Den relativa fördelen med att ha ett prefrontalcortex.

Enligt Wikipedia är ett troll en person som avsiktligt sår split genom att provocera fram känslomässiga svar, gräl eller ofruktsamma diskussioner. Enligt denna definition var förra seklets skickligaste troll med största sannolikhet B.F. Skinner. 1980 publicerade han resultat från ett försök under den ärketrolliga rubriken Symbolic Communication Between Two Pigeons, i vilket han påstod sig ha observerat symboliskt språk hos duvor. I experimentet tränades "two moderately hungry adult pigeons named Jack and Jill" att "fråga" den andra duvan vilken färg en lysande lampa hade och att svara - genom att trycka på knappar som tände andra lampor - och belönades med mat om båda duvor frågat och svarat på ett korrekt sätt. Hur duvorna hade lyckats förmedla till forskarna att de hette Jack och Jill framgick inte. De ytliga likheterna mellan duvornas tryckande på knappar och symbolsystemen i kända språk väckte frågan om allt som går som en anka och kvackar som en anka kan svara på frågor om hur det är att vara anka. Att kunna associera tecken till objekt är inte tillräckligt för att räknas som ett äkta symbolssystem och så mycket svårare eller fler associationer än de ovan beskrivna klarar duvor inte av, men varför gör de inte det?

Det absolut mest grundläggande tipset för att som aspirerar på språk och medvetande verkar vara att ha ett neocortex, vilket råkar vara en definierande egenskap för däggdjur. Neocortex skiljer sig från andra kortikala strukturer, sammanfattade under namnet allocortex, genom att vara arrangerat i sex mer eller mindre distinkta lager, istället för fyra eller fem. Detta ger däggdjurshjärnor vad som lite slarvigt kan kallas för ett större beräkningsdjup. Däggdjur har i och för sig också större hjärnor i förhållande till kroppsvikt, men den stora innovationen är att en neocortikal kollumn helt enkelt har större beräkningskraft än motsvarande segment av allocortex. Skillnaden mellan människors och duvors hjärnor är med andra ord inte bara en fråga om kvantitet utan är också rent kvalitativ, vilket bland annat förklarar varför de sistnämnda har så svårt att förklara för hederligt folk att de heter Jack och Jill.

Mammals have a cerebral cortex qualitatively similar to ours, though, with rare exceptions, much smaller. Some exhibit intelligence and a learned behaviour and are moved by feelings and moods, even with emotional attachment and understanding. So we must give them some feelings and qualia such as we humans experience even though it cannot be rationally established[.] JC Eccles. 

Följdfrågan blir då, hur skiljer sig neocortex åt mellan olika däggdjur i sin förmåga att behandla symboliska system och liknande abstrakta beräkningar? Korbinian Brodmann himself spekulerade i sin Vergleichende Lokalisationslehre der Grosshimrinde att ett område som kom att kallas prefrontalcortex (eller PFC) var essentiell och unik för primater. Detta områdes distinkta struktur, menade han, var orsaken till att primater verkade ha förmågor andra däggdjur saknade, vilket sammanföll med att något område med liknande struktur inte återfinns hos t.ex. gnagare eller kattdjur. Denna hypotes stärktes av att människor med skador i denna del av hjärnan, bland annat den mest välkända neurologpatienten i historien Phineas Gage, visats få defekter i egenskaper som betraktats som typiskt mänskliga, som självbehärskning och planering. Gage, vars prefrontalcortex utplånats i en olycka vid ett järnvägsarbete, beskrevs av sin läkare John Harlow som något av ett mellanting mellan djur och människa:

The equilibrium or balance, so to speak, between his intellectual faculties and animal propensities, seems to have been destroyed. He is fitful, irreverent, indulging at times in the grossest profanity (which was not previously his custom), manifest­ing but little deference for his fellows, impatient of restraint or advice when it conflicts with his desires, at times pertinaciously obstinate, yet capricious and vacillating, devising many plans of future operations, which are no sooner arranged than they are abandoned in turn for others appearing more feasible. A child in his intellectual capacity and manifestations, he has the animal passions of a strong man. Previous to his injury, although untrained in the schools, he possessed a well-balanced mind, and was looked upon by those who knew him as a shrewd, smart businessman, very energetic and persistent in executing all his plans of operation. In this regard his mind was radically changed, so decidedly that his friends and acquaintances said he was "no longer Gage"

