Gerald Edelman - Gerald Edelman

Gerald Edelman
Profesor Gerald M. Edelman (oříznutý) .jpg
Gerald M. Edelman v roce 2010.
narozený
Gerald Maurice Edelman

( 1929-07-01 )1. července 1929
Zemřel 17. května 2014 (2014-05-17)(ve věku 84)
Národnost americký
Alma mater Ursinus College , University of Pennsylvania School of Medicine , The Rockefeller University
Manžel / manželka Maxine M. Morrison (m. 1950; 3 děti)
Ocenění Nobelova cena za fyziologii nebo medicínu v roce 1972
Vědecká kariéra
Pole Imunologie
Neuroscience
Filozofie mysli
Doktorandi Paul David Gottlieb

Gerald Edelman Maurice ( / ɛ d əl m ən / , 01.7.1929 - 17 května 2014) byl americký biolog , který rozdělil 1972 Nobelova cena za fyziologii a lékařství pro práci s Rodney Robert Porter na imunitní systém . Výzkum, který získal Nobelovu cenu, se týkal objevu struktury molekul protilátek . V rozhovorech řekl, že způsob, jakým se složky imunitního systému vyvíjejí v průběhu života jedince, je analogický způsobu, jakým se složky mozku vyvíjejí během života. Tímto způsobem existuje kontinuita mezi jeho prací na imunitním systému, za kterou získal Nobelovu cenu , a jeho pozdější prací v neurovědě a filozofii mysli .

Raný život

Gerald Edelman se narodil v roce 1929 v Ozone Park, Queens, New York , k židovským rodičům, lékař Edward Edelman, a Anna (rozená Freedman) Edelman, který pracoval v pojišťovnictví. Roky studoval hru na housle, ale nakonec si uvědomil, že nemá vnitřní sílu potřebnou k kariéře koncertního houslisty, a místo toho se rozhodl jít do lékařského výzkumu. Navštěvoval veřejné školy v New Yorku, absolvoval střední školu Johna Adamse a pokračoval na vysokou školu v Pensylvánii, kde v roce 1950 absolvoval magna cum laude s BS z Ursinus College a v roce 1954 získal doktorát na Lékařské fakultě University of Pennsylvania .

Kariéra

Po roce v Johnsonově nadaci pro lékařskou fyziku se Edelman stal rezidentem ve všeobecné nemocnici v Massachusetts ; poté praktikoval medicínu ve Francii, když sloužil u lékařského sboru americké armády . V roce 1957 se Edelman připojil k Rockefellerovu institutu pro lékařský výzkum jako absolvent, pracoval v laboratoři Henryho Kunkela a získal titul Ph.D. v roce 1960. Ústav z něj udělal asistenta (později docenta) děkana postgraduálního studia; stal se profesorem školy v roce 1966. V roce 1992 se přestěhoval do Kalifornie a stal se profesorem neurobiologie na The Scripps Research Institute .

Po udělení Nobelovy ceny zahájil Edelman výzkum regulace primárních buněčných procesů , zejména kontroly buněčného růstu a vývoje mnohobuněčných organismů , se zaměřením na interakce buňka-buňka v časném embryonálním vývoji a při tvorbě a funkci nervového systému. Tyto studie vedly k objevu molekul buněčné adheze (CAM), které vedou základní procesy, které pomáhají zvířeti dosáhnout jeho tvaru a formy, a které budují nervový systém. Jedním z nejvýznamnějších objevů provedených v tomto výzkumu je, že prekurzorový gen pro adhezní molekulu neurálních buněk dal vzniknout evoluci celého molekulárního systému adaptivní imunity .

Nobelova cena

Zatímco v Paříži sloužil v armádě, Edelman četl knihu, která vyvolala jeho zájem o protilátky . Rozhodl se, že jelikož kniha o protilátkách říká tak málo, bude je po návratu do USA dále zkoumat, což ho přivedlo ke studiu fyzikální chemie na doktorát z roku 1960. Výzkum Edelmana a jeho kolegů a Rodneyho Roberta Portera na počátku šedesátých let přinesl zásadní průlomy v chápání chemické struktury protilátky a otevřel dveře pro další studium. Za tuto práci sdíleli Edelman a Porter v roce 1972 Nobelovu cenu za fyziologii nebo medicínu .

