Es gab kaum eine Chance, den Elefanten im Raum zu vermissen. Ungefähr ein Dutzend Jahre nachdem Simba im Cleveland Metroparks Zoo gestorben war, wurde John Allman, einem Neurowissenschaftler am California Institute of Technology in Pasadena, eine halbe Zentimeter große Platte ihres gelblichen, faltigen, basketballgroßen Gehirns angelegt.
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In Formaldehyd eingelegt sah es aus wie ein halber Pfannkuchen, gefrorener Feststoff auf einem nebligen Bett aus Trockeneis. Allman schnitt es vorsichtig mit dem Labor-Äquivalent eines Feinkost-Fleischschneiders auf. Er brauchte weit über eine Stunde, um 136 hauchdünne Schnitte abzuschneiden.
Allman war auf der Suche nach einer besonderen Art von Gehirnzelle, von der er vermutet, dass sie ein Schlüssel dafür ist, wie der afrikanische Elefant - wie ein Mensch - es schafft, sich auf die sich ständig verändernden Nuancen des sozialen Zusammenspiels einzustellen. Diese spindelförmigen Gehirnzellen, von Economo-Neuronen genannt - benannt nach dem Mann, der sie zuerst beschrieben hat - kommen nur bei Menschen, Menschenaffen und einer Handvoll anderer, besonders geselliger Wesen vor. Der 66-jährige Allman vergleicht das Gehirn von Menschen und anderen Tieren, um einen Einblick in die Entwicklung des menschlichen Verhaltens zu erhalten.
"Die Neurowissenschaft scheint es sehr zu zögern, sich der Frage zu nähern, was uns menschlich macht, und John tut genau das", sagt Todd Preuss, Neuroanatom und Anthropologe am Yerkes National Primate Research Center in Atlanta. "Wir wissen sehr, sehr wenig darüber, wie sich unser Gehirn von dem anderer Tiere unterscheidet, außer dass unser Gehirn größer ist."
Die von Economo-Neuronen sind das auffälligste Ergebnis der letzten Jahre in der vergleichenden Hirnforschung, in der Wissenschaftler feine Unterschiede zwischen den Arten herausarbeiten. Der Neuroanatom Patrick Hof und seine Kollegen von der Mount Sinai School of Medicine in Manhattan stießen 1995 in einer Region zur Vorderseite des Gehirns hin, die als anteriorer cingulöser Kortex bezeichnet wird, erstmals auf Neuronen in menschlichen Gehirnproben. Die meisten Neuronen haben kegelförmige oder sternförmige Körper mit mehreren Verzweigungsprojektionen, sogenannten Dendriten, die Signale von benachbarten Zellen empfangen. Aber von Economo-Neuronen sind dünn und länglich, mit nur einem Dendriten an jedem Ende. Sie sind viermal so groß wie die meisten anderen Gehirnzellen, und selbst bei Arten mit diesen Zellen sind sie selten.
Wie sich herausstellte, hatte das Manhattan-Team einen unbekannten Zelltyp wiederentdeckt, der erstmals 1881 identifiziert wurde. Hof benannte die Zellen nach dem Wiener Anatom Constantin von Economo, der 1926 die Neuronen im menschlichen Gehirn präzise beschrieb. Danach verschwanden die Zellen. Hof begann in den Gehirnen verstorbener Primaten zu suchen, darunter Makaken und Menschenaffen - Schimpansen, Bonobos, Gorillas und Orang-Utans -, die von Zoos und Heiligtümern gespendet wurden. Er wandte sich an Allman, der eine Sammlung von Primatengehirnen besaß, und bat ihn um Mitarbeit. 1999 berichteten die Wissenschaftler, dass alle Menschenaffenarten von Economo-Zellen besaßen, weniger wichtige Primaten wie Makaken, Lemuren und Tarsier jedoch nicht. Das bedeutete, dass sich die Neuronen vor ungefähr 13 Millionen Jahren zu einem gemeinsamen Vorfahren aller Menschenaffen entwickelten, nachdem sie von anderen Primaten abgewichen waren, aber lange bevor sich die Abstammungslinien von Menschen und Schimpansen vor ungefähr sechs Millionen Jahren voneinander unterschieden.