Denna teori om prefrontalcortex egenhet stod sig till 1948, då Rose och Woolsey påpekade att den rent anatomiska definition av PFC Brodmann föreslagit saknade koppling till funktion. Om prefrontacortex särställning motiverades med dess unika funktioner borde också definitonen av denna del av hjärnan vara kopplad till funktionerna. Istället föreslog de att PFC fick sina unika egenskaper av att det var den mottagande änden av nervcellsaktivitet i den mediodorsala (MD) kärnan i thalamus. Av bara farten blev då primater av med sin neurofysiologiska särställning, eftersom denna del av thalamus återfinns hos alla däggdjur. Slutsatsen blev att PFC existerar hos alla däggdjur och att orsaken till att prefrontalcortex producerar så säregna fenomen hos primater måste vara att dessa helt enkelt har mer av varan. Till skillnad från skillnaden mellan däggdjurs och duvors hjärnor skulle alltså den mellan primaters och andra däggdjurs bero på kvantitativa snarare än kvalitativa orsaker.

In estimating organisation in its bearing on affections of speech or any other sort of deficits from nervous lesions, we have to consider recency of organisation, as well as degree of organisation. It is well known that in fainling memory recent events are soon forgotten, whilst old events are remembered; but this is not without qualification; the most recent events are remembered just as the old[.] J. Hughlings Jackson Brain 1878: 1; 304–30

Mitchell et al. har visat att individer med skadad MD-kärna får nedsatt förmåga att lära sig ny information, utan att förmågan att använda information de lärt sig innan skadan påverkas. Detta har tolkats som att MD bidrar till PFCs förmåga att operationalisera, och att skador på MD inte ger generella störningar i prefrontalcortex. Detta stämmer väl överens med simuleringar som visar hur ett neuralt nätverk som PFC kan skapa sekventiella representationer av information och hur detta hänger ihop med nätverkets indelning i lager. Är detta en indikation på att organisationen i PFC är essentiellt annorlunda än i andra regioner av neocortex? Om man transplanterar stamceller på väg att utvecklas till kortikala neuron - så kallade MGE-celler - från ett däggdjursembryo till ett musembryo migrerar de till sina vanliga platser i musens neocortex. Samma stamceller från en djurart utan neocortex, däremot, kan inte ta sig ut i neocortex, fastän de klarar migrationen ut i hippocampus och piriforma cortex lika bra som celler från däggdjurembryon. Stamceller från arter med enbart allocortex kan med andra ord bilda nervceller i allocortex hos däggdjur men inte i neocortex. Detta är en kvalitativ skillnad. Kan detta experiment generaliseras till skillnader mellan kortkala regioner? Fenylcyklidin är en NMDA-receptorantagonist som även påverkar inhibitoriska interneuron. Hos möss som fått MGE-celler transplanterade hävdes effekten av fenylcycklidin i just PFC men inte i andra delar av cortex, vilket pekar på att interneuron i PFC faktiskt skiljer sig kvalitativt från interneuron i andra delar av cortex.

Gage is no longer Gage

Om prefrontalcortex skiljer sig kvalitativt från resten av neocortex, som Brodmann ansåg, men dessutom återfinns hos andra däggdjur än primater, som Rose och Woolsey ansåg, så blir det problematiskt att koppla regionens unika struktur till primaters synbart unika beteenden. Det antyder att språk, ur PFCs synvinkel, inte är kvalitativt unikt utan snarare ett extremfall av temporalt organiserat beteende bland andra. Fuster et al. visade att kretsar i PFC kan integrera sensorisk information som fluktuerar i sina egenskaper över tid. Är denna förmåga, i tillräckligt stora portioner, tillräcklig för att kunna tillägna sig abstrakta symbolsystem? Neuron i PFC är inte inställda på specifika egenskaper hos stimuli utan kan justera sina preferenser för att producera relevant beteende och detta kan användas för att sortera bort information som är distraherande i ett visst sammanhang men användbart i ett annat. I så fall finns inget som hindrar ett däggdjur, åtminstone ett med relativt stort prefrontalcortex, att förstå innebörden av indexikala symboler, en förståelse som går längre än när duvor associerar en knapp med en belöning. Diester och Nieder tränade apor att associera siffersymboler till olika grafiska återgivningar av antal. Den avgörande skillnaden från Skinners duvor var här att aporna klarade av att associera en siffra till en bild av t.ex. fyra prickar som de aldrig tidigare hade sett, tolkat som att de faktiskt begrep ett koncept. Den som hävdar att språk skulle vara resultatet av någon unik språkmodul får också svårt att förklara detta. Apornas förståelse av antal blir aldrig bättre än ett människobarns och omfattar aldrig associationer mellan tecken, bara mellan tecken och en fysisk motsvarighet. Apor är fortfarande obegåvade, men obegåvade på ett högre plan.

