The Embryo Project Encyclopedia

Roger Wolcott Sperry untersuchte die Funktion des Nervensystems in den Vereinigten Staaten während des zwanzigsten Jahrhunderts. Er untersuchte Split-Brain-Muster bei Katzen und Menschen, die aus der Trennung der beiden Hemisphären des Gehirns nach dem Schneiden des Corpus callosum, der Brücke zwischen den beiden Hemisphären des Gehirns, resultieren. Er stellte fest, dass nach der Trennung des Corpus callosum die beiden Hemisphären des Gehirns nicht kommunizieren konnten und Funktionen ausübten, als ob die andere Hemisphäre nicht existierte. Sperry untersuchte auch die Regeneration des Sehnervs und entwickelte die Chemoaffinitätshypothese. Die Chemoaffinitätshypothese besagt, dass Axone, der langfaserartige Teil von Neuronen,sich über spezielle chemische Marker mit ihren Zielzellen verbinden. Thatchallenged das vorher angenommene Resonanzprinzip von neuronalconnection. 1981 erhielt Sperry den Nobelpreis für Physiologie odermedizin zusammen mit David Hubel und Torsten Wiesel.

Sperry wurde am 20.August 1913 in Hartford, Connecticut, als Sohn von Florence KraemerSperry und Francis Bushnell Sperry geboren. Er hatte einen jüngeren Bruder,Russel Loomis. Sperr Vater war Bankier und seine Mutter war abusiness Student. Im Alter von elf Jahren starb Sperrys Vater und seine Mutter wurde stellvertretende Schulleiterin an einer High School, um die Familie finanziell zu unterstützen.Während seiner Highschool-Karriere nahm Sperry an mehreren teiluniversitätssportarten. Nach dem Abitur erhielt er ein vierjähriges Miller Academic scholarshipto Oberlin College in Oberlin, Ohio. In Oberlin studierte Sperry Englisch und nahm an sportlichen Aktivitäten teil, die er 1935 mit einem Bachelor of Arts abschloss. Sperry besuchte auch das Oberlin College forgraduate School, wo er Psychologie studierte. Sperry erhielt 1937 einen Master-Abschluss in Psychologie, nachdem er die Struktur und das Verhalten des Gehirns unter Raymond HerbertStetson erforscht hatte, der Sprache, Motor und Geschicklichkeitsbewegung studierte.

Nach seinem Masterabschluss an der Oberlin University wechselte Sperry seinen Schwerpunkt von Geisteswissenschaften zu Naturwissenschaften und bereitete sich auf ein Doktorandenprogramm in Zoologie vor. 1938 immatrikulierte er sich an der University of Chicago, wo er mit Paul Alfred Weiss zusammenarbeitete, der neuronale Verbindungen und höhere Gehirnfunktionen erforschte. Während seiner Arbeit mit Weiss untersuchte Sperry den chirurgischen Austausch von Nerven in den Hinterbeinen von Ratten. In diesem Prozess wurde der Hauptnerv von der rechten Extremität chirurgisch gelöst und wieder an der linken Extremität befestigt oder umgekehrt. Dann schockte Sperry eine der Hinterbeine mit Elektrizität und zeichnete auf, welches Glied als Reaktion auf den Reiz angehoben wurde. Nach wiederholten Experimenten bemerkte Sperry, dass die Ratten niemals das Glied hoben, das geschockt war, und stattdessen hoben sie das gegenüberliegende Glied an, an dem er die motorischen Nerven befestigt hatte. Zum Beispiel, wann immer dierechte Hintergliedmaßen war schockiert, die linke Hintergliedmaßen angehoben, und umgekehrt. Das geschah, weil die rechte Hintergliedschaft den Nerv von der linken Hintergliedschaft hatte und die linke Hintergliedschaft den Nerv von der rechten Hintergliedschaft hatte. Die Ratten hoben nicht das richtige Glied, egal wie oft sie geschockt waren, und sie konnten nicht lernen und sich anpassenan die neue Position der motorischen Nerven. Sperry kam zu dem Schluss, dass die motorische Nervenfunktion nicht angepasst werden konnte und angeboren war, was bedeutete, dass das Säugetier mit der spezifizierten Funktion für jeden motorischen Nerv geboren wurde und nicht angepasst werden konnte.

