תאי מוח לחברות

לא היה סיכוי קטן להחמיץ את הפיל בחדר. כתריסר שנים לאחר מותה של סימבה בגן החיות של קליבלנד מטרופארקס, הונחה לוח לבן בגודל חצי סנטימטר ממוחו הצהבהב, המקומט, בגודל הכדורסל, לפני ג'ון אלמן, מדעי המוח במכון הטכנולוגי בקליפורניה בפסדנה.

תוכן קשור

• יופי של המוח
• איך המוח שלנו עושה זיכרונות

נשמר בפורמלדהיד, זה נראה כמו חצי פנקייק, מוצק קפוא על מצע ערפול של קרח יבש. אלמן חתך אותו בזהירות בעזרת המקבילה במעבדה של חותך בשר מעדנייה. הוא לקח הרבה יותר משעה וגילף 136 קטעים דקים בנייר.

אלמן חיפש סוג ייחודי של תאי מוח שלדעתו הוא מפתח לאופן בו הפיל האפריקני - כמו בן אנוש - מצליח להישאר מכוון לניואנסים המשתנים כל הזמן של יחסי גומלין חברתיים. תאי המוח בצורת ציר אלה, הנקראים נוירונים פון פון אקונו - על שמו של האיש שתיאר אותם לראשונה - נמצאים רק אצל בני אדם, קופי אדם גדולים וחופן יצורים גרגריים אחרים במיוחד. אלמן, 66, משווה את מוחם של אנשים ובעלי חיים אחרים כדי לקבל תובנה לגבי התפתחות ההתנהגות האנושית.

"מדעי המוח נראים ממש לא ששים לגשת לשאלה מה המוח שלנו גורם לנו להיות אנושיים, וג'ון עושה בדיוק את זה", אומר טוד פרוס, נוירואנטומיסט ואנתרופולוג במרכז לחקר הפרימטים של יורקס באטלנטה. "אנחנו יודעים מעט מאוד מאוד על המוח שלנו שונה מחיות אחרות, אלא שהמוח שלנו גדול יותר."

תאי העצב של פון אקונו הם הממצא הבולט ביותר של השנים האחרונות במחקר השוואתי במוח, בו מדענים מדווחים על הבדלים נאים בין המינים. הנוירואנטומי פטריק חוף ועמיתיו בבית הספר לרפואה של הר סיני במנהטן, מעדו לראשונה את הנוירונים בדגימות מוח אנושיות בשנת 1995, באזור לכיוון קדמת המוח שנקרא קליפת המוח הקדמית. לרוב הנוירונים יש גופים בצורת חרוט או כוכב עם כמה תחזיות מסתעפות, המכונות דנדריטים, המקבלות אותות מהתאים הסמוכים. אבל נוירונים של פון אקונו דקים ומוארכים, עם דנדריט אחד בלבד בכל קצה. הם גדולים פי ארבעה מרוב תאי המוח האחרים, ואפילו במינים שיש להם את התאים הם נדירים.

צוות המנהטן, כך התברר, גילה מחדש סוג תאי מעורפל שזוהה לראשונה בשנת 1881. חוף קרא לתאים על שם אנטומיסט בווינה, קונסטנטין פון כלכלה, שתיאר במדויק את הנוירונים במוחם האנושי בשנת 1926; אחר כך התאים החליקו לטשטוש. חוף החל להתבונן במוחם של פרימטים שנפטרו, כולל קופי מקקים וקופים גדולים - שימפנזים, בונובו, גורילות ואורנגוטנים - שנתרמו על ידי גני חיות ומקדשים. הוא יצר קשר עם אלמן, שהיה לו אוסף מוחות ראשוניים, וביקש ממנו לשתף פעולה. בשנת 1999 דיווחו המדענים כי לכל מיני הקופים הגדולים היו תאי פון-אקונומו, אך פרימטים פחותים, כמו מקאקים, לימורים וטארסיירים, לא עשו זאת. פירוש הדבר שהנוירונים התפתחו באב קדמון משותף לכל הקופים הגדולים לפני כ -13 מיליון שנה, לאחר שהם התפצלו מפרימטים אחרים אך הרבה לפני ששושלות האדם והשימפנזים התפצלו לפני כשש מיליון שנה.

