独特的大象脑

今天是世界大象日。下面将介绍一下独特的大脑结构与其他哺乳动物的大脑结构有何不同,这是大象学习和记忆中特殊能力的原因。

非洲大象公牛。图片来自MichelleGadd/USFWS。

作者:BobJacobs,科罗拉多大学

环保主义者已将8月12日定为世界大象日,以提高人们对保护这些雄伟动物的认识。大象拥有许多吸引人的特征,从令人难以置信的灵巧的树干到他们的记忆能力和复杂的社交生活。

但是对于他们的大脑的讨论却少得多,尽管有理由认为这么大的动物有一个相当大的大脑(大约12磅)。事实上,直到最近对大象大脑的了解却很少,部分原因是因为获得适合于显微镜研究的保存良好的组织非常困难。

南非威特沃特斯兰德大学的神经生物学家保罗·曼格的开创性努力打开了这扇门,他于2009年获得许可,以提取和保存三只非洲大象的大脑,这些大象原定被宰杀作为更大的人口管理战略的一部分。因此,我们在过去10年中比以往任何时候都更多地了解了大象的大脑。

此处分享的研究是在2009-2011科罗拉多大学与哥伦比亚大学人类学家ChetSherwood和西奈山伊坎医学院的神经科学家PatrickHof合作进行的。我们的目标是探索大象皮层中神经元的形状和大小。

我的实验室组长期以来一直对哺乳动物大脑皮质神经元的形态或形状感兴趣。皮层构成覆盖两个大脑半球的薄的外层神经元(神经细胞)。它与更高的认知功能密切相关,例如协调的自愿运动,感觉信息的整合,社会文化学习以及存储定义个体的记忆。

这些图像说明了从大象的右大脑半球去除一小部分大脑皮层的过程。将该组织染色并置于载玻片上,使得在显微镜下可以看到单个神经元并在三维中追踪它们。图片来自RobertJacobs。

皮质神经元的排列和形态在哺乳动物中相对均匀-或者我们在对人类和非人灵长类大脑以及啮齿动物和猫的大脑进行数十年的研究后进行了思考。正如我们在分析大象脑时所发现的那样,大象皮质神经元的形态与我们之前观察到的任何形态完全不同。

神经元如何被可视化和量化

探索神经元形态的过程始于在将脑组织固定(化学保存)一段时间后对其进行染色。在我们的实验室中,我们使用了一种超过125年的技术,称为高尔基染色,以意大利生物学家和诺贝尔奖获得者CamilloGolgi(1843-1926)命名。

中世纪大象描写的演变:https://t.co/3eMAXqGf8w:)#Wor@Anson@SEO@ldElephantDaypic.twitter.com/KHpBLfMwfK

-CaitlinGreen博士(@caitlinrgreen)2018年8月12日

这种方法为现代神经科学奠定了基础。例如,西班牙神经解剖学家和诺贝尔奖获得者SantiagoRamonyCajal(1852-1934)使用这种技术提供了神经元的外观以及它们如何相互连接的路线图。

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