Spegelneuron finns inte

Personer som vet ganska lite om mig brukar i alla fall känna till att jag har en tendens att Tourettesaktigt häva ur mig ett Spegelneuron finns inte! eller två vid minsta provokation. Eftersom detta oftast sker på Twitter eller fyllan, ibland i kombination, brukar utbrotten inte följas av en motivering. Nåväl. Jag har skaffat en blogg. Nu kommer en motivering.

Vad är spegelneuron?

Spegelneuron upptäcktes i början av 90-talet av Rizolatti och medarbetare när de försökte registrera från vad de trodde var premotorneuron i ett område av makakens hjärna kallad F5. Det förväntade beteendet från ett premotorneuron var att det skulle vara aktivt när apan tänkte på en viss rörelse, oavsett om den sedan utförde rörelsen eller ej. Den specifika rörelse de undersökte var när apan tog en jordnöt och stoppade den i munnen. Till en början verkade det också som om de registrerade från just denna celltyp. När apan fick en nöt så stoppade den i munnen medans cellen avfyrade aktionspotentialer som forskarna registrerade. Allt gick som planerat när de under en paus i försöken upptäckte att nervcellen periodvis var aktiv, utan att någon gav nötter till apan och utan att den förde handen mot munnen. Det visade sig att apan såg en av forskarna föra mat till munnen och att det var den rörelsen nervcellen reagerade på. Efter upprepade försök insåg Rizolattis grupp att de hade hittat celler vars aktivitet var kopplad till en typ av rörelser, vilket tolkades som att detta var celler som kodade för förståelsen för ett koncept. Apan kunde inte bara föra saker till sin mun, den förstod även att andra kunde göra samma sak och vad meningen med denna handling var. Cellens unika förmåga action understanding sammanfattades i formuleringen "the capacity to recognize that an individual is performing an action, to differentiate this action to others analogous from it, and to use this information in order to act apropriately." Celltypen döptes till spegelneuron och neurofysiologins största kändis sedan Phineas Gage var ett faktum.

Spegelneuron, schmegelneuron.

Vad talar egentligen för att spegelneuron finns ochhar den funktion det sägs att de har? Inte mycket. Som forskaren James Kilner twittrade i slutet av augusti: Av de över 800 artiklar som finns indexerade i PubMed som nämner spegelneuron rapporterar endast 22 att de faktiskt funnit sådana. Granskar man i sin tur dessa upptäcker man snabbt att bevisföringen lider av ett antal stora brister. Studier från apor ger inte stöd åt hypotesen att spegelneuron ger upphov till action understanding, förståelse av handlingar. De studier som påstår sig ha hittat spegelneuron hos människa har, om de hittat något alls, hittat nervceller med ett helt annat beteende än de som studerats i apor. Slutligen så ger skador i de områden av hjärnan där spegelneuron sägs förekomma inte några defekter i de funktioner som spegelneuron sägs ligga bakom. Låt oss titta på dessa brister var för sig.

Action understanding hos apor

Det är av uppenbara skäl svårt att studera vad ett ickemänskligt djur förstår och inte förstår. Man kan inte fråga en apa hur den tolkar en viss situation. Enligt teorin ska makaker bli oförmögna att förstå meningen med vissa typer av handlingar om man slår ut eller skadar premotorarea F5. Rizzolattis grupp testade detta genom att reversibelt slå ut F5 hos apor och testa deras förmåga att greppa efter mat. Förmågan var nedsatt, men inte mer än att aporna kunde lära sig greppa efter att ha korrigerat för svårigheterna. Att motoriken påverkades när de slog ut en premotorarea är förstås förväntat, men aporna behöll till synes sin förmåga att förstå hur de skulle genomföra handlingen. Rizzolatti och Craighero kommenterade detta misslyckande med att det nog måste vara omöjligt att slå ut handlingsförståelse eftersom spegelneuronsystemet återfinns i bägge hjärnhalvor, överlappas av andra komplementära system (utan att specificera vilka) och i vilket fall som helst är en så viktig funktion att de kognitiva nedsättningarna skulle bli enorma om man lyckades. Istället citerar Rizzolatti sitt försök med Kohler där de påstår sig hitta spegelneuron i makakens motsvarighet till vad som hos människa är Brocas area. I detta försök svarade 15% av dessa spegelneuron både på synen av en handling och på ljud kopplade till handlingen, som t.ex. krossandet av jordnötskal. Att spegelneuron skulle kunna vara audiomotoriska lika gärna som visuomotoriska är rimligt om man antar att de det de speglar är meningen med handlingen snarare än hur handlingen ser ut, vilket är Rizzolattis tolkning. Av detta följer dock att de 85% av spegelneuronen som bara aktiverades av åsynen av en handling inte inte speglar förståelsen av handlingen utan enbart hur handlingen ser ut. Om orsaken till att de 15% som reagerar på ljud gör detta p.g.a. de kodar för den abstrakta meningen med en handling betyder det också att de 85% som inte reagerar på ljudstimuli inte kodar för handlingens abstrakta mening. Rizzolatti har målat in sig i ett hörn.