1941 erhielt Sperry ein Doktorandenstipendium in Karl Spencer Lashleys Labor an der Harvard University in Cambridge, Massachusetts, wo er mehrere Experimente durchführte, die die Daten für die Entwicklung der Chemoaffinitätshypothese lieferten. Nur ein Jahr später folgte Sperry seinem Mentor Lashley nach Orange Park, Florida, um ihre Forschung in einem vom Zweiten Weltkrieg isolierten Gebiet fortzusetzen. Er führte mehrere Experimente an den Fröschen durch, indem er ihre Augen drehte und den Sehnerv durchtrennte, der normalerweise die visuellen Informationen von der Netzhaut des Auges zum Gehirn zur Analyse transportiert.

Nach Sperrys Dienst sahen die Frösche die Welt auf den Kopf gestellt und ihren Sinn für rechts und links umgekehrt. Er stellte fest, dass die Frösche, egal wie viel Zeit verging, die visuellen Informationen normalerweise nicht verarbeiten konnten und ihre Sicht dauerhaft umgekehrt war. Dassbedeutete, dass die Sehnervenfasern genau zum gleichen Ursprungspunkt wie vor der Operation zurückwuchsen und sich nicht an die Rotation des Auges anpassten. Seine Sehnervenregenerationsforschung an Fröschen half Sperry, seine Chemoaffinitätshypothese zu entwickeln. 1946 kehrte Sperry an die University of Chicago zurück, wo er Assistent wurdeprofessor. 1949 heiratete Sperry Norma Gay Deupree. Sie hatten zwei Kinder, einen Sohn Glenn Michael im Jahr 1953 und eine Tochter Janeth Hope im Jahr 1963.

Fast zehn Jahre nach seinen ursprünglichen Experimenten mit Fröschen im Jahr 1951 schlug Sperry an der Universität vonchicago eine neue Idee vor, um die Konnektivität von Neuronen, die Chemoaffinitätshypothese, zu erklären. Das Nervensystem besteht aus zwei Teilen, dem Zentralnervensystem und dem peripheren Nervensystem. Das Gehirn und das Rückenmark zentral bilden das zentrale Nervensystem, während sich das periphere Nervensystem auf die Nerven bezieht, die sich über den gesamten Körper erstrecken.

Zu dieser Zeit stellten Wissenschaftler fest, dass die Axone während der Entwicklung des Nervensystems eine bestimmte Frequenz haben, die von einer Zielzelle erkannt und an diese spezifische Zielzelle angepasst wird. Infolgedessen waren die Verbindungen zwischen den Axonen und ihren Zielzellen nicht spezifisch, und jedes Axon konnte jede Zielzelle versorgen, wenn es in seine Richtung gedrückt wurde. Im Gegensatz dazu schlug Sperry vor, dass Axone chemische Signale ihrer Zielzellen erkennen, die genau angeben, an welche Zellen die Axone binden können. Nach Sperr’s Chemoaffinitätshypothese kann jedes Axon innerhalb des Sehnervs nur an seine ursprünglichen Zielzellen binden, die während der Embryonalentwicklung definiert wurden. Daher, wenn geschnitten, Nervenfaserenzu ihren ursprünglichen Befestigungsstellen zurückwachsen. Die Chemoaffinitätshypothese lehnte die zuvor von Weisshad vorgeschlagene Resonanzhypothese ab, die vorhersagte, dass die während der Entwicklung hergestellten Nervenverbindungen unspezifisch und zufällig waren.

Sperry verwendete die Chemoaffinitätshypothese, um alle Verbindungen der Nerven vom Gehirn zu ihren Zielzellen zu definieren, und er erklärte, dass Axone durch einen bestimmten einzigartigen chemischen Marker an ihre Zielzellen binden. Sperry zeigte, dass Nervenverbindungen zellspezifisch waren und sich daher, sobald sich die Verbindungen zwischen der Zielzelle und der Axon während der Embryonalentwicklung gebildet hatten, ihre Funktion und ihr Anbindungsbereich nicht ändern konnten. Zuerst wusste er nicht wasführte die Spezifität eines Axons zu seiner Zielzelle, abersperry stellte die Hypothese auf, dass es sich um einen einfachen chemischen Marker handelteinzigartig für jede Zelle.