Karolinska Institutet ve své tiskové zprávě o Nobelově ceně v roce 1972 ocenil práci Edelmana a Portera jako zásadní průlom:

Dopad Edelmanových a Porterových objevů je vysvětlen skutečností, že poskytly jasný obraz o struktuře a způsobu působení skupiny biologicky zvláště důležitých látek. Tím položili pevný základ pro skutečně racionální výzkum, něco, co dříve v imunologii do značné míry chybělo. Jejich objevy jednoznačně představují průlom, který okamžitě podnítil vroucí výzkumnou činnost po celém světě, ve všech oblastech imunologické vědy, což přineslo výsledky praktické hodnoty pro klinickou diagnostiku a terapii.

Disulfidové vazby

Schéma ilustrující disulfidové vazby (červené), které spojují lehké (zelené) a těžké (modré) proteinové podjednotky molekul imunoglobulinu G (IgG). Tento diagram také ilustruje relativní polohy variabilních (V) a konstantních (C) domén molekuly IgG. Variabilní oblasti těžkého a lehkého řetězce se spojují a vytvářejí místa vázající antigen na konci dvou symetrických ramen protilátky.

Edelmanův raný výzkum struktury protilátkových proteinů ukázal, že disulfidové vazby spojují proteinové podjednotky. Proteinové podjednotky protilátek jsou dvou typů, větší těžké řetězce a menší lehké řetězce. Dva lehké a dva těžké řetězce jsou spojeny dohromady disulfidovými vazbami za vzniku funkční protilátky.

Molekulární modely struktury protilátek

Pomocí experimentálních dat z vlastního výzkumu a práce ostatních vytvořil Edelman molekulární modely proteinů protilátek. Klíčovým rysem těchto modelů byla myšlenka, že domény vázající antigen protilátek ( Fab ) zahrnují aminokyseliny z podjednotek lehkého i těžkého proteinu. Meziřetězcové disulfidové vazby pomáhají spojit dvě části domény vázající antigen.

Sekvenování protilátek

Edelman a jeho kolegové použili kyanogenbromid a proteázy k fragmentaci podjednotek proteinových proteinů na menší kousky, které bylo možné analyzovat pro stanovení jejich aminokyselinové sekvence . V době, kdy byla stanovena první kompletní sekvence protilátky (1969), to byla největší kompletní proteinová sekvence, která kdy byla stanovena. Dostupnost aminokyselinových sekvencí protilátek proteinů povolených rozpoznání skutečnosti, že tělo může produkovat mnoho různých proteinů protilátky s podobnými protilátka konstantní oblasti a odlišných protilátkových variabilních oblastí .

Topobiologie

Topobiologie je Edelmanova teorie, která tvrdí, že morfogeneze je poháněna diferenciálními adhezivními interakcemi mezi heterogenními buněčnými populacemi, a vysvětluje, jak z jedné buňky může vzniknout složitý mnohobuněčný organismus. Jak navrhl Edelman v roce 1988, topobiologie je proces, který tvaruje a udržuje diferencované tkáně a je získáván energeticky příznivou segregací buněk prostřednictvím heterologních buněčných interakcí.

Teorie vědomí

Ve své pozdější kariéře byl Edelman známý svou teorií vědomí , dokumentovanou v trilogii technických knih a v několika dalších knihách psaných pro široké publikum, včetně Bright Air, Brilliant Fire (1992), A Universe of Consciousness (2001, s Giulio Tononi ), Širší než nebe (2004) a Druhá příroda: Věda o mozku a lidské znalosti (2007).

