Evolutionär neurovetenskap

Del av en serie om
Evolutionsbiologi
Darwin's finches by Gould.jpg
Darwins finkar av John Gould
Processer och resultat
Naturhistoria
Evolutionsteorins historia
Fält och applikationer
Sociala konsekvenser

Evolutionär neurovetenskap är den vetenskapliga studien av nervsystemets utveckling . Evolutionära neuroforskare undersöker evolutionen och den naturliga historien av nervsystemets struktur, funktioner och framväxande egenskaper. Fältet bygger på begrepp och rön från både neurovetenskap och evolutionsbiologi . Historiskt sett har det mesta empiriskt arbete varit inom området för jämförande neuroanatomi , och moderna studier använder ofta fylogenetiska jämförande metoder . Tillvägagångssätt för selektiv avel och experimentell evolution används också oftare.

Begreppsmässigt och teoretiskt är området relaterat till så olika områden som kognitiv genomik , neurogenetik , utvecklingsneurovetenskap , neuroetologi , jämförande psykologi , evo-devo , beteendevetenskaplig neurovetenskap , kognitiv neurovetenskap , beteendeekologi , biologisk antropologi och sociobiologi .

Evolutionära neuroforskare undersöker förändringar i gener, anatomi, fysiologi och beteende för att studera utvecklingen av förändringar i hjärnan. De studerar en mängd processer inklusive utvecklingen av röst- , visuella , auditiva , smak- och inlärningssystem samt språkutveckling och utveckling. Dessutom studerar evolutionära neuroforskare utvecklingen av specifika områden eller strukturer i hjärnan som amygdala , framhjärnan och lillhjärnan samt den motoriska eller visuella cortex .

Historia

Studier av hjärnan började under antika egyptiska tider men studier inom området evolutionär neurovetenskap började efter publiceringen av Darwins On the Origin of Species 1859. Då sågs hjärnans evolution till stor del på den tiden i relation till den felaktiga scala naturae . Fylogeni och hjärnans utveckling sågs fortfarande som linjär. Under tidigt 1900-tal fanns det flera rådande teorier om evolution. Darwinismen baserades på principerna om naturligt urval och variation, lamarckismen baserades på att förvärvade egenskaper överfördes, ortogenesen baserades på antagandet att en tendens till perfektion styr evolutionen, och saltationismen hävdade att diskontinuerlig variation skapar nya arter. Darwins blev det mest accepterade och tillåtet för människor att börja tänka på hur djur och deras hjärnor utvecklas.

Boken The Comparative Anatomy of the Nervous System of Vertebrates Including Man från 1936 av den holländska neurologen CU Ariëns Kappers (första gången publicerad på tyska 1921) var en milstolpe på området. Efter den evolutionära syntesen genomfördes studien av jämförande neuroanatomi med en evolutionär syn, och moderna studier inkluderar utvecklingsgenetik. Det är nu accepterat att fylogenetiska förändringar sker oberoende mellan arter över tid och inte kan vara linjära. Man tror också att en ökning med hjärnstorlek korrelerar med en ökning av neurala centra och beteendekomplexitet.

Huvudargument

Med tiden finns det flera argument som skulle komma att definiera historien om evolutionär neurovetenskap. Det första är argumentet mellan Etienne Geoffro St. Hilaire och George Cuvier över ämnet "gemensam plan kontra mångfald". Geoffrey hävdade att alla djur är byggda utifrån en enda plan eller arketyp och han betonade vikten av homologier mellan organismer, medan Cuvier trodde att organens struktur bestäms av deras funktion och att kunskap om funktionen hos ett organ kan hjälpa till att upptäcka andra organs funktioner. Han hävdade att det fanns minst fyra olika arketyper. Efter Darwin var idén om evolution mer accepterad och Geoffreys idé om homologa strukturer var mer accepterad. Det andra stora argumentet är Scala Naturae (naturens skala) kontra den fylogenetiska busken. Scala Naturae, senare även kallad den fylogenetiska skalan, baserades på premissen att fylogenier är linjära eller som en fjäll medan det fylogenetiska buskargumentet baserades på idén att fylogenier var olinjära och liknade en buske mer än en fjäll. Idag är det accepterat att fylogenier är olinjära. Ett tredje stort argument handlade om storleken på hjärnan och om relativ storlek eller absolut storlek var mer relevant för att bestämma funktionen. I slutet av 1700-talet fastställdes det att förhållandet mellan hjärna och kropp minskar när kroppsstorleken ökar. På senare tid är det dock mer fokus på absolut hjärnstorlek eftersom denna skalas med interna strukturer och funktioner, med graden av strukturell komplexitet och med mängden vit substans i hjärnan, vilket allt tyder på att absolut storlek är mycket bättre prediktor för hjärnan fungera. Slutligen är ett fjärde argument det naturliga urvalet (darwinism) kontra utvecklingsbegränsningar (samordnad evolution). Det är nu accepterat att utvecklingen av utveckling är det som får vuxna arter att visa skillnader och evolutionära neuroforskare hävdar att många aspekter av hjärnans funktion och struktur är bevarade över arter.

Tekniker

Genom historien ser vi hur evolutionär neurovetenskap har varit beroende av utvecklingen inom biologisk teori och teknik. Området för evolutionär neurovetenskap har formats av utvecklingen av nya tekniker som möjliggör upptäckt och undersökning av delar av nervsystemet. År 1873 Camillo Golgi silvernitratmetoden som möjliggjorde en beskrivning av hjärnan på cellnivå i motsats till helt enkelt bruttonivån. Santiago Ramon och Pedro Ramon använde denna metod för att analysera många delar av hjärnan, vilket vidgade fältet för jämförande neuroanatomi. Under andra hälften av 1800-talet gjorde nya tekniker det möjligt för forskare att identifiera neuronala cellgrupper och fiberknippen i hjärnan. 1885 Vittorio Marchi en färgningsteknik som lät forskare se inducerad axonal degeneration i myeliniserade axoner, 1950 möjliggjorde den "ursprungliga Nauta-proceduren" mer exakt identifiering av degenererande fibrer, och på 1970-talet fanns det flera upptäckter av flera molekyler. spårämnen som skulle användas för experiment även idag. Under de senaste 20 åren kladistik också blivit ett användbart verktyg för att titta på variation i hjärnan.

Hjärnans utveckling

Lisa Feldman Barrett beskriver historien om hjärnans utveckling i sin bok "Seven and a Half Lessons About the Brain".

Många av jordens tidiga år var fyllda av hjärnlösa varelser, och bland dem var amphioxus , som kan spåras så långt tillbaka som för 550 miljoner år sedan. Amphioxi hade ett betydligt enklare sätt att leva, vilket gjorde det inte nödvändigt för dem att ha en hjärna. För att ersätta sin frånvaro av en hjärna hade den förhistoriska amphioxin ett begränsat nervsystem , som endast bestod av ett gäng celler. Dessa celler optimerade sin användning eftersom många av cellerna för avkänning var sammanflätade med cellerna som användes för dess mycket enkla system för att förflytta sig, vilket gjorde att den kunde driva sig själv genom vattendrag och reagera utan mycket bearbetning medan de kvarvarande cellerna användes för att detektera ljus för att ta hänsyn till det faktum att den inte hade några ögon. Den behövde inte heller hörsel. Även om amfioxin hade begränsade sinnen, behövde de dem inte för att överleva effektivt, eftersom deras liv huvudsakligen ägnades åt att sitta på havsbotten för att äta. Även om amphioxus "hjärna" kan verka allvarligt underutvecklad jämfört med deras mänskliga motsvarigheter, var den väl inställd för sin respektive miljö, vilket har gjort det möjligt för den att blomstra i miljontals år.

Även om många forskare en gång antog att hjärnan utvecklades för att uppnå en förmåga att tänka, anses en sådan uppfattning idag vara en stor missuppfattning. För 500 miljoner år sedan gick jorden in i den kambriska perioden , där jakt blev en ny oro för överlevnad i ett djurs miljö. Vid denna tidpunkt blev djur känsliga för närvaron av en annan, som kunde fungera som mat. Även om jakt inte i sig krävde en hjärna, var det ett av huvudstegen som drev utvecklingen av en sådan, allt eftersom organismer utvecklade avancerade sensoriska system.

