Die Evolution spielt keine Rolle, wie eine Gehirnregion Ihrer Meinung nach heißt

Ein Kortex mit einem anderen Namen

Bildnachweis: Pixabay

Wir lieben es, Dinge zu benennen. Substantive sind die ersten Wörter, die wir lernen: Mama; Vati. Oder wenn Sie meine Kinder sind: "Digger" und "Bob" (die Katze) - denn wer braucht Eltern, wenn es eine große Ingwerkatze zum Spielen gibt? Diese Liebe, ein Objekt mit einem Etikett zu versehen, verschwindet nie.

Neurowissenschaftler sind nicht anders. In großen Gehirnen wie unserem oder Ratten oder Frettchen geben wir ihren Bestandteilen Hunderte von Namen. Einige nennen weite Teile des Gehirngewebes: Kortex, Hirnstamm, Mittelhirn. Einige nennen winzige Unterteilungen dieser Schwaden, wie den mandelförmigen Nucleus subthalamicus (wörtlich: die Ansammlung von Neuronen unter dem Thalamus). In winzigen Gehirnen wie Maden oder Spulwürmern haben sogar einzelne Neuronen Namen. (Langweilige wie "P4"; leider gibt es in C Elegans kein Neuron namens Boris).

Indem wir diese Teile des Gehirns benennen, können wir effektiv kommunizieren, über das Gehirn sprechen und wissen, dass wir über dasselbe Teil sprechen. Wir können navigieren, wo wir uns im Gehirn befinden, indem wir die Namen der Gehirnregionen kennen. Wir können uns sogar an dem Gehirn identifizieren, das wir untersuchen: „Ich arbeite am Kortex“; "Ich arbeite am Hippocampus"; „Ich konnte mich nicht entscheiden, was ich tun wollte, als ich die Schule verließ. Jetzt arbeite ich am Nucleus Ambiguus. “ Das Benennen von Gehirnstücken schmiert die Räder der wissenschaftlichen Kommunikation.

Es ist aber auch ein gefährliches Spiel. Wenn wir die Bequemlichkeit des Namens mit der Realität des Gehirns verwechseln, geraten wir in große Schwierigkeiten. Weil die Evolution keinen Mist gibt, was wir eine Gehirnregion nennen.

Die Gefahr besteht darin, dass wir durch die Benennung eines Teils des Gehirns denken, dass es sich um eine diskrete Sache handelt, die sich einfach heraushebt und die wir isoliert studieren und bestaunen können. Aber wie Evolution (und Entwicklung) sich verschwören, um Neuronen zu zerstreuen und miteinander zu verbinden, achtet nicht auf diese Namen.

Betrachten Sie den primären motorischen und somatosensorischen Kortex. Sie sitzen nebeneinander. Sie erscheinen jedoch in verschiedenen Kapiteln in Lehrbüchern. Um sie herum sind völlig getrennte Forschungsfelder entstanden. Die Arbeit am primären somatosensorischen Kortex untersucht, wie die Aktivität seiner Neuronen Berührungen darstellt. Die Arbeit am motorischen Kortex untersucht, wie die Aktivität seiner Neuronen Bewegung darstellt. Diese sind völlig unterschiedlich: Die Arbeit am somatosensorischen Kortex konzentriert sich auf seine Inputs; Die Arbeit am motorischen Kortex konzentriert sich auf seine Ergebnisse. Sie werden so getrennt behandelt, dass Papiere, die lediglich den Aktivitätsfluss von einem zum anderen zeigen, in hochkarätigen Zeitschriften landen.

Aber diese Kortexstücke liegen nebeneinander. Entweder glauben wir, dass es Grenzschutzbeamte gibt, die die Axone der Motorkortexneuronen an der Kreuzung mit dem somatosensorischen Kortex abwenden, und dasselbe aus der anderen Richtung. Oder wir müssen davon ausgehen, dass diese beiden Namen ein kontinuierliches Netzwerk von Neuronen lose durch die Tatsache abgrenzen, dass ein kleiner Satz von Neuronen im somatosensorischen Kortex direkten sensorischen Input erhält und ein kleiner Satz von Neuronen im motorischen Kortex mit dem Rückenmark verbunden ist. Die meisten Neuronen in diesen Kortexteilen erhalten weder sensorische Eingaben vom Thalamus noch projizieren sie in das Rückenmark. Sie sind mit anderen Neuronen im gesamten Kortex und sehr stark miteinander verbunden.

Ich meine, sieh dir diesen Nutter an:

Die Projektionen des Axons eines einzelnen Neurons im motorischen Kortex von Nagetieren. Von Zeng & Hanes 2017 (Nature Neurosci Reviews)

Die Evolution hat es für notwendig gehalten, dass dieses Neuron im motorischen Kortex seine Ausgangsdrähte, seine Axone, durch den Laden schickt. Zum somatosensorischen Kortex. Zum präfrontalen Kortex, damit der scheinbare Sitz der „Exekutivfunktion“ - Nachdenken, Planen, Umdrehen in Ihrem Kopf - anscheinend wissen muss, was Ihr Fuß in Kürze tun wird. Zum ectorhinalen Kortex (nein, ich auch nicht). Überall im Striatum. Und auf die andere Seite des Gehirns - ja, das Gehirn hat zwei Seiten. Wir nennen es ein motorisches Kortexneuron; es wird untersucht, wie es einfache Bewegungen darstellt; Aber es ist kein Neuron, das ordentlich in einem ordentlich gekennzeichneten Teil des Gehirns versteckt sitzt - es ist Teil des weitläufigen, verworrenen Netzwerks des Gehirns.