Sperry schlug auch vor, dass diediagramm der Nervenverbindung im Körper bestimmt durch diegenotyp und die chemische Struktur entwickeln sich während der Zelldifferenzierung, die Axone zu ihren jeweiligen führtziele. Folglich war jedes Axon vorbestimmt, sich zu verbindenzu seiner Zielzelle allein während der Entwicklung durch den Genotyp,der die Sammlung aller Gene eines Säugetiers ist. Das war eine Idee, die viele Forscher eingehend studiertenund schließlich akzeptierte die wissenschaftliche Gemeinschaft die Theorie, dasschemische Verbindung von Axonen zu ihren Zielzellen. Mit seiner Forschung zur Chemoaffinitätshypothese schlug Sperry ein neues Verständnis der Nervenverbindungen im menschlichen Körper vor.

Ein weiteres Forschungsgebiet von Sperry war die Funktionalitätspezialisierung der Gehirnhälften bei Säugetieren. 1954 zog Sperry nach Pasadena, Kalifornien, wo er am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena arbeitete, California.At die Zeit, das Verfahren des Schneidens des Corpus callosum, oderdie Brücke zwischen der linken und der rechten Hemisphäre des Gehirns, wurde eine Behandlungsoption für Epilepsie. Epilepsie ist einzustand, der zufällige Anfälle verursacht. Bei diesem Verfahren würden Forschungsärzte den Corpus callosum abschneiden, um zu verhindern, dass sich der elektrische Impuls für Reize von einer Hemisphäre zur anderen ausbreitet. Nach dieser Operation konnten Personen mit Epilepsie ein normales Leben führenund die meisten Aufgaben problemlos ausführen, was dazu führte, dass Sperry die Funktion des Corpus callosum in Frage stellte, da die Aufhebung keine offensichtliche Wirkung hatte.

In den 1950er und frühen 1960er Jahren führte Sperry ursprünglich Split-Brain-Forschungen an Katzen durch, um das Gehirn eines Epilepsiepatienten nach einem chirurgischen Eingriff nachzuahmen. Das Gehirn hat jeweils zwei Hemisphärenverantwortlich für die gegenüberliegende Körperseite. Die rechte Hemisphäre steuert die linke Körperseite und die linke Hemisphäre steuert die rechte Körperseite. Sperry begann seine Experimente zur Bestimmung der Funktion des Corpuscallosum durch Schneiden des Corpus Callosum und der Sehnervenvon beiden Augen bei Katzen. Nach dem Eingriff brachte er den Katzen bei, ein Quadrat von einem Dreieck mit dem linken Auge zu unterscheiden, während das rechte Auge bedeckt war, und ein Dreieck von einem Quadrat mit dem rechten Auge zu unterscheiden, während das linke Auge bedeckt war. Das veranlasste die Katzen, sich an einen zu erinnernszenario mit einem Auge und ein anderes Szenario mit dem anderenauge. Später, je nachdem, welches Auge bedeckt war, die Katzenkönnte entweder ein Quadrat von einem Dreieck oder ein Dreieck von einem Quadrat unterscheiden. Das bedeutete, dass sich die Katzen erinnertzwei verschiedene Ereignisse mit zwei verschiedenen Hemisphären, diefunktionierte als vollständig voneinander getrennt. Da die Katzen die Formen nur als zwei verschiedene Szenarien unterscheiden konnten, kam Sperry zu dem Schluss, dass das Corpuscallosum entscheidend für die Verbindung der Hemisphären zum Verständnis von Informationen durch das Gehirn war. Zum Beispiel würden die Katzen in der Lage sein, das Dreieck und das Quadrat mitbeiden Augen mit einem eingehefteten Corpus callosum zu unterscheiden.

