Gerald Edelman

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Aus Das unsichtbare Imperium

Gerald Edelman
Geboren
Gerald Maurice Edelman

(1929-07-01)July 1, 1929
New York City, U.S.
GestorbenMay 17, 2014(2014-05-17) (aged 84)
La Jolla, California, U.S.
EducationUrsinus College (BS)
University of Pennsylvania (MD)
Rockefeller University (PhD)
Spouse
Maxine M. Morrison
​
(m. 1950)​
AwardsNobel Prize in Physiology or Medicine (1972)
Scientific career
FieldsImmunology
Neuroscience
Philosophy of mind
Doctoral studentsPaul David Gottlieb, Olaf Sporns

Gerald Maurice Edelman (; 1. Juli 1929 - 17. Mai 2014) war ein amerikanischer Biologe, der 1972 gemeinsam mit Rodney Robert Porter den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Arbeiten über das Immunsystem erhielt. Edelmans mit dem Nobelpreis ausgezeichnete Forschung betraf die Entdeckung der Struktur von Antikörpermolekülen. In Interviews hat er gesagt, dass die Art und Weise, wie sich die Komponenten des Immunsystems im Laufe des Lebens eines Menschen entwickeln, der Art und Weise entspricht, wie sich die Komponenten des Gehirns im Laufe eines Lebens entwickeln. In dieser Hinsicht besteht eine Kontinuität zwischen seiner Arbeit über das Immunsystem, für die er den Nobelpreis erhielt, und seiner späteren Arbeit in den Neurowissenschaften und in der Philosophie des Geistes.

Frühes Leben und Ausbildung

Gerald Edelman wurde im Jahr 1929 geboren.

Karriere

Nach einem Jahr an der Johnson Foundation for Medical Physics wurde Edelman Assistenzarzt am Massachusetts General Hospital; anschließend praktizierte er als Arzt in Frankreich und diente im US Army Medical Corps. Im Jahr 1957 kam Edelman als Stipendiat an die Rockefeller Institute for Medical Research, wo er im Labor von Henry Kunkel arbeitete und 1960 promovierte. Das Institut ernannte ihn zum stellvertretenden (später außerordentlichen) Dekan für Graduiertenstudien; 1966 wurde er Professor an der Hochschule. Im Jahr 1992 zog er nach Kalifornien und wurde Professor für Neurobiologie am The Scripps Research Institute.

Nach der Verleihung des Nobelpreises begann Edelman mit der Erforschung der Regulierung primärer zellulärer Prozesse, insbesondere der Kontrolle des Zellwachstums und der Entwicklung mehrzelliger Organismen, wobei er sich auf die Interaktionen zwischen den Zellen in der frühen Embryonalentwicklung und bei der Bildung und Funktion des Nervensystems konzentrierte. Diese Studien führten zur Entdeckung der Zelladhäsionsmoleküle (CAMs), die die grundlegenden Prozesse steuern, die einem Tier zu seiner Form und Gestalt verhelfen und durch die das Nervensystem aufgebaut wird. Eine der wichtigsten Entdeckungen dieser Forschung ist, dass das Vorläufergen für das neuronale Zelladhäsionsmolekül in der Evolution das gesamte molekulare System der adaptiven Immunität hervorgebracht hat.

Für seine Bemühungen wurde Edelman sowohl in die American Academy of Arts and Sciences (1968) als auch in die American Philosophical Society (1977) gewählt.

Nobelpreis

Während er in Paris in der Armee diente, las Edelman ein Buch, das sein Interesse an Antikörpern weckte. Die Forschungen von Edelman und seinen Kollegen sowie von Rodney Robert Porter in den frühen 1960er Jahren brachten einen grundlegenden Durchbruch im Verständnis der chemischen Struktur von Antikörpern und öffneten die Tür für weitere Studien.

In seiner Nobelpreis-Pressemitteilung von 1972 lobte das Karolinska Institutet die Arbeit von Edelman und Porter als einen wichtigen Durchbruch:

The impact of Edelman's and Porter's discoveries is explained by the fact that they provided a clear picture of the structure and mode of action of a group of biologically particularly important substances. By this they laid a firm foundation for truly rational research, something that was previously largely lacking in immunology. Their discoveries represent clearly a break-through that immediately incited a fervent research activity the whole world over, in all fields of immunological science, yielding results of practical value for clinical diagnostics and therapy.

Disulfidbindungen

Diagram illustrating the disulfide bonds (red) that link the light (green) and heavy (blue) protein subunits of Immunoglobulin G (IgG) molecules. This diagram also illustrates the relative positions of the variable (V) and constant (C) domains of an IgG molecule. The heavy and light chain variable regions come together to form antigen binding sites at the end of the two symmetrical arms of the antibody.

