Нейроны фон Экономо

Print PDF

Аналог зеркальных нейронов в области просоциальных эмоций

«Веретенообразные нейроны — это относительно редкий тип нейронов. Обнаружили их еще в конце XIX века, а в первой четверти XX века австрийский ученый Константин фон Экономо (1876–1931) подробно описал крупные биполярные нервные клетки, находящиеся в V корковом слое, после чего о нейронах фон Экономо все благополучно забыли, ведь интерес эти клетки представляли в основном для анатомов и гистологов. Только с середины 1990-х годов появились новые данные: судя по всему, это очень специфичные для нас образования. И к нейронам фон Экономо (von Economo neurons, или просто VEN) стали присматриваться внимательнее.

Из всех приматов эти нейроны имеют только представители семейства гоминид — человек и человекообразные обезьяны. Человеческая линия нейронов фон Экономо, скорее всего, образовалась порядка 15 млн лет назад, непосредственно перед выделением понгинов. Так что филогенетически это очень молодое образование. У орангутанов есть какое-то количество этих клеток, но их нет ни у гиббоновых, ни у мартышковых, т.е. ни у каких до-гоминидных обезьян Старого Света.

Расположены VEN в Vb-слое коры микроколонками по 3-6 связанных нейронов, в основном в передней части поясной извилины (anterior cingulate cortex, далее АСС) и передней части островков Рейля, инсулы (fronto-insular cortex, далее FI).

Что в них интересного? Скорее всего, именно эти клетки обеспечивают анатомический базис для существования сложного социального поведения человека. Это крупные нейроны (примерно в 4 раза больше остальных клеток слоя). Они отличаются от обычных пирамидальных нейронов, так как имеют только один большой базальный дендрит с низкой ветвистостью, в отличие от множества мелких ветвящихся дендритов пирамидальных клеток, и один очень большой аксон, уходящий за пределы слоя. Таким образом, их первичная функция — обеспечение прямой и быстрой связи между далеко лежащими отделами мозга.
Помимо высших приматов аналогичные нейроны имеются у слонов и китообразных. Поскольку это очень далеко стоящие ветви млекопитающих и ни у каких общих предков ничего подобного не обнаружено, можно сделать вывод о независимом возникновении этих структур в процессе эволюции. Высшие приматы, слоновые и китообразные — это самые крупные мозги животного мира. Предполагается, что в процессе увеличения головного мозга отдельные его структуры становятся всё более удалены друг от друга, и возникает потребность в дополнительных способах коммуникации и синхронизации работы разных отделов. Веретенообразные нейроны являются типовым эволюционным решением этой проблемы, что в свою очередь создает основу для сложного внутригруппового поведения. Характерно, что все обладатели VEN, и приматы, и слоны, и китообразные, — животные с самым развитым социальным поведением среди млекопитающих.

При этом человек очень сильно выделяется на общем фоне обладателей VEN. В фронто-инсулярном отделе FI у человека находится около 100 тыс. VEN против 6-10 тыс. у горилл и шимпанзе. В передних отделах опоясывающей извилины (АСС) насчитывают порядка 200 тыс. нейронов (у высших приматов — 20-40 тыс.). Отличия есть и в сложности группирования: отдельно стоящие нейроны у горилл, элементы кластеризации у шимпанзе и ярко выраженные нейрональные группы у человека. На уровне нейрохимии для VEN характерны специфические свойства.

Активность некоторых связанных с ними белков в человеческих VEN в 3-5 раз выше, чем у человекообразных обезьян. Они изначально играют важную роль в пищеварительной активности, аллергических реакциях и иммунном ответе, а в прочих отделах центральной нервной системы практически отсутствуют. В инсулярной же коре нейроны с активными белками этих типов являются связующим звеном между внутренним висцеральным мониторингом и высшими психическими процессами. Мониторинг внутренних ощущений, судя по всему, критично значим в формировании когнитивных процессов, например «самоосознания» и чувства «внутреннего я». Как итог у человека стали возможными уникальная функциональная активность и развитость социального интеллекта за счет возросшего мониторинга за собственным психофизиологическим состоянием.

Человеческие нейроны фон Экономо очень существенно выделяются по всем своим характеристикам: анатомическим, морфологическим и биохимическим.

В общей сложности у взрослого человека имеется около полумиллиона VEN. Это совершенно ничтожное количество. Для сравнения, только в коре человека находится под 20 млрд нейронов, всего же головной мозг состоит более чем из 100 млрд таких клеток. 500 тыс. на этом фоне — капля в море. Даже в местах сосредоточения эти клетки составляют лишь 5-6 % от общей популяции. Это самые редкие, штучные нейроны человека. Они позже всех начинают формироваться, только с 35-й недели беременности, и к моменту родов успевает образоваться не более 10–15 % от конечного числа.

