Der var lille chance for at savne elefanten i værelset. Cirka et dusin år efter, at Simba døde i Cleveland Metroparks Zoo, blev en halv tommer plade af hendes gulaktige, rynkede hjerne i basketballstørrelse lagt foran John Allman, en neurovidenskabsmand ved Californiens teknologiske institut i Pasadena.
Relateret indhold
- Skønheden i hjernen
- Sådan gør vores hjerner minder
Konserveret i formaldehyd så det ud som en halv pandekage, frosset fast stof på en tåge seng af tøris. Allman skar det forsigtigt ved hjælp af laboratorieækvivalent til en deli-kødskærer. Han tog godt over en time og skåret 136 papirtynde sektioner.
Allman søgte efter en ejendommelig form for hjernecelle, som han mistænker for, er en nøgle til, hvordan den afrikanske elefant - som et menneske - formår at holde sig tilpas til de stadigt skiftende nuancer i det sociale samspil. Disse spindelformede hjerneceller, kaldet von Economo-neuroner - opkaldt efter den mand, der først beskrev dem - findes kun i mennesker, store aber og en håndfuld andre væsentligt gregarious væsener. Allman, 66, sammenligner hjerner fra mennesker og andre dyr for at få indsigt i udviklingen af menneskelig adfærd.
"Neurovidenskab synes virkelig uvillig til at nærme sig spørgsmålet om, hvad det drejer sig om vores hjerner, der gør os til menneskelige, og John gør præcis det, " siger Todd Preuss, en neuroanatom og antropolog ved Yerkes National Primate Research Center i Atlanta. "Vi ved meget, meget lidt om, hvordan vores hjerner adskiller sig fra andre dyr ', bortset fra at vores hjerner er større."
Von Economo-neuroner er de mest markante fund de seneste år inden for sammenlignende hjerneforskning, hvor forskere driller ud fine forskelle mellem arter. Neuroanatomist Patrick Hof og hans kolleger ved Mount Sinai School of Medicine på Manhattan snublede først hen over neuronerne i menneskelige hjerneeksempler i 1995, i et område mod fronten af hjernen, kaldet den forreste cingulære cortex. De fleste neuroner har kegle- eller stjerneformede kroppe med flere forgreningsfremspring, kaldet dendriter, der modtager signaler fra naboceller. Men von Economo-neuroner er tynde og aflange med kun en dendrit i hver ende. De er fire gange større end de fleste andre hjerneceller, og selv i arter, der har cellerne, er de sjældne.
Manhattan-teamet, viste det sig, havde genopdaget en uklar celletype, der først blev identificeret i 1881. Hof opkaldte cellerne efter en Wien-anatomist, Constantin von Economo, som præcist beskrev neuronerne i menneskelige hjerner i 1926; bagefter gled cellerne til uklarhed. Hof begyndte at kigge efter hjernen fra afdøde primater, herunder makak-aber og store aber - chimpanser, bonoboer, gorillaer og orangutanger - doneret af zoologiske haver og helligdomme. Han kontaktede Allman, der havde en samling af primære hjerner, og bad ham om at samarbejde. I 1999 rapporterede forskerne, at alle store abearter havde von Economo-celler, men mindre primater, såsom makaker, lemurer og tarsier, gjorde det ikke. Det betød, at neuronerne udviklede sig i en fælles forfader til alle de store aber for omkring 13 millioner år siden, efter at de divergerede fra andre primater, men længe før menneske- og chimpanselinierne divergerede for omkring seks millioner år siden.
Selvom Allman er kendt som en neuroanatom, er det ikke overraskende at finde ham dykke ned i større spørgsmål om, hvad det betyder at være menneske. Hans doktorgrad fra University of Chicago var i antropologi, og han har længe været fascineret af, hvordan den primære hjerne udviklede sig. Han gennemførte landemærkeundersøgelser sammen med sin kollega Jon Kaas, idet han identificerede de dele af ugle-abehjernen, der analyserer visuel information og gør det muligt at se. I 1974 flyttede Allman til Caltech, hvor han studerede vision i 25 år. Men han kløede også for at afsløre, hvordan de grundlæggende funktioner i den menneskelige hjerne former social opførsel. Von Economo-neuronerne fangede straks hans interesse.
Allman, der er skilt, bor i et 150 år gammelt murhus i San Marino, som han deler med to australske hyrdehunde, Luna og Lunita. Sepia-tonede fotografier af hans suffragistiske bedstemor hænger på stuevæggen. Som "berygtet natlig", som Allman udtrykker, kommer han sjældent til laboratoriet før kl. 13, rejser om aftenen for at fortsætte med at arbejde hjemme og forbliver normalt op til kl. 02. Hans Caltech-kontor er svagt oplyst af et enkelt vindue og et lille Skrivebordslampe; det ligner en hule, der er overskredet med bøger og papirer. Nede i gangen ligger glasglass af gorilla, bonobo og elefanthjerne, farvet blå og brun, tørrende på borde og skranker.
