Mi olyan különleges az emberi agyban?
Mért van az, hogy mi tanulmányozzuk a többi állatot,
és nem azok minket?
Mi van az emberi agyban vagy annak működésében,
ami nincs meg a többiben?
Amikor felmerültek bennem ezek a kérdések kb. 10 évvel ezelőtt,
a kutatók tudni vélték, miből vannak a különféle agyak.
Noha nagyon kevés bizonyíték volt rá,
sok kutató gondolta úgy, hogy az összes emlős agya,
beleértve az emberét is,
egyforma felépítésű,
és a neuronok száma
arányos az agy méretével.
Ez azt jelenti, hogy két azonos méretű agyban,
mint ez a két 400 grammos itt,
nagyjából ugyanannyi neuronnak kéne lennie.
Nos, ha a neuronok
az agy információfeldolgozó egységei,
akkor e két agy tulajdonosa
nyilván hasonló kognitív képességgel rendelkezik.
Márpedig az egyik csimpánz,
a másik egy marha.
Vagy a marháknak valójában gazdag
lelkiviláguk van, csak olyan okosak,
hogy el tudják titkolni előlünk...
de hát megesszük őket...
Szerintem legtöbben egyetértenek azzal,
hogy a csimpánzok sokkal összetettebb,
bonyolultabb és rugalmasabb viselkedésre képesek, mint a marhák.
Ez tehát annak a jele, hogy a
"minden agy egyforma felépítésű" dolog
nem egészen stimmel.
De nézzük tovább.
Ha minden agy egyforma felépítésű lenne,
és különböző agyméretű állatokat hasonlítanánk össze egymással,
akkor a nagyobb agyakban mindig több neuront találnánk,
mint a kisebbekben, és minél nagyobb volna az agy,
annál jobb kognitív képessége enne a tulajdonosának.
Tehát a létező legnagyobb agy lenne
a legjobb kognitív képességű.
De van egy rossz hír:
Nem a mi agyunk a legnagyobb.
Elég bosszantó.
Az agyunk 1,2-1,5 kilót nyom,
ugyanakkor az elefánté 4-4,5 kilós,
a bálnáé pedig akár 9 kiló is lehet.
Ezért gondolják azt a kutatók,
hogy az agyunk különleges lehet,
mert ez megmagyarázná kognitív képességeinket.
Igazán különlegesnek kell lennie,
egyfajta kivételnek a szabály alól.
Lehet a többié nagyobb, de a miénk a jobb,
például jobb lehet azért,
mert nagyobb a kelleténél,
sokkal nagyobb agykéreggel,
mint a testméretünkhöz dukál.
Ez a nagyobb agykéreg képesít arra,
hogy érdekesebb dolgokat is tegyünk, mint a testünk puszta működtetése.
Tudniillik az agy mérete
általában a test méretét követi.
Vagyis azért mondhatjuk azt,
hogy az agyunk nagyobb a kelleténél,
mert ilyenkor a viszonyítási alap
a többi emberszabású.
A gorilla 2-3-szor akkora, mint az ember,
tehát az agyának is nagyobbnak kéne lennie,
de éppen fordítva van.
Az agyunk 3-szor akkora, mint a gorilláé.
Az emberi agy különlegesnek mutatkozik
a felhasznált energia tekintetében is.
Bár az agy tömege csupán 2%-a a testének,
mégis 25%-át használja el annak az energiának,
mely testünk napi működtetéséhez kell.
Ez 2000 kilojoule-t jelent a napi 8000-ből
csak az agy működtetésére!
Tehát az emberi agy nagyobb a kelleténél,
több energiát fogyaszt a kelleténél,
vagyis különleges.
És ez az a pont a történetben, amely nem hagyott nyugton.
A biológiában olyan szabályokat keresünk,
amelyek minden állatra alkalmazhatók és általában véve az életre is.
Mért alkalmazhatók az evolúciós szabályok
mindenkire, kivéve minket?
Talán a hiba abban az alapfeltevésben volt,
hogy minden agy egyforma felépítésű.
