Эволюционная нейробиология - Evolutionary neuroscience

Часть серии по
Эволюционная биология
Зяблики Дарвина, автор Gould.jpg

Эволюционная нейробиология это научное исследование эволюция нервной системы. Эволюционные нейробиологи исследуют эволюция и естественная история из нервная система структура, функции и эмерджентные свойства. Эта область основана на концепциях и выводах обоих нейробиология и эволюционная биология. Исторически сложилось так, что большая часть эмпирических работ была в области сравнительная нейроанатомия, и современные исследования часто используют филогенетические сравнительные методы. Селекция и экспериментальная эволюция подходы также используются все чаще.[1]

Концептуально и теоретически это поле связано с такими разнообразными полями, как когнитивная геномика, нейрогенетика, нейробиология развития, нейроэтология, сравнительная психология, эво-дево, поведенческая нейробиология, когнитивная нейробиология, поведенческая экология, биологическая антропология и социобиология.

Эволюционные нейробиологи исследуют изменения генов, анатомии, физиологии и поведения, чтобы изучить эволюцию изменений в мозге.[2] Они изучают множество процессов, в том числе эволюцию вокал, визуальный, слуховой, вкус, и системы обучения а также языковая эволюция и развитие.[2][3] Кроме того, эволюционные нейробиологи изучают эволюцию определенных областей или структур в головном мозге, таких как миндалина , передний мозг и мозжечок так же хорошо как мотор или зрительная кора.[2]

История

Исследования мозга начались в древнеегипетские времена, но исследования в области эволюционной нейробиологии начались после публикации книги Дарвина. О происхождении видов в 1859 г.[4] В то время эволюция мозга в основном рассматривалась в связи с неправильными scala naturae. Филогения и эволюция мозга все еще рассматривались как линейные.[4] В начале 20 века существовало несколько преобладающих теорий эволюции. дарвинизм был основан на принципах естественного отбора и изменчивости, Ламаркизм был основан на передаче приобретенных черт, Ортогенез был основан на предположении, что стремление к совершенству управляет эволюцией, и Сальтационизм утверждал, что прерывистые вариации создают новые виды.[4] Теория Дарвина стала наиболее популярной и позволила людям задуматься о том, как развиваются животные и их мозг.[4]

Книга 1936 года Сравнительная анатомия нервной системы позвоночных, включая человека голландским неврологом C.U. Ариэнс Капперс (впервые опубликовано на немецком языке в 1921 году) было знаковым изданием в этой области. После Эволюционный синтез, сравнительное исследование нейроанатомии проводилось с эволюционной точки зрения, а современные исследования включают генетику развития.[5][6] Сейчас принято считать, что филогенетические изменения происходят независимо между видами во времени и не могут быть линейными.[4] Также считается, что увеличение размера мозга коррелирует с увеличением нейронных центров и сложностью поведения.[7]

Основные аргументы

Со временем появятся несколько аргументов, которые определят историю эволюционной нейробиологии. Первый - это спор между Этьен Жоффро Сент-Илер и Джордж Кювье по теме «общий план против разнообразия».[2] Джеффри утверждал, что все животные построены по единому плану или архетип и он подчеркнул важность гомологии между организмами, в то время как Кювье считал, что структура органов определяется их функцией и что знание функции одного органа может помочь обнаружить функции других органов.[2][4] Он утверждал, что существует по крайней мере четыре разных архетипа.[2] После Дарвина идея эволюции была более принята, а идея Джеффри о гомологичных структурах была более принята.[2] Второй важный аргумент - это Scala Naturae (масштаб природы) против филогенетического куста.[2] Scala Naturae, позже также названная филогенетической шкалой, была основана на предпосылке, что филогении линейны или похожи на шкалу, в то время как аргумент филогенетического куста был основан на идее, что филогении были нелинейными и напоминали куст больше, чем масштаб.[2] Сегодня принято считать, что филогении нелинейны.[2] Третий важный аргумент касается размера мозга и того, какой размер более важен для определения функции: относительный или абсолютный.[2] В конце 18 века было установлено, что соотношение мозга и тела уменьшается с увеличением размера тела.[2] Однако в последнее время больше внимания уделяется абсолютным размер мозга поскольку это масштабируется внутренними структурами и функциями, степенью структурной сложности и количеством белое вещество в головном мозге, все предполагает, что абсолютный размер намного лучше предсказывает функцию мозга.[2] Наконец, четвертый аргумент - это аргумент естественного отбора (дарвинизм) против ограничений развития (согласованная эволюция).[2] Сейчас принято считать, что именно эволюция развития заставляет взрослые виды проявлять различия, и эволюционные нейробиологи утверждают, что многие аспекты функции и структуры мозга сохраняются у разных видов.[2]

Методы

На протяжении всей истории мы видим, как эволюционная нейробиология зависела от развития биологических теорий и методов.[4] Область эволюционной нейробиологии сформировалась в результате разработки новых методов, которые позволяют открывать и исследовать части нервной системы. В 1873 г. Камилло Гольджи разработал метод нитрата серебра, который позволил описать мозг на клеточном уровне, а не просто на грубом уровне.[4] Сантьяго Рамон и Педро Рамон использовали этот метод для анализа многочисленных частей мозга, расширив область сравнительной нейроанатомии.[4] Во второй половине 19 века новые методы позволили ученым идентифицировать группы нейрональных клеток и пучки волокон в мозге.[4] В 1885 г. Витторио Марчи открыли метод окрашивания, который позволил ученым увидеть индуцированную дегенерацию аксонов в миелинизированных аксонах, в 1950 году «оригинальная процедура Nauta» позволила более точно идентифицировать дегенерирующие волокна, а в 1970-х годах было несколько открытий нескольких молекулярных индикаторов, которые будут использоваться для экспериментов даже сегодня.[4] За последние 20 лет кладистика также стал полезным инструментом для изучения изменений в мозге.[7]

Эволюция человеческого мозга

Теория Дарвина позволила людям задуматься о том, как развиваются животные и их мозг.[4]

Мозг рептилии

Кора головного мозга рептилий похожа на кора головного мозга млекопитающих, хотя и упрощена.[2] Хотя эволюция и функции коры головного мозга человека до сих пор окутаны тайной, мы знаем, что это наиболее сильно изменившаяся часть мозга в ходе недавней эволюции.

