размер мозга слона и человека
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Мозг — это как океан на нашей планете. Уж сколько много мы знаем о человеческом теле, а мозг продолжает оставаться кладезем загадок, как и наш Мировой Океан.
Миф 1: В человеческом мозге сто миллиардов нейронов
Нейроны это фундаментальные строительные кирпичики любой нервной системы. Эти специфические клетки, древовидные отростки которых расходятся во все стороны и соприкасаются с такими же отростками соседних клеток, формируют огромную электрическую и химическую сеть, которая является нашим мозгом, и обрабатывают информацию о нашем окружении, управляют нашими действиями в соответствии с этим самым окружением, и даже контролируют наши неосознаваемые телесные функции.
Именно наши нейроны позволяют нашему мозгу совершать различные действия быстрее и эффективнее, чем любая из когда-либо созданных машин.
Учитывая какую незаменимую роль играют эти клетки, вы можете предположить, что у учёных есть пара идей относительно того, сколько же именно нейронов заключено у нас между ушей; и многие годы мы думали, что так оно и есть.
Пролистайте несколько учебников по нейробиологии, пару научных исследований и научных журналов, и вы обнаружите, что многие обозначают число нейронов в человеческом мозгу красивой круглой цифрой в сто миллиардов – и обычно делают это без подтверждающих ссылок.
Почему без ссылок? По мнению нейробиолога доктора Геркулано-Хаузел, так получилось потому, что никаких прямых оценок общего числа нейронов в человеческом мозге не делалось до 2009 года, когда она и её команда извлекли мозги четырёх недавно скончавшихся людей, принесли их в лабораторию и разжижили их с помощью техники, называемой «изотропная фракциализация».
Геркулано-Хаузел и её команда растворили каждый мозг в гомогенную эмульсию в виде «мозгового супа» (это её слова, не наши), взяли образцы из этого супа, подсчитали количество нейронов в каждом образце, и затем экстраполировали, чтобы получить общее число нейронов в каждом мозговом «тортике».
«Мы обнаружили, что средний человеческий мозг содержит приблизительно 86 миллиардов нейронов», говорит Геркулано-Хаузел в недавнем подкасте к журналу Nature. Затем она продолжает:
«Ни один мозг, который мы исследовали к настоящему моменту, не содержал ста миллиардов клеток. И хотя кажется, что это не особо большая разница, но 14 миллиардов нейронов это размер мозга к примеру бабуина, или почти половина нейронов мозга гориллы. Так что это на самом деле вполне приличная разница».
Миф 2: Чем больше мозг – тем он лучше
Среди млекопитающих например, приматы (вроде нас) и китообразные (вроде дельфинов) имеют более крупные мозги, чем скажем насекомоядные (вроде муравьеда), и обладают тем, что большинство может признать как пропорционально большие умственные способности. Основываясь на одном этом наблюдении, вы можете склониться к тому, чтобы считать размер мозга хорошим предиктором когнитивных возможностей.
Однако отношение «Больше – значит лучше» нарушается, как только вы начинаете сравнивать особей разных видов. Коровы, например, имеют более крупные мозги, чем практически любой вид обезьян, но если только они не очень (очень) хороши в скрывании этого, коровы практически однозначно имеют меньше умственных способностей, чем большинство (если не все) «менее мозговитых» приматов.
Сходным образом, мозг капибары (водная свинка, самый крупный грызун на Земле; прим. mixednews) может весить более семидесяти граммов, но её когнитивные способности бледнеют в сравнении со способностями обезьянки капуцина, мозг которой весит всего лишь пятьдесят граммов.
Разумеется, для целей нашей дискуссии, посвящённой человеческим мозгам, наиболее красноречивым доказательством того, что «больше не значит лучше», будет являться сравнение размеров нашего мозга и мозга крупнейших млекопитающих животных, таких например, как кит или слон.
На картинке выше, вы можете видеть сравнение человеческого мозга с гораздо более крупным мозгом слона. Средний человеческий мозг весит около 1200 граммов, а мозг слона – почти в четыре раза больше, но самый крупный мозг – у кашалота, и весит он 6800 граммов.
С мозгом, который весит в шесть раз больше человеческого, почему кашалоты до сих пор не подчинили себе человечество?
Миф 3: Мозг человека имеет наибольший размер по отношению к размерам тела
Этот миф пришёл к нам ещё из времён Аристотеля, который в 335 году до нашей эры написал: «Из всех животных, человек имеет самый большой мозг в сравнении с размером его тела».
В эту ловушку легко угодить, если вы попытаетесь объяснить разницу между размером мозга и интеллектом у, скажем, человека и кашалота. В наши дни, многие люди пользуются примерно тем же объяснением, что и Аристотель, чтобы убедить себя – связь между размером мозга и интеллектом заключается не в абсолютном весе или размере мозга, а скорее в соотношении веса мозга и веса тела.