Ve druhé přírodě Edelman definuje lidské vědomí jako:

„... co ztratíte vstupem do bezesného hlubokého spánku ... hluboká anestézie nebo koma ... co získáte zpět po vynoření z těchto stavů. [Zážitek z unitární scény složený proměnlivě ze smyslových reakcí ... vzpomínek. .. situovanost ... “

První z Edelmanových technických knih The Mindful Brain (1978) rozvíjí jeho teorii neurálního darwinismu , která je postavena na myšlence plasticity v neuronové síti v reakci na životní prostředí. Druhá kniha Topobiology (1988) navrhuje teorii o tom, jak je během vývoje embrya vytvořena původní neuronální síť mozku novorozence . The Remembered Present (1990) obsahuje rozšířenou expozici jeho teorie vědomí .

Edelman ve svých knihách navrhl biologickou teorii vědomí, založenou na svých studiích imunitního systému. Svou teorii výslovně umístil do Teorie přirozeného výběru Charlese Darwina , přičemž citoval klíčové principy Darwinovy ​​populační teorie, která předpokládá, že individuální variace v rámci druhů poskytuje základ pro přirozený výběr, který nakonec vede k vývoji nových druhů. Výslovně odmítl dualismus a také zavrhl novější hypotézy, jako je takzvaný „výpočetní“ model vědomí , který funkce mozku přirovnává k operacím počítače. Edelman tvrdil, že mysl a vědomí jsou čistě biologické jevy, vyplývající ze složitých buněčných procesů v mozku, a že vývoj vědomí a inteligence lze vysvětlit darwinovskou teorií.

Edelmanova teorie se snaží vysvětlit vědomí z hlediska morfologie mozku. Mozek novorozence obsahuje obrovskou populaci neuronů (přibližně 100 miliard buněk) a ty, které přežijí počáteční fáze růstu a vývoje, mezi sebou vytvoří přibližně 100 bilionů spojení. Vzorek mozkové tkáně o velikosti zápasové hlavy obsahuje asi miliardu spojení, a pokud vezmeme v úvahu, jak by tato neuronální spojení mohla být různě kombinována, počet možných permutací se stane hyperastronomickým-v řádu deseti následovaných miliony nul . Mladý mozek obsahuje mnohem více neuronů, než nakonec přežije do dospělosti, a Edelman tvrdil, že tato nadbytečná kapacita je potřebná, protože neurony jsou jedinými buňkami v těle, které nelze obnovit, a protože pouze ty buňky a sítě nejlépe přizpůsobené jejich konečnému účelu být vybráni, protože se organizují do neuronálních skupin.

Neurální darwinismus

Edelmanova teorie výběru neuronových skupin, známá také jako „ neurální darwinismus “, má tři základní principy - vývojový výběr, zážitkový výběr a reentry.

