Malo je bilo šanse da nestane slona u sobi. Otprilike desetak godina nakon što je Simba umrla u zoološkom vrtu u Cleveland Metroparks, položena je pola inčne ploče njezinog žućkastog nabora, mozga veličine košarke, prije Johna Allmana, neuroznanstvenika s kalifornijskog tehnološkog instituta u Pasadeni.
Povezani sadržaj
- Ljepota mozga
- Kako nam mozgovi prave sjećanja
Konzerviran u formaldehidu, izgledao je kao pola palačinke, smrznuta kruta tvar na maglovitom sloju suhog leda. Allman ga je pažljivo rezao pomoću laboratorijskog ekvivalenta delića za rezanje mesa. Dugajući sat vremena, isklesao je 136 tankih papira.
Allman je tražio osebujnu vrstu moždanih stanica za koje sumnja da je ključ za to kako afrički slon - poput ljudskog bića - uspijeva ostati prividan neprestanim promjenama nijansi društvene interakcije. Ove moždane stanice u obliku vretena, nazvane von Economo neuroni - nazvane po čovjeku koji ih je prvi opisao - nalaze se samo u ljudskim bićima, velikim majmunima i pregršt drugih izrazito pohlepnih stvorenja. Allman, 66, uspoređuje mozak ljudi i drugih životinja kako bi stekao uvid u evoluciju ljudskog ponašanja.
"Neuroznanost se čini prilično oklijevaju pristupiti pitanju o tome što je to zbog našeg mozga koji nas čini ljudima, a John to čini upravo", kaže Todd Preuss, neuroanatomist i antropolog iz Yerkesovog nacionalnog istraživačkog centra za primat u Atlanti. "Znamo vrlo, vrlo malo o tome kako se naši mozgovi razlikuju od drugih životinja", osim što su naši mozgovi veći. "
Von Economo neuroni su najupečatljiviji nalaz posljednjih godina u komparativnom istraživanju mozga, u kojem znanstvenici otkrivaju sitne razlike među vrstama. Neuroanatomist Patrick Hof i njegovi kolege s Medicinskog fakulteta Mount Sinai na Manhattanu prvi su puta naišli na neurone u uzorcima ljudskog mozga 1995. godine, u predjelu prema prednjem dijelu mozga nazvanom prednji cingulatni korteks. Većina neurona ima konusna ili zvijezdana tijela s nekoliko izbočenja grana, zvanih dendriti, koji primaju signale iz susjednih stanica. Ali von Economo neuroni su tanki i izduženi, sa samo jednim dendritom na svakom kraju. Četiri su puta veće od većine ostalih moždanih stanica, a čak su i u vrstama koje imaju stanice rijetke.
Ispostavilo se da je tim sa Manhattana ponovno otkrio nejasan stanični tip koji je prvi put identificiran 1881. Hof je ove stanice nazvao po bečkom anatomu Constantinu von Economoju koji je precizno opisao neurone u ljudskom mozgu 1926. godine; nakon toga stanice su nestale u nesvijesti. Hof je počeo tražiti u mozgu preminulih primata, uključujući majmune makake i velike majmune - čimpanze, bonobe, gorile i orangutane - darovali zoološkim vrtovima i svetilištima. Kontaktirao je Allmana, koji je imao kolekciju mozgova primata, i zamolio ga za suradnju. Znanstvenici su 1999. izvijestili da sve velike majmunske vrste imaju von Economo stanice, ali manje primati, poput makaka, lemura i cerada, nisu. To je značilo da su se neuroni razvili u zajedničkog pretka svih velikih majmuna prije otprilike 13 milijuna godina, nakon što su se razišli od drugih primata, ali mnogo prije nego što su ljudske i šimpanzi razdvojili prije oko šest milijuna godina.