Пристально изучите эту логическую цепочку, и вы обнаружите, что она даёт нам ещё одну неточную картину по сравнению с тем, что мы на самом деле наблюдаем в природе. Да, соотношение мозга к телу у человека огромно по сравнению скажем со слоном (около 1/40 против 1/560 соответственно); но оно примерно равно такому же соотношению у обычной мыши (тоже 1/40), и даже у меньше соотношения, которое вы можете встретить у некоторых маленьких птиц (1/12).
Чтобы преодолеть ограничения базового соотношения мозга к телу, учёные придумали более сложную систему оценки, известную как «фактор энцефализации» (EQ), который измеряет соотношение мозга и размера тела животного по сравнению с другими животными примерно сходного размера.
В этом случае, EQ не только принимает в расчёт тот факт, что размер мозга имеет тенденцию увеличиваться с увеличением размера тела, но и то, что размер мозга вовсе не обязательно изменяется пропорционально увеличению тела.
Когда учёные сравнили факторы энцефализации у различных животных, они обнаружили, что данный фактор у людей выше, чем у любого другого живого существа на нашей планете. Вот таблица, основанная на данных недавно опубликованного обзора внешних измерений когнитивных способностей, которая наглядно представляет фактор энцефализации человека в сравнении с некоторыми другими живыми существами.
Миф 4: Мозг большего размера содержит больше нейронов, чем маленький мозг
Но даже фактор энцефализации содержит в себе неотъемлемый изъян, по одной простой причине: больший мозг не обязательно содержит в себе больше нейронов, чем маленький – факт, который возвращает нас к мифу номер один и вопросу из какого числа нейронов всё-таки состоит человеческий мозг.
Учёные, разумеется, достаточно давно знают, что размер мозга животных может сильно отличаться у разных видов. Но до самого недавнего времени, тем не менее, большинство исследований предполагали, что плотность нейронов (в данном случае в тексте имеется в виду количество нейронов, отнесённое к общей массой мозга, а не физическая плотность нейронной ткани; прим. mixednews) является более или менее постоянной величиной среди разных классов животных. Однако данное убеждение не может находиться дальше от реальности.
Этот миф был ловко разоблачён доктором Геркулано-Хаузел и её командой, когда они использовали всё тот же метод мозгового супа что и для измерения числа нейронов в человеческом мозге, чтобы определить общее число нейронов у различных видов млекопитающих. Результаты их исследований, которые на данный момент уже опубликованы в серии отчётов, демонстрируют, что мозги разных млекопитающих следуют разным «правилам расчёта»:
Мозги приматов, как обнаружилось, увеличиваются в размере с той же скоростью, с какой растёт число нейронов в них; если вы сравните один грамм нейронной ткани крупного примата с одним граммом ткани меньшего примата, вы получите примерно одинаковое число нейронов.
Мозги грызунов, с другой стороны, как выяснилось, увеличиваются в размере быстрее, чем приобретают новые нейроны. В результате, более крупные грызуны имеют тенденцию располагать меньшим числом нейронов на грамм нейронной ткани, чем мелкие разновидности.
Мозги насекомоядных ведут себя как комбинация мозгов грызунов и приматов, с корой мозга, которая увеличивается в размерах быстрее, чем прирастает число нейронов (подобно грызунам), и мозжечком, соотношение скоростей роста у которого линейно (подобно приматам).
Конечный вывод из этого звучит так: среди грызунов, насекомоядных и приматов, мозг приматов построен на основании наиболее экономичного, максимально использующего доступное пространство принципа. Доктор Геркулано-Хаузел пишет:
«Десятикратное увеличение числа нейронов в мозге грызуна означает 35-кратное увеличение самого мозга; для сравнения, такое же десятикратное увеличение числа нейронов в мозге примата означает увеличение размера мозга всего лишь в одиннадцать раз.
Мозг гипотетического грызуна с 86 миллиардами нейронов (подобно человеческому мозгу), должен был бы весить чудовищные тридцать пять килограмм – что во много раз превосходит все известные параметры у любого из ныне живущих существ”.
Является ли мозг человека особенным?
Существует несколько выводов, которые можно сделать из развенчания мифа номер четыре. Во-первых, оно демонстрирует, что относительный размер мозга (даже с учётом влияния фактора энцефализации) не может быть использован в качестве надёжного мерила количества нейронов у различных классов животных.
Более того, это на самом деле приводит нас к выводу, что размер мозга, размер тела, и связь между ними, не являются достаточными индикаторами когнитивных способностей, и что подобные предположения следует скорее фокусировать на общем количестве нейронов, которым располагает данное существо.
