Джеральд Эдельман

Джеральд Эдельман
Рожденный	Джеральд Морис Эдельман ( 1929-07-01 ) 1 июля 1929 г. Нью-Йорк, США
Умер	17 мая 2014 г. (17 мая 2014 г.) (84 года) Ла-Хойя, Калифорния , США
Образование	Урсинус Колледж ( бакалавр ) Пенсильванский университет ( MD ) Рокфеллеровский университет ( доктор философии )
Супруг	Максин М. Моррисон ( м. 1950)
Награды	Нобелевская премия по физиологии и медицине (1972 г.).
Научная карьера
Поля	Иммунология Нейронаука Философия разума
Докторанты	Пол Дэвид Готлиб , Олаф Спорнс

Джеральд Морис Эдельман ( / ˈ ɛ d əl m ən / ; 1 июля 1929 — 17 мая 2014) — американский биолог , разделивший Нобелевскую премию 1972 года по физиологии и медицине за работу с Родни Робертом Портером над иммунной системой . Исследования Эдельмана, получившие Нобелевскую премию, касались открытия структуры молекул антител . В интервью он говорил, 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 работами по иммунной системе, за которые он получил Нобелевскую премию , и его более поздними работами в области нейробиологии и философии сознания .

Ранняя жизнь и образование

Джеральд Эдельман родился в 1929 году. в Озон-парке, Квинс, Нью-Йорк , еврейским родителям, врачу Эдварду Эдельману и Анне (урожденной Фридман) Эдельман, которая работала в сфере страхования. Он учился игре на скрипке в течение многих лет, но в конце концов понял, что у него нет внутреннего стремления, необходимого для продолжения карьеры концертирующего скрипача, и вместо этого решил заняться медицинскими исследованиями. Он учился в государственных школах Нью-Йорка, окончил среднюю школу Джона Адамса . а затем поступил в колледж Урсинус , который окончил отличием с и получил степень бакалавра в 1950 году. В 1954 году он получил степень доктора медицины на Медицинской школе Пенсильванского университета .

Карьера

После года работы в Фонде медицинской физики Джонсона Эдельман стал резидентом Массачусетской больницы общего профиля ; затем он занимался медицинской практикой во Франции, одновременно служа в Медицинском корпусе армии США . В 1957 году Эдельман поступил в Институт медицинских исследований Рокфеллера в качестве аспиранта, работая в лаборатории Генри Канкеля и получив 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 регуляции первичных клеточных процессов , в частности контроля роста клеток и развития многоклеточных организмов , сосредоточив внимание на межклеточных взаимодействиях на ранних стадиях эмбрионального развития , а также на формировании и функционировании. нервной системы. Эти исследования привели к открытию молекул клеточной адгезии (CAM), которые управляют фундаментальными процессами, которые помогают животному обрести свою форму и форму, и с помощью которых строится нервная система. Одним из наиболее значительных открытий, сделанных в ходе этих исследований, является то, что ген- предшественник молекулы адгезии нервных клеток дал начало в эволюции всей молекулярной системе адаптивного иммунитета .

За свои усилия Эдельман был избран членом Американской академии искусств и наук (1968 г.) и Американского философского общества (1977 г.).

Нобелевская премия

Во время службы в армии в Париже Эдельман прочитал книгу, которая пробудила в нем интерес к антителам . Он решил, что, поскольку в книге так мало говорится об антителах, он продолжит их исследование по возвращении в Соединенные Штаты, что побудило его изучать физическую химию для защиты докторской степени в 1960 году. Исследования Эдельмана и его коллег, а также Родни Роберта Портера в начале 1960-х годов привели к фундаментальным прорывам в понимании химической структуры антител, открыв дверь для дальнейших исследований. За эту работу Эдельман и Портер получили 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:

Значение открытий Эдельмана и Портера объясняется тем, что они дали ясное представление о строении и механизме действия группы биологически особо важных веществ. Тем самым они заложили прочную основу для действительно рациональных исследований, чего раньше в значительной степени не хватало в иммунологии. Их открытия представляют собой явно прорыв, который сразу же вызвал бурную исследовательскую деятельность во всем мире во всех областях иммунологической науки, дающую результаты, имеющие практическое значение для клинической диагностики и терапии.

Дисульфидные связи

Диаграмма, показывающая дисульфидные связи (красный), соединяющие легкие (зеленый) и тяжелые (синий) белковые субъединицы молекул иммуноглобулина G (IgG). Эта диаграмма также иллюстрирует относительное положение вариабельного (V) и константного (C) доменов молекулы IgG. Вариабельные области тяжелой и легкой цепи объединяются, образуя сайты связывания антигена на концах двух симметричных плеч антитела.

Ранние исследования Эдельмана структуры белков антител показали, что дисульфидные связи связывают субъединицы белка. Белковые субъединицы антител бывают двух типов: более крупные тяжелые цепи и более мелкие легкие цепи. Две легкие и две тяжелые цепи соединены дисульфидными связями, образуя функциональное антитело.