Finns spegelneuron hos människor?

Den huvudsakliga orsaken till intresset kring spegelneuron är att de så ofta tillskrivs en central roll i mer eller mindre unikt mänskliga beteenden som språk och empati samt i hypoteser om tillstånd som autism och psykoser. En av hjärnforskningens superstjärnor VS Ramachandran dem för "the basis of civilization" i ett TED-Talk 2009, för att ta ett exempel ur högen. Den första frågan som måste besvaras då är om dessa celler alls finns hos människa eller om de är unika för makaker.  Ett antal studier (främst av dessa Dinstein och Chong) gör anspråk på att ha hittat spegelneuronliknande aktivitet i människors hjärnor. Av dessa är Chongs studie den som brukar hållas fram som det starkasete beviset för att människor har spegelneuron. I denna jämförde man aktiviteten i ett annat område i hjärnan - inferiora parietalloben, IPL - när försökspersoner fick se en mimad rörelse (t.ex. någon som låtsas skjuta med gevär) med när försökspersonen bara fick höra handlingen beskriven ("Skjuta gevär") och fann att denna region i hjärnan verkar reagera på båda dessa stimuli. Kedjan av antaganden är här tämligen lång: Om spegelneuron finns hos människor har de utvecklats till att fylla en funktion de inte har hos apor (makaker förstår t.ex. inte mimande) utan att tappa de funktionella egenskaper de hade samtidigt som den funktion de hade hos apor till synes tagits över av någon annat, än så länge okänt system i hjärnan. Vidare: att förklara just sådana beteenden som kan kallas "mänskliga" med spegelneuron är riskabelt med tanke på att den enda djurart där man med säkerhet kan säga att denna celltyp finns saknar alla eller de flesta av dessa beteenden. Makaker saknar språk och civilisation och förefaller inte drabbas av autism. Att en cell som hittills verkar vara karaktäristisk för just deras hjärnor skulle orsaka allt detta framstår inte som troligt. Lingnau et al. kritiserade Dinstein och Chong för att inte kontrollera sina resultat med meningslösa handlingar och visade att spegelneuronen försvann när detta gjordes.

Ett antal studier har i och för sig letat efter regioner i mänskligt premotorcortex som reagerar på objekt-orienterade handlingar. Morin och Grezes metaanalys av dessa konstaterade att ventrala premotorarea BA6 aktiverades signifikant mer vid dessa typer av rörelser än icke-objekt-orienterade rörelser, men i en tredjedel av studierna saknade denna region detta fenomen. Är det rimligt att en stor del av alla människor saknar en funktion som sägs vara en grundläggande mänsklig egenskap? Det är dessutom känt att BA6 aktiveras av ett brett spektrum av abstrakta stimuli (motoriska och geometriska sekvenser) som inte är kopplade till förståelse av handlingar. En försiktigare tolkning av resultat från ventrala premotorcortex är att det är ett specialiserat system för komplexa, sekventiella rörelser, till vilka objekt-orienterade rörelser ibland råkar höra.

Kan människor få skador på sina spegelneuron?

Om det är svårt att ta reda på vad en apa förstår eller inte så är det desto lättare att fråga en människa samma fråga. Om spegelneuron är orsaken till fundamentalt mänskliga funktioner borde därför individer med skadade spegelneuron sakna en eller flera av dessa. Detta är också resonemanget bakom hypoteser som den att autism orsakas av ett defekt spegelneuronsystem. Men sådana teorier är rena spekulationer innan vi vet att människor alls har spegelneuron. Sökandet efter neurotypiska personer som tappar någon funktion som kan kopplas till spegelneuron när någon av de regioner där man anser sig hittat dem slås ut pågår därför. Två studier (Pobric och Saygin) antyder att inskränkning i ventrala premotorareor kan ge brister i uppfattningen av målinriktade rörelser. I den ena hämmades en del av hjärnan tillfälligt med transkraniell magnetisk stimulering vilket ledde till nedsatt förmåga att bedömma en motorisk uppgift och i den andra korrelerade man med fMRI strokedrabbade områden med nedsättningar i förståelser av rörelser. Dessa resultat stödjer teorin om att spegelneuron skulle finnas hos människor, men kan förklaras på andra sätt. Ramachandran föreslår också att det är detta som händer personer som drabbas av apraxi, oförmågan att utföra inlärda rörelser. En apraxisk person kan t.ex. sakna förmågan att hamra med en hammare, även om hen kan röra händer och armar. Mahon och Caramazza kommenterar detta med att utförande av en handling är något helt annat än förståelse av densamma och att personer med apraxi mycket väl förstår konceptuella egenskaper kring hammare. Om apraxi skulle vara en konsekvens av defekter i de visuomotorneuron Rizzolatti döpt till spegelneuron är det också överaskande att personer som helt saknar visuomotorneuron - medfött blinda - klarar av att hantera en hammare alldeles utmärkt. 