А во-вторых, это открывает нам два достаточно контринтуитивных факта о человеческом мозге. Первый заключается в том, что наш мозг в некоторой степени вовсе не уникален. Он может содержать 86 миллиардов нейронов, но это как раз то число, которое вы и ожидаете найти (на основании правил расчёта для приматов) в мозге такого размера; если вы увеличите мозг шимпанзе до размеров мозга человека, вы обнаружите в нём точно такое же количество нейронов.
А второй заключается в подтверждении того факта, что кое-что в человеческом мозге действительно уникально. Доктор Геркулано-Хаузел объясняет:
«Во-первых, мозг человека увеличивается по тем же правилам, что и мозг приматов: более экономичный принцип по сравнению с грызунами позволяет упаковать в доступный объём гораздо больше нейронов, чем в мозг грызуна такого же размера, и возможно в мозг любого другого живого существа того же размера. И во-вторых, наше положение среди приматов как обладателей самого большого действующего мозга гарантирует, что, по крайней мере из числа приматов мы обладаем самым большим числом нейронов, которые вносят свой вклад в формирование сознания и поведения в целом».
То, каким образом наше беспрецедентное число нейронов в мозге сочетается с такими вещами, как наша генетика и общая структура мозга, которые и дают в результате наиболее продвинутые когнитивные способности на нашей планете, ещё предстоит найти.
Например – если мозг шимпанзе каким-либо образом можно было бы увеличить до размеров человеческого, увидели бы мы скачок его когнитивных способностей до уровня, соответствующего нашему?
Другой «пока ещё не изученный» вопрос – как сравнивать количество наших нейронов и «правила расчёта» с другими видами млекопитающих, и особенно с теми, кто обладает мозгом большего размера? На сегодняшний день не существует исследований точного числа нейронов ни у слонов, ни у китообразных.
Мозг не для ума
Относительный размер мозга у зверей не всегда служит критерием интеллекта.
У млекопитающих интеллект обычно оценивают по размеру мозга – по крайней мере, это один из параметров, который, как считается, позволяет надёжно судить, насколько слон умнее мыши. Конечно, размер мозга имеется в виду не абсолютный, а относительный, то есть мозг оценивают относительно общего размера тела. Но и по относительным размерам слоновий мозг всё равно будет больше мышиного. Среди других «мозговитых» зверей называют дельфинов, собак, ну и людей, естественно.
С точки зрения эволюции тут всё кажется простым: в каждом поколении есть особи с мозгом чуть побольше и чуть поменьше. Если условия жизни таковы, что нужно проявлять сообразительность, преимущество получат те, у кого мозг побольше, и именно они оставят потомство. Так из поколения в поколение размер мозга относительно увеличивается, и мы сейчас видим результаты этих изменений.
На самом деле всё не так просто. Исследователи из Университета Стоуни-Брук, Института поведения животных Общества Макса Планка и ещё целого ряда научных центров проанализировали размеры мозга и размеры тела у 1400 видов зверей, включая 107 вымерших. Задача была в том, чтобы понять, как в ходе эволюции разные виды млекопитающих получили тот мозг, который получили. Естественно, особое внимание было уделено умникам с крупным мозгом: слонам, китам и пр.
Исходная мысль была в том, что в ходе эволюции меняется ведь не только мозг, но и всё тело. Как известно, первые звери на земле были небольшими крысоподобными существами, бегавшими под ногами у динозавров. Даже у больших млекопитающих, вроде слонов и мамонтов с мастодонтами, непосредственные предки были не очень велики. С другой стороны, эволюционные перипетии могут заставить тело уменьшиться. И если мы начинаем подсчитывать размер мозга относительно тела, то тут могут быть разные варианты. Например, мозг мог оказаться в итоге большим, потому что сам увеличился – или же потому что тело уменьшилось.
В статье в Science Advances говорится, что у слонов увеличивалось как тело, так и мозг, причём мозг рос быстрее тела. А вот у дельфинов и людей всё происходило иначе: их мозг, конечно, сам по себе увеличивался, но одновременно уменьшалось тело. Некоторые животные эволюционировали в условиях, которые требовали большего размера тела, нежели большего размера мозга.В итоге получились странные случаи, вроде калифорнийского морского льва – он известен своим интеллектом, но относительный размер мозга у него, скажем так, не соответствует умственным способностям.
Всё дело в том, что предки морских львов, начав жить в воде, стали быстро расти телом. С одной стороны, крупное туловище медленнее теряет тепло, и не каждый хищник захочет покуситься на крупного морского льва; с другой стороны, жизнь в воде позволяет стать большим, потому что вода помогает сопротивляться силе тяжести. В общем, предкам морских львов было важнее обрести крупное тело, и они его получили. Их мозг рос далеко не так быстро, и в итоге его относительный размер оказался совсем невыдающимся. Тем не менее, в хорошей памяти, обучаемости и т. д. морским львам не откажешь.
