Видео

Как человек стал таким умным?

10.02.2017

Юлия Кудерова

Перед вами небольшая лекция невролога Сюзанны Херкулано-Хузел о том, чем мозг человека отличается от мозга других животных. Устройство человеческого мозга сбивает с толку — он большой, относительно размеров нашего тела, он потребляет громадное количество энергии для своего веса и кора головного мозга невероятно плотная. Но почему? Вы можете посмотреть видео с субтитрами или же прочитать расшифровку.

Что же такого особенного в человеческом мозге? Почему мы изучаем других животных, а не они изучают нас? Что есть в человеческом мозге, чего нет ни в каком другом?

Когда я задалась этими вопросами около 10 лет назад, учёные думали, что знают, из чего состоит мозг различных особей. И хотя их догадки строились на очень скудных данных, многие учёные думали, что мозг всех млекопитающих, в том числе и человека, был устроен одинаково, имея постоянное число нейронов, которое всегда пропорционально размеру мозга.

Это означает что два мозга одного размера, как вот эти, например, весящие приличные 400 грамм, должны иметь примерно одинаковое количество нейронов. Таким образом, если нейроны являются функциональными составляющими мозга, обрабатывающими информацию, значит, их владельцы должны иметь схожие умственные способности. Но, тем не менее, один из них — шимпанзе, а другой — корова. Конечно, может быть, коровы обладают богатой невидимой умственной жизнью, и настолько умны, что предпочитаю держать нас в неведении, но ведь мы их едим.

Мозг коровы

Я думаю, что большинство людей согласится, что шимпанзе способны на более сложное продуманное и адаптивное поведение, чем коровы. Таким образом, это является свидетельством того, что история о том, что «мозг всех живых существ устроен одинаково» в корне неверна. Но всё же продолжим.

Если бы мозг всех живых существ был бы устроен одинаково, и нужно было бы сравнить животных с мозгом разных размеров, то мозг больших размеров всегда бы располагал большим количеством нейронов, чем тот, что меньше, и, чем больше был бы мозг, тем выше должны бы были быть интеллектуальные способности обладателя. Поэтому самый большой мозг должен также обладать и наивысшими интеллектуальными способностями. Но трагедия здесь в том, что наш мозг не является самым большим. Весьма досадно, не так ли?

«Самый большой» не значит «самый умный»

Наш мозг весит от 1,2 до 1,5 кг, мозг слона весит около 4-5 кг, а мозг кита может достигать веса вплоть до 9 кг. Вот почему учёные раньше часто прибегали к утверждению, что «наш мозг особенный», тем самым обосновывая наши умственные способности.

Они должны быть выдающимися, исключением из правил. Их мозг может быть больше, но наш всё равно лучше, и, допустим, что такое могло быть, поскольку он кажется больше, чем он должен быть, с более толстой корой головного мозга, чем теоретически должна быть относительно размеров наших тел. Таким образом, это даёт нам дополнительную кору чтобы заниматься более интересными вещами, чем просто управлять нашим телом.

Это обусловлено тем, что размер мозга обычно соответствует размерам тела. Поэтому основное объяснение того, что наш мозг больше, чем ему следовало бы быть, базируется на сопоставлении самих себя с приматами. Гориллы могут быть вдвое, а то и втрое, больше нас, значит, и их мозг должен быть больше, чем наш, но, тем не менее, всё с точностью наоборот. Наш мозг втрое больше, чем мозг гориллы.

Человеческий мозг ещё интересен тем, какое количество энергии он потребляет. И хотя он обладает всего 2% массы тела, он поглощает 25% всей энергии, ежедневно требующейся нашему телу. Из общих 2000 калорий 500 калорий идут на поддержание работоспособности нашего мозга. Таким образом, человеческий мозг больше, чем он должен быть, он использует намного больше энергии, чем должен, то есть он — особенный.

Почему мозг человека такой особенный

Вот как раз в этот момент меня и стала интересовать эта история. В биологии мы ищем закономерности, которым подчиняются все живые организмы и жизнь в целом, тогда почему законам эволюции должны подчиняться все, кроме нас самих? Возможно, проблема была в изначальном предположении, что мозг всех живых существ устроен одинаково.

Может быть, два мозга одного размера могут, на самом деле, иметь совсем разное количество нейронов, Может быть, и необязательно, что очень большой мозг имеет больше нейронов, чем мозг более скромных размеров. Может быть, человеческий мозг имеет большее количество нейронов, чем какой-либо другой, независимо от его размеров, особенно это касается коры головного мозга. Это стало для меня очень любопытным вопросом: сколько нейронов в человеческом мозге, и как это число соотносится с другими животными?

