Vad är så speciellt med den mänskliga hjärnan?

Den mänskliga hjärnan är förbryllande - den är förvånande stor i förhållande till vår kroppsstorlek, den använder oerhörda mängder energi i förhållande till sin vikt och har en otroligt kompakt hjärnbark. Men varför? Hjärnforskaren Suzana Herculano-Houzel tar på sig detektivglasögonen och guidar oss genom detta mysterium. Genom att göra hjärnsoppa landar hon i en häpnadsväckande slutsats.

Vad är så speciellt
med den mänskliga hjärnan?

Varför är det så
att vi studerar andra djur

istället för att de studerar oss?

Vad har, eller gör en mänsklig hjärna

som ingen annan hjärna gör?

När jag blev intresserad av detta
för ungefär 10 år sedan,

trodde forskarna att de visste
hur olika hjärnor var byggda.

Då det var baserat på få bevis,

trodde forskare att alla däggdjurshjärnor

inklusive den mänskliga hjärnan,

var byggda på samma sätt,

med ett antalet neuroner som

var proportionell
med storleken på hjärnan.

Det innebär att två lika stora hjärnor,

som dessa två, med vikten 400 gram,

borde ha samma antal neuroner.

Så, om neuronerna fungerar som

informationsprocessorer i hjärnan,

så borde innehavarna
av dessa två hjärnor,

ha liknande kognitiva förmågor.

Men ändå, är den ena en schimpans,

och den andra en ko.

Nu har kanske kor ett väldigt rikt

inre mentalt liv och är så smarta

att de väljer att inte låta oss inse det,

men vi äter dem.

Jag tror att de flesta håller med

om att schimpanser har tillgång
till mer komplexa, utvecklande

och flexibla beteenden än vad kor är.

Så detta är första indikationen att

"alla hjärnor är gjorda
på samma sätt"-scenariot

inte riktigt stämmer.

Men låt oss spela med.

Om alla hjärnor var byggda på samma sätt

och man skulle jämföra djur
med olika stora hjärnor,

så skulle stora hjärnor
alltid ha fler neuroner

än små hjärnor, och ju större hjärna,

desto fler kognitiva färdigheter
skulle dess ägare ha.

Så den största hjärnan, skulle alltså vara

den med störst kognitiv förmåga.

Och här kommer dåliga nyheter:

Vår hjärna, inte den största.

Det verkar ganska irriterande.

Vår hjärna väger mellan 1,2 och 1,5 kilo,

men en elefants hjärna
väger mellan 4 och 5 kilo,

och en valhjärna kan väga upp till 9 kilo,

vilket är anledningen till att forskare
brukade dra till med att säga

att vår hjärna måste vara speciell

för att förklara våra kognitiva förmågor.

Den måste verkligen vara enastående,

ett undantag från regeln.

Deras är kanske större, men vår är bättre

och den kunde vara bättre, till exempel

genom att den verkar större än den borde.

med en mycket större hjärnbark
än vad vi borde ha,

för vår kroppsstorlek.

Det skulle ge oss extra hjärnbark

att göra intressantare saker
än att sköta driften av kroppen.

Detta är för att hjärnans storlek

vanligtvis följer storleken på kroppen.

Så huvudorsaken till att säga

att vår hjärna är större än den borde vara

kommer från jämförelser av oss själva

med stora apor.

Gorillor kan vara 2-3 gånger större än vi,

och borde då ha större hjärnor än vi.

men istället är det tvärt om.

Vår hjärna är 3 gånger större
än en gorillahjärna.

Den mänskliga hjärnan
verkar också speciell

gällande energimängd
som den använder.

Även om den endast utgör
2 procent av kroppens vikt

använder den 25 procent av all energi

som kroppen behöver
för att fungera per dag.

Det är 500 kalorier
av totalt 2000 kalorier.

enbart för att hålla din hjärnan i arbete.

Så, den mänskliga hjärnan
är större än den borde vara,

den använder mer energi än den borde,

så den är speciell.

Och här började
den här historien störa mig.

Inom biologin letar vi efter regler

som är giltiga för alla djur
och till livet i allmänhet,

så varför skulle evolutionens lagar

gälla alla andra, men inte oss?

Kanske problemet var uppfattningen att

alla hjärnor var gjorda på samma sätt.

Kanske två lika stora hjärnor

kan vara gjorda av olika antal neuroner.

Stora hjärnor kanske

inte alls måste ha fler neuroner

än en hjärna av mer blygsam storlek.

Kanske har den mänskliga hjärnan
flest antal neuroner

av alla hjärnor, oavsett storleken,

speciellt i hjärnbarken.

Så för mig blev

den viktiga frågan att besvara:

Hur många neuroner
har den mänskliga hjärnan,

och hur är det jämförbart
med andra djur?

Nu har du kanske hört eller läst

att vi har 100 miljarder neuroner,

så för 10 år sedan
frågade jag mina kollegor

om de visste var siffran kom ifrån.