Fra von Economos arbejde lærte Allman, at de usædvanlige celler kun syntes at befinde sig i den forreste cingulate cortex (ACC) og en anden niche i den menneskelige hjerne, frontal insula (FI). Hjerneskanningsundersøgelser har vist, at ACC og FI er især aktive, når mennesker oplever følelser. Begge områder synes også at være vigtige for "selvovervågning", såsom at bemærke kropslige fornemmelser af smerte og sult eller erkende, at man har begået en fejl. ACC forekommer stort set involveret i næsten enhver mental eller fysisk indsats.
I modsætning hertil kan frontalinsulaen spille en mere specifik rolle i at skabe sociale følelser som empati, tillid, skyld, forlegenhed, kærlighed - endda en sans for humor. Ifølge eksperimenter, der måler funktionsmåden i forskellige hjerneområder, bliver området aktivt, når en mor for eksempel hører en grædende baby, eller når nogen undersøger et ansigt for at bestemme den anden persons intentioner. FI er, hvor hjernen overvåger og reagerer på "tarmfølelser" fra kropslige fornemmelser eller interaktioner inden for et socialt netværk, siger Allman. Det er forbindelsen mellem selvovervågning og opmærksomhed på andre, der gør det muligt for os at forstå andre menneskers følelser. "Det grundlæggende forslag, som jeg fremmer, " siger han, "er forestillingen om, at selvbevidsthed og social bevidsthed er en del af den samme funktion, og von Economo-cellerne er en del af det."
Allman mener, at neuronerne fremskynder kommunikationen fra ACC og FI til resten af hjernen. Cellerne er usædvanligt store, og i nervesystemet korrelerer størrelse ofte med hastighed. ”Det er store neuroner, som jeg synes læser meget hurtigt og derefter videresender de oplysninger hurtigt andetsteds, ” siger han. Han spekulerer i, at når vores primære forfædre udviklede sig større og større hjerner, havde de brug for højhastighedsforbindelser for at sende beskeder over større afstande. ”Stor hjernestørrelse medfører nødvendigvis en langsommere kommunikation i hjernen, ” tilføjer han. "Så en måde at håndtere det på er at have et par specialiserede populationer af celler, der er ret hurtige."
I betragtning af at neuronerne lever i hjernens sociale hot spots, teoretiserer Allman, at von Economo-cellesystemet tillader en hurtig, intuitiv læsning af følelsesladet, flygtige situationer. Neuronerne "ville gøre det muligt for en hurtigt at tilpasse sig skiftende sociale kontekster, " spekulerer han. I den gamle fortid kan denne neurale ledning muligvis have givet vores forfædre en overlevelseskant ved at gøre det muligt for dem at træffe nøjagtige domme i et sekund af dels, især om hvem de kunne stole på eller ikke.
Allman, Hof og deres kolleger har kigget efter von Economo-neuroner i mere end 100 dyrearter, fra dovendyr til platypuses. Kun nogle få af dem, bortset fra primater og elefanter, vides at have cellerne: pukkelhvaler, spermhvaler, finnhvaler, orkaer og flaske-næse delfiner. Cellerne har formodentlig udviklet sig i nu uddøde arter, der gav anledning til disse havpattedyr for ca. 35 millioner år siden.
Da jeg så ham se på elefanthjernen på Caltech, nåede Allman sammen med kollegerne Atiya Hakeem og Virginie Goubert endelig FI for Simbas venstre hjernehalvdel. Tre dage senere afslørede mikroskopundersøgelser af hjerneskiverne, at den var prikket med de karakteristiske spindelformede celler. Det bekræftede deres tidligere observation af lignende neuroner i FI på Simbas højre halvkugle. Elefantcellerne er større end humane og primater, omtrent på størrelse med hvalneuroner, men størrelsen og formen er umiskendelig von Economo-neuroner.
Fra at tælle von Economo-cellerne i 16 lysbilleder - en øjenvindende opgave - estimerer Hakeem og Allman, at der er ca. 10.000 af dem i frimærket størrelse FI på højre side af elefanthjernen, eller ca. 0, 8 procent af FI's 1, 3 millioner neuroner. Von Economo-neuroner er mere rigelige i den menneskelige FI, i gennemsnit ca. 193.000 celler og tegner sig for ca. 1, 25 procent af alle neuroner der. I absolutte tal har den menneskelige hjerne omtrent en halv million von Economo-neuroner, langt mere end hjerner fra elefanter, hvaler eller store aber. Allman og hans kolleger har ikke fundet nogen i elefantens nærmeste slægtninge: anteater, armadillo og rock hyrax. Cellenes fravær hos disse arter understøtter Allmans teori om, at neuronerne er et træk ved store hjerner.
