Spindelneuroner eller von Economo-neuroner (uppkallade efter deras upptäckare Constantin von Economo [1] ), som beskrevs 1929, är en speciell klass av neuroner . De kännetecknas av en stor fusiform kropp, som gradvis smalnar av till en enda apikala axon i ena änden och en enda dendrit i den motsatta änden. Förutom det faktum att andra typer av neuroner är mer benägna att ha ett stort antal dendriter, är den polära formen av fusiforma neuroner unik. De finns endast i två mycket begränsade områden av homininhjärnan : i den främre cingulate cortex (ACC) och i fronto-insulära cortex. Nyligen har dessa neuroner också hittats i människans dorsolaterala prefrontala cortex [2] . Spindelceller finns också i hjärnan på knölvalar , finvalar , späckhuggare , kaskeloter [3] [4] , flasknosdelfiner , grå delfiner , vitvalar , [5] afrikanska och indiska elefanter . [6]
Spindelneuroner är mycket stora celler i förhållande till andra hjärnceller, och de möjliggör en snabb process för informationsöverföring genom den relativt stora hjärnan av homininer, snabel och valar. Vissa forskare tror att de spelar en viktig roll i en mängd olika inlärningsförmågor och funktionsnedsättningar, mestadels unika för människor, från mottaglighet till savants syndrom och perfekt hörsel till dyslexi och autism .
Det faktum att spindelneuroner endast finns i en grupp högorganiserade djur (ur mänsklig synvinkel) har lett till spekulationer om dessa nervcellers stora betydelse för människans evolution och hjärnfunktion. Det faktum att det, bland alla primater, bara antropoider har dem, leder till hypotesen att de utvecklades tidigast för 15-20 miljoner år sedan, innan orangutanger separerades från afrikanska antropoider. Upptäckten av spindelneuroner i olika arter av valar [4] [5] leder i sin tur till förslaget att detta kan vara en oumbärlig neural anpassning i den mycket stora hjärnan, vilket möjliggör snabb bearbetning av information och överföring av mycket specifika mentala representationer som tillåter utveckling av socialt beteende [5] sid. 254 . Närvaron av dessa neuroner i hjärnan hos dessa arter stödjer denna teori. Förekomsten av dessa specialiserade neuroner i hjärnan hos endast extremt intelligenta däggdjur kan vara ett exempel på konvergent evolution .. [7]
1999 publicerade neuroforskaren professor John Allman och kollegor vid California Institute of Technology först en rapport om fusiforma neuroner som endast är specifika för hominid ACC. Fler spindelneuroner har hittats hos människor och schimpanser än hos orangutanger och relativt större gorillor.
Allman och kollegor [8] var tvungna att studera hjärnan på cellnivå för att undersöka hur spindelneuroner fungerar på strukturell nivå, med fokus på deras roll som "kontrollanter" av känslor . Allmans team fann att spindelneuroner hjälper till att överföra neurala signaler från det djupa inre av cortex till relativt avlägsna delar av hjärnan.
Det var Allmans team som fick reda på [9] att signaler från ACC dirigeras till 10:e Brodmann-området, den främre prefrontala cortex, där regleringen av kognitiv dissonans (att lösa konflikter mellan val) tros äga rum. Enligt Allman förmedlar detta neurala relä med största sannolikhet motivation att agera och har att göra med feldetektering. Således underlättas självkontroll och undvikande av fel av ACC:s exekutiva begränsande funktion som en regulator av interferensmönstret för neurala signaler mellan dessa två delar av hjärnan.
Hos människor leder starka känslor till aktivering av ACC, och ACC överför neurala signaler som tas emot från amygdala (centrum för den primära bearbetningen av känslor) till frontala cortex. Kanske fungerar de som en sorts lins som fokuserar det komplexa mönstret av nervsignalstörningar. ACC är också aktiv under bedömnings-, diskriminerings- och feldetekteringsuppgifter. När man löser svåra problem eller med starka känslor (kärlek, ilska eller passion), är AUC mer upphetsad. Hjärnavbildningsstudier har visat att AUC är särskilt aktivt när mamman hör barnets gråt. Detta belyser PPC:s viktiga roll i social mottaglighet.