Молекулярные модели структуры антител

Используя экспериментальные данные своих собственных исследований и работ других, Эдельман разработал молекулярные модели белков антител. Ключевой особенностью этих моделей стала идея о том, что антигенсвязывающие домены антител ( Fab ) включают аминокислоты как из легкой , так и из тяжелой субъединицы белка. Межцепочечные дисульфидные связи помогают соединить две части антигенсвязывающего домена.

Секвенирование антител

Эдельман и его коллеги использовали бромциан и протеазы для фрагментации субъединиц белка 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 г.) это была самая большая полная последовательность белка, которая когда-либо была определена. Доступность аминокислотных последовательностей белков антител позволила признать тот факт, что организм может производить множество различных белков антител со схожими константными областями антител и расходящимися вариабельными областями антител .

Топобиология

Топобиология — это теория Эдельмана, которая утверждает, что морфогенез управляется дифференциальными адгезионными взаимодействиями между гетерогенными популяциями клеток, и объясняет, как отдельная клетка может дать начало сложному многоклеточному организму. Как предположил Эдельман в 1988 году, топобиология — это процесс, который формирует и поддерживает дифференцированные ткани и достигается за счет энергетически выгодной сегрегации клеток посредством гетерологичных клеточных взаимодействий.

Теория сознания

Смотрите также: Вторичное сознание

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) и «Вторая природа: наука о мозге и человеческое знание» (2007).

В книге «Вторая природа» Эдельман определяет человеческое сознание как:

«...то, что вы теряете, входя в глубокий сон без сновидений... глубокую анестезию или кому... что вы обретаете после выхода из этих состояний. [] Опыт единой сцены, состоящий из различных сенсорных реакций... воспоминаний. .. ситуативность..."

Первая из технических книг Эдельмана «Внимательный мозг» (1978). развивает свою теорию нейронного дарвинизма , которая построена на идее пластичности нейронной сети в ответ на воздействие окружающей среды. Вторая книга «Топобиология» (1988 г.) новорожденного предлагает теорию того, как первоначальная нейронная сеть мозга устанавливается во время развития эмбриона . Вспомнившееся настоящее (1990) содержит расширенное изложение его теории сознания .

В своих книгах Эдельман предложил биологическую теорию сознания, основанную на исследованиях иммунной системы. Он явно основывает свою теорию на Чарльза Дарвина теории естественного отбора , цитируя ключевые положения дарвиновской теории народонаселения, которая постулирует, что индивидуальные вариации внутри вида обеспечивают 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 , которая сравнивает функции мозга с работой компьютера. Эдельман утверждал, что разум и сознание — это чисто биологические явления, возникающие в результате сложных клеточных процессов внутри мозга, и что развитие сознания и интеллекта можно объяснить теорией Дарвина.

Теория Эдельмана пытается объяснить сознание с точки зрения морфологии мозга. Мозг состоит из огромной популяции нейронов (около 100 миллиардов клеток), каждая из которых имеет огромное количество синаптических связей с другими нейронами. В ходе развития подмножество связей, переживших начальные фазы роста и развития, образует примерно 100 триллионов связей друг с другом. Образец мозговой ткани размером со спичечную головку содержит около миллиарда связей, и если мы рассмотрим, как эти нейронные связи могут по-разному комбинироваться, количество возможных перестановок становится гиперастрономическим – порядка десяти, за которыми следуют миллионы нулей. . Молодой мозг содержит гораздо больше нервных связей, чем в конечном итоге доживет до зрелости, и Эдельман утверждал, что эта избыточная способность необходима, потому что нейроны — единственные клетки в организме, которые не могут быть обновлены, и потому что только те сети, которые лучше всего приспособлены к своей конечной цели, будут выбираются по мере их организации в нейронные группы.

Нейронный дарвинизм

Теория Эдельмана о групповом отборе нейронов, также известная как « нейронный дарвинизм », имеет три основных принципа — эволюционный отбор, экспериментальный отбор и повторный вход.