למרות שאלמן ידוע כנוירואנטומיסט, אין זה מפתיע למצוא אותו מתעמק בשאלות גדולות יותר של המשמעות של להיות אנושי. הדוקטורט שלו, מאוניברסיטת שיקגו, היה באנתרופולוגיה, והוא כבר מזמן מוקסם מאיך שהתפתח המוח העיקרי. הוא ערך מחקרי ציון דרך עם עמיתו ג'ון קאס, וזיהה את חלקי מוח קוף הינשוף המנתחים מידע חזותי ומאפשרים ראייה. בשנת 1974 עבר אלמן לקלטק, שם למד חזון במשך 25 שנה. אבל הוא גם גרד לגלות כיצד פעולתו הבסיסית של המוח האנושי מעצבת התנהגות חברתית. תאי העצב של פון אקונו תפסו מיד את התעניינותו.

אלמן, גרוש, גר בבית לבנים בן 150 שנה בסן מרינו שהוא חולק עם שני כלבי רועים אוסטרלים, לונה ולוניטה. תצלומים בצבע ספיגה של סבתו הסופרת תלויה על קיר הסלון. בהיותו "לילילי ידוע לשמצה", כהגדרתו של אלמן, הוא כמעט ולא מגיע למעבדה לפני השעה 13 בערב, יוצא בערב להמשיך לעבוד בבית ובדרך כלל נשאר עד השעה 2 בבוקר משרד המשרד שלו בקלטק מואר באפלולית על ידי חלון יחיד וקטן מנורת שולחן; זה נראה כמו מערה המוצפת עם ספרים וניירות. במורד המסדרון, שקופיות זכוכית של גורילה, בונובו ורקמות מוח של פילים, מוכתמות כחולות וחומות, שוכבות על שולחנות ודלפקים.

מתוך עבודתו של פון אקונו, נודע לאלמן כי נראה היה כי התאים החריגים שוכנים רק בקליפת המוח הקדמית (ACC) ובגומחה אחת נוספת במוח האנושי, האינסולה הקדמית (FI). מחקרי סריקת מוח קבעו כי ה- ACC ו- FI פעילים במיוחד כאשר אנשים חווים רגש. נראה כי שני התחומים חשובים ל"ניטור עצמי ", כמו למשל להבחין בתחושות גופניות של כאב ורעב או הכרה בכך שטעה. ה- ACC נראה מעורב באופן נרחב כמעט בכל מאמץ נפשי או פיזי.

לעומת זאת, האינסולה הקדמית עשויה למלא תפקיד ספציפי יותר ביצירת רגשות חברתיים כמו אמפתיה, אמון, אשמה, מבוכה, אהבה - אפילו חוש הומור. על פי ניסויים המודדים את פעולתם של אזורי מוח שונים, האזור הופך להיות פעיל כאשר אם שומעת תינוק בוכה, למשל, או כאשר מישהו בוחן פנים כדי לקבוע את כוונותיו של האדם האחר. ה- FI הוא המקום בו המוח עוקב ומגיב ל"רגשות בטן "מתחושות גופניות או אינטראקציות ברשת חברתית, אומר אלמן. זה הקשר בין ניטור עצמי ומודעות לאחרים שמאפשר לנו להבין את רגשותיהם של אנשים אחרים. "ההצעה הבסיסית שאני מקדם", הוא אומר, "היא הרעיון שמודעות עצמית ומודעות חברתית הם חלק מאותם תפקודים, ותאי הפון-אקונו הם חלק מזה."

אלמן חושב שהנוירונים מזרזים את התקשורת מ- ACC ו- FI לשאר המוח. התאים גדולים באופן יוצא דופן, ובמערכת העצבים, הגודל מתאם לעתים קרובות למהירות. "הם נוירונים גדולים שלדעתי קוראים משהו מהיר מאוד ואז מעבירים את המידע הזה במהירות אחרת במקום אחר, " הוא אומר. הוא משער כי ככל שאבותינו הראשוניים התפתחו מוח גדול יותר ויותר, הם היו זקוקים לחיבורים במהירות גבוהה כדי לשלוח הודעות על מרחקים גדולים יותר. "גודל מוח גדול בהכרח מביא איתו האטה בתקשורת במוח", הוא מוסיף. "אז אחת הדרכים להתמודד עם זה היא להכיל כמה אוכלוסיות ייחודיות של תאים שהם די מהירים."

בהתחשב בעובדה שהנוירונים חיים בנקודות החמות החברתיות של המוח, אלמן משער כי מערכת התא של פון-אקונו מאפשרת קריאה מהירה ואינטואיטיבית במצבים טעונים רגשיים והפכפכים. הנוירונים "יאפשרו לאדם להסתגל במהירות להקשרים חברתיים משתנים", הוא משער. בעבר העתיק, חיווט עצבי זה עשוי להעניק יתרון להישרדות לאבות אבותינו בכך שהוא מאפשר להם לקבל פסקי דין מדויקים בשבריר שנייה, במיוחד לגבי מי הם יכולים לסמוך או לא.

