Neurony vřetena nebo neurony von Economo (pojmenované po svém objeviteli Constantinu von Economo [1] ), popsané v roce 1929, jsou zvláštní třídou neuronů . Vyznačují se velkým vřetenovitým tělem, postupně se zužujícím do jediného apikálního axonu na jednom konci a jediného dendritu na opačném konci. Kromě toho, že u jiných typů neuronů je pravděpodobnější, že mají velké množství dendritů, je polární tvar vřetenovitých neuronů jedinečný. Nacházejí se pouze ve dvou velmi omezených oblastech homininového mozku.: v přední cingulární kůře (ACC) a ve frontoinsulárním kortexu. Nedávno byly tyto neurony nalezeny také v lidském dorzolaterálním prefrontálním kortexu [2] . Vřetenové buňky se také nacházejí v mozcích keporkaků , plejtváků , kosatek , vorvaně [3] [4] , delfínů skákavých , šedých delfínů , velryb běluhových , [5] slonů afrických a indických . [6]
Neurony vřetena jsou velmi velké buňky ve srovnání s jinými mozkovými buňkami a umožňují rychlý proces přenosu informací přes relativně velký mozek homininů, proboscis a kytovců. Někteří vědci se domnívají, že hrají důležitou roli v různých schopnostech učení a poruchách, většinou jedinečných pro lidi, od náchylnosti k savant syndromu a dokonalému sluchu až po dyslexii a autismus .
Skutečnost, že neurony vřetena se nacházejí pouze ve skupině vysoce organizovaných zvířat (z lidského hlediska), vedla ke spekulacím o velkém významu těchto neuronů v lidské evoluci a funkci mozku. Skutečnost, že mezi všemi primáty je mají pouze antropoidi, vede k hypotéze, že se vyvinuli nejdříve před 15–20 miliony let, před oddělením orangutanů od afrických antropoidů. Objev vřetenových neuronů u různých druhů kytovců [4] [5] zase vede k domněnce, že se může jednat o nepostradatelnou nervovou adaptaci ve velmi velkém mozku, umožňující rychlé zpracování informací a přenos vysoce specifických mentálních reprezentací. které umožňují rozvoj sociálního chování [5] Str. 254 . Přítomnost těchto neuronů v mozcích těchto druhů tuto teorii podporuje. Existence těchto specializovaných neuronů v mozcích pouze extrémně inteligentních savců by mohla být příkladem konvergentní evoluce .. [7]
V roce 1999 neurolog profesor John Allman a jeho kolegové z Kalifornského technologického institutu poprvé publikovali zprávu o vřetenovitých neuronech specifických pouze pro hominidní ACC. U lidí a šimpanzů bylo nalezeno více vřetenových neuronů než u orangutanů a relativně větších goril.
Allman a kolegové [8] museli studovat mozek na buněčné úrovni, aby prozkoumali, jak neurony vřetena fungují na strukturální úrovni, se zaměřením na jejich roli jako „kontrolorů“ emocí . Allmanův tým zjistil, že neurony vřetena pomáhají přenášet nervové signály z hlubokého nitra kůry do relativně vzdálených částí mozku.
Byl to Allmanův tým, kdo zjistil [9] , že signály z ACC jsou směrovány do 10. Brodmannovy oblasti, předního prefrontálního kortexu, kde se předpokládá, že probíhá regulace kognitivní disonance (řešení konfliktů mezi volbami). Podle Allmana toto neurální relé s největší pravděpodobností zprostředkovává motivaci jednat a souvisí s detekcí chyb. Sebekontrola a vyhýbání se chybám jsou tedy usnadněny výkonnou omezující funkcí ACC jako regulátoru interferenčního vzoru nervových signálů mezi těmito dvěma částmi mozku.
U lidí vedou silné emoce k aktivaci ACC a ACC přenáší nervové signály přijaté z amygdaly (centra primárního zpracování emocí) do frontální kůry. Možná fungují jako druh čočky, která soustřeďuje složitý vzorec interference nervových signálů. ACC je také aktivní při posuzování, diskriminaci a úlohách zjišťování chyb. Při řešení obtížných problémů nebo se silnými emocemi (láska, hněv nebo vášeň) je AUC více vzrušený. Studie zobrazování mozku ukázaly, že AUC je zvláště aktivní, když matka slyší pláč dítěte. To zdůrazňuje důležitou roli PPC v sociální vnímavosti.
