Zrcalno ogledalo

Zrcalno ogledalo

"V svetu znanosti" št. 5, 2008

Po intervjujih z zdravnikom medicinskih znanosti, pripadnikom Ruske akademije medicinskih znanosti, vodjo oddelka za sistemsko genezo raziskovalnega inštituta za normalno fiziologijo, profesorja Konstantin Anokhin profesor Sankt Peterburgske državne univerze, doktorica filoloških in bioloških znanosti, vodja laboratorija kognitivnih raziskav, nevrolinizem Tatjana iz Chernigova.


Biologija uma bo glavno mesto v znanosti 21. stoletja.


Zakaj imamo možgane, ki nas izstopajo iz območja vseh živali? Kakšen je izvor in razvoj človeškega mišljenja glede na najnovejša odkritja na tem področju? Kaj pojasnjuje vrzel, ki obstaja med nama in našimi "manjšimi bratovci" z vidika sodobne evolucijske teorije?

Kje geni delujejo?

Leta 2003 je soustanovitelj Microsofta Paul Allen, znan tudi kot eden od največjih filantropov, nagovoril znanstvenike z vprašanjem: "Kaj, če obstaja finančna podpora, ali bi znanost danes lahko ugotovila, kako delujejo možgani?" Imel je zelo resne svetovalci so dobitniki Nobelove nagrade, ljudje, ki so stali na temelju sodobne molekularne biologije.In rekli so, da je glavna stvar razumeti, kako geni "naredijo" možgane, to je povezovanje raziskav genomov in raziskav možganov ter ugotoviti, koliko genov in ki delujejo v možganih, na kakšnih področjih in kako se to zgodi. Z drugimi besedami, kako so možgani genetsko urejeni, ni le najbolj kompleksen organ v človeku, temveč tudi najbolj nerešen predmet v vesolju.

Allen je dodelil 100 milijonov dolarjev, da bi bila ta naloga dostopna. Inštitut za možgane Allenovsky je bil ustanovljen v Seattlu, njegovem domačem kraju, kjer se je mimogrede rodil Bill Gates. Inštitut je začel delovati in januarja letos v reviji Narava Po tem izjemno učinkovitem projektu je bil objavljen velik članek. Dobesedno v treh ali štirih letih je bilo mogoče kartirati vse mišje gene in določiti, kateri delujejo v možganih. Presenetljivo pomemben rezultat je bil dosežen: izkazalo se je, da se v genomih miši in s tem v človeškem genomu (številke ne bodo razlikovale), več kot 80% vseh genov deluje posebej za možgane. Za primerjavo: v drugih organih je nekaj odstotkov. To je v našem genomu vsakih osem od desetih genov za možgane. To je posledica kopičenja ogromnih prizadevanj genomov v razvoju nastanka možganov.

Zdaj ista skupina znanstvenikov iz Inštituta Allen dela na dešifriranju popolnega zemljevida ekspresije genov v človeški možganski skorji. Ker vemo, da se geni miši in človeka ujemajo za več kot 90%, je težko napovedati celoten rezultat tega dela. Vendar bo zagotovo odkrila veliko nepričakovanih dejstev, ki so pomembna za razumevanje razvoja naših možganov in zavesti.

Če smo evolucijo ocenili kot množico majhnih epizod, od katerih vsaka s pomočjo naravne selekcije določi delo gena za nekatere funkcije v telesu, bi se izkazalo, da je bila genetska evolucija večinoma namenjena ustvarjanju in vzdrževanju funkcij živčnega sistema. v primerjavi z drugimi organi.

Pojavi se zelo težko vprašanje: kateri od teh sklopov genov, ki delujejo v možganih, so odgovorni za naš evolucijo? Ali je to mogoče razložiti z enim edinstvenim genom, ki je povzročil določeno evolucijsko eksplozijo?