Men ingen visste.

Jag har letat i litteratur

efter den ursprungliga referensen,

men kunde aldrig hitta den.

Det verkade som om ingen
faktiskt hade räknat

den mänskliga hjärnans neuroner,

eller i någon annan hjärna
heller för den delen.

Så jag kom på ett eget sätt
att räkna celler i hjärnan,

och det bestod i huvudsak av

att lösa upp hjärnan till soppa.

Det fungerar så här:

Man tar en hjärna, eller delar av hjärnan,

och löser upp den i diskmedel,

som förstör cellmembranen,

men lämnar cellkärnan intakt,

då får man en lösning med fria cellkärnor,

som ser ut så här,

som en klar soppa.

Den här soppan innehåller alla kärnor

som en gång var en mushjärna.

Det fina med en soppa är
att eftersom det är soppa,

kan man skaka om den och få kärnorna

jämt fördelade i vätskan,

och genom att titta i ett mikroskop

på endast 4-5 prov av denna vätska,

kan man räkna kärnorna och därmed säga

hur många celler den hjärnan hade.

Det är enkelt, okomplicerat

och det går snabbt.

Vi har använt metoden
och räknat neuronerna

i ett dussintal olika arter hittills,

och det visade sig att alla hjärnor

inte är gjorda på samma sätt.

Om vi tar gnagare och primater.

I större gnagarhjärnor, ökar

neuronernas medelstorlek,

så hjärnans fylls väldigt snabbt

och hjärnans storlek ökar snabbare
än den ökar antalet neuroner.

Men primater ökar neuronantalet

utan att neuronerna blir större,

vilket är ett ekonomiskt sätt

att få fler neuroner i hjärnan.

Resultatet är att en primathjärna

alltid har fler neuroner
än en gnagarhjärna av samma storlek,

och ju större hjärnorna är,

desto större kommer skillnaden att bli.

Hur är det då med våra hjärnor?

Vi kom fram till att vi har

cirka 86 miljarder neuroner,

av vilka 16 miljarder finns i hjärnbarken,

och om man beaktar att det i hjärnbarken

finns funktioner som

medvetenhet, logiskt
och abstrakt resonemang,

och att 16 miljarder
är det största antal neuroner

som någon hjärnbark har,

är detta den enklaste förklaringen

till våra anmärkningsvärda
kognitiva förmågor.

Lika viktigt är

vad de 86 miljarder neuronerna betyder.

Då vi fann att förhållandet

mellan storleken på hjärnan
och antalet neuroner

kan beskrivas matematiskt,

kunde vi beräkna
hur den mänskliga hjärnan

skulle se ut om den var konstruerad
som en gnagarhjärna.

En gnagarhjärna med 86 miljarder neuroner

skulle väga 36 kilo.

Det är inte möjligt.

En så stor hjärna skulle krossas

av sin egen vikt,

och denna omöjliga hjärna

skulle finnas i en kropp på 89 ton.

Jag tycker inte det ser ut som oss.

Så detta för oss
till en väldigt viktig slutsats,

vilken är att vi inte är gnagare.

Den mänskliga hjärnan
är inte en stor råtthjärna.

Jämfört med en råtta,
är vi kanske speciella,

men det är inte en rättvis jämförelse,

eftersom vi vet att vi inte är gnagare.

Vi är primater,

så den korrekta jämförelsen
är med andra primater.

Och då, om du beräknar,

kommer du att finna
att den genomsnittliga primaten

med 86 miljarder neuroner

borde ha en hjärna på ca 1,2 kilo,

vilket verkar precis rätt,

i en kropp på 66 kilo

vilket i mitt fall är exakt rätt,

vilket för oss till en inte så förvånande,

men fortfarande väldigt viktig slutsats:

Jag är en primat,

och alla ni är primater!

Och det var också Darwin.

Jag tror att Darwin verkligen
hade uppskattat detta.

Hans hjärna, precis som våra,

var uppbyggd som andra primathjärnor.

Så den mänskliga hjärnan
är kanske märkvärdig,

men den är inte speciell
på grund av antalet neuroner.

Det är endast en stor primathjärna.

Jag tycker det är en tanke
att bli ödmjuk inför

som kan påminna oss
om vår plats i naturen.

Varför behöver den så mycket energi då?

Andra har kommit fram till

hur mycket energi våra hjärnor

och andra arters behöver,

och nu vet vi hur många neuroner

varje hjärna består av, kan vi ju beräkna.

Och det visar sig att både mänskliga

och andra hjärnor behöver
ungefär lika mycket,

ett genomsnitt på 6 kalorier
per miljard neuroner per dag.

Så den totala energiåtgången för en hjärna

är en enkel linjär funktion

av dess antal neuroner,

och det visar sig
att den mänskliga hjärnan

behöver just så mycket energi

som förväntat.