אלמן, חוף ועמיתיהם חיפשו נוירונים של פון אקונומו בלמעלה ממאה מיני בעלי חיים, מ עצלנים ועד פטיפים. רק מעטים מהם, פרט לפרימטים ופילים, ידועים כבעלי התאים: לווייתני הגבן, לווייתני הזרע, לווייתני הסנפיר, האורקים והדולפינים באף הבקבוק. התאים ככל הנראה התפתחו במינים שנכחדו כעת והולידו את אותם יונקים ימיים לפני כ- 35 מיליון שנה.

כשהתבוננתי בו מחלק את מוח הפילים בקלטק, הגיע אלמן, יחד עם הקולגות עטייה חכם וירג'יני גאוברט, סוף סוף לחלל האמצעי של חצי הכדור השמאלי של סימבה. שלושה ימים לאחר מכן, בדיקת מיקרוסקופ של פרוסות המוח חשפה כי היא מנוקדת בתאים המצויים בצורת ציר. זה אישר את הצפייה הקודמת שלהם בנוירונים דומים ב- FI של הכדור הימני של סימבה. תאי הפילים גדולים יותר מתוכם אנושיים וראשוניים, בערך בגודל של נוירונים של לווייתנים, אך הגודל והצורה הם בלתי ניתנים לטעון של נוירוני פון כלכלה.

מספירת תאי פון-אקונו ב -16 שקופיות - מטלה מזוגגת עיניים - מעריכים כי קיימים ואלמן ישנם בערך 10, 000 מהם במתחם ה- FI בגודל העמידה בצד ימין של מוח הפילים, או כ -0.8 אחוז מה 1.3 מיליון נוירונים של FI. תאי עצב של פון כלכלה הם בשפע יותר ב- FI האנושי, הם ממוצעים של כ 193, 000 תאים ומהווים כ- 1.25 אחוז מכלל הנוירונים שם. במספרים מוחלטים, למוח האנושי יש בערך חצי מיליון נוירונים של פון אקונו, הרבה יותר ממוחם של פילים, לוויתנים או קופי אדם גדולים. אלמן ועמיתיו לא מצאו אף אחד מקרובי משפחתו של הפיל: האנטהרטר, ארמדילו והיארקס. היעדרם של התאים במינים אלה תומך בתיאוריה של אלמן כי הנוירונים הם תכונה של מוח גדול.

אלמן משער כי תאים כאלה מתפתחים בקלות ממערכת קטנה של נוירונים בקליפת המוח האינסולית שנמצאים בכל היונקים ומווסתים את התיאבון. הוא חושב שאמנם תאי פון-אקונומו התפתחו ככל הנראה כדי להאיץ מידע סביב מוח גדול, אך הם קיבלו את הסכמתם לדרישות של אינטראקציות חברתיות. אם הוא צודק, בעלי חיים חכמים וחברתיים כמו לווייתנים ופילים עשויים להיות בעלי אותם חיווט ייעודי לאמפתיה ואינטליגנציה חברתית כמו בני אדם.

לוויתנים ופילים, כמו אנשים וקופי אדם גדולים, הם בעלי מוח גדול ושלב נעורים ממושך שבמהלכם הם לומדים מזקניהם. הם מכירים זה בזה ומפתחים מערכות יחסים שיתופיות לכל החיים. לווייתנים הרוצחים צדים בקבוצות ומגנים על חברי התאורה הפצועים. חברת הפילים מעוגנת על ידי מטריארכים שמדריכים את עדריהם לחורים להשקות שהם מכירים מביקורים קודמים. (ויכול להיות שיש אמונה מסוימת באמונה שפילים לעולם לא שוכחים: כאשר אלמן, חוף והייקם עשו את התמונה התלת-ממדית הראשונה ברזולוציה גבוהה של מוח פילים, בשנת 2005, הם מצאו היפוקמפוס עצום, אזור המוח שבו זיכרונות נוצרות. החיות הרגישות מזהות זו את זו על ידי רעשיהם וקריאות החצוצרה, נעזרות זו בזו ונראות שמתאבלות על מתיהן.