Так обстоит дело с теми, у кого мозг более-менее крупный. Что же до видов, у которых мозг очень маленький, то у них эволюционная траектория была другая. У златокротов, летучих мышей, сумчатых мозг уменьшался сам по себе – то есть естественный отбор благоприятствовал тем, чей мозг был меньше, чем у других. В результате их мозг стал даже непропорционально мал, если сравнивать опять же с размером тела. По словам авторов работы, причины здесь могли быть сугубо энергетическими. На мозг нужно очень много энергии, при этом, если ты летучая мышь, ты должен ещё и летать с ним – большой мозг тут был бы очень некстати.
Если посмотреть на эволюцию зверей в целом, то можно увидеть два периода, когда размеры мозга менялись если не у всех, то у очень многих млекопитающих. Первый период случился сразу после вымирания динозавров, когда звери обнаружили перед собой освободившиеся экологические ниши и начали их активно осваивать. Второй период – похолодание между 30 и 22 млн лет назад; зверям нужно было приспособиться климатическим изменениям. И в том, и в другом случае менялся как сам мозг, так и размеры тела.
Общий вывод, который здесь можно сделать, состоит в том, что судить об интеллекте по относительному размеру мозга нужно с большой осторожностью. Если сравнивать зверей только по этому параметру, легко впасть в заблуждение. Следует учитывать, что к мозгу и к телу у естественного отбора бывают разные требования, и вряд ли стоит сравнивать морского льва и слона по относительному размеру мозга – потому что эти звери отличаются местом обитания и эволюционной историей.
Мозг слона: объем и вес. Сравнение мозга слона и человека
Мозг слона является самым большим мозгом среди всех сухопутных млекопитающих, которые обитают на нашей планете. Он расположен в задней части головы и занимает небольшую часть объема черепа. Рассмотрим основные характеристики и особенности мозга этих животных, а также сравним его с мозгом человека.
В настоящее время на нашей планете обитает три вида этих животных:
Африканские слоны. Они живут на большей части Африки и являются самым большим видом земных животных. Крупные экземпляры этих животных достигают 7,5 метров в длину, 3,3 метров в высоту и весят до 6 тонн. Бивни у этого вида слонов растут всю жизнь, как у самцов, так и у самок. Африканский слон имеет большие уши, чтобы отдавать в атмосферу большее количество тепла. Этот вид находится под угрозой исчезновения из-за браконьерства.
Индийские слоны. Этот вид слонов обитает в основном на территории Индии. Его экземпляры растут до 6,4 м в длину и до 2-3,5 м в высоту. Слон имеет темно-серый цвет. Он занимает важное место в культуре Индии.
Азиатские слоны. Эти слоны являются самыми большими животными Азии. В длину они достигают 6,4 м, а в высоту — 3 м. Вес взрослой особи — в пределах 5 тонн. В отличие от африканского слона, у них маленькие уши, которые постоянно двигаются, охлаждая голову животного. Большинство самцов не имеют бивней.
Некоторые факты о мозге слонов
Приведем важные факты, характеризующие мозг самых больших сухопутных животных на планете:
мозг у только что родившихся детенышей слона составляет по массе 35% от массы мозга взрослого животного; слоны являются одними из самых умных животных на Земле; мозг африканского самца имеет массу от 4,2 до 5,4 килограммов, масса мозга африканской самки составляет при этом 3,6-4,3 килограмма; процесс развития мозга у слонов подобен таковому у человека.
Важность размера мозга
Несмотря на то что мозг слона является самым большим по размерам среди млекопитающих на Земле, он занимает лишь небольшую зону в задней части головы животного. Если брать отношение веса мозга к весу тела, то окажется, что эта цифра для слонов будет меньше, чем для человека. Как бы там ни было, слон является единственным животным наряду с приматами и кашалотами, которое имеет достаточно высокое отношение размеров мозга к размерам тела. Размер мозга имеет важное значение, поскольку он коррелирует с гибкостью мышления животного или, как принято говорить, с его умом, а также определяет сложные социальные структуры и взаимоотношения в популяции этих животных.
Сколько весит мозг у самцов и самок?
Как у африканского, так и у индийского слона размер мозга зависит от того, кем является данная особь, самцом или самкой. Вес мозга самцов африканского слона больше, чем вес самок этого вида, на 0,6-1,1 кг, и составляет 4,2-5,4 кг. Важно отметить, что эта разница в весе мозга животных никак не отражается на их умственных способностях. Многие исследования поведения слонов продемонстрировали достаточно разумное поведение самок, которые ничем не уступали самцам слонов. Объясняется это тем, что важен не сам вес мозга для разумного поведения, а отношение его массы к весу тела. Поскольку самки слона имеют, как правило, меньшие размера, чем самцы, разница в указанном отношении практически нулевая. Кроме того, само сознание у самок сильно отличается от такового у самцов, поскольку они привязаны к своим матерям и, начиная с раннего детства, формируют устойчивые связи с другими самками своего стада, которые поддерживают в течение всей жизни. Самцы же являются больше одиночками-кочевниками.
