« Все известные живые существа, которые существуют, растут и размножаются на этой планете – деревья и цветы, грибы и грибы, необычайное богатство животной жизни, в водах, в воздухе и на суше, включая человека существ вместе с чрезвычайно разнообразным миром невидимых бактерий и протистов – все поддерживают и распространяют себя теми же механизмами, которые, несомненно, унаследованы от общей предковой формы. Откровение внушает страх. Таким образом, осознание того, что неустанное стремление человека понять, как раз в наше время, раскрыло нам секреты жизни ».
Христиан Де Дуве, жизнь развивается .
Происхождение и эволюция жизни на Земле были описаны с точки зрения возникновения ускоряющих, иерархических порядков сложности (Pettersson, 1996). История жизни на Земле и относительно краткая история биологической и культурной эволюции человека является быстрой, с глубокими последствиями для понимания всех аспектов развития нашей жизни.
Примечательно, что все, что живет, состоит из одной или нескольких ячеек, и каждая живая клетка эволюционировала из клеток, которые жили на нашей планете около 3,5 миллиардов лет назад (De Duve, 2002). В увлекательном описании эволюции Петтерссон (Pettersson, 1996) определяет девять интегративных уровней естественных образований: три в физическом диапазоне (т. Е. Фундаментальные частицы, атомы, молекулы), три в биологическом диапазоне (т. Е. Промежуточные сущности, обычные клетки и многоклеточные организмы) и три в социальном диапазоне (т. е. одна семья матери, общество мулифимов и общество суверенных государств). Прослеживая временное появление одного интегративного уровня с уровня ниже и используя массовые оценки для отслеживания количественного времени удвоения инновационных образований, Петтерссон заключил следующее:
Возможно, ускорение, которое мы теперь наблюдаем в культурной эволюции, может еще больше способствовать нашему адаптивному успеху как виду, предполагая, что мы можем справиться с ускоряющимся увеличением сложности, которое предполагает эта культурная эволюция. В каждой сфере нашей жизни на земле степень, с которой мы можем справиться со сложностью, будет иметь решающее значение для нашего будущего успеха. Ниже я хочу поговорить о развитии и старении жизни и недавнем исследовании, где мы исследовали биологические маркеры сложности.
История человеческой жизни на земле – это история не только ускоряющейся сложности, но и история роста и старения населения. С тех пор, как неандертальцы были захвачены популяционной волной Homo sapiens около 100 000 лет назад (Mayr, 2002), глобальное население людей растет, стареет и живет дольше. На рубеже девятнадцатого века население мира составляло около одного миллиарда человек. К 1900 году на планете проживало 1,7 миллиарда человек. В 2000 году численность населения превысила 6 миллиардов человек. К 2050 году ожидается, что более 9 миллиардов человек займут 148 939 100 км земли. Здесь они будут сотрудничать и конкурировать, чтобы выжить, адаптироваться и процветать. Люди пережили беспрецедентный рост их численности в значительной степени вследствие развития социальной инфраструктуры и культуры – улучшили условия санитарии и жизни, улучшили медицинские знания и возможности, изменили семейную, социальную, экономическую и политическую организацию (Moore, 1993) ,
Изучение одноклеточных и многоклеточных организмов говорит нам о том, что жизнь действует как тонкая энергетическая система, система, энергия которой частично используется для поддержания себя, например, путем питания, роста, экскреции, массового движения его частей и размножения (Шеррингтон , 1955). В каждой живой системе происходят непрекращающиеся строительные работы – энергия должна быть выиграна таким образом, чтобы жизнедеятельность могла быть устойчивой – работа, которая компенсирует текущую и переменную степень распада в системе. Баланс между коэффициентом усиления и потерей энергии во времени может быть описан как динамическое равновесие (Bertalanffy, 1968). Живые системы поддерживают свою жизнь, используя внешние энергетические формы. Собирая энергию и используя ее таким образом, чтобы поддерживать себя, живая система может обеспечить необходимую стабильность и согласованность в структурах функциональных отношений, необходимых для адаптации в изменяющейся среде. Другими словами, система может последовательно преследовать множество системных целей, которые помогают сохранить ее жизнь и здоровье. В этом смысле живые системы можно охарактеризовать как самоорганизующиеся, саморегулируемые, динамически стабильные системы (Bertalanffy, 1968; Kauffman, 1993).
