Terdapat sedikit peluang untuk hilang gajah di dalam bilik. Kira-kira sedozen tahun selepas Simba meninggal di Cleveland Metroparks Zoo, satu setengah inci dari otak saiznya yang kekuningan, berkedut, dan bola keranjang dibentangkan sebelum John Allman, seorang ahli ilmu saraf di Institut Teknologi California di Pasadena.
Kandungan Terkait
- Kecantikan otak
- Bagaimana Otak Kita Membuat Kenangan
Dipelihara dalam formaldehid, ia kelihatan seperti separuh pancake, pepejal beku pada ranjang mist yang kering. Allman berhati-hati mengiris menggunakan makmal setara dengan pemotong daging deli. Mengambil masa selama sejam, dia mengukir 136 bahagian kertas tipis.
Allman sedang mencari sejenis sel otak yang unik yang dia suspek adalah kunci kepada bagaimana gajah Afrika-seperti manusia-berjaya tetap berpadanan dengan nuansa peralihan sosial yang sentiasa berubah-ubah. Sel-sel otak berbentuk gelangsar ini, yang disebut von Economo neuron-dinamakan untuk lelaki yang pertama kali menyifatkannya-hanya terdapat pada manusia, kera yang hebat dan segelintir makhluk lain yang terkenal. Allman, 66, membandingkan otak manusia dan haiwan lain untuk mendapatkan pandangan tentang evolusi tingkah laku manusia.
"Neurosains nampaknya enggan mendekati persoalan tentang otak kita yang menjadikan kita manusia, dan John melakukan persis seperti itu, " kata Todd Preuss, ahli neuroanatom dan antropologi di Pusat Penyelidikan Primer Yerkes di Atlanta. "Kami tahu, sangat sedikit tentang bagaimana otak kita berbeza dari haiwan lain, kecuali otak kita lebih besar."
Neonon von Economo adalah penemuan paling menarik pada tahun-tahun kebelakangan ini dalam penyelidikan otak komparatif, di mana saintis menggoda perbezaan baik di kalangan spesies. Neuroanatomist Patrick Hof dan rakan-rakannya di Sekolah Perubatan Mount Sinai di Manhattan pertama kali terjumpa neuron dalam spesimen otak manusia pada tahun 1995, di sebuah kawasan ke arah bahagian depan otak yang disebut korteks cingulate anterior. Kebanyakan neuron mempunyai kon atau badan berbentuk bintang dengan beberapa unjuran bercabang, dipanggil dendrit, yang menerima isyarat daripada sel-sel jiran. Tetapi von Economo neurons adalah nipis dan memanjang, dengan hanya satu dendrit di setiap hujungnya. Mereka adalah empat kali lebih besar daripada kebanyakan sel-sel otak yang lain, dan walaupun dalam spesies yang mempunyai sel-sel, mereka jarang berlaku.
Pasukan Manhattan, ternyata telah menemukan semula jenis sel yang tidak jelas yang pertama kali dikenal pasti pada tahun 1881. Hof menamakan sel selepas seorang anatomi yang berpangkalan di Vienna, Constantin von Economo, yang secara tepat menggambarkan neuron pada otak manusia pada tahun 1926; selepas itu sel-sel tergelincir ke dalam kekaburan. Hof mulai mencari otak primata yang mati, termasuk kera monyet dan ape-chimp, bonobos, gorila dan orangutan yang disumbangkan oleh zoo dan tempat perlindungan. Dia menghubungi Allman, yang mempunyai koleksi otak primata, dan memintanya untuk bekerjasama. Pada tahun 1999, para saintis melaporkan bahawa semua spesies kera besar mempunyai sel von Economo, tetapi primata yang lebih kecil, seperti kera, lemur dan tarsier, tidak. Itu bermakna neuron berkembang dalam nenek moyang yang sama dengan semua kera yang besar sekitar 13 juta tahun yang lalu, selepas mereka menyimpang dari primata lain tetapi sebelum manusia dan cip itu menyimpang sekitar enam juta tahun yang lalu.