אלמן אוהב להציג קליפ מתוך סרט תיעודי על קבוצת פילים אפריקאים שאימצו עגל יתום. כאשר הפיל התינוק נופל לבור מים, המטריארך נכנס במהירות פנימה ואחריו האחרים. יחד היא ונקבה שנייה משתמשים במלקות, בגזעים וברגליים כדי לשחרר את העגל מהבול. כפות חיות אחרות פושטות על הגדה התלולה עם כף רגלה, בונה רמפה בה משתמש הצעיר כדי לטפס למקום מבטחים. "זה באמת מדהים", אומר אלמן על כך שהפילים הגדילו במהירות את המשבר ועבדו יחד להצלת התינוק. "זה סוג מאוד גבוה של תפקוד שמעט מאוד בעלי חיים מסוגלים לעשות. וגם, " הוא מוסיף בצחקוק, "בני אדם יכולים לעשות זאת רק בימים טובים." ההצלה, לדבריו, "לוכדת את המהות של התנהגות חברתית מורכבת ומתואמת באמת."

הרעיון של מרכזיות הנוירונים לאינטליגנציה חברתית הולך וצובר קרקע. הפראמטולוג של ירקס, פרנס דה וואל, אומר כי המחקר ה"מרגש ביותר "של אלמן משתלב עם כמה מחקירותיו שלו לגבי אינטליגנציה של פאצ'יידרם. לפני שנתיים דיווחו דה וואל ושני משתפי פעולה כי פיל גן החיות בברונקס בשם Happy יכול להכיר את עצמה במראה. יש מדענים העוסקים בתיאוריה כי היכולת לזהות את השתקפותו של האדם מעידה על יכולת למודעות עצמית ואף לאמפתיה, כישורים שימושיים במין חברתי ביותר. דה וואל מציין שרק בעלי חיים שיש להם נוירונים של פון כלכלה יכולים לעשות זאת.

עם זאת, דה וואל גם מזהיר כי "עד שמישהו יקבע את הפונקציה המדויקת של אותם תאים, זה נשאר סיפור, בעיקרון."

מחשבותיו של אלמן על תאי פון כלכלה עדיין מתפתחות. כאשר נכנסים נתונים חדשים, הוא משליך מושגים ראשוניים ומשלב אחרים. שלא כמו המדען הזהיר הסטריאוטיפי, הוא לא מהסס להעלות השערות נועזות המבוססות על כמה תצפיות. התיאוריה שלפיה נוירונים של פון אקונו עומדים בבסיס הקוגניציה החברתית היא נועזת. וזה מפתה לתפוס את התאים כהסבר פשוט לבסיס הטבע החברתי המורכב של המין שלנו. אבל אלמן יודע שמדובר במתיחה.

לתיאוריה שלו יש ספקנים. האנתרופולוג טרנס דיקון מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, שואל אם הנוירונים הם סוג אחר של תאי מוח או שהם פשוט וריאציה שמתעוררת במוחות גדולים. הוא אומר כי ההבדלים במוחנו שהופכים אותנו לאנושיים צפויים יותר לשינויים בקנה מידה גדול מאשר משינויים עדינים בצורת העצב. "אני לא חושב שזה חלק גדול מאוד מהסיפור, " הוא אומר על הרעיון של אלמן. עם זאת, הוא מוסיף, כשמדובר בהבנת המוח האנושי, "כל עוד אנו מכירים בכך שיש לנו כל כך מעט להמשיך, בנסיבות אלה יש לערוך את כל ההשערות."

נקודה נלקחה. אבל קשה שלא לפתות את התיאוריה של אלמן כשחלק מהעדויות המשכנעות ביותר לא מגיעות ממעבדת הפתולוגיה של בעלי החיים אלא מהמרפאה הרפואית.

ויליאם סלי, נוירולוג מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו, חוקר מחלה ניוונית המונעת היטב, הנקראת דמנציה פרונטוטמפורלית. חולים סובלים מהתמוטטות באופיים, מאבדים חסדים חברתיים ואמפתיה, הופכים לחסרי רגישות, לא יציבה וחסרת אחריות. נישואין וקריירה משתלבים. נראה כי חולים רבים אינם בעלי מודעות עצמית גופנית: כאשר הם מאובחנים כחולים במחלות אחרות, הם מכחישים כי הם סובלים מבעיות. מחקרי הדמיה מוחית של חולי דמנציה חשפו נזקים באזורים הקדמיים במוח.