Iako je Allman poznat kao neuroanatomist, nije iznenađujuće pronaći ga kada je uronio u veća pitanja o tome što znači biti čovjek. Njegov doktorat, sa Sveučilišta u Chicagu, bio je antropologija i dugo je bio fasciniran kako se razvijao mozak primata. S kolegom Jonom Kaasom obavio je značajne studije, identificirajući dijelove mozga sov majmuna koji analiziraju vizualne podatke i čine vidljivi. Allman se 1974. preselio na Caltech, gdje je 25 godina proučavao vid. Ali također je otkrilo kako osnovna djelovanja ljudskog mozga oblikuju društveno ponašanje. Von Economo neuroni odmah su privukli njegovo zanimanje.
Allman, koji se razvodi, živi u ciglanoj kući staroj 150 godina u San Marinu koju dijeli s dva australska pastirska psa, Lunom i Lunitom. Na zidu dnevne sobe visjele su sepijske fotografije njegove bake sufragiste. Budući da Allman "ozloglašen u noćnim satima", kako to Allman kaže, rijetko dolazi u laboratoriju prije 13 sati, odlazi uveče da nastavi raditi kod kuće i obično ostaje do 2 sata ujutro. Njegov ured u Caltechu osvijetljen je jednim prozorom i malom stolna lampa; izgleda kao špilja prekrivena knjigama i papirima. Dolje u hodniku stakleni tobogani gorile, bonoba i slonova moždanog tkiva, obojeni u plavo i smeđe, leže suho na stolovima i pultima.
Iz von Economovog djela Allman je saznao da se činilo da neobične stanice obitavaju samo u prednjem cingulatskom korteksu (ACC) i jednoj drugoj niši ljudskog mozga, frontalnom insulu (FI). Studije skeniranja mozga utvrdile su da su ACC i FI posebno aktivni kada ljudi dožive emociju. Oba su područja također važna za "samo-praćenje", poput primjećivanja tjelesnih osjećaja boli i gladi ili prepoznavanja činjenice da je netko pogriješio. Čini se da je ACC široko uključen u gotovo svaki mentalni ili fizički napor.
Suprotno tome, frontalna insula može igrati specifičniju ulogu u stvaranju društvenih emocija poput empatije, povjerenja, krivice, neugodnosti, ljubavi - čak i smisla za humor. Prema eksperimentima koji mjere rad različitih regija mozga, područje postaje aktivno kada npr. Majka čuje plače dijete ili kada netko pregleda lice kako bi utvrdio namjere druge osobe. FI je mjesto gdje mozak nadzire i reagira na "osjećaje crijeva" iz tjelesnih senzacija ili interakcija unutar društvene mreže, kaže Allman. To je veza između samo-praćenja i svjesnosti drugih koji nam omogućuje razumijevanje osjećaja drugih ljudi. "Osnovni prijedlog koji napredujem", kaže on, "je pojava da su samosvijest i društvena svijest dio istog funkcioniranja, a stanice von Economo dio su toga".
Allman misli da neuroni ubrzavaju komunikaciju s ACC-a i FI-a na ostatak mozga. Stanice su neobično velike, a u živčanom sustavu veličina često korelira sa brzinom. "Oni su veliki neuroni za koje mislim da nešto brzo pročitaju i zatim brzo prenesu te informacije drugdje", kaže on. Špekulira da su nam, kako su naši preci primali sve veće i veće mozgove, bila potrebna brza veza za slanje poruka na veće udaljenosti. "Velika veličina mozga nužno nosi sa sobom i usporavanje komunikacije unutar mozga", dodaje. "Dakle, jedan od načina suočavanja s tim jest postojanje nekoliko specijaliziranih populacija stanica koje su prilično brze."
S obzirom na to da neuroni žive u moždanim socijalnim žarištima, Allman teoretizira da von Economo stanični sustav omogućuje brzo, intuitivno čitanje o emocionalno nabijenim, isparljivim situacijama. Neuroni bi "čovjeku omogućili da se brzo prilagodi promjeni društvenog konteksta", nagađa on. U drevnoj prošlosti, ovo je neuronsko ožičenje moglo pružiti prednost preživljavanju našim precima omogućujući im da donose točne presude, razdvojene sekunde, posebno o tome kome bi mogli vjerovati ili ne.