Na primer, glede na hipotezo znanih ameriških nevroanatomov in nevrobiologa Paška Rakiča, bi lahko izvor človeških možganov, ki se razlikuje od možganov drugih primatov z razvojem čelnih delov, povezanih z inteligenco, lahko temeljil na preprostem naključnem mutacijskem skoku.Privedel je do dejstva, da je bil eden od genov, povezanih s celičnim ciklusom razvoja nevronov možganskega skorja, doživel manjše spremembe in delitveni cikli so postali večji. V možganski skorji takšnega mutanta je bilo oblikovanih veliko več celic kot v kongenerih. To pomeni, da bodo funkcije, ki jih izvaja to področje možganov, podpiralo veliko število celic, več povezav in več intelektualnih rezerv. Če se je mutacija zgodila v čelnem režnju, bo njegov prevoznik imel veliko novih možnosti za predvidevanje stanja.

In nato vedenje in izbor sta spodbudila, kako uporabljati te celice. Upoštevajte, da evolucija ni pripravljena na takšen mutant. Preprosto se je znašel v položaju, ko ima z enakimi težavami kot njegovi sorodniki večji vir števila nevronov in možnih izračunov v določeni regiji možganov. Če mu to daje prednost, in njegov gen se razširi v populacijo, se bodo rodile živali z enakim velikim obsegom čelnih možganskih regij. Nato bodo v okviru novo razširjenega območja tiste majhne mutacije, ki jih pripravijo za prirojeno specializacijo pri reševanju določenega problema, postopoma dobivale prednosti. To je hipoteza o samem genu, ki je spremenil vse. Toda morda je bilo vse narobe.

Živalski človek: kje je meja?

Najprej moramo zase ugotoviti, kaj točno je tako edinstveno v osebi, to pa je mogoče storiti v dveh vidikih. Prva je morfološka ali anatomska. Če bomo s tega vidika odgovorili, bo odgovor naslednji: naši možgani so trikrat večji od tistih naših najbližjih bioloških sorodnikov – šimpanzov, skorja je sestavljena iz plasti, je zelo težko organizirati itd. Če menite, da s stališča ni lahka anatomija in funkcije možganov, se izkaže, da se človek razlikuje od živali v prvem jeziku. Druga stvar je sposobnost izračuna različnih vrst, na primer tistih, ki omogočajo napovedovanje vedenja, ustrezno presojanje družbe, pravilno posnemanje in ustvarjanje novega, oblikovanje modela zavesti druge osebe. Za to potrebujete zelo zapletene možgane.

Bistvo je to, v drugem delu – v funkcijah. Kateri izmed njih pa so čisto človeški, je zelo težko določiti. Ko preučujemo organizacijo možganov in sposobnosti živali, se ta "set" vsako leto topi. V resnih učbenikih je na primer zapisano, da je človeški jezik hierarhično organiziran sistem, tj.obstajajo fonemi – atomi ali opeke, v vsakem jeziku pa je trdno število. Vgrajeni so v morfeme, morfemi so vdelani v besede, besede – v stavkih, fraze – v diskurzu … In domnevno (kot je bilo že rečeno), v komunikacijskih signalih drugih vrst ni nič takega. Na primer, večina znanstvenikov trdi, da nihče razen človeka ne more razmišljati s takšnimi algoritmi kot rekurzivna pravila. Kaj pa ptice, ki izvajajo zelo napredne navigacije? Navsezadnje bi morali računati in voditi v zelo težkem prostoru. Poleg tega je pri živalih, še posebej na visoki ravni, zelo druţbena skupina; celo v mravah vidimo neverjetno zapletene skupnosti. Kaj naj rečem o opicah, ki je bilo mogoče naučiti človeškega jezika? Na primer, njihove sintaktične sposobnosti so približno enake kot pri otrocih, starih dve leti in pol. In to resno spremeni zamisel o našem položaju na planetu: navsezadnje, do nedavnega se je verjel, da primati niso na voljo, da to zahteva človeške možgane. Celo koridja, v katerih so možgani precej manj zapleteni, lahko veliko naredijo, kar daje razlog za govor o prisotnosti razloga.Pevska in "govorna" ptica sta sposobna subtilnega in natančnega posnemanja, ki se, mimogrede, šteje za eno od glavnih "človeških" lastnosti – vsaj to osebo ima v veliko večji meri kot vsi drugi predstavniki živalskega sveta.

Veliko več primerov je mogoče navesti, ki kažejo, da je manj in manj specifičnih človeških lastnosti, ki jih lahko držimo in ki so morda prišle iz domnevne mutacije, tega "velikega preskusa" iz naših bioloških prednikov na ljudi.