  1. Vývojová selekce - tvorba hrubé anatomie mozku je řízena genetickými faktory, ale u každého jedince je konektivita mezi neurony na synaptické úrovni a jejich organizace do funkčních neuronálních skupin dána somatickou selekcí během růstu a vývoje. Tento proces generuje obrovskou variabilitu v nervových obvodech - jako otisk prstu nebo duhovka , žádní dva lidé nebudou mít přesně stejné synaptické struktury v jakékoli srovnatelné oblasti mozkové tkáně. Jejich vysoký stupeň funkční plasticity a mimořádná hustota jejich propojení umožňuje neuronálním skupinám samoorganizovat se do mnoha komplexních a přizpůsobivých „modulů“. Ty se skládají z mnoha různých typů neuronů, které jsou obvykle navzájem těsněji a hustěji propojeny než s neurony v jiných skupinách.
  2. Zážitkový výběr - Překrývající se počáteční růst a vývoj mozku a v průběhu celého života jedince probíhá v rámci různých repertoárů neuronálních skupin kontinuální proces synaptické selekce. Tento proces může posílit nebo oslabit spojení mezi skupinami neuronů a je omezen hodnotovými signály, které vznikají z činnosti vzestupných mozkových systémů, které se průběžně modifikují úspěšným výstupem. Zážitkový výběr generuje dynamické systémy, které mohou „mapovat“ složité časoprostorové události ze smyslových orgánů, tělesných systémů a dalších neuronálních skupin v mozku na jiné vybrané neuronální skupiny. Edelman tvrdí, že tento dynamický selektivní proces je přímo analogický s procesy selekce, které působí na populace jedinců v druzích, a také zdůrazňuje, že tato funkční plasticita je nezbytná, protože ani obrovská kódovací schopnost celého lidského genomu nestačí výslovně specifikovat astronomicky složité synaptické struktury vyvíjejícího se mozku.
  3. Reentry —Koncept reentrantní signalizace mezi neuronálními skupinami. Definuje reentry jako pokračující rekurzivní dynamickou výměnu signálů, ke které dochází souběžně mezi mozkovými mapami a která tyto mapy vzájemně spojuje v čase a prostoru ( filmový klip : Edelman demonstruje spontánní vytváření skupin mezi neurony se znovu vstupujícími spojeními). Reentry závisí na svých operacích na složitých sítích masivně paralelních vzájemných spojení uvnitř a mezi neuronálními skupinami, které vznikají prostřednictvím procesů vývojového a zážitkového výběru popsaných výše. Edelman popisuje reentry jako „formu probíhající selekce vyššího řádu ... která se zdá být jedinečná pro mozky zvířat“ a že „ve známém vesmíru neexistuje žádný jiný objekt tak zcela odlišený reentrantními obvody jako lidský mozek“.

Evoluční teorie

Edelman a Gally byli první, kdo poukázal na všudypřítomnost degenerace v biologických systémech a na zásadní roli, kterou degenerace hraje při usnadňování evoluce.

Pozdější kariéra

Edelman založil a řídil The Neurosciences Institute , neziskové výzkumné centrum v San Diegu, které v letech 1993 až 2012 studovalo biologické základy vyšší mozkové funkce u lidí. Působil ve vědecké radě projektu World Knowledge Dialogue.

Edelman byl členem poradního sboru USA Science and Engineering Festival .

Osobní

Edelman si vzal Maxine M. Morrisonovou v roce 1950. Mají dva syny, Erica, výtvarného umělce v New Yorku, a Davida, mimořádného profesora neurovědy na univerzitě v San Diegu . Jejich dcera Judith Edelman je bluegrassová hudebnice, nahrávací umělkyně a spisovatelka. Někteří pozorovatelé si všimli, že postava v Richarda Powersi ' Echo Maker může být kývnutí na Edelman.

Zdraví a smrt

Později v životě měl rakovinu prostaty a Parkinsonovu chorobu . Edelman zemřel 17. května 2014 v La Jolla v Kalifornii ve věku 84 let.

Bibliografie

  • Neural darwinism : Theory of Neuronal Group Selection (Basic Books, New York 1987). ISBN  0-19-286089-5
  • Topobiology: An Introduction to Molecular Embryology (Basic Books, 1988, Reissue edition 1993) ISBN  0-465-08653-5
  • The Remembered Present: A Biological Theory of Consciousness (Basic Books, New York 1990). ISBN  0-465-06910-X
  • Bright Air, Brilliant Fire: On the Matter of the Mind (Basic Books, 1992, Reprint edition 1993). ISBN  0-465-00764-3
  • The Brain , Edelman a Jean-Pierre Changeux, editoři, (Transaction Publishers, 2000). ISBN  0-7658-0717-3
  • Vesmír vědomí : Jak se hmota stává imaginací , Edelman a Giulio Tononi , spoluautoři, (Basic Books, 2000, Reprint edition 2001). ISBN  0-465-01377-5
  • Širší než nebe : Fenomenální dar vědomí (Yale Univ. Press 2004) ISBN  0-300-10229-1
  • Druhá příroda: Věda o mozku a lidské znalosti (Yale University Press 2006) ISBN  0-300-12039-7

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy