Hjernespejl

Hjernespejl

"I verden af ​​videnskab" №5, 2008

Ifølge interviews med lægevidenskabslæge, tilsvarende medlem af Det Russiske Akademi for Medicinsk Videnskab, leder af systemgenesisafdelingen for Forskningsinstitut for Normalfysiologi, professor Konstantin Anokhin og professor i St. Petersburg statsuniversitet, doktor i filologiske og biologiske videnskaber, leder af laboratorium for kognitiv forskning, neurolinguist Tatyana i Chernigov.


Syndens biologi vil tage hovedstedet i det 21. århundredes videnskab.


Hvorfor har vi en hjerne, der får os til at skille sig ud fra alle dyrs rækkevidde? Hvad er det menneskelige sinds oprindelse og evolution i lyset af de seneste opdagelser i dette område? Hvad forklarer den kløft, der eksisterer mellem os og vores "mindre brødre" ud fra den moderne evolutionsteoris synspunkt?

Hvor arbejder generne?

I 2003 konfronterede Microsoft medstifter Paul Allen, også kendt som en af ​​de største filantrope, forskere et spørgsmål: "Hvad hvis der er økonomisk støtte, kan videnskaben gøre i dag for at finde ud af, hvordan hjernen virker?" Han havde meget seriøs Konsulenter er nobelprispristagere, folk der stod på basis af moderne molekylærbiologi.Og de sagde, at det vigtigste nu er at forstå, hvordan generne "gør" hjernen, det vil sige at forbinde genomforskning og hjerneforskning og finde ud af hvor mange gener og hvilke der virker i hjernen, på hvilke områder og hvordan dette sker. Med andre ord, hvordan hjernen er genetisk arrangeret, er ikke kun det mest komplekse organ i mennesket, men også det mest uløste objekt i universet.

Allen tildelte $ 100 millioner for at gøre denne opgave tilgængelig. Allenovsky Brain Institute blev etableret i Seattle, hans hjemby, hvor Bill Gates forresten blev født. Instituttet begyndte at arbejde, og i januar i år i tidsskriftet natur En stor artikel blev offentliggjort efter dette yderst effektive projekt. Bogstaveligt om tre eller fire år var det muligt at kortlægge alle musegenene og afgøre, hvilke som arbejder i hjernen. Et utrolig vigtigt resultat blev opnået: det viste sig, at i musgenomet og dermed i det menneskelige genom (tallene ikke vil afvige meget) arbejder mere end 80% af alle gener specifikt for hjernen. Til sammenligning: i andre organer er det et par procent. Det er i vores genom at hver otte ud af ti gener arbejder for hjernen. Dette er resultatet af akkumuleringen af ​​gigantiske bestræbelser af genomet i udviklingen af ​​hjernens opbygning.

Nu arbejder den samme gruppe forskere fra Allen Instituttet på at dechifrere det komplette genekspressionskort i den menneskelige hjernebark. At vide, at genomerne af musen og mennesket falder sammen med mere end 90%, er det let at forudsige det samlede resultat af dette arbejde. Men hun vil sikkert opdage mange uventede fakta, der er vigtige for at forstå udviklingen af ​​vores hjerne og bevidsthed.

Hvis vi vurderede evolution som en lang række små episoder, som hver især ved hjælp af naturlig udvælgelse retter et gens arbejde til nogle funktioner i kroppen, viser det sig, at den genetiske udvikling hovedsagelig har til formål at skabe og opretholde nervesystemets funktioner. sammenlignet med andre organer.

Et meget vanskeligt spørgsmål opstår: Hvilke af disse sæt gener, som arbejder i hjernen, er ansvarlige for vores udvikling? Kan dette forklares af et unikt gen, som forårsagede en bestemt evolutionær eksplosion?

