Co sprawia, że ludzki mózg jest tak niezwykły?
Co sprawia, że to my badamy inne zwierzęta
a nie one nas?
Co ludzki mózg ma lub robi
czego inne mózgi nie potrafią?
Kiedy zainteresowałam się tymi pytaniami około 10 lat temu,
naukowcy myśleli, że wiedzą, z czego zbudowane są inne mózgi.
Pomimo, że dowodów było mało,
wielu naukowców myślało,
że wszystkie mózgi ssaków, włączając ludzki,
są zbudowane tak samo
z liczbą neuronów zawsze
proporcjonalną do rozmiaru mózgu.
To oznacza, że dwa mózgi tego samego rozmiaru,
tak jak te dwa, ze stosowną wagą 400 gramów
powinny posiadać zbliżoną liczbę neuronów.
Jeśli neurony stanowią funkcjonalne
jednostki przenoszące informacje w mózgu,
to posiadacze tych dwóch mózgów
powinni mieć podobne zdolności poznawcze.
Ale pierwszym jest szympans,
drugim krowa.
Być może krowy prowadzą naprawdę bogate
życie wewnętrzne i są tak mądre,
że wolą to przed nami ukryć,
a my je zjadamy.
Myślę, że większość ludzi zgodzi się,
że zachowania, do których zdolne są szympansy,
są znacznie bardziej złożone i elastyczne niż zachowania krów.
Jest to pierwszą wskazówką, że teoria
"wszystkie mózgi są zbudowane tak samo"
nie do końca się sprawdza.
Lecz kontynuujmy.
Jeśli wszystkie mózgi są zbudowane tak samo
i mielibyśmy porównać zwierzęta o różnych rozmiarach mózgów,
większe mózgi powinny mieć więcej neuronów
niż mniejsze i posiadać odpowiednio
większe zdolności poznawcze.
Dlatego też największy mózg powinien mieć
największe zdolności poznawcze.
Tutaj muszę przedstawić złą wiadomość:
Nasz mózg nie jest tym największym.
Wydaje się to bardzo irytujące.
Nasz mózg waży między 1,2 a 1,5 kg.
Z kolei mózg słonia waży pomiędzy 4 a 5 kg,
a mózg wieloryba może ważyć aż do 9 kg.
Dlatego naukowcy uciekali się do mówienia,
że nasz mózg musi być niezwykły
żeby wyjaśnić nasze zdolności poznawcze.
Nasz mózg musi być naprawdę niezwykły
i wyjątkowy.
Ich mózgi mogą być większe, ale nasz jest lepszy
i mógłby być lepszy, na przykład
w tym, że wydaje się większy niż powinien
ze znacznie większą korą mózgową niż powinniśmy mieć,
biorąc pod uwagę rozmiar ciał.
To dodałoby nam dodatkową korę
w celu robienia ciekawszych rzeczy niż tylko poruszanie ciałem.
Rozmiar mózgu
zwykle wynika z rozmiaru ciała.
Głównym powodem dla którego mówimy,
że nasz mózg jest większy niż powinien być
jest porównywanie się
z małpami człekokształtnymi.
Goryle mogą być dwa lub trzy razy większe od nas,
więc ich mózgi też powinny być większe od naszych,
lecz tak naprawdę jest odwrotnie.
Nasz mózg jest trzy razy większy od mózgu goryla.
Ludzki mózg także wydaje się niezwykły
pod względem ilości energii, którą zużywa.
Chociaż jego waga stanowi tylko 2% masy ciała,
zużywa aż 25% całej energii,
której ciało potrzebuje do codziennego funkcjonowania.
To 500 kalorii z łącznej sumy 2000
potrzebnych aby nasz mózg działał.
Więc ludzki mózg jest większy niż powinien,
używa znacznie więcej energii niż powinien,
więc jest szczególny.
W tym momencie te kwestie zaczęły mnie niepokoić.
W biologii szukamy reguł
odnoszących się do wszystkich zwierząt i życia w ogóle,
więc dlaczego teoria ewolucji
dotyczy wszystkich ale nie nas?