Интересно отметить, что мозг слонов развивается подобно мозгу приматов, в том числе и человека. Слон и человек рождаются, обладая небольшой массой мозга: у слона она составляет 35% от массы мозга взрослой особи, а у человека — 26%. Эти цифры говорят о том, что существует возможность для значительного развития мозга у животных в процессе их роста. Поскольку масса мозга увеличивается, активно развиваются различные способности, включая умственные, у молодых слонов. Проведенные исследования по изучению поведения слонов, а также анатомии их мозга, говорят о том, что слоны являются очень умными животными.
Слоны — умные животные
Благодаря развитому мозгу слоны запоминают расположение оазисов с водой в период засухи, умеют распознавать кости своих умерших сородичей. Они даже могут любить. Слоны способны идентифицировать, опасен данный человек для них или нет, поскольку животные отличают людей различных этнических групп, различают человеческие языки, возраст и пол. Дельфины и киты обладают подобными способностями. Было замечено, что молодые слоны учатся у своих старших сородичей в течение всей жизни. Например, одна из популяций африканских слонов обитает недалеко от территории, где живут племена масаи. Слоны боятся людей этого племени, поскольку между животными и масаи часто вспыхивают конфликты по причине недостатка жизненно важных ресурсов, что является частой проблемой в Африке. Животные научились распознавать запах и красный цвет одежды людей племени. Шотландские ученые из университета Сент Эндрюс установили, что развитый мозг слонов позволяет им понимать многие человеческие жесты без предварительной тренировки. Это фантастическое открытие ставит слонов на первую строчку среди животных, способных понимать человека на языке жестов. Благодаря этой способности животных, их удалось одомашнить и установить прочную дружественную связь между слоном и его хозяином, несмотря на всю опасность слона и его большие размеры.
Сравнение мозга слона и человека
Если бы умственные возможности зависели только от массы мозга, то зная, сколько весит мозг у человека (приблизительно 1,4 кг), можно было бы сказать, что он гораздо глупее слона, поскольку мозг животного весит в 3-3,5 раза больше. Также нельзя отождествлять умственные возможности с соотношением масс мозга и тела. Например, для человека этот показатель равен 1/40, а для слона — 1/560, но для маленьких птиц соотношение составляет 1/12. Различие умственных возможностей связано не с массой или объемом мозга слона и человека, а с особенностями строения. Большинство ученых склоняются к мнению, что умственные способности человека связаны со сложным строением его коры больших полушарий головного мозга, которая включает в себя 16 миллиардов нейронов, и по этому показателю превосходит значительно мозг любого животного, в том числе слона, у которого в коре меньше в 3 раза нейронов, чем у человека. Каждый человеческий нейрон способен образовывать десятки тысяч соединений с другими. Кроме того, все нейроны мозга упакованы в несколько слоев, что приводит к увеличению их плотности, в сравнении с мозгом слона. Что касается слона, то нужно отметить, что структура коры его мозга отличается от таковой для приматов. В частности, в ее состав входит большее число типов клеток, что, по мнению ученых, играет важную роль в проявлении умственных способностей этих животных.
Оставляйте свои комментарии и задавайте вопросы. Коту не с кем это обсудить. 
Парадокс слоновьего мозга
Долгое время мы считали, что обладаем наиболее развитыми когнитивными способностями среди животных. Но по нескольким важным причинам это вовсе не то же самое, что находиться на вершине эволюции. Как Марк Твен отметил ещё в 1903 году, полагать, что столь длительный процесс эволюции нужен был лишь для появления человека — венца творения, так же нелепо, как считать, что Эйфелеву башню строили лишь для того, чтобы нанести последний слой краски на её вершину. Более того, эволюция — не синоним прогресса, это просто ряд изменений на протяжении времени. Люди даже не самый новый вид, сформировавшийся в процессе эволюции. Например, в озере Виктория, самом молодом из Великих африканских озёр, появилось более 500 новых видов рыб из семейства цихлид с тех пор, как оно было заполнено водой приблизительно 14500 лет назад.
Тем не менее в нашем мозге есть что-то уникальное, что даёт ему когнитивную способность задумываться даже над собственным строением и над причинами, почему он считает, что царствует над всеми остальными животными. Если именно мы помещаем других животных под микроскоп, а не наоборот, значит, в мозге человека должно быть что-то особенное, чего нет ни у кого другого.