בשנת 2004 שמע סלי הרצאה של אלמן על נוירונים של פון אקונומו. כאשר אלמן לחץ על שקופיות ה- PowerPoint שלו, סלי ראה שהתאים מקובצים באותם אזורים מוחיים אליהם התכוונה הדמנציה, ה- ACC ו- FI. "זה היה כמו, יוריקה, " נזכר סלי. הוא חשב שהתאים עשויים לעזור לחוקרים להבין מדוע אזורים אלה חשופים להרס. "כמו כן, חשבתי, איזו דרך מעניינת ללמוד משהו על הטבע האנושי. אולי החסרים שמטופלים מפתחים עשויים להיות בדברים שהם אנושיים באופן ייחודי. אז נוצר רעש גדול של רעיונות."

לאחר מכן, על קפה, סלי ואלמן הסכימו להתאגד כדי לברר האם נוירונים של פון אקונומו נפגעו באנשים עם דמנציה פרונטו-פורמלית. על ידי ניתוח מוח של חולים שנפטרו גילו המדענים כי למעשה, כ -70 אחוז מתאי עצב ה- von Economo ב- ACC נהרסו, ואילו תאי המוח השכנים לא הושפעו ברובם. "ברור מאוד שהיעד המקורי של המחלה הוא תאים אלה, וכשאתה משמיד את התאים האלה אתה מקבל את כל ההתמוטטות של התפקוד החברתי", אומר אלמן. "זו תוצאה מדהימה ממש שמדברת לתפקוד התאים בערך בבהירות ככל שהכל יכול."

מערכת עצבית חריגה זו נראית בבסיס הרבה ממה שהופך אותנו לאנושיים. אך העובדה כי פילים ולווייתנים חולקים ככל הנראה את אותו חומרה עצבית פותחת את התודעה למטה בפרספקטיבה: המוח שלנו עשוי להיות דומה יותר לזה של בעלי חיים חכמים וחברתיים אחרים ממה שחשבנו.

אינגפי צ'ן מתגורר בסנטה קרוז, קליפורניה.
הצלם אהרון הוי מתגורר בסיאטל.

נמצא בשנת 1881 ותואר בשנת 1926 על ידי קונסטנטין פון אקונומו, לתא המוח הגדול בצורת ציר (מימין) יש פחות ענפים מאשר נוירון טיפוסי (משמאל). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / ברשות אלסבייר (2)) ג'ון אלמן (עם עמיתו עטייה חכם בקאלטק שבדק דגימות מוח של פילים) מחפש אחר אחד המפתחות הביולוגיים להתנהגות אנושית. (אהרון הוי) כיום ידוע כי נוירונים של קונסטנטין פון כלכלה מתרחשים בחלקים במוח האנושי המעבדים תחושות ורגשות חברתיים. (איור מאת גילברט גייטס) קונסטנטין פון כלכלה תיאר במדויק את העצבים במוח האדם בשנת 1926. (הוצאת אוניברסיטת אוקספורד) לימוד מינים אחרים מניב תובנות לגבי "מה זה במוחנו שגורם לנו להיות אנושיים", אומר טוד פרוס. (ג'ק Kearse / אוניברסיטת אמורי) חכמים, חברתיים וכן, בעלי זיכרון מצוין, פילים (סימבה בגן החיות של קליבלנד מטרופארקס, שם נפטרה בשנת 1995) הם בין בעלי החיים הבודדים עם נוירונים של פון אקונומו. (גן החיות של קליבלנד מטרופארקס) ג'ון אלמן חוקר קטעים במוחו של סימבה. (אהרון הוי) פטריק חוף חוקר מתי והיכן התפתחו נוירונים של פון אקונומו באילן היוחסין של הפרימט. (מייקל בלטר) ג'ון אלמן משתמש במבצע מוח. (אינגפי חן) ג'ון אלמן מגלף קטעים דקים בנייר של המוח השתמר שיש ללמוד. (אינגפי חן) דגימות של פרוסות מוח במעבדה של ג'ון אלמן. (אהרון הוי) גורילות הרים הן בין בעלי החיים הידועים כגורמים בקבוצות מורכבות. (iStockphoto) לווייתני האצבעות הם מין אחר שידוע שהוא חי בקבוצות מורכבות. (בליין הרינגטון השלישי / קורביס) ידוע כי פילים אפריקאים חיים בקבוצות מורכבות. מדוע הם כל כך טובים בחברתיות? סיבה אחת, טוענת אלמן, היא תאי עצב מיוחדים של פון אקונומו, המזרזים דחפים על פני מוח גדול באופן יוצא דופן בקרב מרכזים העוסקים בתקשורת ושיתוף פעולה. (iStockphoto)