Ada sedikit peluang untuk kehilangan gajah di dalam ruangan. Sekitar selusin tahun setelah Simba meninggal di Cleveland Metroparks Zoo, satu setengah inci dari otaknya yang berukuran kekuningan, bola basket diletakkan di hadapan John Allman, seorang ahli saraf di California Institute of Technology di Pasadena.
Konten terkait
- Kecantikan Otak
- Bagaimana Otak Kita Membuat Kenangan
Diawetkan dalam formaldehyde, itu tampak seperti setengah pancake, beku di atas hamparan es kering. Allman dengan hati-hati mengirisnya menggunakan laboratorium yang setara dengan pemotong daging deli. Mengambil lebih dari satu jam, dia memahat 136 bagian kertas.
Allman sedang mencari jenis sel otak aneh yang ia curigai adalah kunci bagaimana gajah Afrika — seperti manusia — berhasil menyesuaikan diri dengan nuansa interaksi sosial yang selalu berubah. Sel-sel otak berbentuk gelendong ini, yang disebut neuron von Economo — dinamai untuk orang yang pertama kali menggambarkannya — hanya ditemukan pada manusia, kera besar, dan segelintir mahluk lain yang sangat suka berteman. Allman, 66, membandingkan otak manusia dan hewan lain untuk mendapatkan wawasan tentang evolusi perilaku manusia.
"Neuroscience tampaknya benar-benar enggan untuk mendekati pertanyaan tentang apakah otak kita yang menjadikan kita manusia, dan John melakukan hal itu, " kata Todd Preuss, seorang neuroanatomist dan antropolog di Yerkes National Primate Research Center di Atlanta. "Kita tahu sangat, sangat sedikit tentang bagaimana otak kita berbeda dari hewan lain, kecuali bahwa otak kita lebih besar."
Neuron von Economo adalah temuan paling mencolok dalam beberapa tahun terakhir dalam penelitian otak komparatif, di mana para ilmuwan mencari tahu perbedaan yang baik di antara spesies. Neuroanatomist Patrick Hof dan rekan-rekannya di Mount Sinai School of Medicine di Manhattan pertama kali menemukan neuron dalam spesimen otak manusia pada 1995, di sebuah daerah di bagian depan otak yang disebut anterior cingulate cortex. Kebanyakan neuron memiliki tubuh berbentuk cone atau bintang dengan beberapa proyeksi bercabang, yang disebut dendrit, yang menerima sinyal dari sel-sel tetangga. Tetapi neuron von Economo tipis dan memanjang, dengan hanya satu dendrit di setiap ujungnya. Mereka empat kali lebih besar dari kebanyakan sel otak lainnya, dan bahkan pada spesies yang memiliki sel, mereka jarang.
Tim Manhattan, ternyata, telah menemukan kembali jenis sel yang tidak jelas yang pertama kali diidentifikasi pada tahun 1881. Hof menamai sel-sel itu dengan ahli anatomi yang berbasis di Wina, Constantin von Economo, yang secara tepat menggambarkan neuron dalam otak manusia pada tahun 1926; setelah itu sel-selnya menjadi tidak jelas. Hof mulai mencari di otak primata yang sudah meninggal, termasuk monyet kera dan kera besar — simpanse, bonobo, gorila, dan orangutan — disumbangkan oleh kebun binatang dan cagar alam. Dia menghubungi Allman, yang memiliki koleksi otak primata, dan memintanya untuk berkolaborasi. Pada tahun 1999, para ilmuwan melaporkan bahwa semua spesies kera besar memiliki sel von Economo, tetapi primata yang lebih rendah, seperti kera, lemur dan tarsius, tidak. Itu berarti neuron berevolusi pada nenek moyang yang sama dari semua kera besar sekitar 13 juta tahun yang lalu, setelah mereka menyimpang dari primata lain tetapi jauh sebelum garis keturunan manusia dan simpanse menyimpang sekitar enam juta tahun yang lalu.