Вы, вероятно, слышали или читали где-нибудь, что мы имеем около 100 млрд нейронов, поэтому 10 лет назад, я спросила своих коллег, знают ли они, как мы получили такое число. Но никто не смог мне ответить Я перерыла литературу, чтобы найти первоисточник этой информации, но так и не смогла найти. Казалось, что никто никогда на самом деле-то и не считал число нейронов человеческого мозга, да и вообще какого-либо мозга в принципе.

Поэтому, я придумала свой собственный метод вычисления числа клеток в мозге, и по сути своей он сводится к растворению мозга до состояния бульона. Происходит это так: берём мозг, или часть этого мозга, и растворяем его в растворителе, который разрушает мембраны клеток, но оставляет нетронутым ядро клеток, поэтому, мы имеем раствор свободных клеточных ядер, который выглядит вот так, как бульон.

Бульон содержит все ядра, которые не так давно были мышиным мозгом. Так вот, гениальность бульона в том, что его можно взболтать и распределить ядра клеток равномерно в растворе, поэтому, рассмотрев в микроскоп всего 4 или 5 образцов этого однородного раствора, мы можем посчитать ядра и, тем самым, посчитать, сколько клеток было в этом мозге. Элементарно и очень быстро. Мы использовали этот метод для подсчёта нейронов уже десятков различных видов, и, оказывается, у всех видов мозг устроен по-разному.

Возьмём, например, грызунов и приматов. По мере увеличения размеров грызуна среднее число нейронов мозга увеличивается, то есть мозг быстро увеличивается, в размере — гораздо быстрее, чем в количестве нейронов. У приматов же увеличивается количество нейронов, однако при этом размер нейрона не изменяется, и это очень практичный способ — увеличить количество нейронов. В результате, мозг примата будет всегда располагать большим количеством нейронов, чем мозг грызуна такого же размера, и чем больше размер мозга, тем больше будет эта разница.

Зачем нам 86 млрд нейронов

А что же тогда насчёт нашего мозга? Мы обнаружили, что в среднем у нас около 86 млрд нейронов, 16 млрд из которых находятся в коре головного мозга, и, если вы считаете, что кора мозга является центром таких функций, как понимание, логическое и абстрактное мышление, и что 16 млрд это самое большое число, которое может быть в коре головного мозга, я думаю, что это наипростейшее объяснение наших выдающихся умственных способностей.

Не менее важно знать, что же означает число «86 млрд» Так как мы доказали, что отношение размера мозга к количеству нейронов может быть выражено математически, мы смогли рассчитать, как бы выглядел мозг человека, если бы он был устроен как у грызуна. Мозг грызуна с теми же 86 млрд нейронов весил бы 36 килограммов. Это невозможно. Мозг такого размера был бы раздавлен собственным весом, и этому невероятному мозгу потребовалось бы тело массой 89 тонн. Не думаю, что это хоть немного похоже на нас. Даже это приводит нас к важному выводу, что мы — не грызуны. Человеческий мозг — это не огромный мозг крысы.

В сравнении с крысой, мы, возможно кажемся особенными, но это неправильное сравнение, так как мы знаем, что мы не грызуны. Мы — приматы, поэтому правильным сравнением было бы с приматами. Так вот, если провести все вычисления, выясняется, что средний примат с 86 млрд нейронов имел бы мозг весом 1,2 кг, что кажется довольно правдоподобным, имел бы тело около 66 кг, что, в моем случае, прямо в точку.

Это приводит нас к совершенно неудивительному, но все же очень важному, выводу: я — примат. И вы все — приматы. И Чарльз Дарвин тоже им был. Мне нравится думать, что Дарвин оценил бы это. Его мозг, как и наш, был построен по подобию мозгов других приматов. Значит, мозг человека может быть особенным — да, но он не отличается количеством нейронов. Это просто мозг крупного примата. На мой взгляд, это очень усмиряющая и отрезвляющая мысль, которая должна нам напоминать о нашем месте в природе.

Почему наш мозг поглощает так много энергии

Другие учёные подсчитали, сколько энергии затрачивает человеческий мозг и мозг других видов, и теперь, зная число нейронов, составляющих каждый мозг, мы можем посчитать. Выходит, что и человеческий мозг и мозг любого другого вида затрачивает примерно одинаковое количество — в среднем 6 калорий на млрд нейронов в день.

Значит, общее количество энергии мозга это простая линейная функция, зависящая от количества нейронов. И оказывается, что человеческий мозг затрачивает ровно ожидаемое количество энергии.