Obwohl Allman als Neuroanatom bekannt ist, ist es nicht verwunderlich, dass er sich mit größeren Fragen beschäftigt, was es bedeutet, ein Mensch zu sein. Seine Promotion an der Universität von Chicago befasste sich mit Anthropologie und er war lange fasziniert von der Entwicklung des Gehirns von Primaten. Mit seinem Kollegen Jon Kaas führte er wegweisende Studien durch, in denen er die Teile des Affengehirns identifizierte, die visuelle Informationen analysieren und das Sehen ermöglichen. 1974 zog Allman nach Caltech, wo er 25 Jahre lang Vision studierte. Aber er wollte auch herausfinden, wie die grundlegenden Funktionen des menschlichen Gehirns das soziale Verhalten beeinflussen. Die von Economo-Neuronen erregten sofort sein Interesse.
Der geschiedene Allman lebt in einem 150 Jahre alten Backsteinhaus in San Marino, das er mit den beiden australischen Schäferhunden Luna und Lunita teilt. An der Wand des Wohnzimmers hängen in Sepia-Tönen gehaltene Fotos seiner Großmutter, einer Suffragistin. Da er "notorisch nachtaktiv" ist, wie Allman es ausdrückt, kommt er selten vor 13 Uhr ins Labor, geht abends, um zu Hause weiterzuarbeiten, und bleibt normalerweise bis 2 Uhr morgens wach. Sein Caltech-Büro ist durch ein einzelnes Fenster und ein kleines Licht schwach beleuchtet Schreibtischlampe; es sieht aus wie eine Höhle voller Bücher und Papiere. Im Flur liegen blau und braun gefärbte Glasplättchen mit Gorilla-, Bonobo- und Elefantenhirngewebe trocken auf Tischen und Theken.
Aus der Arbeit von Economos erfuhr Allman, dass sich die ungewöhnlichen Zellen nur im vorderen cingulären Kortex (ACC) und in einer anderen Nische des menschlichen Gehirns, der frontalen Insula (FI), zu befinden schienen. Gehirnscan-Studien haben gezeigt, dass ACC und FI besonders aktiv sind, wenn Menschen Emotionen verspüren. Beide Bereiche scheinen auch wichtig für die "Selbstüberwachung" zu sein, beispielsweise das Erkennen von körperlichen Schmerz- und Hungerempfindungen oder das Erkennen, dass man einen Fehler gemacht hat. Das ACC scheint in nahezu jede geistige oder körperliche Anstrengung involviert zu sein.
Im Gegensatz dazu spielt die frontale Insula möglicherweise eine spezifischere Rolle bei der Erzeugung sozialer Emotionen wie Empathie, Vertrauen, Schuldgefühle, Verlegenheit, Liebe und sogar Sinn für Humor. Experimenten zufolge, die die Funktionsweise verschiedener Gehirnregionen messen, wird der Bereich aktiv, wenn eine Mutter beispielsweise ein schreiendes Baby hört oder wenn jemand ein Gesicht prüft, um die Absichten der anderen Person zu bestimmen. Das FI ist der Ort, an dem das Gehirn körperliche Empfindungen oder Interaktionen innerhalb eines sozialen Netzwerks überwacht und auf "Bauchgefühle" reagiert, sagt Allman. Es ist die Verbindung zwischen Selbstüberwachung und Bewusstsein für andere, die es uns ermöglicht, die Gefühle anderer Menschen zu verstehen. "Der Grundgedanke, den ich vorantreibe", sagt er, "ist die Vorstellung, dass Selbstbewusstsein und soziales Bewusstsein Teil derselben Funktionsweise sind, und die von Economo-Zellen sind Teil davon."
Allman glaubt, dass die Neuronen die Kommunikation vom ACC und FI zum Rest des Gehirns beschleunigen. Die Zellen sind ungewöhnlich groß, und im Nervensystem korreliert die Größe häufig mit der Geschwindigkeit. "Es sind große Neuronen, die meiner Meinung nach sehr schnell etwas lesen und diese Informationen dann schnell an eine andere Stelle weiterleiten", sagt er. Er spekuliert, dass unsere Vorfahren von Primaten, als sie immer größere Gehirne entwickelten, Hochgeschwindigkeitsverbindungen benötigten, um Nachrichten über größere Entfernungen zu senden. "Große Gehirne bringen zwangsläufig eine Verlangsamung der Kommunikation im Gehirn mit sich", fügt er hinzu. "Eine Möglichkeit, damit umzugehen, besteht darin, ein paar spezialisierte Zellpopulationen zu haben, die ziemlich schnell sind."