Så anledningen till
att människans hjärna

behöver så mycket energi är för att

den har ett stort antal neuroner.

och för att vi är primater

med många fler neuroner
för en given kroppsvikt

än något annat djur,

är den relativa kostnaden
för vår hjärna stor,

för att vi är primater,
inte för att vi är speciella.

Sista frågan: hur kom vi över ett

så anmärkningsvärt stort antal neuroner,

och i synnerhet, om stora apor

är större än vi,

varför har de inte större hjärnor
än vi har, med fler neuroner?

När vi insåg hur stor kostnaden är

att ha många neuroner
i hjärnan, då tänkte jag

att det kanske finns en enkel orsak.

De har inte råd med energin

både till en stor kropp
och ett stort antal neuroner.

Så vi gjorde en beräkning.

Vi beräknade å ena sidan

hur mycket energi en primat får per dag

från att äta "raw food",

å andra sidan, hur stor energikostnad

en kropp av en viss storlek har.

och hur mycket energi en hjärna
med ett visst antal neuroner kräver,

och vi tittade på kombinationer

av kroppsstorlek och hjärnneuroner

som en primat kan klara av

om den äter

ett visst antal timmar per dag.

Och det vi kom fram till var

eftersom neuroner är så kostsamma

finns det en avvägning
mellan kroppsstorlek och antal neuroner.

Så en primat som äter 8 timmar per dag

kan endast klara av 53 miljarder neuroner,

men då kan kroppen inte bli större

än 25 kilo.

För att väga mer än så,

måste den offra neuroner.

Så det är antingen en stor kropp

eller ett stort antal neuroner.

När du äter som en primat,

kan du inte kosta på dig båda.

En väg ur denna metabola begränsning

skulle vara att ägna
ännu fler timmar per dag åt att äta,

men det blir farligt

och till slut helt omöjligt.

Gorillor och orangutanger,

kan kosta på sig 30 miljarder neuroner

genom att ägna 8,5 timmar
per dag åt att äta

och det verkar som om det är
så mycket som de kan klara.

9 timmars ätande per dag

verkar vara den praktiska begränsningen

för en primat.

Hur är det med oss?

Med våra 86 miljarder neuroner

och 60 till 70 kilos kroppsvikt,

skulle vi ha behövt använda
mer än 9 timmar

per dag, varje dag, med att äta,

vilket inte är genomförbart.

Om vi åt som en primat,

skulle vi inte vara här.

Hur kom vi då hit?

Om vår hjärna kräver så mycket energi

och vi inte kan tillbringa

varje vaken stund av dagen med att äta,

då är det enda alternativet,

att på något sätt få ut mer energi

ur samma mat.

Och otroligt nog är det precis

vad våra förfäder troligtvis uppfann

för 1,5 miljoner år sedan,

när de uppfann matlagning.

Att laga mat, innebär att använda eld

för att för-smälta maten utanför kroppen.

Lagad mat är mjukare och lättare att tugga

och blir fullständigt till mos i munnen,

vilket gör att den blir helt sönderdelad

och absorberad i tarmarna,

vilket gör att de ger
ett betydligt större energiutbyte

på kortare tid.

Så matlagning frigör tid för oss att göra

mycket mer intressanta saker med vår dag

och med våra neuroner

än att tänka på mat,

leta efter mat och glufsa i oss mat

hela dagen.

Så på grund av matlagning,
blev det som en gång var

en stor belastning, denna stora,

farligt dyra hjärna med många neuroner,

kunde nu bli en viktig tillgång,

nu med energin för både många neuroner

och tid att göra intressanta saker.

Detta förklarar varför vår hjärna

växte sig stor, så snabbt i evolutionen,

medan den fortfarande
endast var en primathjärna.

Med denna stora hjärna
som blev möjlig på grund av matlagning,

färdades vi snabbt
från rå mat till kultur,

jordbruk, civilisation, matvarubutiker,

elektricitet, kylskåp

alla dessa saker som idag

tillhandahåller oss med energi

för hela dan på en enskild måltid

på ditt bästa snabbmatsställe.

Så det som en gång var en lösning

har nu blivit problemet.

Ironiskt nog

söker vi lösningen i "raw food".

(Skratt)

Så vad är det mänskliga övertaget?

Vad är det som vi har

som inget annat djur har?

Mitt svar är att vi har
det största antalet

neuroner i hjärnbarken,

vilket jag tror är förklaringen

till våra anmärkningsvärda
kognitiva förmågor.

Vad är det som vi gör

som inga andra djur gör

och som jag tror var grundläggande

för oss att uppnå detta stora,

största antal neuroner i hjärnbarken?

Med tre ord, vi lagar mat.

Inget annat djur lagar sin mat.
Endast människor gör det.

Och jag tror det var så vi blev människor.

Att studera hjärnan har ändrat
mina tankar om mat.

När jag ser nu på mitt kök,

jag bugar för det

och tackar mina förfäder för uppfinningen

som gjorde oss till människor.

Tack så mycket.

(Applåder)