Talán két hasonló méretű agyban
nagyon eltérő számú neuron is lehet.
Talán egy nagy agyban
nem okvetlenül kell több neuronnak lennie,
mint egy szerényebb méretűben.
Talán az emberi agyban van a legtöbb neuron
függetlenül az agy méretétől,
különösen ami az agykérget illeti.
Vagyis a következő kérdésre
kerestem a választ:
Hány neuron van az emberi agyban,
és hogy viszonyul ez a többi állatéhoz?
Talán hallottak vagy olvastak már arról,
hogy 100 milliárd neuronunk van,
tehát 10 éve megkérdeztem a kollégáimat,
hátha tudják, honnan van ez az adat.
Senki sem tudta.
Átnyálaztam a szakirodalmat
az adat eredeti forrása után,
de semmit sem találtam.
Úgy látszik, soha senki sem számolta meg igazán,
hány neuron is van az ember agyában
vagy bármilyen más agyban egyáltalán.
Erre kitaláltam egy módszert arra, hogyan lehetne megszámolni az agysejteket,
ami lényegében abból áll,
hogy az agyat levessé oldjuk.
A recept a következő:
Fogod az agyat, vagy egy részét,
és feloldod egy detergensben,
amely elroncsolja a sejtmembránokat,
de a sejtmagokat érintetlenül hagyja,
így kapsz a végén egy szuszpenziót, mely sejtmagokból áll --
olyan, mint ez,
mint egy szűrt leves.
Ez a leves tartalmazza az összes sejtmagot,
amely eredetileg egy egér agyában volt.
Nos, az a jó ebben a levesben, hogy mivel leves,
föl lehet kavarni, hogy a sejtmagok
egyenletesen oszoljanak szét a folyadékban,
ha tehát az ember megnéz a mikroszkóppal
4-5 mintát ebből a homogén oldatból,
és megszámolja bennük a magokat, akkor
meg tudja mondani, hány sejt volt az agyban.
Egyszerű, közvetlen,
és hamar megvan.
Ezzel a módszerrel több tucat faj neuronszámát
határoztuk meg eddig,
és kiderült, hogy az agyak
nem mind egyforma felépítésűek.
Vegyük például a rágcsálókat és a főemlősöket:
A nagyobb rágcsálóagyakban átlagosan
nagyobbak a neuronok,
tehát az agy mintegy felfúvódik,
vagyis a mérete sokkal gyorsabban nő, mint a benne foglalt neuronok száma.
De a főemlősagy neuronszáma anélkül nő,
hogy közben a neuronok megnőnének,
ami igen hatékony módja annak,
hogy az ember agyában növeljük a neuronszámot.
Emiatt egy főemlősagyban
mindig több neuron van, mint egy ugyanakkora rágcsálóagyban,
és minél nagyobb az agy,
annál nagyobb lesz az eltérés.
Nos, mi a helyzet a mi agyunkkal?
Azt találtuk, hogy átlagosan
86 milliárd neuronunk van,
melyből 16 milliárd az agykéregben található,
és ha figyelembe vesszük, hogy az agykéreg
az olyan funkciók székhelye, mint
a tudat, a logika és az absztrakt érvelés,
és hogy a 16 milliárdos neuronszám
az abszolút csúcs agykérgileg,
akkor azt hiszem, ez a legegyszerűbb magyarázat
az ember kiemelkedően jó kognitív képességeire.
De épp ilyen fontos a 86 milliárd neuron jelentése.
Mivel az összefüggés
az agy mérete és a benne lévő neuronok száma között
matematikailag megfogalmazható,
kiszámíthatjuk, milyen lenne az emberi agy,
ha a felépítése a rágcsálókéhoz volna hasonló.
Nos, egy 86 milliárd neuront tartalmazó rágcsálóagy
36 kilót nyomna.
Ez nem lehetséges.
Ilyen hatalmas agy szétnyomódna
a saját súlya alatt,
és egy ilyen lehetetlen agyhoz
89 tonnás test passzolna.
Szerintem nem illik ránk ez a személyleírás.
