Mi olyan különleges az emberi agyban?

Az emberi agy kész rejtély -- furcsán nagy a testünkhöz képest, rengeteg energiát fogyaszt a súlyához viszonyítva, és tömérdek neuront tartalmaz a kéregállománya. De miért és hogyan? Suzana Herculano-Houzel nyomába ered a rejtélynek, magával ragadva minket is. Agylevest kever hidegen, mely forró nyomra vezeti, majd meglepő konklúzióra.

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)