Что делает мозг человека таким особенным? Да, естественно, он большой, но впрочем, не самый большой из существующих. Так же утверждается, что в мозгу находится сто миллиардов нейронов, но откуда взялись эти цифры, и как она соотносится с количеством нейроном у остальных живых существ?
Можно подумать, что ответы на эти вопросы известны, но присутствует большая вероятность того, что мы были серьезно дезинформированы в вопросах специфичности нашего мозга, в сравнении с мозгами других существ нашей планеты. Ниже четыре самых крупных мифа, касающихся мозга человека.
Миф №1: Человеческий мозг состоит из ста миллиардов нейронов
Нейроны являются фундаментальными строительными кирпичиками любой нервной системы. Это специфические клетки с древовидными отростками, которые расходятся в разные стороны, соприкасаясь с отростками других клеток. В результате формируется химическая и электрическая сеть, которая и представляет собой наш мозг. Эти клетки занимаются обработкой информации о нашем окружении, проводят управление нашими действиями в соответствии с ним, ведут контроль наших неосознаваемых телесных функций. Именно нейроны дают нашему мозгу возможность эффективно и быстро выполнять различные действия, чего не может достичь любая из создаваемых машин.
Если учитывать незаменимость этих клеток, то можно предположить, что ученые могут определить, какое количество нейронов находится в нашей голове. Более того, на протяжении многих лет мы думали, что знаем это. Если посмотреть учебники по нейробиологии, научные журналы и исследования, то можно обнаружить, что число нейроном в мозгу человека в них указано как сто миллиардов, причем обычно, не приводится никаких подтверждающих ссылок.
Почему нет ссылок? Нейробиолог доктор Геркулано-Хаузел считает, что так получилось из-за того, что прямые оценки общего числа нейронов не делались до 2009 года, когда она с группой ученых провели исследования мозгов четырех умерших человек. Они разжижили их, используя технику, которая называется «изотропная фрактализация». Каждый мозг был растворен в гомогенную эмульсию, так называемый «мозговой суп». Было проведено изучение образцов из этого «супа», что позволило подсчитать количество нейронов в образцах, а затем провести экстраполяцию, чтобы узнать общее количество нейронов в каждом из мозговых «тортиков».
По словам Геркулано-Хаузела, которые появились в подкасте к журналу Nature, удалось обнаружить, что в среднем человеческом мозге содержится около 86 миллиардов нейронов. Ни один из исследованных образцов не содержал ста миллиардов этих клеток. Она отметила, что может показаться, что это не столь существенная разница, но 14 миллиардов нейронов равняются размеру мозга, к примеру, бабуина, или почти половине мозга гориллы. Так что на самом деле это вполне существенная разница.
Миф №2: Чем больше размер мозга, тем он лучше
Если собрать вместе несколько близкородственных видов живых существ, и сравнить их мозги, что можно будет заметить корреляцию между когнитивными особенностями и абсолютным размером мозга. К примеру, у млекопитающих приматы (к которым относятся и люди) и китообразные (к примеру, дельфины) обладают более крупными мозгами, чем, допустим насекомоядные (к примеру, муравьед). Также они превосходят последних в умственных способностях. Если основываться только на этом наблюдении, что можно сделать вывод, что размер мозга — это хороший предиктор когнитивных возможностей.
Но подобный вывод «больше — значит лучше» разрушается, если начать сравнить особи разных видов. К примеру, у коров мозг крупнее, чем практически у любого вида обезьян. При этом у коров, практически однозначно, более слабые умственные способности, чем почти у всех приматов с меньшим размером мозга. Подобным образом, если взять мозг капибары, который весит чуть более семидесяти граммов, то ее когнитивные способности не сравняться с обезьянкой капуцина, вес мозга которой около 50 граммов.
А самым лучшим доказательством того, что «больше не обязательно лучше», станет сравнение мозга человека с мозгом самых крупных млекопитающих, к примеру, слона или кита. Средний мозг человека весит примерно 1200 граммов, слона — примерно в четыре раза меньше, но рекордсмен кашалот, его мозг весит примерно 6800 граммов.
Почему с мозгом, который больше человеческого в шесть раз, кашалоты до сих пор не поработили человечество?
Миф №3: У человеческого мозга наибольший размер в сравнении с размерами тела
Этот миф остался еще со времен Аристотеля, написавшего в 335 году до нашей эры, что у человека самый большой мозг из всех животных в сравнении с размерами его тела. В подобную ловушку можно попасть, если попытаться объяснить отличия между размерами мозга и интеллектом, допустим у кашалота и человека. В наше время подобное объяснение используется многими людьми, чтобы убедить себя, что на интеллект оказывает влияние не абсолютный размер или вес мозга, а соотношение между весом мозга и весом тела.