For eksempel, ifølge hypotesen om den berømte amerikanske neuroanatom og neurobiolog Pashko Rakic, kan fremkomsten af ​​den menneskelige hjerne, som især adskiller sig fra andre primaters hjerne ved udviklingen af ​​frontal-sektioner forbundet med intelligens, kunne baseres på et simpelt tilfældigt mutationsspring.Han førte til det faktum, at et af generne, der er forbundet med cellecyklussen for udvikling af neuroner i cerebral cortex, har undergået mindre ændringer, og opdelingscyklusserne er blevet mere. I cerebral cortex af en sådan mutant blev mange flere celler dannet end i kongenerne. Det betyder, at de funktioner, der udføres af dette område af hjernen, vil blive understøttet af et stort antal celler, der vil være flere forbindelser, flere intellektuelle reserver. Hvis mutationen forekom i frontalbenet, så vil dets luftfartsselskab have en masse nye muligheder for at foregribe situationen.

Og så spurgte adfærd og udvælgelse hvordan man bruger disse celler. Vær opmærksom på, at evolution ikke har forberedt på noget som denne mutant. Han befandt sig simpelthen i en situation, hvor han med de samme problemer som sine pårørende har en større ressource af antallet af neuroner og mulige beregninger i en given region af hjernen. Hvis dette giver ham en fordel, og hans gen bliver udbredt i befolkningen, vil dyr med samme store volumen af ​​frontale hjerneområder blive født. Så inden for det nyudvidede område vil de små mutationer, der forbereder den til medfødt specialisering til at løse et specifikt problem, gradvist få fordele. Dette er hypotesen om et enkelt gen, der forandrede alt. Men måske var det alt forkert.

Dyremand: hvor er grænsen?

Først og fremmest må vi selv bestemme, hvad der er så entydigt i en person, og det kan gøres i to aspekter. Den første er morfologisk eller anatomisk. Hvis vi argumenterer fra dette synspunkt, vil svaret være som følger: vores hjerne er tre gange større end vores nærmeste biologiske slægtninge – chimpanser, skorpen består af lag, det er meget vanskeligt at organisere osv. Men hvis du synes ud fra synsvinklen er det ikke let anatomi og hjernens funktioner, viser det sig, at mennesket skelner fra dyr i første sprog. En anden ting er evnen til at lave beregninger af forskellige slags, for eksempel dem der tillader forudsigelse af adfærd, vurderer samfundet tilstrækkeligt, korrekt efterligner og skaber noget nyt, bygger en model for en anden persons bevidsthed. Til dette har du brug for en meget kompleks hjerne.

Pointen er dette, i den anden del – i funktionerne. Men hvilke af dem er rent menneskelige, det er meget svært at bestemme. Når vi studerer hjernens organisation og evner hos dyr, smelter denne "sæt" hvert år. For eksempel er der i seriøse lærebøger skrevet, at menneskers sprog er et hierarkisk organiseret system, dvs.der er fonemer – atomer eller klodser, og der er et fast nummer på hvert sprog. De er indlejret i morphemes, morphemes er indlejret i ord, ord – i sætninger, sætninger – i diskurs … Og angiveligt (det blev altid sagt det), observerer vi ikke noget som dette i kommunikationssignalerne fra andre arter. For eksempel hævder de fleste forskere, at ingen, men et menneske, er i stand til at tænke med sådanne algoritmer som rekursive regler. Men hvad med fuglene der udfører en meget "avanceret" navigation? De bør jo tælle og ledes i meget vanskeligt rum. Endvidere er der i dyr, især i høj rang, et ekstremt flerniveau samfund; selv i myrer ser vi utroligt komplekse samfund. Hvad skal man sige om aberne, som det var muligt at lære det menneskelige sprog? For eksempel er deres syntaktiske evner omtrent det samme som hos børn på to og et halvt år. Og dette ændrer alvorligt tanken om vores position på planeten: Det er for nylig blevet antaget, at primater er utilgængelige, og at dette kræver den menneskelige hjerne. Selv korvider, hvor hjernen er meget mindre kompliceret, er i stand til at gøre meget, hvilket giver grund til at tale om tilstedeværelsen af ​​grund.Sang og "talende" fugle er i stand til subtil og præcis efterligning, som forresten betragtes som en af ​​de vigtigste "menneskelige" kvaliteter – mindst en person besidder det i langt større omfang end alle andre repræsentanter for dyreverdenen.