Cortex ist in viele verschiedene Bereiche unterteilt. Alte Schemata zur Aufteilung der soeben verwendeten Bereiche nummeriert. Diese Zahlen wurden uns aus epischen Studien von unergründlich engagierten Neuroanatomikern im frühen zwanzigsten Jahrhundert überliefert. Sie schnitten das Gehirn fein auf, färbten die Scheiben, um die Neuronen herauszusuchen, und untersuchten dann genau die Veränderungen in der Dichte, Größe und Form der Neuronen im Gehirn. Jeder Ort, an dem sich eines dieser Dinge änderte, bekam eine Nummer. Die Versuchung besteht darin zu glauben, dass diese subtilen Unterschiede in den Neuronen unterschiedlichen Funktionen entsprechen. Wir folgten dieser Versuchung, indem wir viele dieser Zahlen in Namen umwandelten: primärer motorischer Kortex; sekundärer motorischer Kortex; primärer somatosensorischer Kortex; visueller Kortex. Aber im menschlichen Kortex fand Brodmann 52 Gebiete. von Economo und Koskinas fanden 107. Hmmm. Man kann sich vernünftigerweise fragen: Wenn nur die Aufteilung des Kortex durch Änderungen in Form, Größe oder Dichte von Neuronen tatsächlich etwas darüber aussagt, was die verschiedenen Bereiche tun, warum war die Anzahl der Bereiche so unterschiedlich?

Eine kürzlich durchgeführte massive fMRI-Studie verwendete eine Reihe von Möglichkeiten, um verschiedene Teile des Kortex zu isolieren, und ergab 180 verschiedene Regionen. Weit mehr als die Slice-and-Stain-Typen. Welches ist richtig? Keiner von denen. Diese schönen Unterschiede in den Zellen sind für die tatsächliche Funktion unerheblich. Jede Funktion, die wir benennen möchten - sehen, springen, sprechen, unsere DVDs in eine thematische Reihenfolge bringen, weil wir keine kulturell Analphabeten sind - betrifft viele Bereiche des Kortex und viele Bereiche des Gehirns gleichzeitig. Die Namen und Zahlen sind irreführend und spielen keine Rolle, wie die Evolution die Verkabelung des Gehirns zur Ausführung einer Funktion vorangetrieben hat.

Cortex hat auch Namen für seine Ebenen. Namen direkt aus einem Dan Brown-Roman: 1, 2, 3, 4, 5 und - warten Sie - 6. Bei Nagetieren haben einige Bereiche sechs Schichten, andere fünf, weil ihnen Schicht 4 fehlt. Und wie die Lehrbücher Ich werde Ihnen sagen, es liegt auf der Hand, dass der motorische Kortex und der somatosensorische Kortex unterschiedliche Funktionen haben, da der motorische Kortex keine Schicht 4 hat.

Dies ist eine Lektion in Bezug auf die Probleme beim Benennen: Wir konnten eine klare Zelle „Schicht 4“ im motorischen Kortex nicht benennen, da wir keine sehen konnten. Aber es gibt eine, und sie war die ganze Zeit dort. Was würden Sie mir wetten, dass sich herausstellen wird, dass der präfrontale Kortex der Ratte schließlich eine „Schicht 4“ hat - eine Reihe von Neuronen, die durch Eingabe von Thalamus gezielt angegriffen werden und sich dann mit anderen Neuronen im Kortex verbinden, ohne nach außen zu projizieren - nur nicht in einer bestimmten Schicht, die wir durch Färben von Neuronen sehen können? Der Evolution ist es egal, dass wir fünf Schichten in einer Region oder sechs in einer anderen benennen können. Sie kümmern sich nur darum, was sie tun, um das Tier am Leben zu erhalten.

Für die Evolution ist das Gehirn nur ein riesiger Beutel mit Zellen, die miteinander verbunden sind. Der Zweck dieses riesigen Zellbeutels ist es, zum Überleben des Organismus, in dem er sich befindet, beizutragen und lange genug zu überleben, um sich zu vermehren. Diejenigen, die sich fortpflanzen, gewinnen; diejenigen, die es nicht tun, tun es nicht.

Wenn eine zufällige Mutation die Verdrahtung einiger Neuronen zu einer anderen Gruppe von Neuronen verursacht oder ändert und diese Mutation die Wahrscheinlichkeit von Nachkommen verbessert, wird sie sich wahrscheinlich in der Bevölkerung ausbreiten. Wenn diese zufällige Mutation Verbindungen vom präfrontalen Kortex zum visuellen Kortex hinzufügt; von kortikalen Interneuronen zu einer Struktur außerhalb des Kortex; vom motorischen Kortex bis zu Dopamin-Neuronen im Mittelhirn, dann wird es passieren. Die Evolution wird es nicht bereuen, dass sie nur einen weiteren Satz Lehrbücher ruiniert hat.