Allman, Hof i njihovi kolege tražili su von Economo neurone u više od 100 životinjskih vrsta, od lenoba do platipuza. Poznato je da samo neke od njih, osim primata i slonova, imaju ove stanice: grbavi kitovi, kitovi sperme, peraje kitovi, orke i dupini bez nosa. Vjerojatno su stanice evoluirale u sada već izumrloj vrsti koja je urodila tim morskim sisarima prije nekih 35 milijuna godina.
Dok sam ga gledao kako presječe slonov mozak na Caltechu, Allman je s kolegama Atiya Hakeem i Virginie Goubert napokon stigao do FI lijeve hemisfere Simbe. Tri dana kasnije, mikroskopskim pregledom kriza mozga otkriveno je da je isprekidana karakterističnim ćelijama u obliku vretena. To je potvrdilo njihova prethodna viđenja sličnih neurona u FI desne hemisfere Simba. Slonske ćelije veće su od ljudskih i primata, veličine su kitova neurona, ali veličina i oblik su nedvojbeno von Economo neurona.
Brojeći von Economo ćelije na 16 tobogana - posao oko ostakljenja očiju - Hakeem i Allman procjenjuju da ih je otprilike 10 000 u FI-u veličine poštanske marke na desnoj strani slonova mozga, odnosno oko 0, 8 posto FI ima 1, 3 milijuna neurona. Von Economo neuroni su obilniji u ljudskoj FI, u prosjeku oko 193.000 stanica i čine oko 1, 25 posto svih neurona u njima. U apsolutnom broju, ljudski mozak ima otprilike pola milijuna von Economo neurona, daleko više od mozgova slonova, kitova ili velikih majmuna. Allman i njegovi kolege nisu pronašli nijednog od slonova najbližih srodnika: mravinjak, armadilo i rock hyrax. Odsutnost stanica u tim vrstama podupire Allmanovu teoriju da su neuroni obilježje velikog mozga.
Allman nagađa da se takve stanice lako razvijaju iz malog niza neurona u otočnom korteksu koji se nalaze u svih sisavaca i reguliraju apetit. Smatra da su se, iako su se von Economove ćelije vjerojatno razvijale kako bi ubrzale informacije oko velikog mozga, kooptirane zahtjevima društvenih interakcija. Ako je u pravu, pametne, društvene životinje poput kitova i slonova možda imaju isto specijalizirano ožičenje za empatiju i socijalnu inteligenciju kao i ljudska bića.
Kitovi i slonovi, poput ljudi i velikih majmuna, imaju velike mozgove i produljeni stadij za maloljetnike tijekom kojih uče od svojih starijih. Oni se međusobno prepoznaju i razvijaju cjeloživotne suradničke odnose. Kitovi ubojice love u skupinama i štite ozlijeđene podstanare. Društvo slonova usidreno je od strane matrijarhata koji svoje stado usmjeravaju u rupe za zalijevanje za koje znaju iz prethodnih posjeta. (I možda postoji neka istina u uvjerenju da slonovi nikad ne zaboravljaju: kada su Allman, Hof i Hakeem napravili prvu 3-D sliku slona mozga visoke rezolucije, 2005. godine pronašli su ogroman hipokampus, regiju mozga u kojoj sjećanja formiraju se.) Osjetljive zvijeri međusobno se identificiraju svojim zveckanjem i trubačkim pozivima, priskaču jedna drugoj u pomoć i čini se da oplakuju svoje mrtve.
