почему уменьшается мозг человека
Есть ли связь между усложнением общества и уменьшением размера мозга
В 1980-х годах антропологи обнаружили странный факт: средний размер мозга, постоянно увеличивавшийся на протяжении всей эволюции наших предков, на ее последнем этапе стал медленно уменьшаться. Время, когда произошел этот поворот, разные авторы оценивают по-разному: одни утверждают, что наш мозг начал уменьшаться около 25 тысяч лет назад, другие — что всего около 10 тысяч (что связано с огромной индивидуальной изменчивостью этого показателя, затрудняющей вычисление среднего). Различаются и оценки того, насколько именно уменьшился мозг среднего человека. Но так или иначе все антропологи согласны с тем, что у современных людей средний объем мозга по крайней мере процентов на 10 меньше, чем у их предков времен создания первых фресок Альтамиры.
По их мнению (основанному на собственных промерах более чем 980 ископаемых черепов), уменьшение мозга началось не 25 и не 10, а всего около трех тысяч лет назад. И причиной его были экстернализация знаний и разделение труда. Проще говоря, в обществе охотников-собирателей каждый мужчина должен был уметь охотиться (на все виды дичи, которые водятся в данной местности) и рыбачить, строить дома и лодки, изготовлять весь набор орудий труда, представлять себе всю местность на десятки километров вокруг — и все эти знания и умения он должен был держать в собственной голове, поскольку не мог ни записать их, ни передоверить что-то профессионалу. А в обществе, где существуют письменность и разделение труда, человеку достаточно владеть своим ремеслом, если же возникала потребность в дополнительной информации, ее можно было почерпнуть из манускриптов. Уменьшилась нагрузка на мозг — стал уменьшаться и мозг: ведь это орган чрезвычайно энергетически дорогой. Составляя всего около 2% массы тела, он потребляет примерно 20% энергии — и при любом уменьшении притока кислорода или глюкозы просто отказывается работать.
На первый взгляд объяснение выглядит убедительным. Смущает, правда, резкое расхождение с прежними данными в вопросе о времени начала уменьшения мозга. Почти тысяча черепов — это, конечно, выборка солидная, но сторонники прежней точки зрения основывали свои выводы на десятках тысяч экземпляров (так, например, только в одной работе 1988 года измерено 12 800 индивидуальных черепов). Но это уж дело специалистов — выяснять, чьи данные надежнее. Примем пока оценки авторов на веру — и посмотрим на их гипотезу в свете этого допущения.
Старинная гравюра, представляющая области мозга, ответственные за человеческую мысль, около 1650 г Фото: Photo by GraphicaArtis/ Getty Images
Впрочем, авторы работы и не пытаются аргументировать, почему именно три тысячи лет назад значение «коллективного разума» вдруг резко увеличилось. Вместо этого они ссылаются на. муравьев. Дескать, разнообразие этих насекомых (которых сейчас известно около 14 тысяч видов) позволяет сопоставить эволюцию размеров мозга с размером их семей и степенью специализации разных каст внутри семьи. Правда, если читать не только резюме статьи (где об этом говорится довольно туманно), но и сам текст статьи, то окажется, что, во-первых, в разных группах муравьев размер мозга эволюционировал в разных направлениях, во-вторых, как раз у тех муравьев, где специализация зашла так далеко, что разные касты хорошо различимы внешне, размер мозга с увеличением размера семьи увеличивается. А уменьшается он у муравьев-грибоводов, у которых все рабочие особи выглядят одинаково и в принципе взаимозаменяемы в своих функциях.
Пожалуй, данная работа действительно показала некоторые неожиданные эффекты разделения труда и экстернализации знаний — не столько в эволюции человека, сколько в современной науке. Оказывается, эти факторы дают возможность выдвигать красивые гипотезы и смелые аналогии, не обращая внимания на то, как все это стыкуется с данными других дисциплин.
Что же касается самой проблемы уменьшения среднего размера мозга на последнем этапе эволюции нашего вида, то меня всегда поражало: почему те, кому не дает покоя эта тенденция, не видят ничего странного в том, что современные ноутбуки, будучи во много раз меньше огромных вычислительных машин 1960-х годов, в то же время превосходят их по всем техническим характеристикам? Ведь даже небольшая оптимизация и компактизация мозга без снижения его функциональных возможностей были для наших предков куда важнее, чем миниатюризация вычислительной техники для современных инженеров. В конце концов, компьютеры хотя бы не надо рожать, мучительно пропихивая твердые корпуса их блоков сквозь узкие и кривые родовые пути.