Mange flere eksempler kan nævnes, der siger, at der er færre og færre specifikt menneskelige træk, som vi kan holde fast på, og det kan være kommet fra en antaget mutation, dette "store spring" fra vores biologiske forfædre til mennesker.


Den antagelse, som et stort antal forskere er tilbøjelige til at søge efter, er et gen der bestemmer sprogets evne.


Den anden ting, der altid er sagt: Det menneskelige sprog har egenskaben for produktivitet. Dette refererer til brugen af ​​rekursive eller symbolske regler: vi kan kode og afkode et uendeligt antal beskeder baseret på visse algoritmer, der genereres i vores hjerne som en slags "virtuel lærebog" af det første modersmål. Og alt dette er tilgængeligt for et lille barn! Hvis ikke for nogle medfødte mekanismer,giver en mulighed for hver person til at beherske deres første sprog på så kort tid, det ville tage mange årtier! Derfor antages det, at et stort antal videnskabsmænd er tilbøjelige – at det er nødvendigt at søge et gen, der bestemmer evnen til at sprog.

Og for få år siden blev det velkendte gen FOX2P virkelig opdaget, hvis nedbrydning blev fundet i familier med talevanskeligheder i flere generationer. Dette gen er imidlertid ikke et "sproggenom". Næsten hver måned læser vi om opdagelsen af ​​nye gener: nu "gen af ​​hukommelse", så "gen af ​​dumhed", så "gen for læsning", så "gen for at synge" osv. Spørgsmålet er ikke, at disse gener ikke bliver opdaget, men ved at opdagelserne er fejlagtigt fortolket. Og nu, når vi vender tilbage til spørgsmålet om menneskets unikhed, må vi først svare på spørgsmålet – er der en "fiasko" mellem os og vores biologiske slægtninge, eller er det ikke. Fejlen, der giver anledning til at sige, at der var en vis mutation, der ændrede hjernen så meget, at den blev i stand til sprog, andre meget komplekse algoritmer, og faktisk førte til en langt mere kompleks organisation.

Mindets udvikling

Så vi skal overveje scenariet om hvordan hjernen kunne være opstået, hvilket gav manden det sind, vi besidder. Og her er der to seriøse alternativer. Den første er, at dette skete som et resultat af en række genetiske ændringer, der førte til nye modifikationer, der kunne vise sig at være "eksplosive". Dette er en række mutationer, en proces. Vi taler alle om en form for jolt, når der kunne ske noget, der ændrede hjernens, nervesystemet og viste sig at være evolutionært adaptivt. Men senere på denne "eksplosive mutation" kunne mange ændringer ophobes, og det vi ser i dag er ikke længere den eneste mutation, vi kunne finde, men de tusinder, der lagde op langs det.

Dette er scenarie nummer én, og det betragtes som meget seriøst.

Men der er en anden, ifølge hvilken alt begyndte med visse ændringer af tilpasningsevne, hjernens plasticitet, som i en noget anden evolutionær niche begyndte at indse nye muligheder. Hvis dette skete under ændrede forhold i en række generationer, kunne genetiske variationer begynde at ophobes, hvilket gør udviklingen i denne retning mere og mere let.Akkumulerende lignende variationer førte til dannelsen af ​​den menneskelige hjerne i sin nuværende form. Et sådant scenario udelukker tilstedeværelsen af ​​det oprindelige "key gen", der forårsagede push.

Hvis vi kan kalde det første scenario "genetisk", da der i begyndelsen af ​​processen er genetiske ændringer, så er den anden en epigenetisk. Forresten er det netop hans mange genetik og evolutionister, der begynder at blive betragtet mere og mere som et evolutionært scenario. Disse teorier var en af ​​de første i verden, der skulle udvikles af den bemærkelsesværdige russiske evolutionist I.I. Schmalhausen, der sagde, at udviklingen ikke begynder med ændringer i genotypen, men tværtimod er en ændring i fænotypen, som gradvist er fikset, omdannet til en ændring i genotypen.