Angesichts der Tatsache, dass die Neuronen in den sozialen Brennpunkten des Gehirns leben, geht Allman davon aus, dass das von Economo-Zellsystem ein schnelles, intuitives Ablesen emotional aufgeladener, volatiler Situationen ermöglicht. Die Neuronen "würden es einem ermöglichen, sich schnell an veränderte soziale Kontexte anzupassen", spekuliert er. In der Antike hat diese neuronale Verkabelung unseren Vorfahren möglicherweise einen Überlebensvorteil verschafft, indem sie genaue, sekundenschnelle Urteile fällen konnten, insbesondere darüber, wem sie vertrauen konnten oder nicht.
Allman, Hof und ihre Kollegen haben nach von Economo-Neuronen bei mehr als 100 Tierarten gesucht, von Faultieren bis zu Schnabeltieren. Es ist bekannt, dass nur wenige von ihnen außer Primaten und Elefanten die Zellen haben: Buckelwale, Pottwale, Finnwale, Schwertwale und Tümmler. Die Zellen entwickelten sich vermutlich zu inzwischen ausgestorbenen Arten, aus denen vor etwa 35 Millionen Jahren Meeressäugetiere hervorgingen.
Als ich ihm beim Schneiden des Elefantenhirns bei Caltech zusah, erreichte Allman mit den Kollegen Atiya Hakeem und Virginie Goubert endlich das FI von Simbas linker Hemisphäre. Drei Tage später ergab eine mikroskopische Untersuchung der Hirnschnitte, dass sie mit den markanten spindelförmigen Zellen übersät waren. Dies bestätigte ihre vorherige Beobachtung ähnlicher Neuronen in der FI der rechten Hemisphäre von Simba. Die Elefantenzellen sind größer als die von Menschen und Primaten, etwa so groß wie Walneuronen, aber die Größe und Form sind eindeutig von Economo-Neuronen.
Nach der Zählung der von Economo-Zellen auf 16 Objektträgern - eine augenfällige Aufgabe - haben Hakeem und Allman schätzungsweise 10.000 Zellen in der Briefmarkengröße FI auf der rechten Seite des Elefantenhirns oder etwa 0, 8 Prozent der Zellen FIs 1, 3 Millionen Neuronen. Von-Economo-Neuronen sind im menschlichen FI häufiger anzutreffen. Sie weisen im Durchschnitt etwa 193.000 Zellen auf und machen dort etwa 1, 25 Prozent aller Neuronen aus. In absoluten Zahlen hat das menschliche Gehirn ungefähr eine halbe Million von Economo-Neuronen, weit mehr als das Gehirn von Elefanten, Walen oder Menschenaffen. Allman und seine Kollegen haben keine in der engsten Verwandtschaft des Elefanten gefunden: Ameisenbär, Gürteltier und Steinhyrax. Die Abwesenheit der Zellen in dieser Spezies stützt Allmans Theorie, dass die Neuronen ein Merkmal des großen Gehirns sind.
Allman spekuliert, dass sich solche Zellen leicht aus einem kleinen Satz von Neuronen in der Inselrinde entwickeln, die in allen Säugetieren zu finden sind und den Appetit regulieren. Er glaubt, dass von Economo-Zellen sich wahrscheinlich entwickelt haben, um Informationen um ein großes Gehirn herum zu beschleunigen, sich aber aufgrund der Anforderungen sozialer Interaktionen zusammengeschlossen haben. Wenn er recht hat, haben kluge, soziale Tiere wie Wale und Elefanten möglicherweise die gleiche Spezialisierung für Empathie und soziale Intelligenz wie Menschen.
Wale und Elefanten haben wie Menschen und Menschenaffen ein großes Gehirn und ein längeres Jugendstadium, in dem sie von ihren Ältesten lernen. Sie erkennen sich gegenseitig und entwickeln lebenslange kooperative Beziehungen. Killerwale jagen in Gruppen und schützen verletzte Kameraden. Die Elefantengesellschaft wird von Matriarchen verankert, die ihre Herden zu Wasserstellen führen, die sie aus früheren Besuchen kennen. (Und der Glaube, dass Elefanten niemals vergessen, ist vielleicht wahr: Als Allman, Hof und Hakeem 2005 das erste hochauflösende 3D-Bild eines Elefantenhirns machten, fanden sie einen riesigen Hippocampus, die Gehirnregion, in der Erinnerungen wuchsen gebildet werden.) Die empfindlichen Tiere identifizieren sich durch ihr Grollen und Posaunengeschrei, kommen sich gegenseitig zu Hilfe und scheinen um ihre Toten zu trauern.
Allman zeigt gerne einen Clip aus einem Dokumentarfilm über eine Gruppe afrikanischer Elefanten, die ein verwaistes Kalb adoptiert haben. Wenn das Elefantenbaby in ein Wasserloch fällt, marschiert die Matriarchin schnell ein, gefolgt von den anderen. Zusammen benutzen sie und eine zweite Frau ihre Stoßzähne, Stämme und Beine, um das Kalb vom Dreck zu befreien. Am steilen Ufer kratzt ein anderes Tier mit dem Fuß und baut eine Rampe, die der Junge benutzt, um sich in Sicherheit zu bringen. "Es ist wirklich bemerkenswert", sagt Allman, wie die Elefanten die Krise schnell eingeschätzt und zusammengearbeitet haben, um das Baby zu retten. "Es ist eine sehr hohe Funktionsweise, die nur sehr wenige Tiere können. Und", fügt er schmunzelnd hinzu, "die Menschen können es nur an guten Tagen." Die Rettung, sagt er, "fängt die Essenz von wirklich komplexem, koordiniertem Sozialverhalten ein."
Die Idee, dass Neuronen für die soziale Intelligenz von zentraler Bedeutung sind, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Der Primatologe Frans de Waal von Yerkes sagt, Allmans "extrem aufregende" Forschung füge sich in einige seiner eigenen Untersuchungen der Dickhäuterintelligenz ein. Vor zwei Jahren berichteten de Waal und zwei Mitarbeiter, dass ein Bronx Zoo-Elefant namens Happy sich im Spiegel wiedererkennen könne. Einige Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Fähigkeit, die eigene Reflexion zu erkennen, auf die Fähigkeit zur Selbsterkenntnis und sogar Empathie hinweist, nützliche Fähigkeiten in einer hochsozialen Spezies. De Waal weist darauf hin, dass nur Tiere mit von Economo-Neuronen dazu in der Lage sind.
Doch de Waal warnt auch davor, dass "bis jemand die genaue Funktion dieser Zellen feststellt, es im Grunde genommen eine Geschichte bleibt".
Allmans Gedanken über von Economo-Zellen entwickeln sich weiter. Sobald neue Daten eingehen, verwirft er erste Konzepte und integriert andere. Im Gegensatz zu dem stereotypen, vorsichtigen Wissenschaftler zögert er nicht, mutige Hypothesen auf der Grundlage einiger Beobachtungen aufzustellen. Die Theorie, dass von Economo-Neuronen der sozialen Kognition zugrunde liegen, ist kühn. Und es ist verlockend, die Zellen als einfache Erklärung für die komplexe soziale Natur unserer Spezies zu nutzen. Aber Allman weiß, dass das eine Strecke ist.
Seine Theorie hat ihre Skeptiker. Die Anthropologin Terrence Deacon von der University of California in Berkeley fragt, ob die Neuronen wirklich eine andere Art von Gehirnzellen sind oder einfach eine Variation, die in großen Gehirnen auftritt. Er sagt, dass die Unterschiede in unserem Gehirn, die uns menschlich machen, eher auf groß angelegte Veränderungen zurückzuführen sind als auf subtile Veränderungen in der Neuronenform. "Ich denke nicht, dass dies ein sehr großer Teil der Geschichte ist", sagt er über Allmans Idee. Wenn es um das Verständnis des menschlichen Gehirns geht, fügt er hinzu: "Solange wir erkennen, dass wir so wenig zu tun haben, sollten unter diesen Umständen alle Hypothesen in Betracht gezogen werden."
Punkt genommen. Aber es ist schwer, sich von Allmans Theorie nicht verführen zu lassen, wenn einige der überzeugendsten Beweise nicht aus dem Labor für Tierpathologie stammen, sondern aus der medizinischen Klinik.
William Seeley, Neurologe an der Universität von Kalifornien in San Francisco, untersucht eine schlecht verstandene neurodegenerative Erkrankung, die als frontotemporale Demenz bezeichnet wird. Patienten leiden unter einem Zusammenbruch ihres Charakters, verlieren soziale Anmut und Empathie, werden unempfindlich, unberechenbar und verantwortungslos. Ehen und Karrieren implodieren. Vielen Patienten scheint das körperliche Selbstbewusstsein zu fehlen: Wenn bei ihnen andere Krankheiten diagnostiziert werden, leugnen sie, irgendwelche Probleme zu haben. In Gehirnbildgebungsstudien an Patienten mit Demenz wurde eine Schädigung der Stirnflächen des Gehirns festgestellt.