Наиболее очевидный напрашивающийся кандидат — большая масса: если сознательная когнитивная деятельность генерируется мозгом, значит, когнитивные способности мозга должны зависеть от его размеров. Но слона-то мы и не приметили! Мозг слона по своим размерам превышает человеческий, однако этот вид не отличается такими же сложными и гибкими формами поведения, которые характерны для нас. Кроме того, считать, что более крупные размеры мозга предполагают более развитые когнитивные способности, означает допускать, что у всех видов мозг устроен одинаково, начиная с аналогичной взаимосвязи между размерами мозга и количеством нейронов. Но мне и моим коллегам уже было известно, что устройство мозга отличается в зависимости от вида. Приматы обладают заметным преимуществом над другими млекопитающими: в результате эволюционных изменений рост числа нейронов в мозге происходит экономично, без значительного увеличения средних размеров клетки, которое наблюдается у других млекопитающих.
С конца 1960-х годов психологи спорят, является ли способность узнавать себя в зеркале признаком интеллекта и самосознания.
Мы также знали, какое количество нейронов содержится в мозге различных видов животных, поэтому мы могли перефразировать выражение «больше мозга» и провести эксперимент. Было бы очевидно предположить, что причина заключается в большем количестве нейронов, а не в размерах мозга, так как если именно нейроны вызывают сознательную когнитивную деятельность, то большее количество нейронов должно означать более развитые когнитивные способности. Действительно, хотя раньше считалось, что когнитивные различия между видами носят качественный характер, причём некоторые способности познания ранее приписывались исключительно человеку, сейчас учёные признают, что когнитивные различия между людьми и животными — дело степени. То есть это не качественные, а количественные различия.
Мы используем чрезвычайно сложные инструменты и даже разрабатываем одни приспособления для создания других. Зато шимпанзе ищут в земле термитов при помощи прутиков, другие обезьяны могут доставать еду с помощью граблей, а вороны не просто делают из проволоки инструменты для добычи пищи, а даже сохраняют их для дальнейшего использования. Алекс, африканский серый попугай, принадлежавший психологу Айрин Пепперберг (Irene Pepperberg), научился произносить слова, которые символизировали различные объекты, а шимпанзе и гориллы, не обладающие способностью артикулировать звуки по анатомическим причинам, учатся общаться с помощью языка жестов. Шимпанзе могут запоминать иерархические последовательности: они могут играть в игры, где нужно касаться клеток в порядке возрастания в зависимости от показанных ранее чисел, и они справляются с этой задачей не менее успешно и быстро, чем хорошо подготовленные люди. Шимпанзе и слоны объединяются для добычи пищи, которая находится на большом расстоянии и до которой нельзя добраться поодиночке. Вероятно, шимпанзе и некоторые другие приматы способны определять психическое состояние других особей, что является необходимым условием для совершения обмана. Такой способностью, судя по всему, обладают даже птицы: так, сороки открыто прячут пищу в присутствии наблюдателей, чтобы потом перенести её в секретное место, когда наблюдатели уйдут. Вероятно, шимпанзе, гориллы, слоны, дельфины и сороки могут узнавать себя в зеркале: они использовали его, чтобы рассмотреть отметку, помещённую у них на голове.
Эти фундаментальные открытия свидетельствуют о том, что когнитивными способностями обладают не только люди — но такие единичные наблюдения не подходят для межвидового сравнения, которое мы должны сделать, если хотим узнать, какая именно особенность мозга позволяет одним видам совершать удивительные достижения в области познания, недоступные для других. И теперь мы подходим к другой проблеме, самой серьёзной на данный момент: как измерить когнитивные способности у большого количества видов и как добиться того, чтобы все эти измерения можно было сравнивать.
В 2014 году было проведено исследование самоконтроля — когнитивной способности, которая обеспечивается работой префронтальной, ассоциативной области коры головного мозга — у нескольких видов животных, в основном у приматов, но также у мелких грызунов, собакообразных хищников, индийского слона и некоторых видов птиц. Учёные обнаружили, что успешное выполнению теста на самоконтроль лучше всего соотносится с абсолютной величиной мозга — у всех, кроме индийского слона, который, несмотря на наибольшие размеры мозга среди всех участников, с треском провалил задание. На ум приходит несколько причин, от «Его не волнует пища/задача» до «Ему нравилось бесить смотрителей своим бездействием». (Мне по душе мысль, что обезьян так трудно обучить действиям, которые так легко даются людям, потому что их удручает очевидность задачи: «Да ладно, вы хотите, чтобы я встал только ради этого? Придумайте что-нибудь поинтереснее! Даёшь видеоигры!»)