Allman voli pokazati isječak iz dokumentarca o grupi afričkih slonova koji su usvojili siročad. Kad dječji slon padne u rupu vode, matriarch brzo maršira, a slijede ga i ostali. Zajedno, ona i druga ženka koriste kljove, debla i noge kako bi oslobodili tele iz patke. Još jedna životinja šapa kraj strmine na obali, gradeći rampu koju mladić koristi da bi se popeo na sigurno. "Stvarno je izvanredno", kaže Allman o tome kako su slonovi brzo nadvladali krizu i zajedno radili na spašavanju djeteta. "To je vrlo visoka vrsta funkcioniranja koju vrlo malo životinja može obaviti. A", dodaje sa smiješkom, "ljudi to mogu raditi samo u dobrim danima." Spas, kaže, "bilježi bit stvarno složenog, koordiniranog društvenog ponašanja."
Ideja središnje neurone u socijalnoj inteligenciji postaje sve jača. Yerkesov primatolog Frans de Waal kaže da je Allmanovo "izuzetno uzbudljivo" istraživanje povezano s nekim vlastitim istraživanjima inteligencije pachyderma. Prije dvije godine de Waal i dvojica suradnika izvijestili su da bi se slon Bronx Zoo zvan Happy mogao prepoznati u ogledalu. Neki znanstvenici teoretiziraju da sposobnost prepoznavanja vlastitog razmišljanja ukazuje na sposobnost samosvijesti, pa čak i empatije, korisne vještine u visoko društvenoj vrsti. De Waal ističe da samo životinje koje imaju von Economo neurone to mogu učiniti.
Ipak de Waal upozorava i da "sve dok netko ne uspostavi točnu funkciju tih stanica, u osnovi ostaje priča".
Allmanove misli o von Economo stanicama još uvijek se razvijaju. Kako dolaze novi podaci, on odbacuje početne koncepte i integrira druge. Za razliku od stereotipnog opreznog znanstvenika, on se ne ustručava iznijeti smjele hipoteze na temelju nekoliko opažanja. Teorija da von Economo neuroni stoji u osnovi društvene spoznaje je hrabra. I primamljivo je iskoristiti stanice kao jednostavno objašnjenje na osnovi složene društvene prirode naše vrste. Ali Allman zna da je to potezanje.
Njegova teorija ima svoje skepse. Antropolog Terrence Deacon sa Kalifornijskog sveučilišta u Berkeleyu postavlja pitanje jesu li neuroni doista drugačija vrsta moždanih stanica ili su to jednostavno varijacija koja nastaje u velikom mozgu. Kaže da su razlike u našem mozgu koji nas čine čovjekom vjerojatnije da su nastale iz promjena velikih razmjera nego iz suptilnih promjena u obliku neurona. "Mislim da to nije baš veliki dio priče", kaže on o Allmanovoj ideji. Ipak, dodaje on, kad je riječ o razumijevanju ljudskog mozga, „sve dok prepoznamo da imamo tako malo dalje, u tim bi se okolnostima sve hipoteze morale zabaviti“.
Točka preuzeta. Ali teško je ne zavesti Allmanovu teoriju kada neki od najvjernijih dokaza ne dolaze iz laboratorija za patologiju životinja, već s medicinske klinike.
William Seeley, neurolog sa Sveučilišta u Kaliforniji u San Franciscu, proučava slabo razumljivu neurodegenerativnu bolest zvanu frontotemporalna demencija. Pacijenti trpe prekid svog karaktera, gubeći socijalnu milost i empatiju, pretvarajući se u neosjetljive, neuredne i neodgovorne. Brak i karijera implodiraju. Čini se da mnogim pacijentima nedostaje fizička samosvijest: kad im se dijagnosticiraju druge bolesti, poriču da imaju bilo kakve probleme. Studije snimanja mozga pacijenata s demencijom otkrile su oštećenja na prednjim dijelovima mozga.