Сразу после рождения начинается их бурное образование и пролиферация, достигающие пика в районе 8 месяцев (момент, когда у младенца формируется первичное чувство «я», ребенок становится способен отличать себя от матери и начинает различать лица окружающих, в частности опознавать родственников и пугаться при виде незнакомцев). После этого общее число нейронов плавно снижается, в основном преобладают процессы миграции и кластеризации, и к четырехлетнему возрасту пул VEN формируется уже в конечном, «взрослом» виде.

Этот возраст связывают с окончательным формированием ядра личности и социального интеллекта; кроме того, именно на этот момент приходится большинство дебютов заболевания аутизмом у детей. При рождении число VEN примерно одинаково в обоих полушариях, но у взрослого человека в правой FI их на 30 % больше, чем в левой (что, возможно, связано с правосторонней специализацией социальных эмоций).

АСС и FI — основные места сосредоточения нейронов фон Экономо — возбуждаются на самые разнообразные просоциальные стимулы — и положительные, и отрицательные. У человека эти структуры активируются при переживании чувства вины, негодования, смущения, возмущения несправедливостью, также они активны в сопереживании чужому горю, формировании эмпатии, материнской заботе, романтической любви и потребности в социальной справедливости. В общем и целом можно сказать, что эти отделы занимаются мгновенным интуитивным эмоциональным реагированием.

Мы смотрим на человека, размышляем: что он чувствует и о чем думает. Это впечатление приходит сразу, гораздо раньше осознанного анализа и обдумывания. Мы называем это «интуиция», и по поводу непознаваемости этого человеческого умения сказаны тысячи слов. Быстрые эмоционально окрашенные оценки, основанные на вероятностной логике, которые мы называем «интуитивными решениями», встречаются гораздо чаще, чем на это принято обращать внимание. Мы повседневно и обыденно используем это в быту.

ACC и FI активируются в условиях необходимости быстро принимать решения в обстоятельствах неопределенности, а также, по умолчанию, при разнообразных социальных взаимодействиях. Например, как элемент чувства юмора, доверия или веры, эмпатии или негативно-пренебрежительной оценки душевного состояния собеседника. Работают как реле в комплексной оценке сложных социальных ситуаций и быстрого реагирования на меняющиеся условия. Эти функции критично значимы для человека в реализации его социального поведения.

Люди, лишенные интуиции и непосредственности эмоциональных реакций, очень заметно отличаются от окружающих. Даже незначительное снижение этой функции ведет к значительной социальной дезадаптации, хотя в биологическом смысле человек остается вполне жизнедеятелен. Например, больные с синдромом Аспергера пытаются восполнить дефицит интуитивного восприятия и недостаток спонтанных реакций следованием формальным правилам и ригидным социальным условностям.

VEN — это филогенетически и онтогенетически юные клетки. Число их крайне ограничено, каждый нейрон на счету, и при этом они несут критически важную функцию. Всё это делает их очень чувствительными к повреждающим и неблагоприятным внешним воздействиям.

Так, например, VEN повреждаются при различных возрастных деменциях, причем гибель этих нейронов коррелирует с выраженностью социальной деградации. Для болезни Альцгеймера данные неоднозначны. Есть свидетельства, что число этих нейронов сокращается в передней опоясывающей извилине. Вторая по частоте патология после синдрома Альцгеймера — это поведенческий вариант лобно-височной лобарной деменции (25% от всех возрастных деменций), и на ее счет твердо установлено избирательное и глубокое истощение пула VEN в инсулярной FI-зоне. При- чем поражение инсулярной популяции нейронов фон Экономо прямо коррелирует с глубиной социального дефекта. Больные утрачивают способность понимать нормы социального поведения и следовать им, становятся расторможены, у них огрубляются черты характера. Для таких людей характерна примитивность суждений, эмоциональная тупость и утрата эмпатии, прожорливость, сексуальная расторможенность и т.п.

Кроме того, выявлена четкая связь между нарастанием патологии у детей-аутистов и снижением активности правой АСС, в особенности правой передней инсулы (FI). Собственно число VEN может быть при аутизме как повышено, так и понижено, но в любом случае имеются нарушения в работе этих нейронов, клетки не завершают миграцию и не выходят на нормальный режим функционирования.
Есть мнение, что и при аутизме, и при шизофрении нарушается работа гена DISC1. Экспрессия этого гена высока в нейронах фон Экономо. DISC1 — это ген, предположительно формирующий характерный для нейронов VEN одиночный большой аксон. При блокировке этого гена у нейрона укорачиваются и начинают часто ветвиться дендриты, нейрон образует случайные связи с близко лежащими клетками, при этом теряется связность между удаленными структурами мозга.