Hvad siger eksperimentelle data om disse to scenarier? I august i året før sidst blev resultaterne af en undersøgelse offentliggjort, som bestod i at sammenligne genomerne af mennesker og chimpanser. Forskere har forsøgt at finde dele af DNA, hvor over 5 millioner år har der været stærke ændringer, der adskiller os fra chimpanser. Og sådanne steder, hvor ændringshastigheden var signifikant højere end gennemsnittet for genomet, viste det sig 49.Desuden er der i nogle af dem sket ændringer 70 gange hurtigere end gennemsnittet for genomet!

Stederne er spredt gennem genomet, og så opstår spørgsmålet: Hvilke funktioner udfører de? Som følge heraf har detaljerede undersøgelser identificeret et gen, der har gennemgået de væsentligste ændringer. Dette er HAR1 genet, der koder for en lille region, en lille RNA, men den indeholdt 118 (!) Forskelle mellem mennesker og chimpanser. Og mellem for eksempel sjimpanser og fugle (kylling) var der kun to forskelle.

Dette gen har eksisteret i lang tid. Det er i fugle, i pattedyr, men det var på vej fra chimpanser til mennesker, at de fleste ændringer skete i den.

Derefter spurgte eksperterne sig selv: Hvad er funktionerne i dette gen? Og det viste sig, at dette er et gen, der virker i hjernebarken fra den syvende til den nittende uge med udvikling af embryoet, når de øverste lag af cerebral cortex lægges ned og definerer vandrette forbindelser. Det er altid blevet troet, at disse er de senest udviklede evolutionære lag, der stærkt skelner mellem den menneskelige cortex fra andre primaters hjerne. Det viste sig, at dette gen var en eller anden måde (stadig ikke helt klart hvordan) det var forbundet med reguleringen af ​​andre geners arbejde. Det koder for et kort regulatorisk RNA-molekyle, der kan regulere andres arbejde.

Så i dag er det bevist, at der er områder, der adskiller det menneskelige genom fra chimpanseegenet ved de højeste evolutionsgrader. Og de hurtigste i udviklende strukturer viste sig at være et websted, der er forbundet med arbejdet med et gen i hjernebarken (og ikke kun i hjernen) og med udviklingen af ​​denne hjerne og de områder, der kan skelne rigtigt sent evolutionsstadier, forskellige hos mennesker og chimpanser. Funktionerne fra dette gen stammer for længe siden, hvilket forresten er et meget stærkt argument mod enhver forenkling, som for eksempel med opdagelsen af ​​det samme "sproggen". De begyndte kun at tale om ham, da han blev opdaget af en person, men det viste sig, at mus, fugle har det, værre end det, krokodiller har det!

Generelt ser det ud til, at hele udviklingen er rettet mod neuropat, hjernens udvikling. Dette kan skyldes, at miljøet krævede belastning på nervesystemet. Mutationer forekommer i alle gener, der er ansvarlige for visse funktioner i forskellige organer, ikke kun i hjernen. Bare naturlig udvælgelse giver en stor belastning (hvad angår tilpasning) til de funktioner, der er forbundet med adfærd – hvor trykket er mere seriøst, er der en mere aktiv ophobning af adaptive mutationer.

Nervesystemet "skubber" os ind i sådanne forhold (og giver os mulighed for at tilpasse sig dem), hvilket medfører fremkomsten af ​​nye morfologiske tegn. For eksempel, hvis en forandring i adfærd fører til en ændring i typerne af fødevarer, ændrer kroppens struktur gradvist osv. Det vil sige, at hjernen kan accelerere den morfologiske udvikling.

Så begynder en af ​​hjernestrukturerne pludselig at blive kompliceret som følge af visse genetiske forandringer, der kan ophobes på grund af det faktum, at organismen, befolkningen er faldet i andre forhold, hvor deres plasthjerne yderligere begynder at lede genomets udvikling. Dette er netop det andet epigenetiske scenario.


Bevidsthed er den mest oplagte og mindst forstået ting i den menneskelige hjerneaktivitet.