Im Jahr 2004 hörte Seeley Allman Vortrag über von Economo-Neuronen. Als Allman durch seine PowerPoint-Folien klickte, sah Seeley, dass sich die Zellen in denselben Hirnregionen ansammelten, auf die die Demenz abzielte, ACC und FI. "Es war ein bisschen wie, Eureka", erinnert sich Seeley. Er dachte, die Zellen könnten den Forschern helfen, herauszufinden, warum diese Gebiete für Zerstörung anfällig sind. "Ich dachte auch, was für eine interessante Art, etwas über die menschliche Natur zu lernen. Vielleicht liegen die Defizite, die Patienten entwickeln, in Dingen, die einzigartig menschlich sind. Es gab also einen großen Ansturm von Ideen."
Anschließend einigten sich Seeley und Allman auf einen Kaffee, um herauszufinden, ob von Economo-Neuronen bei Menschen mit frontotemporaler Demenz beschädigt waren. Bei der Analyse des Gehirns verstorbener Patienten stellten die Wissenschaftler fest, dass tatsächlich etwa 70 Prozent der von Economo-Neuronen im ACC zerstört worden waren, während benachbarte Gehirnzellen weitgehend unberührt blieben. "Es ist sehr klar, dass das ursprüngliche Ziel der Krankheit diese Zellen sind, und wenn Sie diese Zellen zerstören, erhalten Sie den gesamten Zusammenbruch der sozialen Funktionsweise", sagt Allman. "Das ist ein wirklich verblüffendes Ergebnis, das die Funktion der Zellen so klar wie möglich zum Ausdruck bringt."
Dieses ungewöhnliche neuronale System scheint einer Menge dessen zugrunde zu liegen, was uns menschlich macht. Die Tatsache, dass Elefanten und Wale anscheinend die gleiche neuronale Hardware haben, lässt den Geist jedoch in eine andere Richtung tendieren: Unser Gehirn ähnelt möglicherweise eher dem anderer intelligenter sozialer Tiere, als wir dachten.
Ingfei Chen lebt in Santa Cruz, Kalifornien.
Der Fotograf Aaron Huey lebt in Seattle.
Die große, spindelförmige Gehirnzelle (rechts) wurde 1881 gefunden und 1926 von Constantin von Economo beschrieben und hat weniger Äste als ein typisches Neuron (links). (KK Watson, TK Jones & JM Allman / mit Genehmigung von Elsevier (2)) 
John Allman (mit seiner Kollegin Atiya Hakeem von Caltech bei der Untersuchung von Elefantenhirnproben) sucht nach einem der biologischen Schlüssel für menschliches Verhalten. (Aaron Huey) 
Es ist bekannt, dass Constantin von Economo-Neuronen in Teilen des menschlichen Gehirns auftreten, die Empfindungen und soziale Emotionen verarbeiten. (Illustration von Guilbert Gates) 
Constantin von Economo beschrieb 1926 die Neuronen im menschlichen Gehirn genau. (Oxford University Press) 
Die Untersuchung anderer Arten liefert Erkenntnisse darüber, "was uns am Gehirn menschlich macht", sagt Todd Preuss. (Jack Kearse / Emory University) 
Intelligent, sozial und ja, mit einem ausgezeichneten Gedächtnis ausgestattet, gehören Elefanten (Simba im Cleveland Metroparks Zoo, wo sie 1995 starb) zu den wenigen Tieren mit von Economo-Neuronen. (Cleveland Metroparks Zoo) 
John Allman studiert Abschnitte von Simbas Gehirn. (Aaron Huey) 
Patrick Hof erforscht, wann und wo sich von Economo-Neuronen im Primaten-Stammbaum entwickelt haben. (Michael Balter) 
John Allman mit einem Brain Slicer. (Ingfei Chen) 
John Allman schneidet hauchdünne Schnitte eines zu untersuchenden Gehirns ab. (Ingfei Chen) 
Gehirnschnittproben in John Allmans Labor. (Aaron Huey) 
Berggorillas gehören zu den Tieren, von denen bekannt ist, dass sie in komplexen Gruppen leben. (iStockphoto) 
Buckelwale sind eine andere Art, von der bekannt ist, dass sie in komplexen Gruppen leben. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Es ist bekannt, dass afrikanische Elefanten auch in komplexen Gruppen leben. Warum können sie so gut Kontakte knüpfen? Allman behauptet, ein Grund dafür seien spezialisierte von-Economo-Neuronen, die Impulse über ungewöhnlich große Gehirne zwischen Kommunikations- und Kooperationszentren beschleunigen. (iStockphoto)