Som svar på allt mer komplicerade omgivningar, där konkurrens mellan djur med hjärnor började uppstå för att överleva, var djuren tvungna att lära sig att hantera sin energi. När varelser fick en mängd olika sinnen för perception, utvecklade djur allostasis , som spelade rollen som en tidig hjärna genom att tvinga kroppen att samla tidigare erfarenheter för att förbättra förutsägelsen. Sedan förutsägelse slog reaktion, var organismer som planerade sina manövrar mer benägna att överleva än de som inte gjorde det. Detta kom med att hantera energin på ett adekvat sätt, vilket naturen gynnade. Djur som inte hade utvecklat allostas skulle ha en nackdel för sitt syfte att utforska, söka föda och fortplanta sig, eftersom döden var en högre riskfaktor.

När allostas fortsatte att utvecklas hos djur, utvecklades deras kroppar lika kontinuerligt i storlek och komplexitet. De började successivt utveckla kardiovaskulära system , andningssystem och immunsystem för att överleva i sina miljöer, vilket krävde att kroppar hade något mer komplext än den begränsade kvaliteten på celler för att reglera sig själva. Detta uppmuntrade nervsystemet hos många varelser att utvecklas till en hjärna, som var stor och slående lik hur de flesta djurhjärnor ser ut idag.

Evolution av den mänskliga hjärnan

Charles Darwins bok " The Descent of Man " stipulerar att sinnet utvecklades samtidigt med kroppen. Enligt hans teori har alla människor en barbarisk kärna som de lär sig att hantera. Darwins teori gjorde det möjligt för människor att börja tänka på hur djur och deras hjärnor utvecklas.

Reptilhjärna

Platons insikt om utvecklingen av den mänskliga hjärnan övervägde idén att alla människor en gång var ödlor, med liknande överlevnadsbehov som matning, slåss och parning. Platon definierade detta koncept som ödlhjärnan, som var det djupaste lagret och en av tre delar av hans teori om den treeniga hjärnan. Den treeniga hjärnteorin utvecklades sedan av Paul MacLean . Även om modern vetenskap sedan dess har visat att denna teori är felaktig.

Ny forskning inom molekylär genetik har visat bevis på att det inte finns någon skillnad i nervcellerna som reptiler och icke-mänskliga däggdjur har jämfört med människor. Istället spekulerar ny forskning att alla däggdjur, och potentiellt reptiler, fåglar och vissa fiskarter, utvecklas från ett gemensamt ordningsmönster. Denna forskning förstärker idén att mänskliga hjärnor strukturellt inte skiljer sig från många andra organismer.

Hjärnbarken hos reptiler liknar den hos däggdjur, även om den är förenklad. Även om utvecklingen och funktionen av den mänskliga hjärnbarken fortfarande är höljd i mystik, vet vi att det är den mest dramatiskt förändrade delen av hjärnan under den senaste utvecklingen. Reptilhjärnan, för 300 miljoner år sedan, skapades för alla våra grundläggande drifter och instinkter som att slåss, fortplanta sig och para sig. Reptilhjärnan utvecklades 100 miljoner år senare och gav oss förmågan att känna känslor. Så småningom kunde den utveckla en rationell del som styr vårt inre djur.

Visuell uppfattning

Syn tillåter människor att bearbeta världen som omger dem i viss utsträckning. Genom ljusets våglängder kan den mänskliga hjärnan associera dem till en specifik händelse. Även om hjärnan uppenbarligen uppfattar sin omgivning vid ett specifikt ögonblick, förutsäger hjärnan likaså de kommande förändringarna i miljön. När den väl har lagt märke till dem börjar hjärnan förbereda sig för att möta det nya scenariot genom att försöka utveckla ett adekvat svar. Detta åstadkoms genom att använda de data som hjärnan har till hands, vilket kan vara att använda tidigare erfarenheter och minnen för att bilda ett korrekt svar. Men ibland misslyckas hjärnan med att förutsäga exakt vilket innebär att sinnet uppfattar en falsk illustration. En sådan felaktig bild uppstår när hjärnan använder ett otillräckligt minne för att svara på vad den står inför, vilket gör att minnet inte korrelerar med det verkliga scenariot.

Forskning om hur visuell perception har utvecklats i evolutionen förstås idag bäst genom att studera dagens primater eftersom hjärnans organisation inte kan fastställas endast genom att analysera fossiliserade kranier.