Walaupun Allman terkenal sebagai ahli neuroanatomi, tidaklah menghairankan untuk mencari dia memikirkan soalan-soalan yang lebih besar tentang apa yang dimaksudkan untuk menjadi manusia. Doktornya, dari University of Chicago, berada dalam antropologi, dan dia telah lama terpesona dengan bagaimana otak primata berkembang. Beliau melakukan kajian-kajian penting dengan rakannya Jon Kaas, mengenali bahagian-bahagian otak burung hantu yang menganalisis maklumat visual dan dapat dilihat. Pada tahun 1974, Allman berpindah ke Caltech, di mana dia belajar penglihatan selama 25 tahun. Tetapi dia juga beralih untuk mendedahkan bagaimana kerja asas otak manusia membentuk tingkah laku sosial. Neuron von Economo segera menarik perhatiannya.
Allman, yang bercerai, tinggal di rumah bata berusia 150 tahun di San Marino yang berkongsi dengan dua anjing gembala Australia, Luna dan Lunita. Gambar-gambar sepia nenek suaminya tergantung pada dinding ruang tamu. Menjadi "terkenal pada waktu malam, " seperti yang dikatakan oleh Allman, dia jarang masuk ke makmal sebelum pukul 1 petang, meninggalkan pada waktu petang untuk terus bekerja di rumah dan biasanya tetap sehingga jam 2 pagi Pejabat Caltechnya cerah dengan satu tetingkap tunggal dan kecil lampu meja; ia kelihatan seperti gua ditakluki dengan buku dan kertas. Di bawah dewan, slaid kaca gorila, bonobo dan tisu otak gajah, berwarna biru dan coklat, terletak di atas meja dan kaunter.
Dari karya von Economo, Allman mengetahui bahawa sel-sel yang luar biasa nampaknya hanya tinggal di korteks cingulate anterior (ACC) dan satu lagi otak manusia yang lain, insula frontal (FI). Kajian-pengimbasan otak telah menegaskan bahawa ACC dan FI sangat aktif apabila orang mengalami emosi. Kedua-dua kawasan juga kelihatan penting untuk "pemantauan diri", seperti perasan sensasi tubuh terhadap rasa sakit dan kelaparan atau mengakui bahawa seseorang telah melakukan kesalahan. ACC kelihatannya terlibat secara meluas dalam hampir semua usaha mental atau fizikal.
Sebaliknya, insula frontal dapat memainkan peranan yang lebih spesifik dalam menghasilkan emosi sosial seperti empati, kepercayaan, rasa bersalah, malu, cinta-bahkan rasa humor. Menurut eksperimen yang mengukur cara kerja pelbagai kawasan otak, kawasan itu menjadi aktif apabila seorang ibu mendengar bayi yang menangis, misalnya, atau ketika seseorang meneliti wajah untuk menentukan niat orang lain. FI adalah di mana otak memantau dan bertindak balas terhadap "perasaan usus" dari sensasi tubuh atau interaksi dalam rangkaian sosial, kata Allman. Ia adalah hubungan antara pemantauan diri dan kesedaran orang lain yang membolehkan kita memahami perasaan orang lain. "Cadangan asas yang saya maju, " katanya, "adalah tanggapan bahawa kesedaran diri dan kesadaran sosial adalah sebahagian daripada fungsi yang sama, dan sel-sel von Economo adalah sebahagian daripada itu."
Allman berfikir bahawa neuron mempercepat komunikasi dari ACC dan FI ke seluruh otak. Sel-sel adalah luar biasa besar, dan dalam sistem saraf, saiz sering berkorelasi dengan kelajuan. "Mereka adalah neuron besar, yang saya fikir melakukan bacaan yang sangat pantas dan kemudian menyampaikan maklumat itu di tempat lain dengan cepat, " katanya. Beliau mendakwa bahawa sebagai nenek moyang primata kita berkembang otak yang lebih besar dan lebih besar, mereka memerlukan sambungan berkelajuan tinggi untuk menghantar mesej di jarak yang lebih jauh. "Saiz otak yang besar semestinya membawa perlahan komunikasi dalam otak, " tambahnya. "Jadi satu cara untuk mengatasinya ialah memiliki beberapa sel khusus sel yang cukup cepat."