В контексте достижения системных целей неудивительно, что когнитивная сложность является адаптивной во многих аспектах жизни. В рамках более широкой эволюционной динамики, познавательной сложности, гибкости, скорости обработки и исполнительного контроля в Homo sapiens показана нормативная картина увеличения от младенчества до взрослой жизни, а затем в пожилом возрасте (Fischer, 2006; Hogan, 2004). В частности, возрастные заболевания, такие как деменция, сопровождаются уменьшением когнитивного функционирования (Anderson and Craik, 2000; Grady and Craik, 2000; Hogan, 2004; Hogan et al., 2003), и некоторые исследователи утверждали, что это снижение можно объяснить в частности, общей потерей сложности со старением и болезнью (Goldberger et al., 2002; Kaplan et al., 1991; Lipsitz, 2002). Исследователи были заинтересованы в выявлении потенциальных биологических маркеров сложности, чтобы лучше понять траектории развития жизни, и мы недавно рассмотрели меры энтропии ЭЭГ в качестве потенциальных маркеров кандидатов биологической сложности.
ЭЭГ представляет собой метод визуализации мозга, который включает в себя размещение электродов в определенных точках кожи головы. Эти электроды позволяют измерять электрическую активность в разных областях мозга. Энтропия сигналов ЭЭГ является показателем характеристик нерегулярности или непредсказуемости таких сигналов. Утверждалось, что более сложные или невосприимчивые биосигналы свидетельствуют о более гибкой, гибкой биологической системе, которая является более здоровой, более устойчивой и обладает большой общей способностью для достижения целого ряда системных целей (Goldberger et al., 2002; Kaplan et al., 1991; Lipsitz, 2002).
Мы провели исследование, в ходе которого мы измерили энтропию ЭЭГ у молодых людей, пожилых людей и взрослых людей с ослабленным когнитивным признаком, которые выполнили 1 SD ниже сопоставленных с возрастом и образованием (Hogan et al., 2012). Мы измерили каждую личность электрофизиологической энтропии в четырех экспериментальных условиях: закрытые глаза (5 минут), открытые глаза (5 минут), при изучении списка слов, представленных на экране компьютера, а затем во время теста распознавания памяти. Показатели энтропии вычислялись в шести разных областях коры: лобной левой, фронтальной, временной левой, временной справа, теменной левой и париетальной правой.
Результаты исследования показали значительное увеличение энтропии от закрытых глаз до открытого глаза, что согласуется с идеей, что энтропийные индексы чувствительны к увеличению требований к обработке информации. Также наблюдалась тенденция, при которой взрослые люди с пониженным уровнем развития демонстрировали более низкую энтропию, чем взрослые взрослые в лобной доле, причем эта разница была наибольшей в левом полушарии на этапе кодирования эксперимента. Кроме того, молодые люди проявили большую асимметрию полусферы, точнее, более высокую энтропию справа по отношению к левому полушарию в височной доле и более высокую энтропию в левой части относительно правого полушария в теменной доле. Старые органы управления также демонстрировали пограничную разницу между обоими полушариями в височной доле в том же направлении, что и молодые взрослые, что опять-таки указывает на картину полусферной асимметрии в измерениях энтропии. Однако более взрослые когнитивно отклоненные взрослые не продемонстрировали существенных различий между энтропией левого и правого полушария. Наши результаты показывают, что когнитивное снижение в старости не просто связано с более низкими уровнями энтропии в ключевых областях мозга, а представляет собой сочетание как уровня, так и дифференцированного диапазона энтропийных состояний в головном мозге (см. Также O'Hora et al., 2013 ).
Важно понимать механизмы, которые помогают объяснить снижение когнитивного возраста, связанное с возрастом и заболеванием, и связанную с этим потерю адаптивного функционирования. Мы считаем, что меры энтропии могут предоставить нам уникальные возможности в отношении снижения когнитивного возраста, связанного с возрастом и болезнями. Дальнейшие исследования необходимы, чтобы понять диахимические связи между биологической сложностью и нашим адаптивным успехом и благополучием на протяжении всей жизни. Понимание факторов, способствующих и поддерживающих сложность и защищающих от когнитивного спада, связанного с возрастом и болезнями, будет важным направлением для будущих исследований.