Her kommer en interessant parallel fra den berømte bog fra antropologiprofessoren ved University of California Terrence Deacon, "The Symbolic View". Han skriver der, at det ikke er det sprog, der har tilpasset sig hjernen, men tværtimod har hjernen tilpasset sig sproget. Diakonens bog er især et af de første udsagn fra hypotesen om, at det ikke var genetiske ændringer (selvom vi ser dem i dag), der var grundlaget for sprogets udseende, men omvendt.Det ser ud som om det generelt er i evolutionens proces, at det ofte er meget svært at adskille årsagen fra effekten, fordi det er et spørgsmål om udviklingen af ​​et system, som bevæger sig flerdimensionalt. Men på den anden side var der en objektiv virkelighed, og vi vil gerne vide det. Det kan ikke være både sådan og det andet – de er to forskellige paradigmer. Måske arbejder nogle principper i nogle situationer mere, i andre – andre.

Men en ting, vi kan sige med sikkerhed, er baseret på nyere forskning: Alle ikke-evolutionære scenarier for fremkomsten af ​​mennesket og det menneskelige sind i datarrayet, som vi har i dag, er simpelthen ikke realistiske. Imidlertid skal svaret søges inden for rammerne af den moderne, syntetiske evolutionsteori. Og det andet: Antallet af ligheder på det genetiske, morfologiske, funktionelle niveau, når linjerne mellem egenskaber, der er unikke for mennesker og andre dyr forsvinder, er det sådan, at det vigtigste i det XXI århundrede. bliver mysteriet om den menneskelige hjerne og sindet. Denne gåde vil nok være en af ​​de vigtigste inden for videnskab, men den skal have en evolutionær løsning.

Hukommelse – internt og eksternt

Ud over selve hjernen, sindet,Mennesket skelnes fra andre dyr af en anden unik ejendom, nemlig den såkaldte eksterne hukommelse, evnen til at overføre akkumuleret viden ud over grænserne for den enkelte hjerne. Det er takket være dette, at der opstod en kulturel og social udvikling, der foregår i et utrolig tempo og førte til en betydelig ændring i størrelsen af ​​menneskeheden. Tværtimod, hvis vi måler på biologisk skala, så tager vores kulturelle udvikling ubetydelig tid, nogle millisekunder – og samtidig en sådan effektiv effektivitet! Denne proces går ud over det traditionelle genetiske udvalg, som fortsætter arvelige træk i generationer.

Det skyldes også, at vores hjerne er ekstrem plastik. Og hver næste generation, der bliver født, interagerer ikke kun med sine forældre, men også med samfundet, med den akkumulerede eksterne hukommelse, historie, erfaring og er klar til at absorbere alt dette takket være hjernens plasticitet. Og her vil det være hensigtsmæssigt at gå tilbage til det såkaldte "genens sprog". Vi rørte ved to spørgsmål: For det første var der en slags skub, der førte til fremkomsten af ​​sproget, og var det relateret til genet, og for det andet, i bekræftende fald, var det? Hvorfor sigeikke hukommelse? I undersøgelser af funktionen af ​​dette gen viste det sig, at patienter, der lider af taleforstyrrelser, også har visse former for hukommelse beskadiget – nemlig den såkaldte "arbejdshukommelse". Dette er tilbageholdelsen til minde om operationelle oplysninger, hændelser, der netop er sket, mål og motiver for handlinger – det vil sige ting der afhænger af de forreste sektioner af hjernen, på frontalloberne i forbindelse med målindstilling og probabilistisk prognose.

Hvordan fungerer dette system, styrer især sprog som et af de vigtigste manifestationer af bevidsthed? Både hukommelsen og billedet af verden, der omgiver dig, og vigtigst af alt, hvordan du kommer i kontakt med det, bruger ekstern hukommelse, og de investerer selv i denne hukommelse deres egne oplysninger og deres egne følelser. Hvad kaldes social bevidsthed som menneskets bevidsthed. Og her skal vi være forsigtige mod enkle beslutninger – at alt dette opstod som følge af enkeltgenetiske ændringer, eller at separate gener er baseret på disse komplekse processer. Det faktum, at mangler af et gen selektivt kan føre til en krænkelse af tale, forståelse, mastering af sproget, betyder stadig ikke noget. Tag et simpelt mekanisk system, for eksempel et træ med mange rødder og en krone.Hvis du skærer en af ​​rødderne, kan du se, hvordan nogle af grene tørrer. Men vil det betyde, at disse grene er vokset netop fra den meget rode?