Edelmans frühe Forschungen zur Struktur von Antikörperproteinen zeigten, dass Disulfidbindungen die Proteinuntereinheiten miteinander verbinden. Die Proteinuntereinheiten von Antikörpern bestehen aus zwei Typen, den größeren schweren Ketten und den kleineren leichten Ketten. Zwei leichte und zwei schwere Ketten sind durch Disulfidbindungen miteinander verbunden, um einen funktionellen Antikörper zu bilden.

Molekulare Modelle der Antikörperstruktur

Anhand experimenteller Daten aus seiner eigenen Forschung und der Arbeit anderer entwickelte Edelman molekulare Modelle von Antikörperproteinen. Ein Hauptmerkmal dieser Modelle war die Vorstellung, dass die Antigenbindungsdomänen von Antikörpern (Fab) Aminosäuren sowohl aus der leichten als auch aus der schweren Proteinuntereinheit enthalten. Die Disulfidbindungen zwischen den Ketten tragen dazu bei, die beiden Teile der Antigenbindungsdomäne miteinander zu verbinden.

Antikörper-Sequenzierung

Edelman und seine Kollegen verwendeten Bromcyan und Proteasen, um die Untereinheiten des Antikörperproteins in kleinere Stücke zu zerlegen, die zur Bestimmung ihrer Aminosäuresequenz analysiert werden konnten. Zum Zeitpunkt der Bestimmung der ersten vollständigen Antikörpersequenz (1969) war dies die umfangreichste vollständige Proteinsequenz, die je bestimmt wurde. Die Verfügbarkeit der Aminosäuresequenzen von Antikörperproteinen ermöglichte die Erkenntnis, dass der Körper viele verschiedene Antikörperproteine mit ähnlichen konstanten Antikörperregionen und divergierenden variablen Antikörperregionen produzieren kann.

Topobiologie

Die Topobiologie ist Edelmans Theorie, die besagt, dass die Morphogenese durch unterschiedliche adhäsive Interaktionen zwischen heterogenen Zellpopulationen angetrieben wird, und sie erklärt, wie aus einer einzigen Zelle ein komplexer mehrzelliger Organismus entstehen kann. Wie von Edelman 1988 vorgeschlagen, ist die Topobiologie der Prozess, der differenzierte Gewebe formt und erhält und durch die energetisch begünstigte Segregation von Zellen durch heterologe zelluläre Interaktionen erworben wird.

Theorie des Bewusstseins

In seiner späteren Karriere wurde Edelman durch seine Theorie des Bewusstseins bekannt, die er in einer Trilogie von Fachbüchern und in mehreren nachfolgenden Büchern für ein allgemeines Publikum dokumentierte, darunter Bright Air, Brilliant Fire (1992), A Universe of Consciousness (2001, mit Giulio Tononi), Wider than the Sky (2004) und Second Nature: Gehirnforschung und menschliches Wissen“ (2007).

In Second Nature definiert Edelman das menschliche Bewusstsein als:

„... was man verliert, wenn man in einen traumlosen Tiefschlaf eintritt ... tiefe Narkose oder Koma ... was man wiedererlangt, wenn man aus diesen Zuständen erwacht. [Die] Erfahrung einer einheitlichen Szene, die sich variabel aus sensorischen Reaktionen zusammensetzt ... Erinnerungen ... Situiertheit ...“

Das erste von Edelmans Fachbüchern, „The Mindful Brain“ (1978), entwickelt seine Theorie des neuronalen Darwinismus, die auf der Idee der Plastizität des neuronalen Netzwerks als Reaktion auf die Umwelt beruht. Das zweite Buch, „Topobiology“ (1988), stellt eine Theorie darüber auf, wie das ursprüngliche neuronale Netz des Gehirns eines Neugeborenen während der Entwicklung des Embryos aufgebaut wird. The Remembered Present“ (1990) enthält eine ausführliche Darstellung seiner Theorie des Bewusstseins.