Больше текстов о науке и обществе — в нашем телеграм-канале «Проект «Сноб» — Общество». Присоединяйтесь
Как курение воздействует на головной мозг человека?
Молекулы никотина связываются с ацетилхолиновыми рецепторами, временно усиливая их активность. Этим объясняется чувство легкой эйфории, повышение работоспособности и прилив энергии после выкуривания сигареты. Но уже через полчаса активность рецепторов падает. Человек начинает испытывать потребность в дополнительной дозе никотина, поскольку естественных заменителей этого вещества в организме нет. Если не покурить повторно, появляется нервозность и беспокойство.
Почему никотин губительно воздействует на головной мозг
Курение и сосуды головного мозга — злейшие враги. Никотин, содержащийся в табачном дыме, вызывает сужение сосудов. При этом резко уменьшается количество питательных веществ и кислорода, поступающих в нейроны головного мозга. От кислородного голодания нейроны погибают. Это повышает вероятность возникновения болезней Альцгеймера и Паркинсона.
Но дегенерация нейронов — лишь одно из последствий того, как курение влияет на сосуды головного мозга. Самый опасный итог многолетнего вдыхания табачного дыма — это ишемия мозга и инсульт.
При сужении сосудов сердце начинает работать в ускоренном темпе. Частота сердечного ритма повышается на 20-30 ударов в минуту. Повышенное давление делает сосуды менее эластичными. Со временем в сосудах появляются необратимые повреждения — микротрещины. Белковый и липидный обмен нарушается, в результате чего на стенках сосудов скапливается холестерин. Это заболевание называется атеросклерозом.
Что происходит при атеросклерозе?
Если стенки церебральных артерий закупориваются, у курильщика может произойти преходящая ишемия мозга. Также увеличивается риск возникновения геморрагического инсульта, вызванного потерей эластичности сосудов головного мозга. Стенки сосудов становятся ломкими, поэтому при повышении артериального давления они могут разорваться.
Курение может вызывать поражение нервной системы. У больных рассеянным склерозом, которые курили шесть и более месяцев, вероятность разрушения белого вещества спинного и головного мозга выше, чем у больных, которые никогда не прикасались к сигарете.
Курение и сосуды мозга — несовместимые понятия в том случае, если человек хочет сохранить физическое и психическое здоровье до глубокой старости. Последствия воздействия никотина на организм необратимы, но отказ от курения поможет снизить шанс развития атеросклероза, инсульта и ишемии мозга.
Нейроны и нейромедиаторы
Химические цепочки
Все чувства и эмоции, которые испытывают люди, возникают путем химических изменений в головном мозге. Прилив радости, который человек ощущает после получения положительной оценки, выигрыша в лотерею или при встрече с любимым, происходит вследствие сложных химических процессов в головном мозге. Мы можем испытывать огромное количество эмоций, например таких, как печаль, горе, тревога, страх, изумление, отвращение, экстаз, умиление. Если мозг дает телу команду на осуществление какого-либо действия, например, сесть, повернуться или бежать, это также обусловлено химическими процессами. «Химический язык» нашей нервной системы состоит из отдельных «слов», роль которых исполняют нейромедиаторы (их еще называют нейротрансмиттерами).
Любой нейрон может получать большое количество химических сообщений, как положительных, так и отрицательных («работай» или «стоп»), от других нейронов, которые его окружают. Эти сообщения могут конкурировать или «сотрудничать», между собой, заставляя нейрон отвечать специфическим образом. Поскольку все эти события происходят в течение очень короткого времени (считаные доли секунды), очевидно, что медиатор должен быть удален из синаптического пространства очень быстро, чтобы те же самые рецепторы могли работать снова и снова. И это удаление может происходить тремя способами. Молекулы нейромедиатора могут быть захвачены назад в то нервное окончание, из которого они были выделены, и этот процесс получил название «обратный захват» («reuptake»); нейромедиатор может быть разрушен специфическими ферментами, находящимися в готовности недалеко от рецепторов на поверхности нейрона; или активное вещество может просто рассеяться в окружающую область мозга, и быть разрушено там.