Однако наиболее интересной мне представляется гипотеза, согласно которой количество префронтальных нейронов в коре головного мозга африканских слонов может быть недостаточным для решения задач по самоконтролю, например, тех, что использовались в исследовании. Если мы признаем, что мозг приматов и грызунов устроен по-разному, то есть содержит различное количество нейронов на единицу размера, мы можем предположить, что если бы у слонов мозг был устроен так же, как у грызунов, то у африканского слона на кору головного мозга приходилось бы лишь 3 миллиарда нейронов, а на мозжечок — 21 миллиард, тогда как для мозга человека эти цифры составляют 16 и 69 миллиардов соответственно, несмотря на его гораздо меньшие размеры.
С другой стороны, если бы по своему строению мозг африканского слона был похож на мозг приматов, тогда цифры получились бы впечатляющими: 62 миллиарда нейронов в коре и 159 миллиардов — в мозжечке. Но слоны, конечно, не относятся ни к грызунам, ни к приматам. Они принадлежат к надотряду афротериев, как и некоторые мелкие животные, например, уже изученные нами прыгунчиковые и златокротовые — и с учётом этой информации можно сказать, что по своему строению их мозг действительно очень напоминает мозг грызунов.
Тогда мы приступили к очень важному эксперименту: решили проверить, действительно ли мозг африканского слона, более чем в три раза превосходящий наш мозг по размерам, содержит больше нейронов? Если это подтвердится, тогда моя гипотеза о зависимости когнитивных способностей от количества нейронов будет опровергнута. Но если мозг человека все же содержит больше нейронов, чем более крупный мозг слона, тогда подтвердится моё предположение, что самым очевидным объяснением впечатляющих когнитивных способностей человеческого вида является впечатляющее количество нейронов головного мозга, которое не наблюдается больше ни у каких видов независимо от размеров мозга. Так, я ожидала, что количество нейронов в коре головного мозга человека превысит соответствующие показатели у африканского слона.
Мои ожидания основывались на когнитивных исследованиях, которые долгое время провозглашали кору головного мозга (точнее, префронтальный отдел коры) единственным центром высшей когнитивной деятельности — абстрактного мышления, принятия сложных решений и создания планов на будущее. Однако почти все участки коры головного мозга связаны с мозжечком с помощью проводящих путей, которые обеспечивают обмен информацией между этими отделами мозга. Все больше исследований указывают на то, что мозжечок участвует в когнитивных функциях коры головного мозга, то есть эти две структуры работают совместно. И так как эти две структуры содержат подавляющее большинство всех нейронов мозга, когнитивные способности должны одинаково хорошо коррелировать с общим количеством нейронов мозга, с числом нейронов в коре и в мозжечке.
Именно поэтому результаты исследований мозга африканского слона превзошли наши ожидания.
Галлоны мозгового супа
Полушарие мозга африканского слона весит более двух с половиной килограммов, поэтому для подсчёта количества нейронов его нужно было разрезать на сотни небольших пластин, причём чтобы эксперимент сработал, одна такая пластина ткани в мозговом супе должна весить не более 3-5 граммов. Я хотела, чтобы процесс нарезки проходил систематично, а не вслепую. В предыдущем эксперименте мы разделили полушарие человеческого мозга на тонкие ломтики с помощью гастрономической машины для нарезки. Эта машина отлично подходила, чтобы отделять извилины коры головного мозга — но у неё был один существенный недостаток: на циркулярном лезвии оставалось слишком большое количество мозгового вещества, что не позволяло посчитать общее количество клеток в полушарии мозга. Если мы хотели узнать общее число нейронов в полушарии мозга слона, его нужно было резать вручную и на более мелкие пластины, чтобы потери в итоге оказались незначительными.
Сюзана Геркулано-Хаузел и её студенты разрезали мозг слона на поперечные секции, как показано на фотографии, чтобы определить, сколько в нем содержится нейронов, и сравнить полученные данные с результатами исследований человеческого мозга.
Затем нам нужно было отделить внутренние структуры — полосатое тело, таламус, гиппокамп — от коры, потом разрезать кору на более мелкие пластины для дальнейшей обработки и наконец разграничить белое и серое вещество для каждой такой пластины. Всего у нас получилась 381 пластина мозговой ткани, большинство из которых всё ещё в несколько раз превышали размер в 5 граммов, необходимый для дальнейшей обработки. Это несомненно было рекордным количеством ткани, которое мы когда-либо исследовали. Если бы один человек обрабатывал одну пластину ткани в день, ему понадобилось бы трудиться не меньше года — без перерыва, — чтобы справиться с задачей. Очевидно, что нужно было собирать команду, особенно если я хотела получить результаты не позднее, чем через полгода. Но даже с небольшой армией студентов процесс шёл слишком медленно: за два месяца была обработана лишь одна десятая часть мозга. Нужно было что-то придумать.