In seinen Büchern schlägt Edelman eine biologische Theorie des Bewusstseins vor, die auf seinen Studien des Immunsystems beruht. Er verankert seine Theorie ausdrücklich in der Charles Darwinschen Theorie der natürlichen Auslese und zitiert die wichtigsten Grundsätze von Darwins Populationstheorie, die postuliert, dass die individuelle Variation innerhalb der Arten die Grundlage für die natürliche Auslese bildet, die schließlich zur Entwicklung neuer Arten führt. Er lehnte den Dualismus ausdrücklich ab und verwarf auch neuere Hypothesen wie das so genannte „Computermodell“ des Bewusstseins, das die Funktionen des Gehirns mit denen eines Computers vergleicht. Edelman vertrat die Auffassung, dass Geist und Bewusstsein rein biologische Phänomene sind, die durch komplexe zelluläre Prozesse im Gehirn entstehen, und dass die Entwicklung von Bewusstsein und Intelligenz durch die Darwinsche Theorie erklärt werden kann.

Edelmans Theorie versucht, das Bewusstsein durch die Morphologie des Gehirns zu erklären. Ein Gehirn besteht aus einer riesigen Population von Neuronen (ca. 100 Milliarden Zellen), von denen jede eine enorme Anzahl von synaptischen Verbindungen zu anderen Neuronen aufweist. Während der Entwicklung stellt die Untergruppe der Verbindungen, die die ersten Phasen des Wachstums und der Entwicklung überlebt, etwa 100 Billionen Verbindungen zueinander her. Eine Probe des Gehirngewebes von der Größe eines Streichholzkopfes enthält etwa eine Milliarde Verbindungen, und wenn wir uns überlegen, wie diese neuronalen Verbindungen auf verschiedene Weise kombiniert werden könnten, wird die Zahl der möglichen Permutationen hyper-astronomisch - in der Größenordnung von zehn, gefolgt von Millionen von Nullen. Das junge Gehirn enthält viel mehr neuronale Verbindungen, als es letztendlich bis zur Reife überleben wird, und Edelman argumentierte, dass diese redundante Kapazität notwendig ist, weil Neuronen die einzigen Zellen im Körper sind, die nicht erneuert werden können, und weil nur die Netzwerke ausgewählt werden, die für ihren letztendlichen Zweck am besten geeignet sind, während sie sich in neuronalen Gruppen organisieren.

Neuronaler Darwinismus

Edelmans Theorie der neuronalen Gruppenselektion, die auch als „Neuronaler Darwinismus“ bezeichnet wird, besteht aus drei grundlegenden Lehren - Entwicklungsselektion, Erfahrungsselektion und Wiedereintritt.

  1. Die Entwicklungsselektion - die Bildung der groben Anatomie des Gehirns wird durch genetische Faktoren gesteuert, aber bei jedem Individuum wird die Konnektivität zwischen Neuronen auf synaptischer Ebene und ihre Organisation in funktionellen neuronalen Gruppen durch somatische Selektion während des Wachstums und der Entwicklung bestimmt. Dieser Prozess führt zu einer enormen Variabilität in den neuronalen Schaltkreisen - wie der Fingerabdruck oder die Iris werden keine zwei Menschen genau die gleichen synaptischen Strukturen in einem vergleichbaren Bereich des Gehirngewebes haben. Ihr hoher Grad an funktioneller Plastizität und die außergewöhnliche Dichte ihrer Verbindungen ermöglichen es neuronalen Gruppen, sich selbst in viele komplexe und anpassungsfähige „Module“ zu organisieren. Diese bestehen aus vielen verschiedenen Arten von Neuronen, die in der Regel enger und dichter miteinander verbunden sind als mit Neuronen in anderen Gruppen.
  2. Erfahrungsbedingte Selektion - Über das anfängliche Wachstum und die Entwicklung des Gehirns hinaus und während des gesamten Lebens eines Individuums findet ein kontinuierlicher Prozess der synaptischen Selektion innerhalb der verschiedenen Repertoires der neuronalen Gruppen statt. Dieser Prozess kann die Verbindungen zwischen Neuronengruppen verstärken oder abschwächen und wird durch Wertesignale eingeschränkt, die aus der Aktivität der aufsteigenden Systeme des Gehirns stammen, die durch erfolgreiche Leistungen ständig verändert werden. Durch erfahrungsbedingte Selektion entstehen dynamische Systeme, die komplexe raum-zeitliche Ereignisse aus den Sinnesorganen, Körpersystemen und anderen neuronalen Gruppen im Gehirn auf andere ausgewählte neuronale Gruppen „abbilden“ können. Edelman argumentiert, dass dieser dynamische Selektionsprozess in direkter Analogie zu den Selektionsprozessen steht, die auf Populationen von Individuen in Spezies wirken, und er weist auch darauf hin, dass diese funktionelle Plastizität zwingend notwendig ist, da nicht einmal die enorme Kodierungsfähigkeit des gesamten menschlichen Genoms ausreicht, um die astronomisch komplexen synaptischen Strukturen des sich entwickelnden Gehirns explizit zu spezifizieren.
  3. Reentry - das Konzept der reentrant signaling zwischen neuronalen Gruppen. Er definiert Reentry als den fortlaufenden, rekursiven, dynamischen Austausch von Signalen, der parallel zwischen Gehirnkarten stattfindet und der diese Karten kontinuierlich in Zeit und Raum miteinander in Beziehung setzt (film clip: Edelman demonstriert die spontane Gruppenbildung zwischen Neuronen mit reentrantischen Verbindungen). Der Wiedereintritt hängt für seine Funktionsweise von den komplizierten Netzwerken massiv paralleler reziproker Verbindungen innerhalb und zwischen neuronalen Gruppen ab, die durch die oben beschriebenen Prozesse der entwicklungs- und erfahrungsbedingten Auswahl entstehen. Edelman beschreibt den Wiedereintritt als „eine Form der fortlaufenden Selektion höherer Ordnung ..., die nur in tierischen Gehirnen vorkommt“, und dass „es kein anderes Objekt im bekannten Universum gibt, das sich so vollständig durch reentrierende Schaltkreise auszeichnet wie das menschliche Gehirn.“