Und es ist nur eine riesige Tüte Zellen, die miteinander verdrahtet sind. Unser bester Beweis dafür, dass es nicht so ist - dass wir uns an unseren Namen aller Teile festhalten können -, stammt aus Studien, in denen wir ein bisschen ausschneiden oder ein bisschen ausschalten. Wenn wir den Bereich X ausschneiden und ein „Defizit“ im Verhalten Y eines Tieres sehen (wie das Binden seiner Schnürsenkel), dann denken wir „aha! Bereich X dient zum Binden von Schnürsenkeln “. Nein. Für den Anfang sehen wir nie ein vollständiges und dauerhaftes Ende des Verhaltens Y. Wir sehen normalerweise, dass das Tier einfach schlechter darin ist, Y zu tun oder zu lernen - nicht, dass es Y überhaupt nicht tun kann. Das Gehirn kann Y gut machen, danke, nur nicht so gut - es gibt massive Redundanz im Gehirn. Zum Beispiel, was Sie finden würden, wenn es sich um einen riesigen Beutel mit Zellen handelt, die miteinander verbunden sind.

Wenn wir sehen, dass sich das Verhalten Y logischerweise verschlechtert, wissen wir wenig darüber, was der Bereich X tatsächlich tut. Es sagt uns nur, dass der beschädigte Bereich X Probleme verursacht. Was bei der Reflexion nicht überraschend ist, da Sie gerade ein Stück aus dem Gehirn gerissen haben. Der logische Irrtum ist einfach zu demonstrieren. Ich werde jetzt eine neue überraschende Vorhersage darüber machen, wie das Gehirn der Maus funktioniert: Das ventrolaterale Medulla ist notwendig, damit Mäuse lernen, Bilder von Benedict Cumberbatch mit Nahrung zu assoziieren. Schneiden Sie das ventrolaterale Medulla aus, und eine Maus lernt nicht, Bilder von Benedict Cumberbatch mit Nahrung zu assoziieren.

Weil es tot sein wird. Das ventrolaterale Medulla enthält die Neuronen, die den Atemrhythmus steuern. Schneiden Sie es aus: keine Atmung. Ergo, kein Lernen. Ist das ventrolaterale Medulla ein entscheidender Hirnbereich für das Lernen? Nein. Aber wenn wir es beschädigen, beschädigen wir etwas, das für den Lernprozess von entscheidender Bedeutung ist. Wenn wir also ein bisschen schneiden, dass wir einen Namen vergeben haben, kann dies Auswirkungen auf das benannte Ding haben, und wir lernen überhaupt nichts. Nur dass wir einen großen Beutel mit Zellen beschädigt haben, die miteinander verdrahtet sind.

Bemerkenswerter ist, dass das Ausschneiden von Bits keine Wirkung hat. Wenn wir vor dem Lernen einige Gehirnstücke herausschneiden, sehen wir einen Effekt - das Lernen wird langsamer oder schlechter oder beides; Aber wenn wir sie nach dem Lernen ausschneiden, hat dies keinerlei offensichtliche Auswirkungen. Diese Teile des Gehirns sind völlig überflüssig geworden. Nochmals: Riesenbeutel mit Zellen, miteinander verdrahtet - es gibt viele Möglichkeiten in diesem Beutel mit Zellen, um das vorliegende Problem zu lösen, genug, dass das Gehirn einfach aufhört, ein bisschen von sich selbst zu verwenden.

Und die Leute sind sehr aufgeregt darüber, seltsame Signale zu finden, bei denen sie völlig unerwartet waren. Als würde man feststellen, dass die Belohnung die Aktivität im primären visuellen Kortex verändert. Oder feststellen, dass der Ton im Hippocampus codiert ist. Das sind großartige, interessante Studien. Aber von ihnen überrascht zu sein, bedeutet, in den Namensfehler zu geraten. Die Evolution weiß nicht und kümmert sich auch nicht darum, dass wir diesen Teil der Neuronen den „Hippocampus“ genannt haben. Es ist nur ein weiterer Beutel mit Neuronen, der mit vielen anderen Beuteln mit Neuronen verbunden ist.

Namen. Namen sind wichtig. Namen bedeuten, dass wir alle sicher sein können, dass wir über dasselbe reden. Sie identifizieren satte große Phalanxe des Nervengewebes; sie identifizieren einzelne Neuronen; Sie lassen uns Gehirne verschiedener Kreaturen vergleichen. Aber wir müssen vorsichtig damit umgehen, weniger verwechseln wir das Etikett mit dem Inhalt. Evolution kümmert sich nur um den Inhalt.

Und die Entwicklung spielt auch keine Rolle, was wir eine Gehirnregion nennen. Aber das ist eine Geschichte für ein anderes Mal.

Mehr wollen? Folgen Sie uns bei The Spike

Twitter: @markdhumphries