Co niezwykłego jest w ludzkim mózgu?

Mózg ludzki jest zagadkowy: jest zadziwiająco duży, biorąc pod uwagę masę naszych ciał i zużywa ogromne ilości energii jak na swoją wagę oraz posiada niezwykle gęstą korę mózgową. Dlaczego? Neurobiolożka Suzana Herculano-Houzel przywdziewa czapkę detektywa i prowadzi nas ścieżkami tajemniczego świata mózgu. Dzięki przyrządzeniu „zupy z mózgu” dochodzi do zdumiewającego wniosku.

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)