Predpostavka, na katero je nagnjeno veliko znanstvenikov, je iskati gen, ki določa sposobnost za jezik.


Druga stvar, ki je vedno rekla: človeški jezik ima lastnost produktivnosti. To se nanaša na uporabo rekurzivnih ali simbolnih pravil: lahko kodiramo in dekodirajmo neskončno število sporočil, ki temeljijo na določenih algoritmih, ki so nastali v naših možganih kot neke vrste "virtualni učbeniki" prvega maternega jezika. In vse to je na voljo majhnemu otroku! Če ne za nekatere prirojene mehanizme,ki vsakemu posamezniku omogočajo, da v tako kratkem času obvlada svoj prvi jezik, bi trajalo več desetletij! Zato je predpostavka, na katero je nagnjeno veliko znanstvenikov -, da je treba iskati gen, ki določa sposobnost za jezik.

Pred nekaj leti je bil znani gen FOX2P res odkrit, katerega razčlenitev je bila odkrita v družinah z motnjami v govoru več generacij. Vendar ta gen ni "jezikovni genom". Praktično vsak mesec beremo o odkritju novih genov: zdaj "gen spomina", potem "gen neumnosti", potem "gen branja", potem "gen petja" itd. Vprašanje ni, da ti geni niso zaznani, ampak saj se odkritja napačno razlagajo. In zdaj, ko se vračamo na vprašanje človeške posebnosti, moramo najprej odgovoriti na vprašanje – ali obstaja "neuspeh" med nami in našimi biološkimi sorodniki ali pa ne. Neuspeh, ki utemeljuje reči, da je prišlo do določene mutacije, ki je toliko spremenila možgane, da je postala zmožna jezika, drugih zelo zapletenih algoritmov in dejansko pripeljala do precej bolj zapletene organizacije.

Razvoj duha

Torej, moramo razmisliti o scenariju, kako so lahko nastali možgani, kar je človeku dalo um, ki ga imamo. In tu sta dve resni možnosti. Prvo je, da se je to zgodilo zaradi vrste genetskih sprememb, ki so privedle do novih sprememb, ki bi lahko bile "eksplozivne". To je vrsta mutacij, proces. Vsi govorimo o nekakšni grozoti, ko se lahko zgodi nekaj, kar je spremenilo lastnosti možganov, živčni sistem in se izkazalo za evolucijsko prilagodljivo. Vendar pa se kasneje na tej "eksplozivni mutaciji" lahko mnoge spremembe kopičijo, danes pa danes ni več ene mutacije, ki bi jo lahko našli, temveč tisoče, ki so se vzdolž nje obrnile.

To je scenarij številka ena in se šteje za zelo resno.

Toda obstaja še ena, po kateri se je vse začelo z nekaterimi spremembami adaptivnosti, plastičnosti možganov, ki so spadali v nekoliko drugačno evolucijsko nišo, začele uresničevati nove možnosti. Če se to dogaja v spremenjenih razmerah v številnih generacijah, se lahko genetske spremembe začnejo kopičiti, pri čemer je razvoj v tej smeri vse bolj enostaven.Kopičenje, podobne spremembe so privedle do nastanka človeških možganov v svoji sedanji obliki. Takšen scenarij izključuje prisotnost začetnega "ključnega gena", ki je povzročil potiskanje.

Če lahko imenujemo prvi genetski scenarij, ker na začetku procesa obstajajo genetske spremembe, potem je drugi epigenetičen. Mimogrede, ravno njegove mnoge genetike in evolucionisti, ki se vedno bolj pogosto gledajo kot na evolucijski scenarij. Te teorije so bile med prvimi na svetu, ki jih je razvil izjemen ruski evolucionar I.I. Schmalhausen, ki je dejal, da se evolucija ne začne s spremembami v genotipu, temveč nasprotno, je sprememba v fenotipu, ki se postopoma odpravi, spremenila v spremembo genotipa.