Być może problem leży w podstawowym założeniu,
że wszystkie mózgi są zbudowane tak samo.
Może mózgi podobnego rozmiaru
w rzeczywistości mogą być zbudowane z różnej ilości neuronów.
Być może ogromny mózg
nie koniecznie ma więcej neuronów
niż mózg skromniejszego rozmiaru.
Może ludzki mózg w rzeczywistości ma najwięcej neuronów
ze wszystkich mózgów, niezależnie od rozmiaru,
zwłaszcza w korze mózgowej.
Dla mnie następujące pytanie
stało się bardzo ważnym:
z jak wielu neuronów składa się mózg ludzki,
i jak to jest w porównaniu do innych zwierząt?
Być może słyszeliście lub czytaliście,
że mamy 100 miliardów neuronów,
więc 10 lat temu zapytałam moich kolegów
czy wiedzą skąd pochodzi ta liczba.
Lecz nikt nie wiedział.
Przekopałam literaturę by
znaleźć oryginalne odniesienie do tej liczby
i nigdy go nie znalazłam.
Wygląda na to, że nikt do tej pory nie policzył
liczby neuronów w ludzkim mózgu
czy w którymkolwiek innym mózgu.
Więc wymyśliłam własny sposób wyliczenia komórek w mózgu
i w zasadzie opiera się on
na rozpuszczaniu mózgu do konsystencji zupy.
To działa następująco:
Bierzemy mózg, lub część mózgu
i rozpuszczamy ją w detergencie,
który niszczy błony komórkowe
lecz pozostawia jądro komórkowe..
Otrzymujemy wolne jądra w zawiesinie,
która wygląda tak
jak czysta zupa.
Ta zawiesina zawiera wszystkie jądra,
które kiedyś były mózgiem myszy.
Piękno zupy polega na tym, że jest to zawiesina,
którą można pomieszać i jednorodnie rozprowadzić
jądra w roztworze, tak by po spojrzeniu
pod mikroskop na 4 czy 5 próbek
tego jednorodnego roztworu
można policzyć jądra i potem stwierdzić
ile komórek posiadał dany mózg.
To proste, jasne
i naprawdę szybkie.
Użyliśmy już tej metody do policzenia neuronów
występujących w wielu różnych gatunkach
i okazało się, że nie wszystkie mózgi
są zbudowane w ten sam sposób.
Weźmy na przykład gryzonie i naczelne.
W mózgach większych gryzoni,
średnia wielkość neuronów rośnie
więc mózg rozdyma się bardzo szybko
i znacznie szybciej zyskuje większy rozmiar niż neurony.
Lecz mózgi naczelnych zyskują neurony
bez zwiększania rozmiaru średniego neuronu
co jest bardzo oszczędnym sposobem
na dodanie neuronów do mózgu.
W rezultacie mózg ssaka naczelnego
zawsze będzie miał więcej neuronów niż mózg gryzonia
o takim samym rozmiarze i im większy mózg,
tym większa będzie różnica między nimi.
Co można więc stwierdzić o naszym mózgu?
Dowiedzieliśmy się, że średnio
86 miliardów neuronów,
z których 16 miliardów znajduje się w korze mózgowej.
Jeśli uznamy, że kora mózgowa
odpowiada za funkcje takie jak
świadomość, logiczne i abstrakcyjne myślenie,
a te 16 bilionów to najwięcej
spośród innych kor.
Myślę, że jest to najprostsze rozwiązanie
naszych niezwykłych zdolności poznawczych.
Lecz równie ważne jest znaczenie 86 miliardów neuronów.
Bo odkryliśmy, że związek między
rozmiarem mózgu i ilością neuronów
może być opisany matematycznie,
możemy wyliczyć jak wyglądałby ludzki mózg
gdyby był zbudowany tak jak u gryzoni.
Mózg gryzonia z 86 miliardami neuronów
ważyłby 36 kg.
To niemożliwe.