1. Отбор в процессе развития . Формирование общей анатомии мозга контролируется генетическими факторами, но у любого человека связь между нейронами на синаптическом уровне и их организация в функциональные группы нейронов определяется соматическим отбором во время роста и развития. Этот процесс порождает огромную изменчивость нейронных цепей — как отпечатки пальцев или радужная оболочка глаз , ни у одного человека не будет одинаковых синаптических структур в любой сопоставимой области мозговой ткани. Их высокая степень функциональной пластичности и необычайная плотность их взаимосвязей позволяют группам нейронов 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 других групп.
2. Эмпирический отбор . Перекрывая первоначальный рост и развитие мозга и продолжаясь на протяжении всей жизни человека, непрерывный процесс синаптического отбора происходит в различных репертуарах групп нейронов. Этот процесс может усиливать или ослаблять связи между группами нейронов и сдерживается ценностными сигналами, возникающими в результате активности восходящих систем мозга, которые постоянно модифицируются в результате успешных результатов. Эмпирический отбор порождает динамические системы, которые могут «сопоставлять» сложные пространственно-временные события, происходящие от органов чувств, систем тела и других групп нейронов мозга, на другие выбранные группы нейронов. Эдельман утверждает, что этот динамический процесс отбора прямо аналогичен процессам отбора, которые действуют на популяции особей видов, а также указывает на то, что эта функциональная пластичность является обязательной, поскольку даже огромных возможностей кодирования всего человеческого генома недостаточно, чтобы явно указать астрономически сложные синаптические структуры развивающегося мозга.
3. Возвращение в атмосферу
   Основная статья: Возвращение (нейронная схема)
   — концепция реентерабельной передачи сигналов между группами нейронов. Он определяет повторный вход как непрерывный рекурсивный динамический обмен сигналами, который происходит параллельно между картами мозга и который постоянно связывает эти карты друг с другом во времени и пространстве ( клип из фильма : Эдельман демонстрирует спонтанное формирование групп среди нейронов с реентерабельными связями). Операции повторного входа зависят от сложных сетей массивно параллельных реципрокных связей внутри и между группами нейронов, которые возникают в результате процессов отбора на основе опыта и развития, описанных выше. Эдельман описывает повторный вход как «форму продолжающегося отбора высшего порядка... которая, по-видимому, уникальна для мозга животных» и что «нет другого объекта в известной вселенной, который так полностью отличался бы повторяющимися схемами, как человеческий мозг».

Теория эволюции

Эдельман и Галли были первыми, кто указал на распространенность вырождения в биологических системах и на фундаментальную роль, которую вырождение играет в содействии эволюции.

Более поздняя карьера

Эдельман основал и руководил Институтом нейронаук , 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 «Диалог мировых знаний».

Эдельман был членом консультативного совета Фестиваля науки и техники США .

Персональный

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

Здоровье и смерть

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

Библиография

• Нейронный дарвинизм : теория отбора групп нейронов (Basic Books, Нью-Йорк, 1987). ISBN   0-19-286089-5
• Топобиология: введение в молекулярную эмбриологию (Basic Books, 1988, переиздание 1993 г.) ISBN   0-465-08653-5
• Вспомнившееся настоящее: биологическая теория сознания (Basic Books, Нью-Йорк, 1990). ISBN   0-465-06910-X
• Яркий воздух, яркий огонь: о вопросах разума (Basic Books, 1992, переиздание 1993 г.). ISBN   0-465-00764-3
• Мозг , Эдельман и Жан-Пьер Чанже, редакторы (Transaction Publishers, 2000). ISBN   0-7658-0717-3
• Вселенная сознания : как материя становится воображением , Эдельман и Джулио Тонони , соавторы (Basic Books, 2000, переиздание 2001 г.). 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 человеческие знания (издательство Йельского университета, 2006 г.) ISBN   0-300-12039-7

См. также

• Биологически вдохновленные вычисления
• Воплощенная философия
• Воплощенное познание
• Возвращение (нейронная схема)
• Список лауреатов Нобелевской премии
• Список еврейских нобелевских лауреатов

Дальнейшее чтение

• Смоляр, Стивен В. (1994), «Обзор Г. М. Эдельмана (рецензия на книгу)» , в книге Уильяма Дж. Клэнси; Стивен В. Смоляр; Марк Стефик (ред.), Созерцание разума: форум искусственного интеллекта , Массачусетс: Массачусетский технологический институт, стр. 431–446, ISBN.  978-0-262-53119-1 , получено 21 мая 2010 г. (первоначально опубликовано в журнале Artificial Intelligence 39 (1989) 121–139.)

Внешние ссылки

• Джеральд Эдельман рассказывает историю своей жизни в Web Of Stories
• Исследовательский институт Скриппса - факультет: Джеральд Эдельман. Архивировано 9 января 2011 года в Wayback Machine.
• Джеральд М. Эдельман на Nobelprize.org
• «Эволюция вашего мозга: Джеральд Эдельман говорит, что выживают только наиболее приспособленные нейроны», интервью журналу Discover Magazine , июль 2007 г.
• «Доктор мозга: доктор Джеральд Эдельман — гений на духовном пути» — профиль в San Diego Jewish Journal , октябрь 2007 г.
• «От динамики мозга к сознанию». Архивировано 6 января 2012 г., в Wayback Machine , видео, лекция IBM по когнитивным вычислениям, июнь 2006 г., неактивно по состоянию на
• Фонд Джеффри Эпштейна VI , 15 июня 2013 г.
• Эдельман Джеральд Нобелевские светила — еврейские лауреаты Нобелевской премии, на веб-сайте Бейт-Хатфуцот — Музея еврейского народа .