Более большой вопрос для всех нас заключается в том, может ли ускорение, которое мы наблюдаем сейчас в культурной эволюции, может способствовать нашему глобальному адаптационному успеху и устойчивому здоровью и благополучию нашего взрослого взрослого возраста. Мы надеемся, что к 2050 году мы увидим не только 9 миллиардов человек, занимающих 148 939 100 км² земли, но мы увидим глобальное сообщество, в котором люди живут дольше, счастливее и здоровее жизни – сообщество, где люди все больше поддерживают друг друга и работают чтобы способствовать дальнейшему выживанию, адаптации и процветанию. Хотя люди пережили беспрецедентный рост своего числа в результате развития социальной инфраструктуры и культуры, следующий этап нашей культурной эволюции должен непременно включать в себя все более и более сбалансированные инвестиции в развитие нашей жизни, а также здоровье и благосостояние наших взрослым взрослым взрослым. Возможно, существует десятый интегративный уровень естественных сущностей за девять, определяемый Петтерссоном. Как вы думаете, что должен выглядеть десятый уровень?
Майкл Хоган (Twitter) и Никола Хохензе (Twitter).
Рекомендации
Anderson, ND, Craik, FIM, 2000. Память в стареющем мозге. В: Tulving, E., Craik, FIM (Ред.), Оксфордский справочник по памяти. Oxford University Press, Oxford, pp. 421-452.
Bertalanffy, L. v. (1968). Общая теория системы: основы, разработки, приложения . Нью-Йорк: Бразиллер.
De Duve, C. (2002). Жизнь эволюционирует: молекулы, ум и смысл . Оксфорд: Оксфордский университет.
Goldberger, AL, Peng, CK, Lipsitz, LA, 2002. Что такое физиологическая сложность и как она изменяется со старением и болезнью? Neurobiol. Старение 23, 23-26.
Grady, GL, Craik, FIM, 2000. Изменения в обработке памяти с возрастом. Тек. ОПИН. Neurobiol. 10, 224-231.
Hogan, MJ, 2004. Мозжечок в мышлении и действии: гипотеза о ветвящейся мозговой оболочке. Новые идеи в психологии 22, 97-125.
Hogan, MJ, Swanwick, GR, Kaiser, J., Rowan, M., Lawlor, B., 2003. Углеродные и когерентные сокращения, связанные с памятью, при умеренной болезни Альцгеймера. Int. J. Psychophysiol. 49 (2), 147-163.
Hogan, MJ, Kilmartin, L., Keane, M., Collins, P., Staff, R., Kaiser, J., Lai, R. & Upton, N. (2012). Электрофизиологическая энтропия у молодых людей, пожилых людей и взрослых взрослых людей с ослабленным сознанием. Исследование мозга. 1445 : 1-10
Jonassen, DH, 2000. К проектной теории решения проблем. Исследования и разработки в области образовательных технологий, 48 (4), 63 – 85.
Kaplan, DT, Furman, MI, Pincus, SM, Ryan, SM, Lipsitz, LA, Goldberger, AL, 1991. Старение и сложность сердечно-сосудистой динамики. Biophys. J. 59, 945-949.
Kauffman, SA (1993). Происхождение порядка: самоорганизация и отбор в эволюции . Нью-Йорк; Оксфорд: Оксфордский университет.
Lipsitz, LA, 2002. Динамика стабильности: физиологическая основа функционального здоровья и хрупкости. J. Gerontol. A Biol. Sci. Med. Sci. 57, B115-B125.
Майр, Э. (2002). Какая эволюция . Лондон: Вайденфельд и Николсон.
Moore, TJ (1993). Продолжительность жизни: кто живет дольше и почему . Нью-Йорк: Саймон и Шустер.
O'Hora, D., Schinkel, S., Hogan, MJ , Kilmartin, L., Keane, M., Lai, R. & Upton, N. (2013). Возрастная чувствительность задачи лобовой энтропии ЭЭГ во время кодирования предсказывает извлечение. Топография мозга , 26 (4), 547-557
Петтерссон, М. (1996). Сложность и эволюция . Нью-Йорк: Пресса Кембриджского университета.
Шеррингтон, CS (1955). Человек по своей природе . Хармондсворт: Пингвин.