Allman spekulerer i, at sådanne celler let udvikler sig fra et lille sæt neuroner i den isolerede cortex, der findes i alle pattedyr og regulerer appetitten. Han mener, at selvom von Economo-celler sandsynligvis udviklede sig til at fremskynde information omkring en stor hjerne, blev de koopereret af kravene fra sociale interaktioner. Hvis han har ret, kan smarte, sociale dyr som hvaler og elefanter muligvis have den samme specialiserede ledning til empati og social intelligens som mennesker.
Hvaler og elefanter, som mennesker og store aber, har store hjerner og en langvarig ungfase, hvor de lærer af deres ældste. De genkender hinanden og udvikler livslange samarbejdsrelationer. Spækhugger jager i grupper og beskytter sårede podemænd. Elefantsamfundet er forankret af matriarker, der leder deres besætninger til vanding af huller, de kender fra tidligere besøg. (Og der kan være en vis sandhed i troen på, at elefanter aldrig glemmer: Da Allman, Hof og Hakeem lavede det første højopløselige 3D-billede af en elefanthjerne, i 2005, fandt de en enorm hippocampus, hjerneområdet, hvor minder er dannet.) De følsomme dyr identificerer hinanden ved deres rumblings og trompetopkald, kommer til hinandens hjælp og ser ud til at sørge over deres døde.
Allman kan godt lide at vise et klip fra en dokumentar om en gruppe afrikanske elefanter, der adopterede en forældreløs kalv. Når babyelefanten falder ned i et vandhul, går matriarken hurtigt ind efterfulgt af de andre. Sammen bruger hun og en anden kvinde deres fliser, kufferter og ben for at frigøre kalven fra mucken. Et andet dyr poter ved den stejle bred med sin fod og bygger en rampe, den unge bruger for at klatre i sikkerhed. ”Det er virkelig bemærkelsesværdigt, ” siger Allman om, hvordan elefanterne hurtigt opdeler krisen og arbejdede sammen for at redde babyen. "Det er en meget høj form for funktion, som meget få dyr er i stand til. Og" tilføjer han med en latter, "mennesker kan kun gøre det på gode dage." Redningen, siger han, "fanger essensen af virkelig kompleks, koordineret social opførsel."
Ideen om neuronernes centralitet til social intelligens vinder plads. Yerkes primatolog Frans de Waal siger, at Allmans "ekstremt spændende" forskning er svækket med nogle af hans egne undersøgelser af pachyderm-intelligens. For to år siden rapporterede de Waal og to samarbejdspartnere, at en Bronx Zoo-elefant ved navn Happy kunne genkende sig selv i et spejl. Nogle forskere teoretiserer, at evnen til at genkende ens egen refleksion indikerer en kapacitet til selvbevidsthed og endda empati, nyttige færdigheder i en meget social art. De Waal påpeger, at kun dyr, der har von Economo-neuroner, kan gøre det.
Alligevel advarer de Waal også, at "indtil nogen fastlægger den celle funktion af disse celler, forbliver det en historie, dybest set."
Allmans tanker om von Economo-celler er stadig under udvikling. Når nye data kommer ind, kasserer han de første koncepter og integrerer andre. I modsætning til den stereotype forsigtige videnskabsmand, tøver han ikke med at fremsætte frimodige hypoteser baseret på et par observationer. Teorien om, at von Economo-neuroner ligger til grund for social anerkendelse, er dristig. Og det er fristende at gribe cellerne som en simpel forklaring på grundlaget for vores arts komplekse sociale karakter. Men Allman ved, det er en strækning.
Hans teori har sine skeptikere. Antropolog Terrence Deacon fra University of California i Berkeley stiller spørgsmålstegn ved, om neuronerne virkelig er en anden type hjernecelle eller blot er en variation, der opstår i store hjerner. Han siger, at forskellene i vores hjerner, der gør os mennesker mere sandsynligt, at der er opstået i store målestok end fra subtile ændringer i neuronform. ”Jeg synes ikke, det er en meget stor del af historien, ” siger han om Allmans idé. Ikke desto mindre tilføjer han, når det kommer til forståelse af den menneskelige hjerne, "så længe vi anerkender, at vi har så lidt at gå på, under disse omstændigheder bør alle hypoteser underholdes."