Возможно, эта патология ответственна за специфическое расщепление психических процессов, характерное для шизофрении. В целом с этими нейронами многое еще неясно, нейронаука только приступила к их изучению. Первое современное исследование появилось в 2005 году, первые сводные обзоры — в 2010 и 2011 годах. Сейчас сложно сказать, во что всё это выльется в дальнейшем и станут ли эти открытия столь же значимы, как, скажем, исследования зеркальных нейронов. Но уже очевидно, что работа в данном направлении очень важна для нашего понимания механизмов нейропсихологии человека.

1. Intuition and autism: a possible role for Von Economo neurons (2005) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16002323
2. The von Economo Neurons in Apes and Humans (2010) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21140464
3. Biochemical specificity of von Economo neurons in hominoids. (2011) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3004764/?tool=pubmed
4. The von Economo neurons in the frontoinsular and anterior cingulate cortex (2011) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21534993
5. Von Economo neurons Clinical and evolutionary perspectives (2011) http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22130090

Источник stelazin

Инсула и нейроны фон Экономо

«В природе не так много людей, с упоением читающих пухлые обзоры по анатомии. Поэтому мало кто знает, что в центральных областях анатомических обзоров встречаются очень забавные фрагменты. [См.] Обзор: Rudolf Nieuwenhuys. The insular cortex: A review// Progress in Brain Research, Vol 195, Chapter 7, 2012

Из названия можно догадаться, что речь в нем про инсулярную кору. Она же инсула, она же островок Рейля. Находится примерно на уровне виска и уха, но запрятана глубоко в извилины и снаружи мозга не видна. Это весьма интригующая часть коры по простой причине: она занимает всего 1.8% от общей площади коры, но при этом список функций у нее вот такой:

- обработка ощущений от внутренних органов (висцеросенсорика – сами ощущения и висцеромоторика – управляющие сигналы, изменяющие разные параметры работы внутренних органов, в диапазоне от кровяного давления до перистальтики кишечника)
— это часть слуховой коры, она занимается в частности регуляцией слухового внимания
— и часть вестибулярной коры тоже
— она занимается обработкой безболезненных тактильных ощущений, например, легких прикосновений или вибрации
— и при этом инсула является основным корковым центром боли, описаны случаи, когда после поражения этой области болевые ощущения пропадают начисто
— она вовлекается в восприятие температуры
— инсула – первичная вкусовая зона
— она явно участвует в анализе запахов
— это соматомоторная область, ее стимуляция вызывает движения мышц конечностей и лица, восстановление свободы движений после инсульта зависит от сохранности инсулярной коры (функция моторной пластичности)
— инсула оказалась одной из зон речи, она вовлечена в собственно продукцию речи — управление мышцами, организующими речь
— она связана с осознанием человеком своего тела, например, при инсульте, вызвавшем паралич руки, человек может отрицать, что его рука парализована, и считать ее двигающейся совершенно нормально, если правая инсула оказалась затронута инсультом
— с самоосознанием как таковым инсула тоже связана: предъявление человеку собственного изображения активирует инсулу
— и еще с вниманием к внешним стимулам самой разной природы
— передняя часть инсулы тесно контактирует с центром эмоций – миндалиной, и участвует в формировании целого спектра индивидуальных эмоций: счастья, печали, страха, отвращения, а также социальных эмоций – эмпатии, чувства справедливости, сострадания
— инсула является одним из элементов сети сознательного управления действиями.

При этом часть нейронов инсулы может реагировать на стимулы разных модальностей одновременно (например, слуховые, зрительные и вестибулярные стимулы). То есть, это ассоциативная кора очень высокого уровня. Вдобавок оказалось, что нарушения развития инсулярной коры – единственный устойчивый маркер риска шизофрении, который можно наблюдать до начала собственно болезни, а не только после. Не удивительно, что мозговеды активно начали делать стойку в направлении инсулы, количество исследований растет стремительно, и, конечно, появляются теории относительно того, что в ней такое творится. В этих теориях не последнюю роль играет тот факт, что инсула – это место, где есть нейроны Фон Экономо. Подробно описал их, само собой, фон Экономо, в 1929 году. Это большие клетки, аксоны которых идут далеко-далеко от того места, где лежит тело нейрона. Очень, очень горячая тема в последнее время. Дальше будет прямая цитата в моем слегка вольном переводе.

