Алан Джасанов - Мозг: прошлое и будущее [Что делает нас теми, кто мы есть]

Рис. 5. Сравнительные размеры мозга разных биологических видов (в масштабе). Изображения получены из Висконсинского университета и Сопоставительных коллекций образцов мозга млекопитающих штата Мичиган (www.brainmuseum.org) под эгидой Национального научного фонда и Национальных институтов здоровья США

Соль подобных анекдотов в том, что врановые и попугаи способны на все эти интересные фокусы, хотя размер мозга у них всего 7–10 мм, меньше 1 % размера мозга человека [152] A. N. Iwaniuk, K. M. Dean, and J. E. Nelson, «Interspecific allometry of the brain and brain regions in parrots (psittaciformes): Comparisons with other birds and primates», «Brain, Behavior and Evolution» 65 (2005): 40–59; J. Mehlhorn, G. R. Hunt, R. D. Gray, G. Rehkamper, and O. Gunturkun, «Toolmaking New Caledonian crows have large associative brain areas», «Brain, Behavior and Evolution» 75 (2010): 63–70. . Пусть эти животные сами не могли сочинить ни стихи По, ни арии Россини, но по способностям они сопоставимы с шимпанзе и гориллами, нашими ближайшими эволюционными родственниками, у которых примерно в 20 раз больше нейронов [153] S. Olkowicz et al., «Birds have primate-like numbers of neurons in the forebrain», «Proceedings of the National Academy of Sciences» 113 (2016): 7255–7260; S. Herculano-Houzel, «The remarkable, yet not extraordinary, human brain as a scaled-up primate brain and its associated cost», «Proceedings of the National Academy of Sciences» 109, Suppl 1 (2012): 10661–10668. . Хотя мы, люди, превосходим все эти виды и по интеллектуальным способностям, и по количеству мозговых клеток, наш мозг по всем этим параметрам уступает мозгу китов и слонов: у этих животных мозг втрое-впятеро тяжелее нашего, но в целом считается, что они совсем не так интеллектуальны, как мы (рис. 5) [154] G. Roth and U. Dicke, «Evolution of the brain and intelligence», «Trends in Cognitive Science» 9 (2005): 250–257. . Это значит, что абсолютный размер мозга или число его отделов не может дать ответ на загадку, как мозг обеспечивает когнитивные способности и управляет поведением.

В том, что размеры мозга сами по себе относительно неважны, можно убедиться и при сравнении представителей групп биологических видов, которые сильно отличаются по габаритам, но в остальном очень похожи. Возьмем, к примеру, грызунов – их размеры варьируются от крошечной карликовой мыши (около 8 г) до свиноподобной амазонской капибары (40–60 кг). Эти виды и обитают в похожих условиях, и ведут весьма светский образ жизни, и, похоже, не слишком различаются по интеллекту. Но у капибары мозг весит примерно 80 г и содержит около 1,6 миллиарда нейронов, а у карликовой мыши – меньше 0,3 г и, скорее всего, содержит менее 60 миллионов нейронов [155] S. Herculano-Houzel, B. Mota, and R. Lent, «Cellular scaling rules for rodent brains», «Proceedings of the National Academy of Sciences» 103 (2006): 12138–12143; J. L. Kruger, N. Patzke, K. Fuxe, N. C. Bennett, and P. R. Manger, «Nuclear organization of cholinergic, putative catecholaminergic, serotonergic and orexinergic systems in the brain of the African pygmy mouse ( Mus minutoides ): Organizational complexity is preserved in small brains», «Journal of Chemical Neuroanatomy» 44 (2012): 45–56. Количество нейронов у карликовой мыши в публикациях не указано, но приблизительное число 60 миллионов нейронов можно получить исходя из предположений, что, согласно наблюдениям Эркулану-Озель и ее группы, размер мозга у представителей семейства грызунов пропорционален количеству нейронов в степени 1,587. В статье Herculano-Houzel et al. приводятся референтные значения для мышей – 71 миллион нейронов и масса мозга 417 мг, а масса мозга карликовой мыши составляет 275 мг, как указано в статье Kruger et al. . Приблизительное соответствие массы мозга и массы тела у этих родственных видов неудивительно, более того, отношение массы мозга к массе тела зачастую применяется для предсказания интеллекта вида. Но эта мысль резко противоречит теории, что чем крупнее мозг и чем больше в нем клеток, тем он сложнее и хитроумнее. Отношение массы мозга к массе тела у миниатюрной карликовой мыши и внушительной капибары – примерно 1/20 и 1/500 соответственно. По таким расчетам крошка-Давид и в самом деле должен быть гораздо смышленее Голиафа, хотя нейронов у него в 25 раз меньше.