Har HAR1 genet ført til det mirakel, vi støder på, når vi ser hvordan et lille barn lykkes at beherske sit første sprog? Dette er en fantastisk ting, fordi ingen nogensinde lærer det! Barnet ved ikke, hvilket sprogmiljø han vil blive født: på japansk, på moldavisk, på russisk eller i en anden. Han har genetiske mekanismer, men bevidstheden om nødvendigheden af ​​disse mekanismer og forventningen om opdagelsen af ​​et gen, der er ansvarlig for dette, deler et stort rum. Helt sikkert har hjernen evnen til at "skrive" en algoritme for et givet sprog. Barnets hjerne skal trods alt skabe en slags "virtuel lærebog" og uafhængigt, da ingen nogensinde forklarer noget. Hvordan klarer han sig at gøre dette – med hele strukturen, alle rekursive regler, grammatik, følelsesmæssige konnotationer – og selv for den korteste tid, det vil sige år til tre, selv om dette er en enorm udviklingstid?

Interessant er der kontrol over genekspression,der allerede har gjort deres arbejde, når personen var lille, og hans hjerne lige dannes, og så skal disse gener tavles, fordi de har spillet deres rolle. Men afhængigt af visse forhold kan gener begynde at arbejde igen, allerede i voksenalderen. Ligesom Baron Munchhausen trækker vi os ud af sumpen af ​​håret i den forstand, at vores hjerne er et organ, hvor udviklingen aldrig stopper. Det, vi støder på gennem vores oplevelse, fremkalder konstant en ændring i genernes arbejde og små episoder af morfogenese, som udvikler vores hjerne. Kognitive processer stimulerer genetiske processer – en helt uventet og simpelthen fantastisk kendsgerning! Men der er ikke noget som Lysenkoism, selvom nogle bruger metaforen om "social (kulturel) arv."

Det neurale netværk er kompliceret afhængigt af hvad hjernen har travlt med – dette har været kendt i lang tid. Naturligvis dannes der nye mere komplekse forbindelser, og der er ingen mirakler her. Men det faktum, at gener er inkluderet i denne proces, har stadig en nyhed, selvom der ikke er noget mærkeligt her, hvis vi argumenterer fra cellebiologiens synspunkt.Og det lyder dog meget optimistisk og på en måde moraliserende: en person skal altid huske, at hjernens skæbne afhænger af, hvad hans hjerne gør.

Konceptbro

Sammenfattende kan vi sige, at vi berørte forskellige niveauer af hjernens og bevidsthedens oprindelse, udvikling og funktion, men sindets puslespil vil kun blive løst, når vi går igennem dem alle. På mange måder afhænger menneskets træk af hjernens funktionelle anatomi, men denne anatomi blev oprettet gradvist, og vi skal forstå hjerneudviklingslove, evolutionslove forbundet med gener, der skal bygge en kontinuerlig konceptuel (ikke-simplistisk) bro, der vil hjælpe med at reproducere et enkelt billede. Det er ikke tilfældigt, at mange fremtrædende forskere siger det i XXI århundrede. Problemer med hjernens biologi og hjernens biologi vil tage plads i det XX århundrede. besat med genbiologiske problemer og arvets biologi.

For mennesker af den menneskelige type er denne mulighed for at behandle information typisk, så hvis vi vil vide noget om verden overhovedet, må vi først finde ud af, hvordan den måde, vi kender det, hjernen og bevidstheden, fungerer.

En engelsk encyklopædi hedder, at bevidsthed er den mest oplagte og mindst forstået ting i den menneskelige hjerneaktivitet. Vi forstår alle dette, men forsøger stadig ikke at give en definition. Vi forsøgte at se ud over denne grænse ved hjælp af moderne resultater af genetik, psykoneuro lingvistik og forståelse for, hvordan vores bevidsthed virker, hvordan sprog fungerer og hvordan vi forstår os selv og andre. Dette er i det væsentlige det mest interessante i mennesket – vores selvkendskab.

Har forberedt E. V. Kokurina

Redaktørerne af "I videnskabens verden" udtrykker deres taknemmelighed over programmet "Evident – Incredible" for at hjælpe med at forberede materialet.


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: