Джеральд Эдельман - Gerald Edelman

Джеральд Эдельман
Профессор Джеральд М. Эдельман (обрезано) .jpg
Джеральд М. Эдельман в 2010 году.
Родился
Джеральд Морис Эдельман

( 1929-07-01 )1 июля 1929 г.
Умер 17 мая 2014 г. (2014-05-17)(84 года)
Национальность Американец
Альма-матер Ursinus Колледж , Университет Пенсильвании школы медицины , Университета Рокфеллера
Супруг (а) Максин М. Моррисон (м. 1950; 3 ребенка)
Награды Нобелевская премия по физиологии и медицине 1972 г.
Научная карьера
Поля Иммунология
Неврология
Философия разума
Докторанты Пол Дэвид Готтлиб

Gerald Maurice Edelman ( / ɛ d əl м ən / ; 1 июля 1929 - 17 мая 2014) был американским биологом , который разделил 1972 Нобелевскую премию по физиологии и медицине за работу с Родни Роберт Портер на иммунную систему . Исследование Эдельмана, удостоенное Нобелевской премии, касалось открытия структуры молекул антител . В интервью он сказал, что то, как компоненты иммунной системы развиваются в течение жизни человека, аналогично тому, как компоненты мозга развиваются в течение жизни. Таким образом, существует преемственность между его работой по иммунной системе, за которую он получил Нобелевскую премию , и его более поздними работами в области нейробиологии и философии разума .

Ранние годы

Джеральд Эдельман родился в 1929 году в Озон-Парке, Квинс, Нью-Йорк , в семье евреев , врача Эдварда Эдельмана и Анны (урожденной Фридман) Эдельман, которые работали в страховой отрасли. Он учился игре на скрипке в течение многих лет, но в конце концов понял, что у него нет внутреннего стремления, необходимого для продолжения карьеры концертного скрипача, и вместо этого решил заняться медицинскими исследованиями. Он посещал государственные школы в Нью - Йорке, окончив Джона Адамса средней школы и собирается в колледж в Пенсильвании , где он закончил с отличием с BS от Урсинус колледжа в 1950 году и получил MD из Университета Пенсильвании школы медицины в 1954 году .

Карьера

Через год на Джонсона Фонда медицинской физики, Эдельман стал резидентом в Massachusetts General Hospital ; Затем он занимался медициной во Франции, когда служил в Медицинском корпусе армии США . В 1957 году Эдельман поступил в Институт медицинских исследований Рокфеллера в качестве аспиранта, работал в лаборатории Генри Кункеля и получил степень доктора философии. в 1960 году. Институт назначил его помощником (позже заместителем) декана аспирантуры; он стал профессором школы в 1966 году. В 1992 году он переехал в Калифорнию и стал профессором нейробиологии в Исследовательском институте Скриппса .

После получения Нобелевской премии Эдельман начал исследования в области регуляции первичных клеточных процессов , в частности, контроля клеточного роста и развития многоклеточных организмов , уделяя особое внимание межклеточным взаимодействиям на раннем этапе эмбрионального развития, а также в формировании и функционировании. нервной системы. Эти исследования привели к открытию молекул клеточной адгезии (CAM), которые управляют фундаментальными процессами, которые помогают животному достичь своей формы и формы, и с помощью которых строятся нервные системы. Одно из наиболее значительных открытий, сделанных в этом исследовании, заключается в том, что ген- предшественник молекулы адгезии нервных клеток дал начало всей молекулярной системе адаптивного иммунитета .

Нобелевская премия

Во время службы в армии в Париже Эдельман прочитал книгу, которая пробудила его интерес к антителам . Он решил, что, поскольку в книге так мало говорится об антителах, он продолжит их изучение по возвращении в Соединенные Штаты, что привело его к изучению физической химии для получения докторской степени в 1960 году. Исследования Эдельмана и его коллег и Родни Роберта Портера в начале 1960-х годов привели к фундаментальным открытиям в понимании химической структуры антител, открыв дверь для дальнейших исследований. За эту работу Эдельман и Портер разделили Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 1972 году.

В своем пресс-релизе о Нобелевской премии 1972 года Каролинский институт назвал работу Эдельмана и Портера крупным прорывом:

Влияние открытий Эдельмана и Портера объясняется тем, что они дали четкое представление о структуре и способе действия группы биологически особо важных веществ. Этим они заложили прочную основу для действительно рациональных исследований, чего раньше в значительной степени недоставало иммунологии. Их открытия, несомненно, представляют собой прорыв, который сразу же вызвал бурную исследовательскую деятельность во всем мире во всех областях иммунологической науки, дав результаты, имеющие практическое значение для клинической диагностики и терапии.

Дисульфидные связи

Диаграмма, иллюстрирующая дисульфидные связи (красный), которые связывают легкую (зеленый) и тяжелую (синий) белковые субъединицы молекул иммуноглобулина G (IgG). Эта диаграмма также иллюстрирует относительные положения вариабельного (V) и константного (C) доменов молекулы IgG. Вариабельные области тяжелой и легкой цепей объединяются, образуя сайты связывания антигена на концах двух симметричных плеч антитела.