Meskipun Allman terkenal sebagai neuroanatomist, tidak mengherankan jika dia menyelidiki pertanyaan yang lebih besar tentang apa artinya menjadi manusia. Gelar doktornya, dari University of Chicago, adalah antropologi, dan dia telah lama terpesona dengan bagaimana otak primata berevolusi. Dia melakukan studi tengara dengan rekannya Jon Kaas, mengidentifikasi bagian-bagian otak monyet burung hantu yang menganalisis informasi visual dan membuat penglihatan menjadi mungkin. Pada 1974, Allman pindah ke Caltech, tempat ia mempelajari visi selama 25 tahun. Namun dia juga gatal untuk mengungkap bagaimana cara kerja dasar otak manusia membentuk perilaku sosial. Neuron von Economo segera menarik minatnya.
Allman, yang sudah bercerai, tinggal di rumah batu bata berusia 150 tahun di San Marino yang ia bagikan dengan dua anjing gembala Australia, Luna dan Lunita. Foto-foto Sepia kencang dari neneknya yang suffragist menggantung di dinding ruang tamu. Menjadi "terkenal nokturnal, " seperti yang dikatakan Allman, ia jarang pergi ke lab sebelum jam 1 siang, pergi di malam hari untuk terus bekerja di rumah dan biasanya tetap sampai jam 2 pagi. Kantor Caltech-nya remang-remang oleh satu jendela dan sebuah jendela kecil. lampu meja; kelihatannya seperti gua yang dipenuhi buku dan kertas. Di ujung lorong, kaca slide gorila, bonobo, dan jaringan otak gajah, bernoda biru dan coklat, berbaring mengering di atas meja dan meja.
Dari karya von Economo, Allman mengetahui bahwa sel-sel yang tidak biasa itu tampaknya hanya berada di anterior cingulate cortex (ACC) dan satu ceruk lain dari otak manusia, frontal insula (FI). Studi pemindaian otak telah menetapkan bahwa ACC dan FI sangat aktif ketika orang mengalami emosi. Kedua bidang ini juga tampaknya penting untuk "pemantauan diri", seperti memperhatikan sensasi sakit dan kelaparan tubuh atau mengakui bahwa seseorang telah melakukan kesalahan. ACC tampaknya secara luas terlibat dalam hampir setiap upaya mental atau fisik.
Sebaliknya, frontula insula mungkin memainkan peran yang lebih spesifik dalam menghasilkan emosi sosial seperti empati, kepercayaan, rasa bersalah, rasa malu, cinta — bahkan rasa humor. Menurut eksperimen yang mengukur cara kerja berbagai daerah otak, daerah itu menjadi aktif ketika seorang ibu mendengar bayi yang menangis, misalnya, atau ketika seseorang mengamati wajah untuk menentukan niat orang lain. FI adalah tempat otak memonitor dan bereaksi terhadap "perasaan usus" dari sensasi tubuh atau interaksi dalam jaringan sosial, kata Allman. Hubungan antara swa-monitor dan kesadaran orang lainlah yang memungkinkan kita untuk memahami perasaan orang lain. "Proposisi dasar bahwa saya maju, " katanya, "adalah gagasan bahwa kesadaran diri dan kesadaran sosial adalah bagian dari fungsi yang sama, dan sel-sel von Economo adalah bagian dari itu."
Allman berpikir bahwa neuron mempercepat komunikasi dari ACC dan FI ke seluruh otak. Sel-selnya luar biasa besar, dan dalam sistem saraf, ukuran seringkali berkorelasi dengan kecepatan. "Mereka neuron besar, yang saya pikir melakukan pembacaan yang sangat cepat tentang sesuatu dan kemudian menyampaikan informasi itu dengan cepat, " katanya. Dia berspekulasi bahwa ketika nenek moyang primata kita berevolusi lebih besar dan lebih besar, mereka membutuhkan koneksi berkecepatan tinggi untuk mengirim pesan ke jarak yang lebih jauh. "Ukuran otak yang besar tentu disertai dengan komunikasi yang melambat di dalam otak, " tambahnya. "Jadi salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan memiliki beberapa populasi sel khusus yang cukup cepat."