Angesichts seiner Ergebnisse bei Katzen führte Sperry ähnliche Tests mit menschlichen Freiwilligen durch, die aufgrund äußerer Umstände einen abgetrennten Corpus callosum hatten. Er hatte ähnliche Ergebnisse. In seinen Humantests zeigte Sperry den Freiwilligen für kurze Zeit Wörter.Wenn der Forscher das Wort dem rechten Sichtfeld präsentierte, verarbeitete es die linke Hemisphäre des Gehirns, und wenn es dem linken Sichtfeld präsentiert wurde, verarbeitete es die rechte Hemisphäre des Gehirns. Als Sperry jedoch die Freiwilligen bat, sich an das Wort zu erinnern, das sie gerade gesehen hatten, waren die Ergebnisse dieser beiden einfachen Experimente sehr unterschiedlich. Kein Patient konnte sich nur an das Wort erinnernsäge es mit dem linken Auge. Die meisten Patienten erinnerten sich jedochdas Wort, wenn sie es mit ihrem rechten Auge sahen. Aus diesen Ergebnissen schloss Sperry, dass die linke Hemisphäre für das rechte Auge verantwortlich ist und in der Lage ist, Wörter zu artikulieren, sich zu erinnern und auszusprechen, während die rechte Hemisphäre dazu nicht in der Lage war.

In den späten 1960er Jahren führte Sperry ein Follow-up-Experiment durch, um festzustellen, wie sich die beiden Hemisphären in ihrer Funktion unterschieden. Während des Experiments bat Sperry die Freiwilligen, ihre linke Hand, die von der rechten Gehirnhälfte bedient wird, in eine Schachtel zu legen, die mit verschiedenen Objekten gefüllt war, die sie nicht sehen konnten. Danach sahen die Patienten ein Wort, das eines der Objekte in der Schachtel nur mit dem linken Auge beschrieb, das von der rechten Hemisphäre bedient wurde. Sperry bemerkte, dass die meisten Patienten das Objekt dann aus der Schachtel holten, ohne es zu sehen, aber wenn sie nach dem Namen des Objekts gefragt wurden, konnten sie es nicht sagen und sie wussten nicht, warum sie dieses Objekt hielten. Das führte Perry zu dem Schluss, dass die rechte Hemisphäre eine Spracherkennungsfähigkeit hatte, aber keine Sprachartikulation, was bedeutete, dass die rechte Hemisphäre ein Wort erkennen oder lesen konnte, aber es konnte dieses Wort nicht aussprechen, so dass die Person es nicht sagen oder wissen konnte, was es war.

In der letzten Versuchsreihe zeigte Sperry ein Objekt dem rechten Auge der Patienten und ein anderes Objekt ihrem linken Auge. Sperry bat die Freiwilligen zu zeichnen, was siesäge nur mit der linken Hand. Alle Patienten zeichneten das Objekt, das sie mit ihrem linken Auge sahen, gesteuert von der rechten Hemisphäre, und beschrieben das Objekt, das sie mit ihrem rechten Auge sahen, gesteuert von der linken Hemisphäre. Sperryfolgerte, dass jede Hemisphäre des Gehirns funktioniertunabhängig als das einzige Gehirn mit einem abgetrennten das Corpuscallosum, so dass die Hemisphären nicht kommunizieren und sie können nur die Funktionen ausführen, die für diese Hemisphäre spezifisch sind.

Im Laufe seines Lebens erhielt Sperry vierunddreißig verschiedene Auszeichnungen, darunter 1981 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für seine Split-Brain-Forschung inhumans. Sperry erhielt 1972 den California Scientists of theYear Award sowie 1991 den Lifetime Award der American Psychological Association.

Sperry genoss Keramik, Skulpturen, Camping, Angeln, Sport, Sammeln ungewöhnlicher Fossilien und amerikanischen Volkstanz. Sperry starb am 17April 1994 in Pasadena, Kalifornien, an amyotropher Lateralsklerose, einer neurologischen Erkrankung, an der Neuronen beteiligt sind, die für freiwillige Muskelbewegungen verantwortlich sind, was die motorische Funktion und die Muskeln schwächt.