Tehát máris leszűrhetünk egy fontos következtetést,
nevezetesen: nem lehetünk rágcsálók.
Az emberi agy nem egy nagy patkányagy.
A patkányhoz képest valóban különlegesnek látszunk,
de ez az összehasonlítás nem igazán sportszerű,
mert tudjuk, hogy nem vagyunk rágcsálók.
Főemlősök vagyunk,
tehát más főemlősökhöz kell mérnünk magunkat.
És akkor a matekozásból
az jön ki, hogy egy átlagos főemlős
86 milliárd neuronnal
kb. 1,2 kilós aggyal rendelkezne,
ami éppen illik is
egy kb. 66 kilós testhez,
ami pont az én méretem,
és ezzel el is jutottunk egy nem meglepő,
ám mégis hihetetlenül fontos következtetéshez:
főemlős vagyok.
Ahogy önök is itt mindannyian.
És az volt Darwin is.
Jólesik arra gondolni, hogy Darwin nyilván megörült volna a hírnek.
Darwin agya, ahogy a miénk is,
a többi főemlősagy mintájára készült.
Az emberi agy tehát különleges lehet,
de nem a neuronszám tekintetében.
Egyszerűen csak egy nagy főemlős agya.
Azt hiszem, ez kijózanító és szerénységre intő gondolat,
mely figyelmeztet bennünket arra, hogy hol a helyünk a természetben.
Akkor hát mért fogyaszt annyi energiát?
Nos, mások utánajártak,
mennyi energiába kerül az ember
és más fajok agya,
és most, hogy tudjuk már, hány neuron
építi fel a különböző agyakat, jöhet a matekozás.
Kiderül, hogy az emberi agy
és a többi nagyjából ugyanannyiban van,
vagyis egymilliárd neuronra számolva átlagban napi 25 kilojoule-ba.
Tehát egy agy teljes energiaköltsége
egyszerű lineáris függvénye
a benne lévő neuronok számának,
ami az emberi agyra
épp akkora energiát jelent, amekkora várható volt.
Vagyis az emberi agy egyszerűen azért
fogyaszt annyi energiát, mert
borzasztó sok neuront tartalmaz,
és mert főemlősök vagyunk,
éspedig a testméretünkhöz képest sokkal több neuronnal
bármely más állatnál --
az agyunk relatív költsége nem azért magas,
mert különlegesek vagyunk, hanem azért, mert főemlősök.
Az utolsó kérdés ez:
Hogy jutottunk hozzá ilyen jelentős számú neuronhoz,
továbbá, ha a nagy emberszabásúak
nagyobbak nálunk,
hogyhogy nem nagyobb az agyuk a miénknél?
Amikor leesett, milyen költséges is
ilyen rengeteg neuron fenntartása az agyban, arra gondoltam,
talán létezik egyszerű válasz.
Lehet, hogy egyszerűen nem elég az energia
egy nagy testhez és hozzá a nagyszámú neuronhoz.
Újabb matekozás.
Kiszámítottuk egyrészt azt,
hogy mennyi energiát szerez egy főemlős naponta
a nyers dolgokból, amit megeszik,
másrészt azt, hogy mennyi energiába kerül
egy adott méretű test,
ill. egy agy, amely adott számú neuront tartalmaz,
és megkerestük azokat a kombinációkat
a testméretből és az agyban foglalt neuronok számából,
amelyeket egy főemlős megengedhet magának,
ha napi meghatározott számú órát szán az evésre.
És arra jutottunk, hogy
mivel a neuronok olyan költségesek,
kell lennie egy kompromisszumnak a testméret és a neuronszám között.
Ha tehát egy főemlős napi 8 órát táplálkozik,
akkor legfeljebb 53 milliárd neuront engedhet meg magának,
de akkor a teste nem lehet több
25 kilónál.
Ha ennél nagyobbra akar nőni,
le kell mondania valamennyi neuronról.
Tehát vagy nagyobb test,
vagy több neuron.
Ha úgy táplálkozol, ahogy egy főemlős,
akkor a kettő együtt nem megy.