Mengingat bahwa neuron-neuron hidup dalam titik-titik sosial sosial otak, Allman berteori bahwa sistem sel von Economo memungkinkan pembacaan yang cepat, intuitif pada situasi yang penuh emosi dan mudah berubah. Neuron "akan memungkinkan seseorang untuk dengan cepat menyesuaikan diri dengan perubahan konteks sosial, " ia berspekulasi. Di masa lalu kuno, kabel saraf ini mungkin memberikan keunggulan bagi nenek moyang kita dengan memungkinkan mereka untuk membuat penilaian yang akurat, sepersekian detik, terutama tentang siapa yang bisa mereka percayai atau tidak.
Allman, Hof dan rekan mereka telah mencari neuron von Economo di lebih dari 100 spesies hewan, dari sloth hingga platypus. Hanya beberapa dari mereka, selain primata dan gajah, yang diketahui memiliki sel: paus bungkuk, paus sperma, paus sirip, orca, dan lumba-lumba berhidung botol. Sel-sel mungkin berevolusi pada spesies yang sekarang punah yang memunculkan mamalia laut sekitar 35 juta tahun yang lalu.
Ketika saya menyaksikannya membelah otak gajah di Caltech, Allman, bersama rekannya Atiya Hakeem dan Virginie Goubert, akhirnya mencapai FI di belahan bumi kiri Simba. Tiga hari kemudian, pemeriksaan mikroskop pada irisan otak mengungkapkannya dipenuhi dengan sel-sel berbentuk gelendong yang khas. Itu mengonfirmasi penampakan mereka sebelumnya terhadap neuron serupa di FI belahan kanan Simba. Sel-sel gajah lebih besar daripada sel manusia dan primata, seukuran dengan neuron paus, tetapi ukuran dan bentuknya tidak salah lagi adalah neuron von Economo.
Dari penghitungan sel-sel von Economo dalam 16 slide — tugas yang sangat mempesona — Hakeem dan Allman memperkirakan bahwa ada sekitar 10.000 di antaranya dalam FI ukuran perangko di sisi kanan otak gajah, atau sekitar 0, 8 persen dari jumlah itu. 1, 3 juta neuron FI. Neuron Von Economo lebih banyak terdapat pada FI manusia, rata-rata sekitar 193.000 sel dan terhitung sekitar 1, 25 persen dari semua neuron di sana. Dalam jumlah absolut, otak manusia memiliki kira-kira setengah juta neuron Economon von, jauh lebih banyak daripada otak gajah, paus, atau kera besar. Allman dan rekan-rekannya tidak menemukan satu pun di kerabat terdekat gajah: trenggiling, armadillo dan rock hyrax. Ketidakhadiran sel dalam spesies ini mendukung teori Allman bahwa neuron adalah fitur otak besar.
Allman berspekulasi bahwa sel-sel tersebut mudah berevolusi dari satu set kecil neuron di korteks insular yang ditemukan di semua mamalia dan mengatur nafsu makan. Dia berpikir bahwa sementara sel von Economo cenderung berevolusi untuk mempercepat informasi di sekitar otak besar, mereka terkooptasi oleh tuntutan interaksi sosial. Jika dia benar, pintar, hewan sosial seperti paus dan gajah mungkin memiliki kabel khusus untuk empati dan kecerdasan sosial seperti manusia.
Paus dan gajah, seperti manusia dan kera besar, memiliki otak besar dan tahap remaja yang berkepanjangan di mana mereka belajar dari orang tua mereka. Mereka saling mengenali dan mengembangkan hubungan kerja sama seumur hidup. Paus pembunuh berburu dalam kelompok dan melindungi pasangan pod yang terluka. Masyarakat gajah ditambatkan oleh matriark yang memandu ternak mereka ke lubang air yang mereka tahu dari kunjungan sebelumnya. (Dan mungkin ada kebenaran pada kepercayaan bahwa gajah tidak pernah lupa: ketika Allman, Hof dan Hakeem membuat gambar 3-D resolusi tinggi pertama dari otak gajah, pada 2005, mereka menemukan hippocampus yang sangat besar, wilayah otak tempat kenangan terbentuk.) Binatang buas yang sensitif mengidentifikasi satu sama lain dengan suara gemuruh dan terompet mereka, datang untuk saling membantu dan tampaknya meratapi kematian mereka.