Memandangkan neuron tinggal di tempat-tempat panas sosial otak, Allman menumpukan bahawa sistem sel von Economo membolehkan bacaan yang pantas dan intuitif mengenai keadaan yang tidak dapat dipertikaikan secara emosi. Neuron "akan membolehkan seseorang cepat menyesuaikan diri dengan mengubah konteks sosial, " dia berspekulasi. Pada masa lalu, pendawaian neural ini mungkin telah memberikan kelebihan hidup kepada nenek moyang kami dengan membolehkan mereka membuat penilaian yang tepat, berpecah kedua, terutama mengenai siapa yang mereka boleh percayai atau tidak.
Allman, Hof dan rakan-rakan mereka telah mencari neurons von Economo di lebih daripada 100 spesies haiwan, dari sloths hingga platypus. Hanya segelintir mereka, selain primata dan gajah, diketahui mempunyai sel-sel: ikan paus berbulu, ikan paus sperma, ikan paus sirip, orcas dan ikan lumba-lumba botol. Sel-sel ini semestinya berevolusi dalam spesies yang sudah pupus yang menimbulkan mamalia marin sekitar 35 juta tahun yang lalu.
Semasa saya memerhatikannya, otak gajah di Caltech, Allman, bersama rakan-rakan Atiya Hakeem dan Virginie Goubert, akhirnya mencapai FI dari hemisfera kiri Simba. Tiga hari kemudian, pemeriksaan mikroskop pada irisan otak mengungkapkan ia akan dipenuhi dengan sel berbentuk spindle tersendiri. Yang mengesahkan penemuan neuron mereka yang serupa di dunia otak kanan FI Simba. Sel gajah lebih besar daripada manusia dan primata, mengenai ukuran neuron ikan paus, tetapi saiz dan bentuknya adalah neonon von Economo yang tidak jelas.
Dari menghitung sel von Economo dalam 16 slaid-sebuah rumah kaca mata-Hakeem dan Allman menganggarkan bahawa terdapat kira-kira 10, 000 daripada mereka dalam FI saiz pos-pos di sebelah kanan otak gajah, atau kira-kira 0.8 peratus daripada FI 1.3 juta neuron. Neuron Von Economo lebih banyak dalam FI manusia, dengan purata kira-kira 193, 000 sel dan menyumbang kira-kira 1.25 peratus daripada semua neuron di sana. Dalam bilangan mutlak, otak manusia mempunyai kira-kira setengah juta von Economo neuron, jauh lebih banyak daripada otak gajah, ikan paus atau kera besar. Allman dan rakan-rakannya tidak menemui apa-apa dalam keluarga terdekat gajah: anteater, armadillo dan rock hyrax. Ketiadaan sel dalam spesies ini menyokong teori Allman bahawa neuron adalah ciri otak besar.
Allman menjangkakan bahawa sel-sel tersebut mudah berubah dari sekumpulan kecil neuron dalam korteks insula yang terdapat di semua mamalia dan mengawal selera makan. Dia berfikir bahawa walaupun sel von Economo mungkin berkembang untuk mempercepat maklumat di sekitar otak besar, mereka mendapat koordinasi dengan permintaan interaksi sosial. Jika dia betul, pintar, haiwan sosial seperti ikan paus dan gajah mungkin mempunyai pendawaian khusus yang sama untuk kecerdasan empati dan sosial sebagai manusia.
Ikan paus dan gajah, seperti manusia dan kera besar, mempunyai otak besar dan peringkat remaja yang berpanjangan di mana mereka belajar dari penatua mereka. Mereka mengenali antara satu sama lain dan membangunkan hubungan koperasi seumur hidup. Paus pembunuh memburu dalam kumpulan dan melindungi rakan pods yang cedera. Masyarakat gajah ditunjuk oleh matriarchs yang membimbing kawanan mereka untuk menyiram lubang yang mereka tahu dari lawatan sebelumnya. (Dan mungkin ada kebenaran kepada kepercayaan bahawa gajah tidak pernah lupa: apabila Allman, Hof dan Hakeem membuat imej pertama 3-D resolusi tinggi otak gajah, pada tahun 2005, mereka mendapati hippocampus besar, rantau otak di mana kenangan terbentuk.) Haiwan-haiwan sensitif mengenal pasti antara satu sama lain dengan suara gemuruh dan panggilan sangkakala, datang kepada bantuan masing-masing dan kelihatannya meratap mati mereka.