ACC je relativně stará oblast kůry. Je spojena s mnoha funkcemi autonomního systému , včetně motorických a trávicích funkcí, stejně jako hraje roli v regulaci krevního tlaku a srdeční frekvence. Významná role ACC a frontoinsulárního kortexu ve vůni a chuti byla během nedávné evoluce pro ně ztracena (možná proto, aby mohli lépe hrát své rozpoznávací role, od plánování akcí a sebeuvědomění až po hraní rolí a lhaní ). Snížené čichové schopnosti lidí ve srovnání s jinými primáty mohou být způsobeny tím, že neuronům vřeténka lokalizovaným v klíčových neuronálních centrech zbyly pouze dva procesy, ne mnoho; v důsledku toho došlo k poklesu neurologické integrace.
Na sjezdu Neurologické společnosti v roce 2003 Allman informoval o vřetenových buňkách, které jeho tým našel v jiné oblasti mozku: frontoinsulárním kortexu. Je zřejmé, že u lidí tato oblast prošla významnými evolučními adaptacemi, možná ne více než před 100 000 lety.
Frontoinsulární kůra úzce souvisí s insulou, oblastí zhruba velikosti palce v každé hemisféře lidského mozku. Insulární lalok a frontoinsulární kůra jsou části orbitofrontální kůry. Zde se nacházejí komplexní neuronové sítě spojené s prostorovým uvědoměním a dotykem a předpokládá se, že se vytváří a realizuje pocit sebeuvědomění a komplexní emoce. Tato oblast v pravé hemisféře je navíc klíčová pro orientaci a vnímání trojrozměrného prostoru.
Nejvíce vřetenovitých neuronů přední cingulární kůry bylo nalezeno v lidském těle, méně u malých opic a ještě méně u velkých. U lidí a bonobů se často nacházejí ve shlucích 3-6. Analýza vrstvy V ACC hominidů ukázala, že průměrný počet těchto neuronů u orangutanů v ACC je přibližně 9 na řez; jsou vzácné, tvoří 0,6 % všech buněk v řezu. Gorily jich mají asi 22, to znamená, že jsou běžnější, tvoří 2,3 %; šimpanzi jich mají asi 37, jsou hojní, tvoří 3,8 %; u trpasličích šimpanzů - asi 68, jsou hojní a shromážděni ve shlucích, tvoří 4,8 %; u lidí - asi 89, jsou také hojné a shromážděné ve shlucích, tvoří 5,6%. [deset]
U všech studovaných primátů bylo více vřetenových neuronů ve fronto-insulárním kortexu v pravé hemisféře než v levé. Přestože bylo v ACC nalezeno více neuronů vřetena u šimpanzů a bonobů, počet těchto neuronů ve fronto-insulárním kortexu byl mnohem vyšší u goril (údaje pro orangutany dosud nebyly získány). Dospělý člověk má těchto buněk 82 855, gorila 16 710 a malý šimpanz jich nemá více než 1 808, a to navzdory skutečnosti, že šimpanzi a šimpanzi trpaslíci mají mnohem blíže k lidem.
Neurony vřetena jsou lokalizovány v dorzolaterálním prefrontálním kortexu u lidí [2] a slonů [6] . U lidí jsou ve vyšší koncentraci zaznamenány v 9. Brodmannově oblasti, většinou izolované nebo ve shlucích po dvou, zatímco v 24. Brodmannově oblasti se nacházejí převážně ve shlucích 2-4. [2]
Abnormální vývoj neuronů vřetena může být spojen s několika patologiemi, obvykle charakterizovanými zkreslením reality, narušeným myšlením, narušenou řečí a stažením ze sociálního kontaktu. Změna těchto neuronů by mohla způsobit schizofrenii a Alzheimerovu chorobu , ale výzkum těchto vztahů zůstává v rané fázi.
Studie na lidech ukazují, že neurony vřeténka jsou zvláště náchylné k smrti při Alzheimerově chorobě: až 60 % neuronů vřeténka v přední cingulární kůře může zemřít. Tyto buňky jsou také postiženy u frontotemporální demence.