Allman suka menunjukkan klip dari film dokumenter tentang sekelompok gajah Afrika yang mengadopsi anak yatim piatu. Ketika bayi gajah jatuh ke dalam lubang air, ibu pemimpin dengan cepat berbaris masuk, diikuti oleh yang lain. Bersama-sama dia dan seekor betina kedua menggunakan taring, belalai dan kaki mereka untuk membebaskan betis dari kotoran. Cakar binatang lain di tepi curam dengan kakinya, membangun jalan yang digunakan anak muda itu untuk memanjat ke tempat yang aman. "Ini benar-benar luar biasa, " kata Allman tentang bagaimana gajah dengan cepat mengukur krisis dan bekerja sama untuk menyelamatkan bayi. "Ini adalah jenis fungsi yang sangat tinggi yang sangat sedikit yang dapat dilakukan oleh hewan. Dan, " tambahnya sambil tertawa, "manusia dapat melakukannya hanya pada hari-hari yang baik." Penyelamatan, katanya, "menangkap esensi dari perilaku sosial yang benar-benar kompleks dan terkoordinasi."
Gagasan sentralitas neuron terhadap kecerdasan sosial semakin kuat. Primatolog Yerkes Frans de Waal mengatakan penelitian Allman yang "sangat menarik" cocok dengan beberapa investigasinya sendiri tentang kecerdasan pachyderm. Dua tahun lalu, de Waal dan dua kolaborator melaporkan bahwa seekor gajah Zoo Bronx bernama Happy dapat mengenali dirinya di cermin. Beberapa ilmuwan berteori bahwa kemampuan untuk mengenali refleksi sendiri menunjukkan kapasitas untuk kesadaran diri dan bahkan empati, keterampilan yang berguna dalam spesies yang sangat sosial. De Waal menunjukkan bahwa hanya hewan yang memiliki neuron von Economo yang dapat melakukannya.
Namun de Waal juga memperingatkan bahwa "sampai seseorang menetapkan fungsi persis sel-sel itu, pada dasarnya tetaplah sebuah cerita."
Pikiran Allman tentang sel von Economo masih terus berevolusi. Ketika data baru masuk, ia membuang konsep awal dan mengintegrasikan yang lain. Berbeda dengan ilmuwan berhati-hati stereotip, ia tidak ragu untuk mengajukan hipotesis yang berani berdasarkan beberapa pengamatan. Teori bahwa neuron von Economo mendasari kognisi sosial adalah berani. Dan tergoda untuk mengambil sel sebagai penjelasan sederhana untuk dasar sifat sosial kompleks spesies kita. Tapi Allman tahu itu peregangan.
Teorinya memiliki skeptis. Antropolog Terrence Deacon, dari University of California di Berkeley, mempertanyakan apakah neuron benar-benar jenis sel otak yang berbeda atau hanya variasi yang muncul pada otak besar. Dia mengatakan bahwa perbedaan dalam otak kita yang membuat kita menjadi manusia lebih mungkin muncul dari perubahan skala besar daripada dari perubahan halus dalam bentuk neuron. "Saya tidak berpikir itu bagian yang sangat besar dari cerita ini, " katanya tentang ide Allman. Namun, ia menambahkan, ketika sampai pada memahami otak manusia, "selama kita menyadari bahwa kita hanya memiliki sedikit hal untuk terus berjalan, dalam keadaan seperti itu semua hipotesis harus dihibur."
Poin yang diambil. Tetapi sulit untuk tidak tergoda oleh teori Allman ketika beberapa bukti yang paling meyakinkan datang bukan dari laboratorium patologi hewan tetapi dari klinik medis.
William Seeley, seorang ahli saraf di University of California di San Francisco, mempelajari penyakit neurodegeneratif yang kurang dipahami yang disebut demensia frontotemporal. Pasien menderita kerusakan dalam karakter mereka, kehilangan rahmat dan empati sosial, menjadi tidak sensitif, tidak menentu dan tidak bertanggung jawab. Pernikahan dan karier meledak. Banyak pasien tampaknya kurang memiliki kesadaran diri secara fisik: ketika didiagnosis dengan penyakit lain, mereka menyangkal memiliki masalah. Studi pencitraan otak pasien dengan demensia telah menemukan kerusakan pada area frontal otak.