Allman suka menunjukkan klip dari dokumentari tentang sekumpulan gajah Afrika yang mengamalkan anak lembu yatim piatu. Apabila gajah bayi jatuh ke dalam lubang air, matriarch itu segera melompat masuk, diikuti oleh yang lain. Bersama-sama dia dan wanita kedua menggunakan gading, batang dan kakinya untuk membebaskan anak lembu dari kotoran. Paws haiwan lain di tebing yang curam dengan kaki, membina jalan untuk kegunaan anak-anak untuk mendaki. "Ini benar-benar luar biasa, " kata Allman tentang bagaimana gajah dengan cepat menyusun krisis dan bekerja bersama untuk menyelamatkan bayi. "Ia berfungsi dengan sangat tinggi sehingga sangat sedikit haiwan yang dapat melakukan, dan, " tambahnya dengan ketawa, "manusia dapat melakukannya hanya pada hari-hari yang baik." Penyelamatan, katanya, "menangkap intipati tingkah laku sosial yang sangat kompleks dan terkoordinasi."
Idea sentraliti neuron terhadap kecerdasan sosial semakin meningkat. Yerkes primatologi Frans de Waal mengatakan penyelidikan "sangat menarik" Allman dengan beberapa penyelidikan sendiri tentang kecerdasan pachyderm. Dua tahun yang lalu, de Waal dan dua kolaborator melaporkan bahawa sebuah gajah Zoo Bronx bernama Happy dapat mengenali dirinya dalam cermin. Sesetengah saintis berpendapat bahawa keupayaan untuk mengenali refleksi diri menunjukkan kemampuan untuk kesedaran diri dan empati, kemahiran berguna dalam spesies yang sangat sosial. De Waal menunjukkan bahawa hanya haiwan yang mempunyai neuron von Economo boleh melakukannya.
Namun de Waal juga memberi amaran bahawa "sehingga seseorang menetapkan fungsi tepat sel-sel itu, ia tetap menjadi kisah, pada dasarnya."
Pemikiran Allman tentang sel von Economo masih berkembang. Apabila data baru masuk, beliau membuang konsep awal dan mengintegrasikan orang lain. Tidak seperti saintis stereotip yang berhati-hati, dia tidak teragak-agak untuk mengemukakan hipotesis yang berani berdasarkan beberapa pemerhatian. Teori bahawa von Economo neuron mendasari kognisi sosial adalah berani. Dan ia menggoda untuk merampas sel-sel sebagai penjelasan mudah untuk asas sifat sosial kompleks kita. Tetapi Allman tahu itu peregangan.
Teori beliau mempunyai skeptiknya. Ahli antropologi Terrence Deacon, dari University of California di Berkeley, menanyakan sama ada neuron benar-benar jenis sel otak yang berbeza atau hanya variasi yang timbul dalam otak besar. Dia mengatakan bahawa perbezaan dalam otak kita yang membuat kita manusia lebih cenderung telah timbul daripada perubahan berskala besar daripada perubahan halus dalam bentuk neuron. "Saya tidak fikir ia adalah sebahagian besar cerita, " katanya mengenai idea Allman. Walau bagaimanapun, beliau menambah, apabila memahami otak manusia, "selagi kita menyedari bahawa kita mempunyai sedikit usaha untuk meneruskan, dalam keadaan ini semua hipotesis harus dilayan."
Titik diambil. Tetapi sukar untuk tidak ditipu oleh teori Allman apabila beberapa bukti yang paling menarik tidak datang dari makmal patologi haiwan tetapi dari klinik perubatan.
William Seeley, pakar neurologi di University of California di San Francisco, mengkaji penyakit neurodegenerative yang kurang difahami yang dikenali sebagai demensia frontotemporal. Pesakit mengalami kerosakan dalam watak mereka, kehilangan rahmat sosial dan empati, berubah tidak sensitif, tidak menentu dan tidak bertanggungjawab. Perkahwinan dan kerjaya meletup. Ramai pesakit seolah-olah kurang kesedaran diri fizikal: apabila didiagnosis dengan penyakit lain, mereka menafikan mempunyai sebarang masalah. Kajian pengimejan otak terhadap pesakit dengan demensia telah menemui kerosakan pada bahagian depan otak.