Punkt taget. Men det er svært ikke at blive forført af Allmans teori, når nogle af de mest overbevisende beviser ikke kommer fra dyrepatologilaboratoriet, men fra den medicinske klinik.
William Seeley, en neurolog ved University of California i San Francisco, studerer en dårligt forstået neurodegenerativ sygdom kaldet frontotemporal demens. Patienter lider af deres karakter, og de mister sociale nåder og empati, bliver uønskede, uberegnelige og uansvarlige. Ægteskaber og karrierer imploderer. Mange patienter ser ud til at mangle fysisk selvbevidsthed: Når de diagnosticeres med andre sygdomme, benægter de at have nogen problemer. Hjernebillederundersøgelser af patienter med demens har afsløret skader på frontale områder af hjernen.
I 2004 hørte Seeley Allman foredrag om von Economo-neuroner. Da Allman klikkede gennem sine PowerPoint-lysbilleder, så Seeley, at cellerne var samlet i de samme hjerneområder, som demensen målrettede, ACC og FI. ”Det var lidt af det, Eureka, ” husker Seeley. Han troede, at cellerne måske kunne hjælpe forskere med at finde ud af, hvorfor disse områder var sårbare over for ødelæggelse. ”Desuden tænkte jeg, hvad en interessant måde at lære noget om den menneskelige natur på. Måske er de underskud, som patienter udvikler, måske i ting, der er unikt menneskelige. Så der var et stort rush af ideer.”
Bagefter over kaffe aftalte Seeley og Allman at slå sig sammen for at finde ud af, om von Economo-neuroner blev beskadiget hos personer med frontotemporal demens. Ved at analysere hjerner fra afdøde patienter opdagede videnskabsmændene, at faktisk 70 procent af von Economo-neuroner i ACC var blevet ødelagt, hvorimod tilstødende hjerneceller stort set ikke blev påvirket. "Det er meget tydeligt, at det oprindelige mål for sygdommen er disse celler, og når du ødelægger disse celler, får du hele opdelingen af den sociale funktion, " siger Allman. "Det er et virkelig forbløffende resultat, der taler til cellernes funktion om så tydeligt som alt kan."
Dette usædvanlige neurale system ser ud til at ligge til grund for meget af det, der gør os til mennesker. Men det faktum, at elefanter og hvaler tilsyneladende deler den samme neurale hardware, åbner sindet for et vippeperspektiv: vores hjerner er måske mere lig med andre smarte, sociale dyr end vi troede.
Ingfei Chen bor i Santa Cruz, Californien.
Fotograf Aaron Huey bor i Seattle.
Fundet i 1881 og beskrevet i 1926 af Constantin von Economo, den store, spindelformede hjernecelle (til højre) har færre grene end en typisk neuron (venstre). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / med tilladelse fra Elsevier (2)) 
John Allman (med kollega Atiya Hakeem ved Caltech undersøger elefanthjerneprøver) søger efter en af de biologiske nøgler til menneskelig adfærd. (Aaron Huey) 
Constantin von Economo-neuroner er nu kendt for at forekomme i dele af den menneskelige hjerne, der behandler fornemmelser og sociale følelser. (Illustration af Guilbert Gates) 
Constantin von Economo beskrev præcist neuronerne i menneskelige hjerner i 1926. (Oxford University Press) 
At studere andre arter giver indsigt i "hvad det drejer sig om vores hjerner, der gør os til mennesker, " siger Todd Preuss. (Jack Kearse / Emory University) 
Smart, social og ja, udstyret med en fremragende hukommelse, elefanter (Simba i Cleveland Metroparks Zoo, hvor hun døde i 1995) er blandt de få dyr med von Economo-neuroner. (Cleveland Metroparks Zoo) 
John Allman studerer dele af Simbas hjerne. (Aaron Huey) 
Patrick Hof undersøger, hvornår og hvor von Economo-neuroner udviklede sig i primat-slægtstræet. (Michael Balter) 
John Allman ved hjælp af en hjerneskiver. (Ingfei Chen) 
John Allman hugger papirtynde sektioner af en konserveret hjerne, der skal undersøges. (Ingfei Chen) 
Hjerneskiveeksempler i John Allmans laboratorium. (Aaron Huey) 
Bjerggorillaer er blandt de dyr, der vides at leve i komplekse grupper. (IStockphoto) 
Pukkelhvaler er en anden art, der vides at leve i komplekse grupper. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Det er kendt, at afrikanske elefanter lever i komplekse grupper. Hvorfor er de så gode til at socialisere sig? Én grund, hævder Allman, er specialiserede von Economo-neuroner, der fremskynder impulser over usædvanligt store hjerner blandt centre, der er involveret i kommunikation og samarbejde. (IStockphoto)