Kaj eksperimentalni podatki govorijo o teh dveh scenarijih? Avgusta prejšnjega leta so bili objavljeni rezultati študije, v kateri so bili primerjani genomi ljudi in šimpanzov. Znanstveniki so poskušali najti dele DNA, kjer je več kot 5 milijonov let prišlo do močnih sprememb, ki nas ločujejo od šimpanzov. In taka mesta, kjer je bila stopnja sprememb znatno višja od povprečja za genom, se je izkazalo za 49.Poleg tega so se v nekaterih od njih pojavile 70-krat hitreje od povprečja za genom!

Spletna mesta so razpršena po celotnem genomu, nato se postavlja vprašanje: katere funkcije opravljajo? Posledično so podrobne študije identificirale gen, ki je bil najpogostejši. To je gen HAR1, ki kodira majhno regijo, majhno RNA, vendar je vsebovala 118 (!) Razlike med človekom in šimpanzi. In med, na primer, šimpanzi in ptice (piščanec), so obstajale le dve razliki.

Ta gen je že dolgo časa. To je pri pticah, pri sesalcih, vendar je bilo na poti od šimpanzov do ljudi, ki so se v njej najbolj spremenile.

Potem so se strokovnjaki vprašali: kakšne so funkcije tega gena? Izkazalo se je, da je to gen, ki deluje v možganskem skorju od sedmega do devetnajstega tedna razvoja zarodka, ko so postavljeni zgornji sloji možganske skorje, ki določajo vodoravne povezave. Vedno je bilo mišljeno, da so to najnovejše nastale evolucijske plasti, ki močno razlikujeta človeško korteks iz možganov drugih primatov. Izkazalo se je, da je ta gen nekako (še vedno ni popolnoma jasno, kako), ki je bil povezan z regulacijo dela drugih genov. Kodira kratko regulativno molekulo RNA, ki lahko ureja delo drugih.

Torej, danes je bilo dokazano, da obstajajo območja, ki človeški genom razlikujejo od genoma šimpanzov pri najvišjih stopnjah evolucije. In najhitreje v razvijajočih se strukturah je bilo mesto, ki je povezano z delom gena v možganski skorji (in ne samo v možganih) ter z razvojem tega možganja in tistimi področji, ki lahko razlikujejo v resnično poznih fazah evolucije, ki se razlikujejo po ljudeh in šimpanah. Funkcije tega gena so se pojavile že davno, kar je mocno argument proti morebitnim poenostavitvam, kot je odkrivanje istega "jezikovnega gena". Začeli so govoriti o njem šele takrat, ko ga je odkril oseba, vendar se je izkazalo, da imajo miši, ptice to, slabše od tega, imajo krokodili!

Na splošno se zdi, da je celoten razvoj usmerjen v nevropat, razvoj možganov. To je lahko posledica dejstva, da je okolje zahtevalo obremenitev živčnega sistema. Mutacije se pojavljajo pri vseh genih, ki so odgovorne za določene funkcije v različnih organih, ne samo v možganih. Samo naravna selekcija daje velikim obremenitvam (v smislu prilagajanja) tistim funkcijam, ki so povezane z vedenjem – tlak je resnejši, bolj aktivna je kopičenje prilagoditvenih mutacij.

Živčni sistem nas "potisne" v takšne pogoje (in nam omogoča, da se jih prilagajamo), kar povzroča nastanek novih morfoloških znakov. Na primer, če sprememba v vedenju povzroči spremembo vrst hrane, potem se struktura telesa postopoma spreminja itd. To pomeni, da lahko možgani pospešijo morfološki razvoj.

Torej ena od možganskih struktur nenadoma postane zapletena zaradi določenih genetskih sprememb, ki se lahko kopičijo zaradi dejstva, da je organizem, prebivalstvo padlo v druge razmere, kjer njihovi plastični možgani še naprej vodijo evolucijo genomov. To je ravno drugi epigenetski scenarij.


Zavest je najbolj očitna in najmanj razumljiva stvar v dejavnosti človeških možganov.