Pada tahun 2004, Seeley mendengar ceramah Allman tentang von Economo neurons. Ketika Allman mengklik melalui slaid PowerPointnya, Seeley melihat bahawa sel-sel itu berkerumun di kawasan otak yang sama dengan sasaran demensia, ACC dan FI. "Ia semacam, Eureka, " kata Seeley. Dia fikir sel-sel mungkin membantu para penyelidik memikirkan mengapa kawasan tersebut terdedah kepada kemusnahan. "Juga, saya fikir, bagaimana cara yang menarik untuk mempelajari sesuatu tentang sifat manusia, mungkin kekurangan pesakit yang berkembang mungkin dalam hal-hal yang unik, jadi ada banyak idea."
Selepas itu, melalui kopi, Seeley dan Allman bersetuju untuk bekerjasama untuk mengetahui sama ada neonon von Economo telah rosak pada orang-orang dengan demensia frontotemporal. Menganalisa otak dari pesakit yang sudah meninggal, para ilmuwan mendapati, sebenarnya, sekitar 70 persen neonon von Economo di ACC telah musnah, sedangkan sel-sel otak jirannya tidak terpengaruh. "Sudah jelas bahawa sasaran asal penyakit ini adalah sel-sel ini, dan apabila anda memusnahkan sel-sel ini, anda akan mendapat keseluruhan gangguan fungsi sosial, " kata Allman. "Itu hasil yang sangat mengejutkan yang bercakap kepada fungsi sel-sel mengenai dengan jelas seperti yang boleh."
Sistem saraf yang luar biasa ini seolah-olah mendasari banyak perkara yang menjadikan kita manusia. Tetapi hakikat bahawa gajah dan ikan paus nampaknya berkongsi perkakasan saraf yang sama membuka minda ke arah yang miring: otak kita mungkin lebih mirip dengan binatang pintar, sosial yang lain daripada yang kita pikirkan.
Ingfei Chen tinggal di Santa Cruz, California.
Jurugambar Aaron Huey tinggal di Seattle.
Ditemui pada tahun 1881 dan diterangkan pada tahun 1926 oleh Constantin von Economo, sel otak yang berbentuk spindle (kanan) mempunyai cabang yang lebih sedikit daripada neuron biasa (kiri). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / dengan izin dari Elsevier (2)) 
John Allman (dengan rakan sekerja Atiya Hakeem di Caltech memeriksa spesimen otak gajah) sedang mencari salah satu kunci biologi untuk tingkah laku manusia. (Aaron Huey) 
Neuron Constantin von Economo kini diketahui berlaku di bahagian otak manusia yang memproses sensasi dan emosi sosial. (Ilustrasi oleh Guilbert Gates) 
Constantin von Economo justru menggambarkan neuron pada otak manusia pada tahun 1926. (Oxford University Press) 
Mempelajari spesies lain memberikan gambaran tentang "apa yang ada pada otak kita yang menjadikan kita manusia, " kata Todd Preuss. (Jack Kearse / Emory University) 
Pintar, sosial dan ya, dikurniakan dengan memori yang sangat baik, gajah (Simba di Cleveland Metroparks Zoo, di mana dia meninggal pada tahun 1995) adalah antara beberapa haiwan dengan von Economo neurons. (Cleveland Metroparks Zoo) 
John Allman mengkaji bahagian otak Simba. (Aaron Huey) 
Patrick Hof sedang meneliti masa dan di mana von Economo neuron berkembang dalam pokok keluarga primata. (Michael Balter) 
John Allman menggunakan alat pengamatan otak. (Ingfei Chen) 
John Allman memotong bahagian-bahagian kertas yang tipis dari otak yang dipelihara untuk dikaji. (Ingfei Chen) 
Contoh sepotong otak di makmal John Allman. (Aaron Huey) 
Gorila gunung adalah antara haiwan yang diketahui hidup dalam kumpulan yang kompleks. (iStockphoto) 
Paus humpback adalah spesies lain yang diketahui hidup dalam kumpulan yang kompleks. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Gajah Afrika diketahui hidup dalam kumpulan yang kompleks juga. Mengapa mereka begitu baik dalam bersosial? Salah satu sebab, Allman berpendapat, adalah pakar neuron von Economo yang mempercepat impuls melangkaui otak yang luar biasa di kalangan pusat yang terlibat dalam komunikasi dan kerjasama. (iStockphoto)