И тут на помощь пришёл капитализм. Я провела расчёты и поняла, что мне нужно найти около двух с половиной тысяч долларов — примерно по доллару на один грамм ткани, которую нужно обработать. Я собрала команду и сделала предложение: помочь может каждый, и все получат равное финансовое вознаграждение. Вскоре начали формироваться небольшие рабочие группы: один студент измельчал пластины ткани, другой проводили расчёты, а потом они делились выручкой. Такой метод сработал на «отлично». Мой муж заходил в лабораторию и с изумлением наблюдал за толпой студентов, которые оживлённо болтали за работой. (До этого они в основном работали по очереди, как в небольшой лаборатории). Хайро Порфирио (Jairo Porfírio) занимался окрашиванием антителами, а я подсчитывала нейроны под микроскопом — и чуть меньше, чем через полгода, мы полностью обработали полушарие мозга африканского слона, как и было запланировано.
И победителем становится…
И… О чудо! Оказалось, что мозг африканского слона содержит больше нейронов, чем мозг человека. И это не просто незначительное различие: ровно в три раза больше нейронов, 257 миллиардов по сравнению с нашими 86 миллиардами. Но — и это было гигантское «но» — целых 98 процентов из этого количества нейронов расположены в мозжечке, в задней части мозга. У всех остальных млекопитающих, изученных нами на данный момент, большая часть нейронов мозга также приходится на мозжечок, но никогда эта цифра не превышала 80 процентов. Такое необычное распределение нервных клеток в мозге слона означает, что на кору головного мозга приходятся относительно скромные 5,6 миллиарда нейронов. Несмотря на размеры коры головного мозга африканского слона, цифра в 5,6 миллиарда меркнет по сравнению с 16 миллиардами нейронов в намного менее крупной коре мозга человека.
Итак, вот какой мы получили ответ. Нет, мозг человека не содержит больше нейронов, чем намного более крупный мозг слона, однако на кору головного мозга человека приходится почти в три раза больше нейронов, чем на соответствующий отдел мозга слона, хотя последний более чем в два раза крупнее. Если мы не были готовы допустить, что слон, мозжечок которого (а значит, и весь мозг) содержит в три раза больше нейронов, должен иметь более развитые когнитивные способности, чем человек, мы могли исключить гипотезу, что общего числа нейронов в мозжечке достаточно для определения когнитивных способностей мозга.
Значит, оставалась только кора головного мозга. Этот эксперимент проделала за нас сама природа, отделив количество нейронов в коре головного мозга от количества нейронов в мозжечке. Более развитые когнитивные способности человеческого мозга по сравнению с мозгом слона можно было связать просто — и исключительно — с большим количеством нейронов в коре его головного мозга.
Пока мы не получили данные о когнитивных способностях, необходимые для сравнения всех видов млекопитающих или, по крайней мере, тех, число нейронов в коре головного мозга которых нам известно, на основе самого этого числа мы уже можем выдвинуть предположение, которое можно проверить экспериментально. Если абсолютное число нейронов в коре головного мозга является основным ограничением для развития когнитивных способностей, тогда моя предполагаемая классификация видов в зависимости от когнитивных способностей, основанная на количестве нейронов в коре головного мозга, выглядела бы следующим образом:
Моё предположение интуитивно кажется более разумным, чем современная классификация, основанная на массе мозга, которая, например, ставит жирафа выше многих приматов:
Таким образом, существует простое объяснение тому, как мозг человека, и только он один, может одновременно быть похожим на мозг остальных животных из-за эволюционных ограничений, но в то же время отличаться настолько сильно, что у нас появляется способность размышлять над собственным материальным и метафизическим происхождением. Во-первых, мы относимся к приматам, что даёт нам преимущество в виде большого количества нейронов, содержащегося в небольшой коре головного мозга. И, во-вторых, благодаря техническим достижениям наших предков мы смогли исключить энергетический фактор, препятствующий увеличению количества нейронов в коре головного мозга у всех остальных животных, которые питаются сырыми продуктами в условиях дикой природы.
Так что же выделяет нас среди всех животных? Я считаю, что это впечатляющее количество нейронов в коре головного мозга, самое большое среди всех видов и недоступное ни для кого, кроме нас. И какие наши действия, которые не совершают никакие другие животные и которые, по моему мнению, стали основной причиной накопления столь значительного количества нейронов в нашем мозге? Мы готовим еду. Остальное — все технологические достижения, совершённые благодаря уникальному количеству нейронов в коре нашего головного мозга, и последующее культурное наследование этих достижений, раскручивающее спираль, превращающую способности в возможности, — лишь история.
Отрывок из книги Сюзаны Геркулано-Хаузел The Human Advantage: A New Understanding of How Our Brain Became Remarkable, опубликованной в издательстве Массачусетского технологического университета.