Исследования самых разных видов показывают, что в целом у мелких животных мозг меньше, а отношение массы мозга к массе тела больше. Вероятно, именно поэтому в мультфильмах крупные животные всегда туповаты. Мозг муравья весит 1/7 тела, а наш, человеческий, – 1/40, и если опираться в основном на отношение массы мозга к массе тела, можно сделать вывод, что муравьи раз в 6 умнее нас [156] M. A. Seid, A. Castillo, and W. T. Wcislo, «The allometry of brain miniaturization in ants», «Brain, Behavior and Evolution» 77 (2011): 5–13. .

Чтобы обойти очевидную проблему, к которой приводят такого рода выводы, исследователи пронаблюдали, как мозг увеличивается (и уменьшается) в зависимости от размеров тела, и обнаружили, что изменение размеров мозга происходит в другом темпе, чем у тела, и это соотношение разное у разных ветвей эволюционного древа. Подобный метод так называемого аллометрического масштабирования мозга означает, например, что если какой-то вид в ходе эволюции со временем утраивает вес, размер его мозга или количество нейронов иногда увеличивается лишь вдвое. Если эволюция и дальше ведет в сторону увеличения габаритов тела, то на каждое утроение веса тела приходится очередное удвоение объема мозга или количества нейронов. Принципы аллометрического масштабирования показывают, что большое отношение массы мозга к массе тела у муравья, вероятно, не дает той когнитивной мощи, какую мы наблюдали бы у гипотетического насекомого размером с человека. Но и крошечный мозг муравья обеспечивает внушительный поведенческий репертуар, так что даже сам Чарльз Дарвин как-то заметил: «…мозг муравья есть одна из самых удивительных в мире совокупностей атомов материи, может быть более удивительная, чем мозг человека» [157] Чарльз Дарвин. Происхождение человека и половой отбор // Чарльз Дарвин. Сочинения / пер. под ред. И. Сеченова. Т. 5 (М.: Изд-во АН СССР, 1953). . Масштабирование отношения габаритов тела и мозга показывает, что иметь в своем распоряжении многие миллиарды нервных клеток само по себе не очень полезно. Скорее к большому мозгу полагается большое тело, а естественный отбор, вероятно, способствует такому сочетанию по причинам, имеющим мало отношения к уму. Некоторые биологи предполагают, что сравнительные интеллектуальные преимущества возникают, когда мозг у животного больше ожидаемого с учетом законов масштабирования [158] Harry J. Jerison, «Evolution of the Brain and Intelligence» (New York: Academic, 1973). . При такого рода измерениях человек и другие приматы выглядят очень выигрышно: размер мозга и плотность нейронов у них больше, чем у других млекопитающих сопоставимых размеров. Но даже при таком подходе принципы масштабирования в целом подталкивают к выводу, что примерно одинаковый IQ обеспечивается самым широким диапазоном размеров мозга.

Чем же определяются умственные способности, если не объемом мозга и не количеством клеток? В предыдущей главе мы подметили интересную наводку: вживление человеческой нейроглии в мозг мышей, похоже, делает мышей умнее. Если в человеческой нейроглии есть что-то особенное, может быть, есть и другие типы клеток, разные у разных видов, которые помогут определить, на что способен каждый организм? И в самом деле, многие нейрофизиологи считают, что мозг состоит из относительно обозримого набора типов клеток, которые различаются по тому, какие нейрохимические вещества они используют и какие связи создают [159] X. Jiang et al., «Principles of connectivity among morphologically defined cell types in adult neocortex», «Science» 350 (2015): aac9462. . Представим себе, что типы клеток – как члены строительной бригады: экскаваторщики, каменщики, штукатуры, кровельщики, водопроводчики и электрики. Если роль каждого типа в разных частях мозга остается более или менее прежней, то понять, как функционирует мозг, становится во много раз проще, примерно как понять, как строят город, гораздо проще, если знать, как возводят отдельные здания. В наши дни исследователи стремятся разобраться, сколько именно существует типов нейронов и глиальных клеток и что они делают. Кроме того, нейробиологи выявляют и изучают, какие характерные структуры создают клетки разных типов. В число таких структур входит, например, так называемая колонка кортекса [160] V. B. Mountcastle, «The columnar organization of the neocortex», «Brain» 120 (Part 4) (1997): 701–722. . Эти колонки – многоклеточные объединения примерно в полмиллиметра диаметром, покрывающие поверхность мозга, будто плитки мозаики.