Tak ogromny mózg zostałby zmiażdżony
przez własna wagę
i ten nieprawdopodobny mózg
mieściłby się w ciele o wadze 89 ton.
Nie sądzę, że to nas przypomina.
Już teraz możemy dojść do bardzo ważnego wniosku,
że nie jesteśmy gryzoniami.
Ludzki mózg nie jest dużym mózgiem szczura.
W porównaniu ze szczurem wydajemy się niezwykli,
lecz nie jest to trafne porównanie
biorąc pod uwagę, że nie jesteśmy gryzoniami.
Jesteśmy naczelnymi,
więc adekwatnym będzie porównanie z innymi naczelnymi.
Jeśli poprawnie wyliczymy,
dowiemy się, że pospolity ssak
z 86 miliardami neuronów
miałby mózg o wadze 1,2 kg
co wydaje się właściwe,
w ciele o masie około 66 kg,
co w moim przypadku jest poprawne.
To prowadzi nas do niezaskakującego,
lecz bardzo istotnego wniosku:
jestem ssakiem naczelnym.
Wszyscy jesteśmy ssakami naczelnymi.
Był nim także Darwin.
Uwielbiam wyobrać sobie, że Darwin doceniłby te badania.
Jego mózg, jak i nasz,
został uformowany na podobieństwo innych mózgów naczelnych.
Ludzki mózg jest więc niesamowity,
lecz nie jeśli chodzi o liczbę neuronów.
Jest po prostu dużym mózgiem naczelnego.
Myślę, że jest to upokarzająca i otrzeźwiająca myśl,
która powinna przypominać o naszym miejscu w naturze.
Dlaczego więc zużywa aż tyle energii?
Inni naukowcy dowiedli
jak dużo energii zużywa mózg ludzki
i mózg innych gatunków
i wiedząc ile neuronów
każdy z mózgów zawiera, mogliśmy policzyć.
Okazało się, że mózg ludzki i inne mózgi
zużywają podobne ilości energii,
średnio 6 kalorii na miliard neuronów dziennie.
Całkowite zużycie energii mózgu
jest prostą funkcją liniową
ilości jego neuronów.
Okazuje się, że ludzki mózg
zużywa tyle samo energii ile mogliśmy się spodziewać.
Powodem dla którego mózg zużywa
tyle energii jest po prostu to,
że posiada dużo neuronów
Ponieważ jesteśmy ssakami naczelnymi
ze znacznie większą ilością neuronów
na daną masę ciała niż jakiekolwiek inne zwierzę,
względny koszt naszego mózgu jest duży,
lecz dlatego że jesteśmy naczelnymi, a nie kimś specjalnym.
Przed nami ostatnie pytanie:
w jaki sposób zyskaliśmy tak niezwykłą liczbę neuronów
i w szczególności, jeśli małpy człekokształtne
są większe od ludzi
dlaczego nie mają większego mózgu z większą ilością neuronów?
Gdy zrozumieliśmy jak drogie jest posiadanie
tak wielu neuronów w mózgu, zdałam sobie sprawę,
że może istnieje proste wyjaśnienie.
Nie mogą wydać tyle energii
na duże ciało i dużą liczbę neuronów.
Zrobiliśmy obliczenia.
Z jednej strony ustaliliśmy ile energii
naczelny pobiera z codziennego
spożywania surowizny
i z drugiej, ile energii
zużywa ciało o określonej masie
i ile energii zostaje zużyte przez konkretną liczbę neuronów.
Spojrzeliśmy na zestawienia
masy ciała i liczby neuronów w mózgu,
występujących u naczelnego
żywiącego się przez daną ilość godzin dziennie.
Dowiedzieliśmy się,
że ponieważ neurony są tak kosztowne
istnieje kompromis między masą ciała a liczbą neuronów.
Naczelny, który żywi się 8 godzin dziennie
może utrzymać najwyżej 53 miliardy neuronów,
ale wtedy ciało nie może
ważyć więcej niż 25 kg.
Aby uzyskać większą wagę
musi poświęcić neurony.