Spegelneuron i frontoparietala regioner av hjärnan har också föreslagits ligga bakom språkförståelse. Skador i detta system, påstår man, borde ge defekter i förståelse av handlingar eller språk. Rogalsky et al. slår två flugor med en smäll genom att testa teckenspråkförståelse hos döva personer som drabbats av afasi. Dessa förstod enskilda tecken men klarade förstås inte av sammansatta meningar. De klarade med andra ord av att tolka meningen med rörelsen som är ett enskilt tecken, men saknade den språkliga förmågan att förstå språk. Om spegelneuron är nödvändiga för förståelse av rörelser och dessa är inblandade i språk är detta ett mycket svårförklarat fynd. Än svårare är det att förklara hur personer som lider av Brocas afasi, där i stort sett samtliga de regioner där spegelneuron föreslås existera hos människa gått under efter t.ex. en stroke eller tumör, klarar av att förstå delar av språk och generellt sett inte har några svårigheter att förstå meningsfulla rörelser alls.

Spegelneuron? More like Schlegelneuron, am I right?

"The tendency of the idea of an action to produce the fact, shows that the idea is already the fact in a weaker form. Thinking is restrained speaking or acting." - Alexander Bain, 1868.

"The [motor] theory is so simple and so easy to present that every one is glad to believe it. The only question that any one cares to raise is how much of it will the known facts permit one to accept." - Walter Bowers Pillsbury, 1911.

För att förstå varför så mycket förståndigt folk ägnar sig åt önsketänkande när det kommer till spegelneuron är det nödvändigt att förstå att deras eventuella existens tillfredställer ett behov. Där fysiologer föredrar att betrakta hjärnan som ett organ vars enda syfte är att anpassa motorik till sensorik föredrar filosofer och samhällsvetare att betrakta den som ett endokrint organ som utsöndrar fri vilja. En tilltalande lösning som tillfredställer båda dessa läger är de olika motorteorierna för kognition som försöker förklara alla medvetandefenomen som effekter eller bieffekter av kontroll över våra rörelser. Det centrala konceptet är att hjärnan böjer verb på principiellt samma sätt som den böjer armbågar. Det är en intuitivt tilltalande lösning på många problem och har haft många anhängare genom seklen. (Jag rekommenderar varmt Germund Hesslows introduktion till teorin, från vilken jag tog mig friheten att stjäla citatet ovan av Bain. Lägg märke till att det går utmärkt att förespråka detta synsätt utan att luta sig på kryckor i form av spegelneuron.) Förekomsten av spegelneuron skulle kunna svara på frågor som "Hur kan motoriska system producera koncept som LOJALITET eller LIVSPUSSEL?" vilket skulle återuppliva den redan välpiskade motorteorihästen för ytterligare omgång prygling. Vi förstår handlingar p.g.a. motorrepresentationen de ger upphov till i våra hjärnor, som Rizzolatti uttryckt det. I sin vulgäraste form är detta bara ett ovanligt envist försök att stoppa tillbaka spöket in i maskinen. I bästa fall övertolkas fyndet av s.k. spegelneuron något alldeles groteskt p.g.a. iver att lösa en gordisk knut. Det enklaste sättet att förklara Rizzolattis försök - att spegelneuron i själva verket bara associerar sensoriskt input med motoriskt output - förbises trots att alternativet helt enkelt inte fått stöd av efterkommande experiment. Hellre än att föreslå att en skicklig fotbollsmålvakt helt enkelt associerar en inkommande straff med ett rörelsemönster som är lämpligt för att fånga bollen föredrar spegelneuronens anhängare att tro att hen upplever hur straffläggaren sparkade bollen och i någon ännu ospecificerad bemärkelse kopierar dennes motorik, om vi antar att målvakter förstår meningen med straffläggningar. 20 år efter Rizzolattis upptäckt är det rimligt att förvänta sig rimligare tolkningar än så.

Det är trams.