul în care elefanții au marit rapid criza și au lucrat împreună pentru a salva copilul. „Este un fel de funcționare foarte mare pe care foarte puține animale sunt capabile să îl facă. Și”, adaugă el cu o chicotire, „oamenii o pot face doar în zilele bune”. Salvarea, spune el, „surprinde esența unui comportament social într-adevăr complex, coordonat”.
Ideea centralității neuronilor față de inteligența socială câștigă teren. Primatologul lui Yerkes, Frans de Waal, spune că cercetarea „extrem de interesantă” a lui Allman are legătură cu unele dintre propriile sale investigații despre inteligența pachyderm. În urmă cu doi ani, de Waal și doi colaboratori au raportat că un elefant Zoo Bronx pe nume Happy ar putea să se recunoască într-o oglindă. Unii oameni de știință teoretizează că capacitatea de a recunoaște propria reflecție indică o capacitate de conștientizare de sine și chiar empatie, abilități utile într-o specie extrem de socială. De Waal subliniază că numai animalele care au neuroni von Economo pot face acest lucru.
Totuși, de Waal atrage atenția că „până când cineva stabilește funcția exactă a acestor celule, rămâne o poveste, practic.”
Gândurile lui Allman despre celulele von Economo continuă să evolueze. Odată cu introducerea de date noi, el aruncă conceptele inițiale și le integrează pe altele. Spre deosebire de omul de știință precaut stereotip, el nu ezită să prezinte ipoteze îndrăznețe bazate pe câteva observații. Teoria conform căreia neuronii von Economo stau la baza cogniției sociale este auditivă. Și este tentant să preluăm celulele ca o explicație simplă pentru baza naturii sociale complexe a speciei noastre. Dar Allman știe că este o întindere.
Teoria sa are scepticii săi. Antropologul Terrence Deacon, de la Universitatea din California din Berkeley, pune întrebări dacă neuronii sunt cu adevărat un tip diferit de celule ale creierului sau sunt pur și simplu o variație care apare în creierul mare. El spune că diferențele dintre creierele noastre care ne fac umani sunt mai susceptibile să fi apărut din schimbări la scară largă decât din modificări subtile ale formei neuronilor. „Nu cred că este o parte foarte mare a poveștii”, spune el despre ideea lui Allman. Cu toate acestea, adaugă el, atunci când vine vorba de înțelegerea creierului uman, „atât timp cât recunoaștem că avem atât de puțin de continuat, în aceste condiții, toate ipotezele ar trebui să fie distrate”.
Punctul luat. Dar este greu să nu fii sedus de teoria lui Allman atunci când unele dintre cele mai convingătoare dovezi nu provin din laboratorul de patologie animală, ci de la clinica medicală.
William Seeley, neurolog la Universitatea din California din San Francisco, studiază o boală neurodegenerativă prost înțeleasă numită demență frontotemporală. Pacienții suferă o descompunere a caracterului lor, pierzând haruri sociale și empatie, devenind insensibili, nereguli și iresponsabili. Căsătoriile și carierele implodează. Mulți pacienți par să nu aibă conștientizare fizică de sine: atunci când sunt diagnosticați cu alte boli, neagă să aibă probleme. Studiile de imagistică cerebrală a pacienților cu demență au descoperit deteriorarea zonelor frontale ale creierului.
În 2004, Seeley a auzit conferința lui Allman despre neuronii von Economo. În timp ce Allman a făcut clic pe diapozitivele sale PowerPoint, Seeley a văzut că celulele sunt grupate în aceleași regiuni ale creierului pe care le-a vizat demența, ACC și FI. „A fost cam așa, Eureka”, își amintește Seeley. El a crezut că celulele pot ajuta cercetătorii să-și dea seama de ce zonele respective erau vulnerabile la distrugere. „De asemenea, m-am gândit, ce modalitate interesantă de a învăța ceva despre natura umană. Poate că deficiențele pe care pacienții le dezvoltă ar putea fi în lucruri care sunt unic umane. Așadar, a existat o mare manieră de idei.”
După aceea, peste cafea, Seeley și Allman au convenit să facă echipă pentru a afla dacă neuronii von Economo au fost deteriorați la persoanele cu demență frontotemporală. Analizând creierele de la pacienții decedați, oamenii de știință au descoperit că, de fapt, aproximativ 70 la sută dintre neuronii von Economo din ACC au fost distruși, în timp ce celulele din creierul vecin nu au fost afectate în mare măsură. „Este foarte clar că ținta inițială a bolii sunt aceste celule, iar când distrugi aceste celule obții întreaga defalcare a funcționării sociale”, spune Allman. "Acesta este un rezultat cu adevărat uluitor, care vorbește despre funcția celulelor despre cât de clar poate orice."
Acest sistem neural neobișnuit pare să stea mult pe ceea ce ne face oameni. Dar faptul că elefanții și balenele împărtășesc, aparent, același hardware neuronal, deschide mintea spre o înclinare în perspectivă: creierul nostru poate fi mai asemănător cu cel al altor animale inteligente, sociale decât am crezut.
Ingfei Chen locuiește în Santa Cruz, California.
Fotograful Aaron Huey locuiește în Seattle.
Găsită în 1881 și descrisă în 1926 de Constantin von Economo, celula creierului mare, în formă de fus (dreapta), are mai puține ramuri decât un neuron tipic (stânga). (KK Watson, TK Jones și JM Allman / cu permisiunea Elsevier (2)) 
John Allman (cu colega Atiya Hakeem la Caltech examinând specimenele de creier de elefant) caută una dintre cheile biologice ale comportamentului uman. (Aaron Huey) 
Neuronii lui Constantin von Economo sunt acum cunoscuți în anumite părți ale creierului uman care procesează senzații și emoții sociale. (Ilustrație de Guilbert Gates) 
Constantin von Economo a descris cu precizie neuronii din creierul uman în 1926. (Oxford University Press) 
Studierea altor specii oferă cunoștințe despre „ceea ce este despre creierul nostru care ne face umani”, spune Todd Preuss. (Jack Kearse / Universitatea Emory) 
Smart, social și da, înzestrat cu o memorie excelentă, elefanții (Simba la Cleveland Metroparks Zoo, unde a murit în 1995) sunt printre puținele animale cu neuroni von Economo. (Grădina zoologică din Cleveland) 
John Allman studiază secțiuni din creierul lui Simba. (Aaron Huey) 
Patrick Hof cercetează când și unde au evoluat neuronii von Economo în arborele genealogic al primaticilor. (Michael Balter) 
John Allman folosind o felie de creier. (Ingfei Chen) 
John Allman ciopleste secțiuni subțire de hârtie dintr-un creier conservat pentru a fi studiat. (Ingfei Chen) 
Probele de felie de creier în laboratorul lui John Allman. (Aaron Huey) 
Gorilele de munte se numără printre animalele cunoscute că trăiesc în grupuri complexe. (IStockphoto) 
Balenele humpback sunt o altă specie cunoscută a trăi în grupuri complexe. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Elefantii africani sunt cunoscuti ca traiesc si in grupuri complexe. De ce sunt atât de buni la socializare? Un motiv, afirmă Allman, este neuronii von Economo specializați care accelerează impulsurile prin creierele neobișnuit de mari între centrele implicate în comunicare și cooperare. (IStockphoto)