Godine 2004. Seeley je čuo Allmanovo predavanje o von Economo neuronima. Dok je Allman klikao kroz slajdove PowerPointa, Seeley je vidio da su stanice grupirane u istim regijama mozga na koje je ciljala demencija, ACC i FI. "Bilo je to nekako poput, Eureka", sjeća se Seeley. Mislio je da će ove stanice pomoći istraživačima da shvate zašto su ta područja ranjiva. "Također, pomislio sam, što je zanimljiv način da se nauči nešto o ljudskoj prirodi. Možda bi nedostaci koje pacijenti razviju mogli biti u stvarima koje su jedinstveno ljudske. Dakle, došlo je do velikog naleta ideja."
Nakon toga, preko kave, Seeley i Allman složili su se da se udruže kako bi otkrili jesu li von Economo neuroni oštećeni kod ljudi s frontotemporalnom demencijom. Analizirajući mozak umrlih pacijenata, znanstvenici su otkrili da je u stvari uništeno oko 70 posto von Economo neurona u ACC-u, dok susjedne moždane stanice uglavnom nisu pogođene. "Vrlo je jasno da su izvorna meta bolesti ove stanice, a kada uništite ove stanice, dobivate cijeli prekid društvenog funkcioniranja", kaže Allman. "To je zaista zapanjujući rezultat koji govori o funkciji stanica toliko jasno koliko išta može."
Čini se da ovaj neobični neuronski sustav podupire mnogo onoga što nas čini ljudima. No činjenica da slonovi i kitovi očito dijele isti neuronski hardver otvara um u perspektivi: naši su mozgovi možda sličniji onima drugih pametnih, društvenih životinja nego što smo mislili.
Ingfei Chen živi u Santa Cruzu u Kaliforniji.
Fotograf Aaron Huey živi u Seattleu.
Pronađen 1881. godine, a opisao ga je 1926. Constantin von Economo, velika moždana ćelija u obliku vretena (desno) ima manje grane od tipičnog neurona (lijevo). (KK Watson, TK Jones i JM Allman / uz dozvolu Elseviera (2)) 
John Allman (s kolegicom Atiya Hakeem iz Caltecha koja ispituje uzorke mozga slonova) traži jedan od bioloških ključeva ljudskog ponašanja. (Aaron Huey) 
Poznato je da se neuroni Constantin von Economo pojavljuju u dijelovima ljudskog mozga koji procesuiraju osjete i socijalne emocije. (Ilustracija Guilbert Gates) 
Constantin von Economo precizno je opisao neurone u ljudskom mozgu 1926. (Oxford University Press) 
Proučavanje drugih vrsta daje uvid u "što zbog našeg mozga čini ljude", kaže Todd Preuss. (Jack Kearse / Sveučilište Emory) 
Pametni, društveni i da, obdareni izvrsnim pamćenjem, slonovi (Simba u zoološkom vrtu Cleveland Metroparks, gdje je umrla 1995.) su među rijetkim životinjama s von Economo neuronima. (Zoološki vrt u Cleveland Metroparks) 
John Allman proučava dijelove mozga Simba. (Aaron Huey) 
Patrick Hof istražuje kada su se i gdje Economo neuroni razvili u obiteljskom stablu primata. (Michael Balter) 
John Allman koristeći moždani rezač. (Ingfei Chen) 
John Allman urezao je tanke dijelove sačuvanog mozga koji se trebaju proučavati. (Ingfei Chen) 
Uzorci moždanog kriška u laboratoriju Johna Allmana. (Aaron Huey) 
Planinske gorile su među životinjama za koje se zna da žive u složenim skupinama. (IStockphoto) 
Grbavi kitovi su druga vrsta za koju se zna da živi u složenim skupinama. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Za afričke slonove se zna da žive i u složenim skupinama. Zašto su tako dobri u druženju? Jedan od razloga, kako Allman tvrdi, su specijalizirani von Economo neuroni koji vrše impuls kroz neobično velik mozak među centrima koji su uključeni u komunikaciju i suradnju. (IStockphoto)