Hjärnan tolkar visuell information i nackloben, en region på baksidan av hjärnan. Occipitalloben innehåller den visuella cortex och thalamus, som är de två huvudaktörerna vid bearbetning av visuell information. Processen att tolka information har visat sig vara mer komplex än "det du ser är vad du får". Att feltolka visuell information är vanligare än man tidigare trott.

I takt med att kunskapen om den mänskliga hjärnan har utvecklats upptäcker forskare att vår visuella uppfattning är mycket närmare en konstruktion av hjärnan än ett direkt "fotografi" av det som finns framför oss. Detta kan leda till att man missuppfattar vissa situationer eller element i hjärnans försök att hålla oss säkra. Till exempel tror en på kanten soldat att ett litet barn med en pinne är en vuxen man med en pistol, eftersom hjärnans sympatiska system, eller fight-or-flight-läget, är aktiverat.

Kanin-and-illusionen är en berömd tvetydig bild där en kanin eller en anka kan ses. Den tidigaste kända versionen är en otillskriven teckning från numret av den 23 oktober 1892 av Blätter, en tysk humortidning. Wikipedia

Ett exempel på detta fenomen kan observeras i Rabbit-Duck-illusionen. Beroende på hur bilden ses kan hjärnan tolka bilden av en kanin eller en anka. Det finns inget rätt eller fel svar, men det är ett bevis på att det som ses kanske inte är verkligheten i situationen.

Auditiv Perception

Organisationen av den mänskliga hörselbarken är uppdelad i kärna, bälte och parabelt. Detta påminner mycket om dagens primater.

Begreppet auditiv perception påminner mycket om visuell perception. Vår hjärna är kopplad att agera på vad den förväntar sig att uppleva. Hörselsinnet hjälper till att lokalisera en individ, men det ger dem också tips om vad som finns omkring dem. Om något rör sig vet de ungefär var det är och genom tonen i det kan hjärnan förutsäga vad som rörde sig. Om någon skulle höra löv prassla i en skog kan hjärnan tolka det som ett djur som kan vara en farlig faktor, men det skulle helt enkelt vara en annan person som går. Hjärnan kan förutsäga många saker baserat på vad den tolkar, men dessa förutsägelser kanske inte alla är sanna.

Språkutveckling

Bevisen på ett rikt kognitivt liv hos primatsläktingar till människor är omfattande, och ett brett spektrum av specifika beteenden i linje med darwinistisk teori är väldokumenterade. Men fram till nyligen har forskningen ignorerat icke-mänskliga primater i samband med evolutionär lingvistik, främst för att till skillnad från fåglar som lär sig rösten, verkar våra närmaste släktingar sakna imitationsförmåga. Evolutionärt sett finns det stora bevis som tyder på att en genetisk grund för begreppet språk har funnits i miljontals år, som med många andra förmågor och beteenden som observeras idag.

Medan evolutionära lingvister är överens om det faktum att frivillig kontroll över att vokalisera och uttrycka språk är ett ganska nyligen språng i mänsklighetens historia, det vill säga inte att auditiv perception också är en ny utveckling. Forskning har visat betydande bevis på väldefinierade neurala banor som länkar samman cortex för att organisera hörseluppfattningen i hjärnan. Därför ligger problemet i vår förmåga att imitera ljud.

Utöver det faktum att primater kan vara dåligt utrustade för att lära sig ljud, har studier visat att de kan lära sig och använda gester mycket bättre. Visuella signaler och motoriska vägar utvecklades miljontals år tidigare i vår evolution, vilket verkar vara en anledning till vår tidigare förmåga att förstå och använda gester.

Kognitiva specialiseringar

Evolution visar hur vissa miljöer och omgivningar kommer att gynna utvecklingen av specifika kognitiva funktioner i hjärnan för att hjälpa ett djur eller i detta fall en människa att framgångsrikt leva i den miljön.

Kognitiv specialisering i en teori där kognitiva funktioner, såsom förmågan att kommunicera socialt, kan överföras genetiskt genom avkomman. Detta skulle gynna arter i processen för naturligt urval. När det gäller att studera detta i relation till den mänskliga hjärnan, har det varit teoretiskt att mycket specifika sociala färdigheter förutom språk, såsom tillit, sårbarhet, navigering och självmedvetenhet också kan passeras av avkommor.

Forskare

Se även

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Evolutionary_neuroscience&oldid=1131415308 "