Ранние исследования Эдельмана структуры белков антител показали, что дисульфидные связи связывают белковые субъединицы. Белковые субъединицы антител бывают двух типов: тяжелые цепи большего размера и легкие цепи меньшего размера. Две легкие и две тяжелые цепи связаны дисульфидными связями с образованием функционального антитела.

Молекулярные модели структуры антител

Используя экспериментальные данные своего собственного исследования и работы других, Эдельман разработал молекулярные модели белков антител. Ключевой особенностью этих моделей была идея о том, что антигенсвязывающие домены антител ( Fab ) включают аминокислоты как из легких, так и из тяжелых белковых субъединиц. Межцепочечные дисульфидные связи помогают объединить две части антигенсвязывающего домена.

Секвенирование антител

Эдельман и его коллеги использовали цианогенбромид и протеазы для фрагментации белковых субъединиц антитела на более мелкие части, которые можно было проанализировать для определения их аминокислотной последовательности . В то время, когда была определена первая полная последовательность антитела (1969), это была самая большая полная последовательность белка, которую когда-либо определяли. Доступность аминокислотных последовательностей белков антител позволила признать тот факт, что организм может продуцировать множество различных белков антител со сходными константными областями антител и дивергентными вариабельными областями антител .

Топобиология

Топобиология - это теория Эдельмана, которая утверждает, что морфогенез обусловлен различными адгезивными взаимодействиями между гетерогенными популяциями клеток, и объясняет, как одна клетка может дать начало сложному многоклеточному организму. Как было предложено Эдельманом в 1988 году, топобиология - это процесс, который формирует и поддерживает дифференцированные ткани и приобретается за счет энергетически благоприятной сегрегации клеток через гетерологичные клеточные взаимодействия.

Теория сознания

В своей более поздней карьере Эдельман был известен своей теорией сознания , задокументированной в трилогии технических книг и в нескольких последующих книгах, написанных для широкой аудитории, включая « Яркий воздух», «Блестящий огонь» (1992), «Вселенная сознания» (2001, с Джулио Тонони ), « Шире, чем небо» (2004 г.) и « Вторая природа: наука о мозге и человеческие знания» (2007 г.).

В Second Nature Эдельман определяет человеческое сознание как:

«... что вы теряете при входе в глубокий сон без сновидений ... глубокую анестезию или кому ... что вы восстанавливаете после выхода из этих состояний. [] переживание единой сцены, состоящей из различных сенсорных реакций ... воспоминаний. .. расположение ... "

Первая из технических книг Эдельмана, Mindful Brain (1978), развивает его теорию нейронного дарвинизма , которая построена на идее пластичности нейронной сети в ответ на окружающую среду. Вторая книга, « Топобиология» (1988), предлагает теорию того, как первоначальная нейронная сеть мозга новорожденного устанавливается во время развития эмбриона . «Запоминающееся настоящее» (1990) содержит развернутое изложение его теории сознания .

В своих книгах Эдельман предложил биологическую теорию сознания, основанную на его исследованиях иммунной системы. Он явно поместил свою теорию в Теорию естественного отбора Чарльза Дарвина , сославшись на ключевые положения теории популяций Дарвина, которая постулирует, что индивидуальная изменчивость внутри вида обеспечивает основу для естественного отбора, который в конечном итоге приводит к эволюции новых видов. Он явно отверг дуализм, а также отверг новые гипотезы, такие как так называемая «вычислительная» модель сознания , в которой функции мозга сравниваются с операциями компьютера. Эдельман утверждал, что разум и сознание - это чисто биологические явления, возникающие в результате сложных клеточных процессов в мозгу, и что развитие сознания и интеллекта можно объяснить с помощью теории Дарвина.

Теория Эдельмана пытается объяснить сознание с точки зрения морфологии мозга. Мозг новорожденного ребенка состоит из огромной популяции нейронов (примерно 100 миллиардов клеток), и те, которые выживают на начальных этапах роста и развития, будут иметь примерно 100 триллионов связей друг с другом. Образец ткани мозга размером со спичечную головку содержит около миллиарда соединений, и если мы рассмотрим, как эти нейронные связи могут быть по-разному скомбинированы, количество возможных перестановок станет сверхастрономическим - в порядке десяти, за которым следуют миллионы нулей. . Молодой мозг содержит гораздо больше нейронов, чем в конечном итоге доживет до зрелости, и Эдельман утверждал, что эта избыточная емкость необходима, потому что нейроны - единственные клетки в организме, которые не могут быть обновлены, и потому что только те клетки и сети, которые лучше всего приспособлены к их конечной цели, будут выбираться по мере их организации в нейронные группы.

Нейронный дарвинизм

Теория Эдельмана о групповом отборе нейронов, известная также как « нейронный дарвинизм », включает три основных принципа - отбор в процессе развития, экспериментальный отбор и повторный вход.