Tu se spomni zanimivega vzporednika s poznano knjigo profesorja antropologije na Terrence Deacon University of California, "The Symbolic View." Tu piše, da ni jezik, ki se je prilagajal možganom, ampak se je, nasprotno, možgani prilagodil jeziku. Knjiga Deakona je zlasti ena od prvih izjav hipoteze, da niso bile genetske spremembe (tudi če jih danes vidimo), ki so bile osnova za pojav jezika, ampak obratno.Zdi se, da je na splošno v procesu evolucije pogosto zelo težko ločiti vzrok od učinka, ker gre za vprašanje razvoja sistema, ki se premika večdimenzionalno. Toda na drugi strani je obstajala objektivna stvarnost in to želimo vedeti. To ne more biti tako tako kot druga – sta dve različni paradigmi. Morda v nekaterih situacijah nekatera načela delajo več, v drugih – drugih.

Toda ena stvar, ki jo lahko zanesemo na podlagi nedavnih raziskav: vsi ne-evolucijski scenariji za pojav človeka in človeškega uma v podatkovnem nizu, ki jih imamo danes, preprosto niso realni. Še vedno pa je treba iskati odgovor v okviru sodobne, sintetične teorije evolucije. In drugo: število podobnosti na genetski, morfološki, funkcionalni ravni, ko izginejo linije med lastnostmi, značilnimi za človeka in druge živali, je danes takšna, da je glavna stvar v XXI stoletju. postane skrivnost človeških možganov in duha. Ta uganka bo verjetno ena od glavnih v znanosti, vendar mora imeti evolucijsko rešitev.

Pomnilnik – notranji in zunanji

Poleg možganov sam um,človeka od drugih živali ločuje druga edinstvena lastnost, in sicer tako imenovani zunanji spomin, zmožnost prenosa zbranega znanja prek meja posameznih možganov. Zahvaljujoč temu je potekal kulturni in družbeni razvoj, ki se nadaljuje z neverjetno hitrostjo in je privedel do pomembne spremembe v velikosti človeštva. Konec koncev, če merimo v biološki lestvici, potem naš kulturni razvoj traja zanemarljiv čas, nekaj milisekund, hkrati pa tako izjemno učinkovitost! Ta proces presega tradicionalno genetsko izbiro, ki ohranja dedne lastnosti v generacijah.

To je tudi posledica dejstva, da so naši možgani izjemno plastični. In vsaka naslednja generacija, ki se rodi, ne sodeluje le s svojimi starši, temveč tudi z družbo, z akumuliranim zunanjim spominom, zgodovino, izkušnjami in je pripravljena, da vse to absorbira zahvaljujoč plastičnosti možganov. In tukaj je primerno, da se vrnete v tako imenovani "gen jezika". Dotaknili smo se dveh vprašanj: prvič, ali je prišlo do neke vrste poteze, ki je pripeljala do nastanka jezika in ali je bila povezana z genom, in drugič, če je bila, ali ne? Zakaj rečine spomina? V študijah delovanja tega gena se je izkazalo, da imajo tudi pacientke, ki trpijo zaradi motenj govora, nekatere poškodovane spomine – namreč tako imenovani "delovni pomnilnik". To je ohranjanje spomina na operativne informacije, dogodke, ki so se pravkar zgodili, cilji in motivi dejanj – to so stvari, ki so odvisne od prednjih delov možganov, na čelnih delih, povezanih z določanjem ciljev in verjetnostjo napovedovanja.

Kako deluje ta sistem, ki nadzira zlasti jezik kot enega najpomembnejših manifestacij zavesti? Spomin in slika sveta, ki vas obkroža in, kar je najpomembneje, kako se z njo dotaknete, uporablja zunanji pomnilnik in sami vlagajo v ta spomin lastne informacije in lastne občutke. Kaj se imenuje družbena zavest kot plod človeške zavesti. In tu bi morali opozoriti na preproste odločitve – da je vse to nastalo zaradi posameznih genskih sprememb ali da so na podlagi teh zapletenih procesov ločeni geni. Dejstvo, da lahko napake gena selektivno vodijo do kršenja govora, razumevanja, obvladovanja jezika, še vedno ne pomeni ničesar. Vzemite preprost mehanski sistem, na primer drevo z mnogimi koreninami in krono.Če izrežete eno od korenin, si lahko ogledate, kako se nekatere veje posušijo. Ali bo to pomenilo, da so se te veje razvile prav iz tega samega korena?