Но если изучить это логическое построение, то можно обнаружить, что из нее вытекает еще одна неточная картина в сравнении с тем, что мы можем наблюдать в природе. Действительно, соотношение веса мозга к весу тела у человека выше, чем у слона (примерно 1/40 против 1/560). Но она примерно равняется подобному соотношению у мыши, а иногда можно встретить и меньшие отношения, к примеру, 1/12 у некоторых птиц.
Учеными была придумана сложная система оценки, называемая «фактор энцефализации (EQ), которая должно обойти ограничения базового отношения мозга к телу. В нем измеряется соотношение мозга и тела животного лишь в сравнении с другими животным, у которых примерно сходный размер.
Ученые провели сравнение факторов энцефализации у разных животных, обнаружив, что у людей этот фактор выше, чем у остальных живых существ на планете.
Миф №4: В мозгу большего размера нейронов больше, чем в маленьком мозгу
Но даже в факторе энцефализации есть один изъян, который заключается в том, что у большего мозга не обязательно большее количество нейронов, чем у маленького. Этот факт, снова приводит нас к мифу №1 и к вопросу, какое количество нейронов содержится в человеческом мозге.
Ученым уже достаточно давно известно, что размер мозга животных может сильно различаться у разных видов. Но до недавней поры большинство исследований предполагало, что плотность нейронов (их количество, отнесенной к массе мозга) более или менее постоянная величина среди животных разных классов.
Этот миф был разоблачен исследованиями доктора Геркулано-Хаузела совместно группой ученых, при помощи уже упомянутого «мозгового супа». Они измеряли общее число нейронов в мозгах разных видов млекопитающих. Результаты исследований показали, что у разных млекопитающих различные «правила расчета» их количества.
Исследователям удалось обнаружить, что мозги приматов увеличиваются в размере почти с такой же скоростью, с какой возрастает количество нейронов в них. Если сравнить 1 грамм нейронной ткани мозга крупного примата с 1 граммом ткани мозга меньшего примата, то число нейронов окажется примерно одинаковым.
А если взять грызунов, то размеры их мозгов увеличиваются быстрее, чем количество нейронов. Как результат, у более крупных грызунов меньшее число нейронов на 1 грамм нейронной ткани, нежели у мелких разновидностей.
У мозгов насекомоядных обнаружилось комбинация из мозгов приматов и грызунов. Кора мозга увеличивается быстрее, чем возрастает количество нейронов. А мозжечок обладает линейной скоростью роста, аналогично приматам.
Конечные вывод данных исследований следующий: среди приматов, насекомоядных и грызунов, именно у приматов мозг использует наиболее экономичный принцип, максимально использующий все доступное пространство. По словам доктора Геркулано-Хаузела, увеличение количества нейронов в десять раз для мозга грызуна, приводит к 35-кратному увеличению самого мозга. Аналогичное увеличение для мозга примата приведет лишь к 11-кратному увеличению мозга.
Если представить мозг гипотетического грызуна, в котором будет 86 миллиардов нейронов (как у человека), то он должен был бы весить примерно 35 килограмм, что намного выше, чем параметры любого известного существа.
Мозг человека особенный?
Есть несколько выводов, которые следуют из развенчанного мифа №4. Первый — относительный размер мозга (даже если использовать фактор энцефализации) не может использоваться как надежное мерило числа нейронов у разных классов животных.
Второй — это дает нам два довольно контринтуитивных факта о мозге человека. Один из них, что наш мозг вовсе не уникален. В нем может находиться 86 миллиардов нейронов, но это число вписывается в правило расчета для приматов с мозгом такого размера. Если увеличить мозг шимпанзе до размеров человеческого, то в нем будет содержаться столько же нейронов.
Но есть еще один, который подтверждает тот факт, что в мозге человека есть кое-что уникальное. Как объяснила доктор Геркулано-Хаузел, мозг человека увеличивается по правилам, таким же, как и у остальных приматов. Экономичный принцип позволяет упаковать в доступный объем намного больше нейронов, чем в мозг грызуна аналогичного размера, а возможно, и в мозг любого из живых существ, живущих на планете.
А то, что у людей самый большой действующий мозг среди приматов означает, что у мозга человека самое большое число нейронов, которые формируют поведение и сознание в целом.
То, как беспрецедентное количество нейронов в мозге человека сочетается с нашей генетикой и общей структурой мозга, обеспечивая самые продвинутые когнитивные способности на Земле, еще необходимо найти.
К примеру, если бы появилась возможность увеличить мозг шимпанзе до размеров мозга человека, то произошел бы скачок когнитивных способностей до уровня, сравнимого с нашим?
Еще один, пока еще не исследованный вопрос: как проводить сравнение числа нейронов мозга человека с остальными видами млекопитающих, особенно тех, у кого мозг большого размера? В настоящее время нет точных исследований числа нейронов ни у китообразных, ни у слонов.