Więc albo duże ciało,
albo duża liczba neuronów.
Jeśli jesz tyle co ssak naczelny
nie możesz mieć obu na raz.
Jedynym sposobem na to metaboliczne ograniczenie
byłoby spędzanie jeszcze większej ilości godzin na jedzeniu
lecz jest to niebezpieczne
i po przekroczeniu pewnej granicy, po prostu niemożliwe.
Na przykład goryle i orangutany
utrzymują około 30 miliardów neuronów
spędzając 8,5 godziny dziennie jedząc
i wydaje się, że więcej nie mogą.
9 godzin jedzenia dziennie
wydaje się być limitem dla ssaka naczelnego.
Co z nami?
Z 86 miliardami neuronów
i od 60 do 70 kg masy ciała
powinniśmy spędzać ponad 9 godzin
dziennie na jedzeniu,
co jest niemożliwe.
Gdybyśmy jedli jak naczelne
nie powinniśmy istnieć.
Jak się więc tutaj znaleźliśmy?
Jeśli nasz mózg zużywa tyle energii ile powinien
i jeśli nie możemy spędzić
każdej godziny naszego dnia na jedzeniu,
jedyną alternatywą
jest uzyskanie większej ilości energii
z tego samego jedzenia.
Co niezwykłe, jest to zgodne z tym
co nasi przodkowie wynaleźli
1,5 miliona lat temu
kiedy wynaleźli gotowanie.
Gotować to używać ognia,
aby poddać jedzenie wstępnemu trawieniu poza ciałem.
Ugotowane jedzenie jest bardziej miękkie i łatwiejsze do żucia,
zamienia się w papkę w naszej buzi,
co pozwala na kompletne strawienie
i wchłonięcie do jelit,
co umożliwia wytworzenie więcej energii w krótszym czasie.
Gotowanie daje nam czas na robienie
bardziej interesujących rzeczy w ciągu dnia
i z naszymi neuronami,
niż tylko myślenie o jedzeniu,
szukanie jedzenia i spożywanie go
przez cały dzień.
Dzięki gotowaniu, to co kiedyś było
główną wadą, ten potężny
niebezpiecznie drogi mózg z mnogością neuronów,
teraz staje się główną zaletą,
kiedy możemy dostarczyć energii dla wielu neuronów
i mamy czas na używanie ich do interesujących rzeczy.
Myślę, że to wyjaśnia dlaczego mózg ludzki
stał się tak duży i tak szybki w toku ewolucji,
pozostając tylko mózgiem ssaka naczelnego.
Z tym dużym mózgiem utrzymywanym przez gotowanie
szybko przeskoczyliśmy od surowych produktów do kultury,
rolnictwa, cywilizacji, sklepów spożywczych,
elektryczności, lodówek,
wszystkiego tego co współcześnie
pozwalają nam pozyskać całą energię,
której potrzebujemy na cały dzień,
siedząc w ulubionej restauracji fast food.
To co kiedyś było rozwiązaniem,
teraz stało się problemem
i próbujemy znaleźć rozwiązanie w surowym jedzeniu.
Jaka jest więc przewaga ludzi?
Co my posiadamy
czego nie mają inne zwierzęta?
Moją odpowiedzią jest fakt, że posiadamy najwięcej
neuronów w korze mózgowej
i jest to najprostszym wyjaśnieniem
naszych niezwykłych zdolności poznawczych.
Co sprawia, że robimy to czego nie potrafią inne zwierzęta
i co uważam za zasadniczą przewagę,
która pozwala nam osiągnąć
największą liczbę neuronów w korze?
W dwóch słowach: gotujemy.
Żadne inne zwierzęta nie gotują swojego pożywienia.
Myślę, że w ten sposób staliśmy się ludźmi.
Badania ludzkiego mózgu z mieniły moje myślenie o jedzeniu.
Patrzę na moją kuchnię
i kłaniam się jej
i dziękuję moim przodkom za wynalazek,
który prawdopodobnie uczynił nas ludźmi.
Dziękuję bardzo.
(Brawa)