Ali je gen HAR1 vodil do čudeža, s katerim se srečujemo, ko vidimo, kako majhen otrok uspeva obvladati svoj prvi jezik? To je čudovita stvar, ker nihče nikoli ne poučuje! Otrok ne ve, v katerem jezikovnem okolju se bo rodil: v japonščini, v moldavščini, v ruskem ali drugem. Ima genetske mehanizme, vendar je zavest o nujnosti obstoja teh mehanizmov in pričakovanje odkrivanja enega gena, ki je odgovoren za to, deležni velikega prostora. Vsekakor so možgani sposobni "napisati" algoritem za določen jezik. Navsezadnje morajo otroški možgani ustvariti nekakšno "virtualno učbenik" in samostojno, saj nihče nikomur ni pojasnil. Kako to uspe – s celotno strukturo, z vsemi rekurzivnimi pravili, slovnico, čustvenimi konotacijami – in celo z najkrajšim časom, to je leti do treh, čeprav je to ogromno obdobje evolucije?

Zanimivo je, da obstaja nadzor nad izražanjem genov,ki so že opravili svoje delo, ko je bila oseba majhna in so se njegovi možgani formirali, potem pa je treba te gene utišati, ker so igrali svojo vlogo. Ampak odvisno od določenih pogojev, lahko geni začnejo delati še enkrat, že v odrasli dobi. Kot Baron Munchhausen, se z lasmi izvlečemo iz močvirja v smislu, da so naši možgani organ, v katerem se razvoj nikoli ne ustavi. Kar se srečujemo z našimi izkušnjami, nenehno povzroča spremembe v delovanju genov in majhnih epizod morfogeneze, ki razvijajo naše možgane. Kognitivni procesi spodbujajo genetske procese – popolnoma nepričakovano in preprosto neverjetno dejstvo! Vendar ni nič podobnega lizenizmu, čeprav nekateri uporabljajo metaforo "družbene (kulturne) dediščine".

Nevronska mreža je zapletena, odvisno od tega, kako so zaposleni možgani – to je že dolgo znano. Seveda se oblikujejo nove, bolj zapletene povezave, tu pa ni nobenih čudežev. Toda dejstvo, da so geni vključeni v ta proces, je še vedno novost, čeprav tukaj ni nič čudnega, če se z vidika celične biologije zavzemamo.Kljub temu pa zveni zelo optimistično in v določenem smislu moralizirati: oseba se mora vedno spomniti, da je usoda možganov odvisna od njegovih možganov.

Konceptni most

Če povzamemo, lahko rečemo, da smo se dotaknili različnih stopenj izvora, razvoja in delovanja možganov in zavesti, vendar se uganka uma reši šele, ko bomo skozi vse. V mnogih pogledih so značilnosti človeškega uma odvisne od funkcionalne anatomije možganov, vendar je bila ta anatomija ustvarjena postopoma in moramo razumeti zakone razvoja možganov, zakoni evolucije, povezani z geni, morajo zgraditi kontinuiran konceptualni (ne poenostavljen) most, ki bo pomagal razmnožiti eno sliko. Ni naključje, da mnogi ugledni znanstveniki pravijo, da v 21. stoletju. problemi biologije uma in biologije možganov bodo prevzeli mesto, ki je v XX. stoletju. okupirana s problemi genske biologije in biologije dednosti.

Za bitja človeškega tipa je ta možnost obdelave informacij tipična, tako da če sploh želimo kaj vedeti o svetu, moramo najprej ugotoviti, kako deluje način, kako ga poznamo, možgani in zavest.

Angleška enciklopedija pravi, da je zavest najbolj očitna in najmanj razumljena stvar v dejavnosti človeških možganov. Vsi to razumemo, vendar še vedno ne poskušamo opredeliti. Poskušali smo gledati preko te meje z uporabo sodobnih dosežkov genetike, psihoneurnega jezikoslovja in razumevanja, kako deluje naša zavest, kako jezik funkcionira in kako razumemo sebe in druge. To je v bistvu najbolj zanimiva stvar v človeku – samozavedanje našega uma.

Je pripravljen E. V. Kokurina

Uredniki "V svetu znanosti" se zahvaljujejo programu "Evidentno – Neverjetno" za pomoč pri pripravi gradiva.


Like this post? Please share to your friends:
Dodaj odgovor

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