«Крупные веретеновидные клетки передней инсулы и передней поясной извилины были переоткрыты Nimchinsky et al. (1995, 1999) and Allman et al. (2005). Чтобы избежать путаницы при сопоставлении этих клеток с другими веретеновидными клетками, было предложено называть их в честь первооткрывателя нейронами фон Экономо. Nimchinsky, основываясь на материале широкого сравнительного анализа коры мозга разных животных, отметил, что эти клетки встречаются только у человека и человекообразных обезьян, но не у остальных обезьян или других млекопитающих. Поэтому данные нейроны стали рассматривать как эволюционно недавнее приобретение человекообразных. Большой размер этих клеток и тот факт, что они посылают аксоны за пределы коры привели к возникновению гипотезы о том, что они специализируются на быстрой передаче информации на дальние расстояния Nimchinsky et al. (1995). Allman предположил, что нейроны фон Экономо являются частью нейронной сети, ответственной за социальное осознание происходящего, что они и могут участвовать в формировании быстрых интуитивных решений в сложных и быстро меняющихся социальных ситуациях. Таким образом, данные нейроны являются частью системы, поддерживающей социальные взаимодействия человека. Было установлено, что они сильно и селективно повреждаются при тех вариантах лобно-височной деменции, которые характеризуются существенным дефицитом способности больного оценивать эмоциональное воздействие своего поведения на окружающих (Seeley, 2008, 2010). С точки зрения Craig (2009), передняя часть инсулы и передняя поясная извилина, и особенно содержащиеся здесь нейроны фон Экономо, представляют собой важнейший компонент основной сети управления всей умственной деятельностью и поведением взрослого человека.
В то же время было показано, что эти клетки встречаются не только у людей и крупных обезьян, но также присутствуют в передней части инсулы и передней поясной извилине китов (Hof and van der Gucht, 2007) и слонов (Hakeem et al., 2009).

В свете этих открытий концепцию нейронов фон Экономо как нововведения характерного только для человекообразных пришлось отбросить. Тогда было высказано предположение, что эти нейроны возникли независимо при эволюции различных животных с крупным мозгом, характеризующихся широкой и сложной сетью социальных связей, и что данные клетки могут быть приспособлением для быстрой передачи важной социальной информации в очень больших мозгах (Hakeem et al., 2009). Craig подчеркивает, что все животные имеющие нейроны фон Экономо также способны пройти зеркальный тест на самораспознавание (прим. переводчика: узнают себя в зеркале), что указывает на присутствие у них способности к самоосознанию.

Полностью забытый факт, что Rose еще в 1928 году отметил наличие веретеновидных нейронов, ныне известных как нейроны фон Экономо, в инсулярной коре таких не особенно башковитых не обладающих крупным мозгом животных, как гамадрил, и что эти клетки даже присутствуют у лемуров, говорит о необходимости адаптации теории относительно специфичных функций этих удивительных клеток. Butti and Hof (2010) недавно обнаружили, что нейроны фон Экономо есть в инсулярной коре карликовых бегемотов, атлантических моржей и флоридских ламантинов. Трудноватая работенка предстоит тем, кто решится пропустить этих животных через зеркальный тест на самоосознание.»

Сразу представляется картина в духе Лоры Белоиван «Моржи осознают себя». Вообще, поиск структур и функций мозга, специфичных только для нас, любимых – это такая наркота наших дней. И в том смысле, что затягивает, и в том, что напоминает истории с поиском идеального наркотика фрейдовских времен. Тогда модно было изучать новые психоактивные вещества в надежде, что одно из них непременно окажется супернаркотиком: чтобы кайф как у наркоты, но безо всякого привыкания. И тогда бы пошла такая жизнь! Можно было бы не только кайфовать всласть, но и вылечить все опасные зависимости, заменив их одной безопасной… Веществ было тогда открыто немало, а вот с главной целью вышло как-то не очень…»

Источник catta

Интересно, какие нейроны выполняют аналогичную функцию у сорок, ворон (см. тезисы А.А.Смирновой с соавт. на стр. 454) и иных птиц, также способных узнавать себя в зеркале? Вангую, что они также обеспечивают поведение, связанное с «утешением жертвы» и другими формами reconсiliation behaviour — действий по восстановлению социальных связей в группе, нарушенных чьей-то агрессией, паникой, или чем-то ещё. И поскольку у птиц это обслуживается другими отделами мозга, чем у млекопитающих, нейроны будут совсем не родственные.