Egyetlen mód van az anyagcsere szabta korlát megkerülésére,
még több időt fordítani az evésre,
de ez veszélyes,
és egy ponton túl lehetetlen is.
A gorilla és az orangután pélául
kb. 30 milliárd neuront engedhet meg magának
napi 8 és fél óra evés árán,
és ennél többre nemigen képesek.
Napi 9 óra táplálkozás
lehet a gyakorlati határ egy főemlős számára.
És mi van velünk?
A 86 milliárd neuronunkkal
és a 60-70 kiló testtömegünkkel
napi 9 óránál tovább kéne ennünk,
és egy napot sem hagyhatnánk ki,
ami nem megy.
Ha úgy táplálkoznánk, ahogy egy főemlős,
nem lennénk itt.
Hát akkor hogyhogy itt vagyunk?
Nos, az agyunk annyi energiába kerül,
amennyibe kerül, és ha nem tölthetjük
evéssel a nap minden éber óráját,
akkor csak egy lehetőség marad:
valamilyen módon több energiát nyerni
ugyanabból a táplálékból.
És ez pontosan megegyezik azzal
a módszerrel, amelyre elődeink feltételezhetően
másfél millió éve tértek át,
amikor feltalálták a főzést.
A főzés annyit tesz, mint tűzmeleg segítségével
előemészteni a táplálékot a testünkön kívül.
A főtt táplálék puhább, ezért könnyebb megrágni,
és péppé őrölni a szánkban,
és így teljesen meg tudja emészteni a gyomrunk,
hogy felszívódjon a belünkben,
amitől sokkal több energiához jutunk sokkal rövidebb idő alatt.
A főzés tehát időt szabadít fel számunkra ahhoz,
hogy sokkal érdekesebb dolgokra fordítsuk a napot
és a neuronjainkat,
mint az evésen rágódni,
étel után kajtatni és habzsolni
egész álló nap.
Tehát a főzésnek köszönhetően az, ami egykor
csak nyűg volt az ember nyakán, ez a nagy,
veszélyesen költséges agy, a sok neuronjával,
nagy kinccsé változhatott,
mert immár energia is van a sok neuron ellátásához
és idő is, hogy érdekes dolgokra használjuk őket.
Azt hiszem, ez a magyarázata annak, hogy az emberi agy
olyan nagyra nőtt és olyan gyorsan az evolúció során,
miközben végig csak egy főemlősagy maradt.
Ezzel a nagy agyunkkal, melynek tartását a főzés tette megfizethetővé,
a nyerskosztról hamarosan áttértünk a kultúrára,
a mezőgazdaságra, a civilizációra, a vegyesboltra,
az elektromosságra, a frizsiderre,
mindarra, ami manapság
annyi energiát ad nekünk, amennyi kell --
pl. ahhoz, hogy naphosszat elüldögéljünk
kedvenc gyorséttermünkben.
Ami tehát egykor megoldás volt,
az mára problémává vált,
és -- ironikus módon -- a megoldást a nyerskosztban keressük.
Tehát mi teszi naggyá az embert?
Mi van nekünk,
ami nincs meg a többieknek?
Válaszom az, hogy nekünk van a legtöbb
neuron az agykérgünkben,
és azt hiszem, ez a legegyszerűbb magyarázat
kiemelkedően jó kognitív képességeinkre.
És mi az, amit csak mi tudunk, és a többi állat nem,
és ami, azt hiszem, döntő volt abban,
hogy ilyen nagy --
a legnagyobb -- neuronszámot érjük el az agykérgünkben?
Kétszavas a válasz: A főzés!
Nincs még egy állat, amelyik megfőzi az ételét, csakis az ember.
És azt hiszem, végső soron ez tett minket emberré.
Az emberi agy tanulmányozása megváltoztatta azt, ahogy az ételre gondolok.
A konyhámra nézek,
és meghajlok előtte,
és köszönetet mondok őseimnek
azért a találmányért, mely emberré tett minket.
Nagyon köszönöm.
(Taps)