Эволюция интеллекта: роль не размера мозга, а его "проводки"
Один из парадоксов эволюции: большой мозг — ключ к успеху человека, но у других животных он встречается крайне редко. Основная гипотеза: крупный мозг энергетически очень затратен, и для большинства видов польза не перевешивает расходы.
Новое исследование в Science Advances под руководством Валентина Риделя задалось вопросом: влияет ли на энергозатраты не только размер, но и структура мозга?
Энергетическая цена мышления
- Мозг человека (~2% массы тела) потребляет ~20% метаболизма, даже в состоянии покоя.
- Для большинства животных такие затраты неоправданны. Человек же каким-то образом преодолел этот барьер.
Новый подход к вопросу
Исследователи исходили из известных фактов:
- Нейроны и их плотность у человека и приматов схожи — это не главный драйвер интеллекта.
- В ходе эволюции человека неокортекс (часть коры, отвечающая за высшие когнитивные функции: внимание, мышление, планирование) расширялся быстрее других областей.
Учёные решили проверить, различаются ли энергозатраты на передачу сигналов в разных отделах мозга. Они просканировали мозг 30 человек, одновременно измерив метаболизм глюкозы (потребление энергии) и уровень сигнальной активности в коре.
Неожиданные результаты
- Энергопотребление разных областей мозга сильно различается.
- Неокортекс, который больше всего расширился у человека, требует на 67% больше энергии на грамм ткани, чем сенсомоторные сети.
Это означает, что в ходе эволюции человека метаболические затраты росли не только из-за увеличения размера мозга, но и ускорялись из-за непропорционально быстрого расширения энергозатратного неокортекса.
Почему так происходит?
Сигналы в неокортексе опосредованы нейромодуляторами (серотонин, дофамин, норадреналин), которые создают цепи для поддержания общего уровня активности мозга. Эти цепи регулируют способность нейронов к коммуникации, поддерживая мозг в состоянии, готовом к хранению памяти и мышлению — то есть к более высокому уровню когнитивной активности. Эта повышенная активность и требует больше энергии.
Выводы эволюционного значения
Человеческий мозг достиг высокого уровня познания не только из-за большого размера и не только из-за увеличения определённых областей, но и благодаря улучшению связности (circuitry), которое далось высокой энергетической ценой.
Многие животные с крупным мозгом (слоны, косатки) очень умны. Но, видимо, можно иметь большой мозг, не развив "правильную" проводку для человеческого уровня познания.
Это помогает понять, почему большие мозги так редки: для развития сложного интеллекта недостаточно просто увеличить мозг, пропорционально повысив энергозатраты, — требуются дополнительные расходы.
Остаётся главный вопрос: как людям удалось пробить "энергетический потолок" мозга? Ответ, вероятно, лежит в экологии — источнике энергии. Для роста и поддержания большого мозга необходим надёжный и качественный рацион. Чтобы узнать больше, нужно изучать последний миллион лет, когда мозг наших предков активно расширялся, исследуя взаимосвязь между расходом энергии и познанием.