Pada 2004, Seeley mendengar Allman memberi kuliah tentang neuron von Economo. Ketika Allman mengklik slide PowerPoint-nya, Seeley melihat bahwa sel-sel dikelompokkan di daerah otak yang sama dengan yang ditargetkan demensia, ACC dan FI. "Rasanya seperti, Eureka, " kenang Seeley. Dia berpikir sel-sel itu dapat membantu para peneliti mencari tahu mengapa daerah-daerah itu rentan terhadap kerusakan. "Juga, kupikir, cara yang menarik untuk mempelajari sesuatu tentang sifat manusia. Mungkin defisit yang dikembangkan pasien mungkin dalam hal-hal yang unik manusia. Jadi ada banyak ide."
Setelah itu, sambil minum kopi, Seeley dan Allman setuju untuk bekerja sama untuk mencari tahu apakah neuron von Economo rusak pada orang dengan demensia frontotemporal. Menganalisis otak dari pasien yang meninggal, para ilmuwan menemukan bahwa, pada kenyataannya, sekitar 70 persen dari neuron von Economo di ACC telah dihancurkan, sedangkan sel-sel otak tetangga sebagian besar tidak terpengaruh. "Sangat jelas bahwa target awal penyakit ini adalah sel-sel ini, dan ketika Anda menghancurkan sel-sel ini, Anda mendapatkan keseluruhan gangguan fungsi sosial, " kata Allman. "Itu adalah hasil yang sangat mencengangkan yang berbicara tentang fungsi sel sejelas mungkin."
Sistem saraf yang tidak biasa ini tampaknya mendasari banyak hal yang membuat kita menjadi manusia. Tetapi fakta bahwa gajah dan paus rupanya berbagi perangkat keras saraf yang sama membuka pikiran pada sudut pandang: otak kita mungkin lebih mirip dengan hewan sosial pintar lain daripada yang kita kira.
Ingfei Chen tinggal di Santa Cruz, California.
Fotografer Aaron Huey tinggal di Seattle.
Ditemukan pada tahun 1881 dan dideskripsikan pada tahun 1926 oleh Constantin von Economo, sel otak besar berbentuk spindel (kanan) memiliki cabang lebih sedikit daripada neuron khas (kiri). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / dengan izin dari Elsevier (2)) 
John Allman (dengan rekannya Atiya Hakeem di Caltech memeriksa spesimen otak gajah) sedang mencari salah satu kunci biologis untuk perilaku manusia. (Aaron Huey) 
Neuron Konstantin von Economo sekarang diketahui terjadi di bagian otak manusia yang memproses sensasi dan emosi sosial. (Ilustrasi oleh Guilbert Gates) 
Constantin von Economo dengan tepat menggambarkan neuron pada otak manusia pada tahun 1926. (Oxford University Press) 
Mempelajari spesies lain menghasilkan wawasan "tentang otak kita yang menjadikan kita manusia, " kata Todd Preuss. (Jack Kearse / Universitas Emory) 
Pintar, sosial, dan ya, dikaruniai ingatan yang sangat baik, gajah (Simba di Cleveland Metroparks Zoo, tempat ia meninggal pada 1995) adalah di antara beberapa hewan dengan neuron von Economo. (Kebun Binatang Cleveland Metroparks) 
John Allman mempelajari bagian otak Simba. (Aaron Huey) 
Patrick Hof sedang meneliti kapan dan di mana neuron von Economo berevolusi di pohon keluarga primata. (Michael Balter) 
John Allman menggunakan alat pengiris otak. (Ingfei Chen) 
John Allman mengukir bagian setipis kertas dari otak yang diawetkan untuk dipelajari. (Ingfei Chen) 
Sampel potongan otak di lab John Allman. (Aaron Huey) 
Gorila gunung adalah di antara hewan yang diketahui hidup dalam kelompok yang kompleks. (iStockphoto) 
Paus bungkuk adalah spesies lain yang diketahui hidup dalam kelompok yang kompleks. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Gajah Afrika juga dikenal hidup dalam kelompok yang kompleks. Mengapa mereka begitu pandai bersosialisasi? Salah satu alasan, Allman berpendapat, adalah neuron khusus von Economo yang mempercepat impuls di otak besar yang tidak biasa di antara pusat yang terlibat dalam komunikasi dan kerja sama. (iStockphoto)