  1. Отбор развития - формирование общей анатомии мозга контролируется генетическими факторами, но у любого человека связь между нейронами на синаптическом уровне и их организация в функциональные нейронные группы определяется соматическим отбором во время роста и развития. Этот процесс порождает огромное разнообразие нейронных цепей - как отпечаток пальца или радужная оболочка , у двух людей не будет абсолютно одинаковых синаптических структур в любой сопоставимой области ткани мозга. Их высокая степень функциональной пластичности и необычайная плотность их взаимосвязей позволяет нейронным группам самоорганизовываться во множество сложных и адаптируемых «модулей». Они состоят из множества различных типов нейронов, которые обычно более тесно и плотно связаны друг с другом, чем с нейронами в других группах.
  2. Экспериментальный отбор - перекрывая начальный рост и развитие мозга и распространяясь на всю жизнь человека, непрерывный процесс синаптического отбора происходит в разнообразных репертуарах нейронных групп. Этот процесс может усиливать или ослаблять связи между группами нейронов, и он ограничивается ценностными сигналами, которые возникают в результате активности восходящих систем мозга, которые постоянно модифицируются успешным выходом. Экспериментальный отбор генерирует динамические системы, которые могут «отображать» сложные пространственно-временные события от органов чувств, систем тела и других нейронных групп в головном мозге на другие выбранные нейронные группы. Эдельман утверждает, что этот динамический селективный процесс прямо аналогичен процессам отбора, которые действуют на популяции особей в виде видов, и он также указывает, что эта функциональная пластичность является обязательной, поскольку даже обширная кодирующая способность всего человеческого генома недостаточна для того, чтобы явно указать астрономически сложные синаптические структуры развивающегося мозга.
  3. Возвращение - концепция реентерабельной передачи сигналов между группами нейронов. Он определяет повторный вход как продолжающийся рекурсивный динамический обмен сигналами, который происходит параллельно между картами мозга и который непрерывно связывает эти карты друг с другом во времени и пространстве ( видеоролик : Эдельман демонстрирует спонтанное групповое формирование среди нейронов с повторно входящими связями). Повторный вход зависит от его операций в запутанных сетях массивно параллельных взаимных связей внутри и между нейронными группами, которые возникают в результате процессов эволюционного и эмпирического отбора, описанных выше. Эдельман описывает повторное вхождение как «форму продолжающегося отбора более высокого порядка ... который кажется уникальным для мозга животных» и что «нет другого объекта в известной вселенной, столь полностью отличающегося возвратной схемой, как человеческий мозг».

Теория эволюции

Эдельман и Галли первыми указали на повсеместное распространение вырождения в биологических системах и на фундаментальную роль, которую вырождение играет в облегчении эволюции.

Более поздняя карьера

Эдельман основал и руководил Институтом неврологии , некоммерческим исследовательским центром в Сан-Диего, который в период с 1993 по 2012 год изучал биологические основы высших функций мозга у людей. Он входил в научный совет проекта World Knowledge Dialogue.

Эдельман был членом Консультативного совета Фестиваля науки и техники США .

Личное

Эдельман женился на Максин М. Моррисон в 1950 году. У них двое сыновей, Эрик, визуальный художник из Нью-Йорка, и Дэвид, адъюнкт-профессор нейробиологии в Университете Сан-Диего . Их дочь Джудит Эдельман - музыкант- блюграсс , записывающийся исполнитель и писатель. Некоторые наблюдатели отметили, что персонаж Ричарда Пауэрса « Создатель эха» может быть кивком Эдельману.

Здоровье и смерть

Позже у него был рак простаты и болезнь Паркинсона . Эдельман умер 17 мая 2014 года в Ла-Хойя, Калифорния , в возрасте 84 лет.

Библиография

  • Нейронный дарвинизм : теория отбора нейронных групп (Basic Books, Нью-Йорк, 1987). ISBN  0-19-286089-5
  • Топобиология: Введение в молекулярную эмбриологию (Основные книги, 1988, переиздание, 1993) ISBN  0-465-08653-5
  • Запоминающееся настоящее: биологическая теория сознания (Basic Books, Нью-Йорк, 1990). ISBN  0-465-06910-X
  • Яркий воздух, блестящий огонь: о материи разума (Basic Books, 1992, Reprint edition 1993). ISBN  0-465-00764-3
  • The Brain , Эдельман и Жан-Пьер Шенжукс, редакторы, (Transaction Publishers, 2000). ISBN  0-7658-0717-3
  • Вселенная сознания : как материя становится воображением , Эдельман и Джулио Тонони , соавторы, (Basic Books, 2000, Reprint edition 2001). ISBN  0-465-01377-5
  • Шире, чем небо : феноменальный дар сознания (Yale Univ. Press 2004) ISBN  0-300-10229-1
  • Вторая природа: наука о мозге и человеческое знание (Yale University Press, 2006) ISBN  0-300-12039-7

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение

внешние ссылки