Evolutionstheorie

Edelman und Gally waren die ersten, die auf die Allgegenwärtigkeit von Degeneration in biologischen Systemen und die grundlegende Rolle hinwiesen, die Degeneration bei der Erleichterung der Evolution spielt.

Spätere Karriere

Edelman gründete und leitete das Neurosciences Institute, ein gemeinnütziges Forschungszentrum in San Diego, das zwischen 1993 und 2012 die biologischen Grundlagen höherer Gehirnfunktionen beim Menschen untersuchte. Er war Mitglied des wissenschaftlichen Beirats des Projekts World Knowledge Dialogue.

Edelman war Mitglied des Beirats des USA Science and Engineering Festival.

Persönlich

Edelman heiratete Maxine M. Morrison im Jahr 1950. Sie haben zwei Söhne, Eric, bildender Künstler in New York City, und David, außerordentlicher Professor für Neurowissenschaften an der Universität von San Diego. Ihre Tochter Judith Edelman ist Bluegrass-Musikerin, Plattenlegerin und Schriftstellerin. Einige Beobachter[who?] haben festgestellt, dass eine Figur in Richard Powers' The Echo Maker eine Anspielung auf Edelman sein könnte.

Gesundheit und Tod

Später in seinem Leben litt er an Prostatakrebs und der Parkinsonschen Krankheit.

Bibliographie

  • Neural Darwinism: The Theory of Neuronal Group Selection (Basic Books, New York 1987). ISBN 0-19-286089-5
  • Topobiology: An Introduction to Molecular Embryology (Basic Books, 1988, Reissue edition 1993) ISBN 0-465-08653-5
  • The Remembered Present: Eine biologische Theorie des Bewusstseins (Basic Books, New York 1990). ISBN 0-465-06910-X
  • Bright Air, Brilliant Fire: On the Matter of the Mind (Basic Books, 1992, Nachdruckausgabe 1993). ISBN 0-465-00764-3
  • The Brain, Edelman und Jean-Pierre Changeux, Herausgeber, (Transaction Publishers, 2000). ISBN 0-7658-0717-3
  • A Universe of Consciousness: How Matter Becomes Imagination“, Edelman und Giulio Tononi, Co-Autoren, (Basic Books, 2000, Nachdruckausgabe 2001). ISBN 0-465-01377-5
  • Wider than the Sky: The Phenomenal Gift of Consciousness (Yale Univ. Press 2004) ISBN 0-300-10229-1
  • Second Nature: Brain Science and Human Knowledge (Yale University Press 2006) ISBN 0-300-12039-7

Siehe auch

  • Biologisch inspiriertes Computing
  • Verkörperte Philosophie
  • Verkörperte Kognition
  • Reentry (neuronale Schaltkreise)
  • Liste der Nobelpreisträger
  • Liste der jüdischen Nobelpreisträger

Weitere Lektüre

  • Smoliar, Stephen W. (1994), "Review of G.M. Edelman (book review)", in William J. Clancey; Stephen W. Smoliar; Mark Stefik (eds.), Contemplating minds: a forum for artificial intelligence, Massachusetts: Massachusetts Institute of Technology, pp. 431–446, ISBN 978-0-262-53119-1, retrieved Mai 21, 2010 (ursprünglich veröffentlicht in Artificial Intelligence 39 (1989) 121-139.)

Externe Links


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