Изменение нейротрансмиссии с помощью лекарств
Рассмотрим, что происходит при изменении уровней нейромедиаторов мозга на примере трех из них (серотонин, дофамин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК).
Серотонин
Многие исследования показывают, что низкий уровень серотонина в головном мозге приводит к депрессии, импульсивным и агрессивным формам поведения, насилию, и даже самоубийствам. Лекарственные вещества под названием антидепрессанты создают блок на пути обратного захвата серотонина, тем самым несколько увеличивая время его нахождения в пространстве синапса. Как итог, в целом увеличивается количество серотонина, участвующего в передаче сигналов с нейрона на нейрон, и депрессия со временем проходит.
В последние годы ведутся бурные дискуссии вокруг психического расстройства, носящего название «синдром дефицита внимания с 
гиперактивностью» (СДВГ, ADHD). Это расстройство, как правило, диагностируется в детском возрасте. Таким детям очень сложно сохранять концентрацию внимания в течение длительного времени, они совершенно не могут сидеть, не двигаясь; они постоянно находятся в движении, импульсивны и чрезмерно активны. К сожалению, СДВГ диагностируют у все большего числа детей, и многие из них получают лекарства, увеличивающие деятельность медиатора дофамина. Это помогает ребенку быть готовым к работе, более внимательным и сосредоточенным, и поэтому более способным последовательно выполнять задания.
Наркотическое вещество, известное как «экстази» или МДМА, также изменяет уровень серотонина в мозге, но намного более радикально. Он заставляет выделяющие серотонин нейроны выплескивать все содержимое сразу, затапливая этим химикатом весь мозг, что, конечно, вызывает ощущение чрезвычайного счастья и гиперактивность (чрезмерную двигательную активность). Однако, за это приходится расплачиваться позже. После того как экстази израсходовал весь мозговой запас серотонина, включаются компенсаторные механизмы, быстро разрушающие избыток нейромедиатора в мозге. После того, как спустя несколько часов действие наркотика заканчивается, человек, вероятно, будет чувствовать себя подавленным. Этот период «депрессии» продлится до тех пор, пока мозг не сможет восполнить запасы и обеспечить нормальный уровень медиатора. Повторное использование на этом фоне экстази может привести к глубокой депрессии или другим проблемам, которые будут тянуться в течение долгого времени.
Дофамин
Ученые обнаружили, что люди с расстройством психики, известным как шизофрения, фактически чрезмерно чувствительны к дофамину в мозге. Как следствие, при лечении шизофрении используются лекарства, которые блокируют дофаминовые в головном мозге, таким образом, ограничивая воздействие этого нейромедиатора.
С другой стороны, вещества, известные как амфетамины, увеличивают уровень дофамина, заставляя нейроны его высвобождать, и препятствуя его обратному захвату. В некоторых странах врачи используют разумные дозы этих препаратов при лечении некоторых заболеваний, например, синдрома гиперактивности с дефицитом внимания. Тем не менее, иногда люди абсолютно необдуманно неправильно используют эти вещества, пытаясь обеспечить себе повышенный уровень бодрствования и способность решать любые задачи.
Гамма-аминомасляная кислота
Гамма-аминомасляная кислота, или ГАМК, является главным медиатором, чья роль заключается в передаче нейронам команды «стоп». Исследователи полагают, что определенные типы эпилепсии, которые характеризуются повторными припадками, затрагивающими сознание человека и его двигательную сферу, могут являться результатом снижения содержания ГАМК в головном мозге. Передающая система мозга, не имея адекватного «тормоза», входит в состояние перегрузки, когда десятки тысяч нейронов начинают сильно и одновременно посылать свои сигналы, что приводит к эпилептическому приступу. Ученые полагают, что за разрушение слишком большого количества ГАМК могут быть ответственны мозговые ферменты, в связи с чем появились лекарства, которые помогают остановить этот процесс. Время показало их эффективность в лечении не только эпилепсии, но и некоторых других нарушений работы мозга.
Гормоны
Химическое взаимодействие
Объяснено уменьшение человеческого мозга
Исследователи из США показали, что уменьшение мозга человека произошло параллельно с развитием коллективного разума. Статья ученых опубликована в журнале Frontiers in Ecology and Evolution.
Материалы по теме
«Дело не в лобных долях»
Хоббиты, в натуре!