Значит причина того, почему человеческий мозг затрачивает так много энергии в том, что в нем большое число нейронов, и потому что мы приматы с намного большим числом нейронов на данный размер тела, чем какое либо другое животное. Относительные затраты нашего мозга велики, но только потому что мы — приматы, а не потому что мы — особенные.

Тогда последний вопрос: как же мы получили такое значительное число нейронов, и особенно, если некоторые приматы значительно больше нас, почему их мозг не больше нашего и не имеет большее число нейронов? Когда мы осознали, во сколько обходится такое число нейронов в мозге, я обнаружила, что может быть у этого простая причина.

У них просто не хватает энергии на то, чтобы содержать и крупное тело, и большое число нейронов. Поэтому мы посчитали сначала, какое количество энергии получает примат в день от поедания сырой еды, а потом, сколько энергии необходимо телу определённого размера и, сколько необходимо мозгу определённого размера, и мы стали искать такое сочетание размера тела и количества нейронов которое смог бы себе позволить примат, если бы он питался определённое количество часов в день.

И вот что мы обнаружили: так как нейроны очень энергозатратны, есть баланс между количеством нейронов и размерами тела. Примат, который ест 8 часов в день, может позволить себе максимум 53 млрд нейронов, но тогда его тело будет не больше 25-ти килограммов. Чтобы набрать больший вес, придётся жертвовать нейронами. Поэтому выбор следующий — либо крупное тело, либо большое число нейронов. Если питаться, как примат, невозможно себе позволить и то и другое.

Способ обойти эти ограничения — есть ещё большее количество часов в день, но это — опасно, и на определённом этапе просто переходит рамки возможного. Гориллы и орангутанги, например, обслуживают около 30 млрд нейронов затрачивая 8 с половиной часов на еду, и это наибольшее, что они могут.

9 часов в день на еду фактический предел для примата. Что же насчёт нас? Имея 86 млрд нейронов и массу тела 60-70 кг, нам бы пришло питаться больше, чем 9 часов в день, что просто неосуществимо. Если бы мы питались, как приматы, нас бы не было здесь. Так как же мы стали такими?

Ну, если наш мозг затрачивает ровно столько энергии, сколько он должен, и если мы не можем потратить каждый час бодрствования на прокорм, тогда единственная альтернатива — каким бы то ни было способом получить больше энергии из той же самой еды. И это в точности совпадает с тем, как наши предки вышли из этого положения 1,5 млн лет назад, когда они изобрели приготовление пищи.

Готовить — это использовать огонь, чтобы пре-переварить пищу вне наших тел. Приготовленная пища мягче, значит её легче жевать и пережевать её до состояния пюре во рту, а это позволяет ей полностью перевариваться и всасываться в кишечнике, что тем самым даёт большее количество энергии в более короткие сроки.

Таким образом, приготовление пищи освобождает время для более интересных занятий нам и нашим нейронам, чем просто заниматься мыслями о еде, поисками еды, поглощением еды весь день.

Благодаря приготовлению пищи, то, что раньше было значительной ответственностью, этот большой, чрезмерно энергозатратный мозг с огромным числом нейронов смог теперь стать значительным активом, чтобы теперь мы смогли иметь достаточно энергии для нейронов и времени для интересных для них дел. Это, я думаю, объясняет, почему человеческий мозг в ходе эволюции так быстро достиг таких размеров, в то же самое время оставаясь просто мозгом примата.

Теперь, имея большой мозг, доступный благодаря кулинарии, мы стремительно перешли от сыроедения к культуре, сельскому хозяйству, цивилизации, продуктовым магазинам, электричеству, холодильникам, и всем тем вещам, которые сегодня позволяют нам получать необходимую нам энергию на весь день всего за одно посещение вашего любимого фаст-фуда. Что когда-то было решением, теперь стало проблемой и, по иронии мы ищем решение в сыроедении.

В чем же человеческое превосходство?

Что есть у нас, чего нет у других животных? Мой ответ — самое большое количество нейронов в коре головного мозга, и я думаю, это самое лёгкое объяснение наших выдающихся умственных способностей. И что же мы умеем, чего не умеет ни одно другое животное, и что было, по-моему, основополагающим фактором, который позволил нам это большее, самое большое число нейронов? В двух словах — мы готовим. Ни одно другое животное не готовит свою пищу. Только человек. Я считаю, это то, как нам удалось стать людьми. Изучение человеческого мозга изменило мои представления о еде. Теперь я смотрю на свою кухню, и я кланяюсь ей и благодарю своих предков за изобретение того, что, возможно, и сделало из обезьяны — человека. Большое спасибо.