Визуальное восприятие

Исследования эволюционного развития зрительного восприятия сегодня лучше всего понять при изучении современных приматов, поскольку организация мозга не может быть определена только путем анализа окаменелых черепов.

Слуховое восприятие

По структуре слуховая кора человека делится на сердцевину, пояс и парапояс. Это очень похоже на современных приматов.

Развитие языка

Доказательства богатой когнитивной жизни у приматов, родственников людей, многочисленны, и широкий спектр конкретных форм поведения в соответствии с теорией Дарвина хорошо задокументирован.[8][9][10] Однако до недавнего времени исследования приматов не принимали во внимание в контексте эволюционной лингвистики, прежде всего потому, что в отличие от птиц, обучающихся вокалу, нашим ближайшим родственникам, похоже, не хватает способностей к подражанию. Говоря об эволюции, есть убедительные доказательства того, что генетическая основа концепции языков существовала миллионы лет, как и многие другие способности и поведение, наблюдаемые сегодня.

Хотя эволюционные лингвисты соглашаются с тем фактом, что волевой контроль над вокализацией и выражением языка - это довольно недавний скачок в истории человечества, это не означает, что слуховое восприятие также является недавним развитием. Исследования показали существенные доказательства наличия четко определенных нервных путей, связывающих корковые слои, чтобы организовать слуховое восприятие в головном мозге. Таким образом, проблема заключается в нашей способности имитировать звуки.[11]

Помимо того факта, что приматы могут быть плохо оснащены для изучения звуков, исследования показали, что они гораздо лучше обучаются и используют жесты. Визуальные подсказки и двигательные пути появились на миллионы лет раньше в нашей эволюции, что, кажется, является одной из причин более ранней способности понимать и использовать жесты.[12]

Когнитивные специализации

Исследователи

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Родс, Дж. С., и Т. Дж. Кавецки. 2009. Поведение и нейробиология. Стр. 263–300 дюймов Теодор Гарланд-младший. и Майкл Р. Роуз, ред. Экспериментальная эволюция: концепции, методы и приложения селекционных экспериментов. Калифорнийский университет Press, Беркли.
  2. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п Каас, Джон Х. (28 июля 2009 г.). Эволюционная нейробиология. Академическая пресса. ISBN  9780123751683.
  3. ^ Платек, Стивен М .; Шакелфорд, Тодд К. (26 февраля 2009 г.). Основы эволюционной когнитивной нейронауки. Издательство Кембриджского университета. ISBN  9780521884211.
  4. ^ а б c d е ж грамм час я j k л Норткатт, Р. Гленн (2001-08-01). «Изменение взглядов на эволюцию мозга». Бюллетень исследований мозга. 55 (6): 663–674. Дои:10.1016 / S0361-9230 (01) 00560-3. ISSN  0361-9230. PMID  11595351. S2CID  39709902.
  5. ^ Норткатт, Р. Гленн (август 2001 г.). «Изменение взглядов на эволюцию мозга». Бюллетень исследований мозга. 55 (6): 663–674. Дои:10.1016 / S0361-9230 (01) 00560-3. PMID  11595351. S2CID  39709902.
  6. ^ Стридтер, Г. Ф. (2009). «История представлений об эволюции мозга». В Джон Х. Каас (ред.). Эволюционная нейробиология. Академическая пресса. ISBN  978-0-12-375080-8.
  7. ^ а б Норткатт, Р. Г. (2002-08-01). «Понимание эволюции мозга позвоночных». Интегративная и сравнительная биология. 42 (4): 743–756. Дои:10.1093 / icb / 42.4.743. ISSN  1540-7063. PMID  21708771.
  8. ^ Чейни, Дороти Ливитт (1990). «Как обезьяны видят мир: в сознании другого вида». Издательство Чикагского университета.
  9. ^ Чейни, Дороти Ливитт (2008). "Метафизика павиана: эволюция социального разума". Издательство Чикагского университета.
  10. ^ Херфорд, Джеймс Р. (2007). Истоки смысла. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN  978-0-19-152592-6. OCLC  252685884.
  11. ^ Борнкессель-Шлезевски, Инна; Шлезевский, Маттиас; Маленький, Стивен Л .; Раушекер, Йозеф П. (2014). «Нейробиологические корни языка при прослушивании приматов: общие вычислительные свойства». Тенденции в когнитивных науках. 19 (3): 142–150. Дои:10.1016 / j.tics.2014.12.008. ЧВК  4348204. PMID  25600585.
  12. ^ Робертс, Анна Илона; Робертс, Сэмюэл Джордж Брэдли; Вик, Сара-Джейн (2014-03-01). «Репертуар и интенциональность жестовой коммуникации у диких шимпанзе» (PDF). Познание животных. 17 (2): 317–336. Дои:10.1007 / s10071-013-0664-5. ISSN  1435-9456. PMID  23999801. S2CID  13899247.

внешняя ссылка