В плейстоцене размеры мозга человека несколько уменьшились. Однако, когда точно и почему это произошло, до сих пор неизвестно. Исследователи из Бостонского университета и Дартмутского колледжа решили проанализировать паттерны эволюции человеческого мозга и сравнить их с подобными у муравьев. Для начала они с помощью анализа точек изменения проанализировали 985 ископаемых и современных черепов человека. Выяснилось, что уменьшение нашего мозга произошло около трех тысяч лет назад, что меньше предыдущих оценок.
«Согласно нашей гипотезе, для муравьев можно создать различные модели, которые позволят объяснить увеличение или уменьшение объема мозга в зависимости от социальной жизни», — объяснил один из авторов работы, профессор Бостонского университета Джеймс Траньелло. У муравьев, как и у людей, развиты такие черты социальной жизни, как групповое принятие решений, разделение труда и производство еды. Исследователи проанализировали компьютерные модели, описывающие изменения мозга рабочих муравьев нескольких клад, в частности черных садовых муравьев, муравьев-листорезов и муравьев-портных.
Оказалось, что на изменение размеров мозга влияют групповое познание и разделение труда. В социальных группах с общими знаниями и специализацией труда мозги их участников адаптируются для максимизации эффективности — в том числе и путем уменьшения в объеме. «Мы предполагаем, что это уменьшение было связано с увеличением зависимости от коллективного разума», — отмечает Траньелло. Обмен знаниями требовал меньше энергии для хранения информации каждым отдельным человеком, что способствовало уменьшению объемов мозга.
Мозг современных людей становится меньше: неужели мы глупеем?
Ткани мозга практически не сохраняются, так что антропологам приходится работать только с окаменелостями черепов и оценивать потенциальный объем мозга по его внутренней полости. Четыре миллиона лет назад этот объем у предков человека совпадал с таковым у предшественников шимпанзе — 350 кубических сантиметров. Однако уже через два миллиона лет, средний размер мозга австралопитека оценивается в 500 кубических сантиметров.
За миллион лет наши дальние предки удвоили этот показатель, а средний объем полости черепа и неандертальцев, и Homo sapiens достиг 1200 кубических сантиметров 130 тысяч лет назад. Некоторые найденные останки были и вовсе рекордсменами — 1740 миллилитров. Свой пик размер черепа человека проходит в мезолите, от 15 до 12 тысяч лет назад, когда средний его размер составлял почти 1600 кубических сантиметров для мужчин и 1500 для женщин. Что самое важное, эта эволюция происходила независимо от изменения размеров всего тела.
Согласно анализу физических параметров более чем 12 тысяч людей из различных стран и сторон света, современные черепа мужчин вмещают на 150-160 миллилитров меньше, а женщин на 260. Эти данные не раз подтверждались с небольшими уточнениями, но с конца 1980-х годов ни одна гипотеза не смогла полностью объяснить такие изменения.
Первым предположением была адаптация человека к климатическим изменениям — после окончания ледникового периода людям больше не требовался большой объем тела для сохранения тепла. Также прорабатывалась версия уменьшения мозга для повышения энергетической эффективности человеческого организма: мозг весит всего около двух процентов от массы тела, однако потребляет до четверти всей вырабатываемой организмом энергии.
Самая достоверная гипотеза возникла внезапно при сравнительном анализе эволюции одомашненных животных и антропологических исследований человека. Домашние животные отличаются от своих диких «родственников» рядом изменений в стратегиях поведения, включая сохранение детского поведения во взрослом возрасте, а что самое главное — меньшими размерами мозга. Этот эффект называется «синдромом одомашнивания» и обусловлен рядом гормональных изменений в результате естественного и искусственного отбора — стратегии выживания наиболее дружелюбных особей.
Недавняя эволюция людей выглядит очень похожей на этот процесс и в своей работе коллаборация европейских ученых предлагает термин «самоодомашнивание» человека. Они проанализировали значительную выборку древних и современных геномов домашних животных, а также современного человека. Одним из выводов является обоснованное предположение, что наш мозг потерял часть объема из-за того, что в популяции более привлекательными были менее агрессивные и соревнующиеся особи, физические параметры которых меньше. Важно уточнить, что во-первых, объем мозга не коррелирует с умственными способностями, а во-вторых внутричерепное пространство современного человека втрое больше, чем таковое у примата аналогичной массы.