ACC är en relativt gammal region i cortex. Det är förknippat med många funktioner i det autonoma systemet , inklusive motoriska och matsmältningsfunktioner, samt spelar en roll i regleringen av blodtryck och hjärtfrekvens. Den betydande rollen för ACC och fronto-insulära cortex i lukt och smak har gått förlorad för dem under den senaste utvecklingen (kanske så att de bättre kan spela sina igenkänningsroller, allt från handlingsplanering och självmedvetenhet till rollspel och lögn). ). Människans minskade luktförmåga jämfört med andra primater kan bero på att spindelneuroner som finns i centrala neuronala centra bara har två processer kvar, inte många; som ett resultat var det en minskning av neurologisk integration.
Vid Neurological Society-kongressen 2003 rapporterade Allman om spindelcellerna som hans team hade hittat i ett annat område av hjärnan: fronto-insulära cortex. Uppenbarligen har detta område hos människor genomgått betydande evolutionära anpassningar, kanske inte mer än 100 000 år sedan.
Den fronto-insulära cortex är nära besläktad med insula, ett område som är ungefär lika stort som en tumme i varje halvklot av den mänskliga hjärnan. Insularloben och fronto-insular cortex är delar av orbitofrontal cortex. Det är här komplexa neurala nätverk associerade med rumslig medvetenhet och beröring finns, och en känsla av självmedvetenhet och komplexa känslor tros genereras och förverkligas. Dessutom är detta område i den högra hjärnhalvan nyckeln i orienteringen och uppfattningen av tredimensionellt rymd.
De flesta spindelformade neuroner i den främre cingulate cortex hittades i människokroppen, färre hos små apor och ännu färre hos stora. Hos människor och bonobo finns de ofta i kluster om 3-6. Analys av lager V i ACC hos hominider visade att det genomsnittliga antalet av dessa neuroner i orangutanger i ACC är ungefär 9 per sektion; de är sällsynta och står för 0,6 % av alla celler i sektionen. Gorillor har cirka 22 av dem, det vill säga de är vanligare och står för 2,3%; schimpanser har cirka 37 av dem, de är rikliga och står för 3,8%; hos pygméschimpanser - cirka 68, de är rikliga och samlade i kluster, utgör 4,8%; hos människor - cirka 89, de är också rikliga och samlade i kluster, utgör 5,6%. [tio]
Hos alla studerade primater fanns det fler spindelneuroner i fronto-insulära cortex i höger hjärnhalva än i vänster. Även om fler spindelneuroner hittades i ACC hos schimpanser och bonobos, var antalet av dessa neuroner i fronto-insulära cortex mycket högre hos gorillor (data för orangutanger har ännu inte erhållits). En vuxen människa har 82 855 av dessa celler, en gorilla har 16 710 och en pygméschimpans har inte fler än 1 808, trots att schimpanser och pygméschimpanser är mycket närmare människor.
Spindelneuroner är lokaliserade i den dorsolaterala prefrontala cortex hos människor [2] och elefanter [6] . Hos människor noteras de i högre koncentration i 9:e Brodmann-området, mestadels isolerade eller i kluster om två, medan de i 24:e Brodmann-området finns huvudsakligen i kluster om 2-4. [2]
Onormal utveckling av spindelneuroner kan vara associerad med flera patologier, vanligtvis kännetecknade av förvrängning av verkligheten, nedsatt tänkande, nedsatt tal och tillbakadragande från social kontakt. Att förändra dessa neuroner kan möjligen orsaka schizofreni och Alzheimers sjukdom , men forskning om dessa relationer är fortfarande på ett tidigt stadium.
Människostudier visar att spindelneuroner är särskilt känsliga för dödsfall vid Alzheimers sjukdom: upp till 60 % av spindelneuronerna i den främre cingulate cortex kan dö. Dessa celler påverkas också vid frontotemporal demens.