Грегори Бернс - Что значит быть собакой. И другие открытия в области нейробиологии животных

В результате появилась новая мера – коэффициент энцефализации, EQ, который выводится из соотношения объемов мозга и организма в целом. Соответственно, несмотря на то что абсолютный размер мозга у слона огромен, EQ покажет, действительно ли он велик в пропорции к гигантскому слоновьему телу. Джерисон определил средний EQ для млекопитающих равным единице. Если у того или иного вида EQ выше единицы, значит, мозг у него достаточно крупный относительно тела, и, наоборот, при EQ меньше единицы мозг для тела таких габаритов мелковат. У кошек показатель составляет ту самую среднюю единицу, у собак чуть выше – 1,2. У обычных обезьян, шимпанзе и слонов EQ равен примерно 2, а вот у дельфина афалины достигает 4. Человек занимает верхнюю ступень этой иерархии с EQ равным 7.

Напрашивается вывод: чем выше EQ, тем умнее животное, однако это верно лишь в грубом приближении. Если расценивать интеллект как владение речью и способность оперировать отвлеченными понятиями, то человек, разумеется, и тут окажется впереди всех, и проще простого объяснить это тем, что наш мозг имеет размер выше среднего. Но, даже если сравнивать между собой только людей, зависимость интеллекта от EQ не выдерживает критики. Возьмем двух человек с одинаковым размером мозга. Предположим, один весит 70 кг, а второй – 110 кг, и тогда у первого EQ будет равен 7, а у второго – 5. Но вроде бы никем пока не доказано, что, похудев, человек становится умнее [31] Несмотря на убедительные свидетельства положительного воздействия диеты и физических упражнений на когнитивные функции, скорее всего, это объясняется не изменением массы тела, а активизацией фактора роста нейронов. .

В последнее время EQ вызывает все больше сомнений, поскольку его расчеты основаны на том, что вещество мозга у всех животных одинаково, а это, возможно, не так. Бразильский нейрофизиолог Сюзана Эркулано-Хузель с 2006 года разрабатывает способ измерения числа нейронов в мозге [32] S. Herculano-Houzel, The Human Advantage: A New Understanding of How Our Brain Became Remarkable (Cambridge, MA: MIT Press, 2016). . Прежде надежного способа не существовало, все сводилось к исследованию случайных образцов разных участков мозга, а затем результаты распространялись на весь остальной мозг. Эркулано-Хузель придумала, как превратить целый мозг в «бульон», из которого затем можно отфильтровать нейроны. И, подсчитав число нейронов в мозге разных животных, она обнаружила, что показатели у человека не такие уж и выдающиеся. Хотя нейронов у человека и вправду много – около восьмидесяти шести миллиардов, количество это вполне соответствует размерам нашего тела в сравнении с другими приматами. А вот между приматами и всеми остальными млекопитающими разрыв действительно большой. Нейроны у приматов мельче и благодаря своей микроскопичности укладываются в мозге заданного объема более плотно. Эркулано-Хузель доказывает, что интеллект определяется именно числом нейронов, особенно в коре мозга, а вовсе не коэффициентом энцефализации.

Однако и объем мозга, и число нейронов – это лишь общие параметры, сообщающие нам ненамного больше, чем сообщает о человеке его рост или вес. Чтобы понять субъективные ощущения животного, нужно проникнуть глубже в устройство его мозга.

Поскольку общие размеры мозга мало что объясняют, придется обратиться к другим переменным, и следующая такая переменная – это размер определенных его частей. Отдельные области мозга все равно должны подчиняться принципу надлежащей массы, то есть более обширные зоны обрабатывают больше данных, и на этом основании можно судить о внутренних ощущениях животного. А поскольку обслуживание нейронов требует от организма крупных затрат, размер области мозга может рассказать и о том, насколько выполняемая ею функция важна для животного.

Но, прежде чем углубиться в изучение отдельных областей мозга, нам нужно уточнить один момент, касающийся размеров. Измерять можно тремя способами. Первый, самый прямолинейный, – вычислить абсолютный размер области, то есть ее объем. Второй – вычислить пропорциональный размер области, то есть ее долю в общем объеме мозга. Этот показатель довольно интересен, поскольку у каждого отдела соотношение с общим размером мозга индивидуально. Так, например, по мере увеличения объема мозга все больше и больше становилась доля коры. Другие отделы, такие как мозжечок и стволовая часть, тоже росли, но менее стремительными темпами, чем кора. Пропорциональные размеры коры, мозжечка и стволовой части отличаются у разных видов удивительным постоянством, особенно у млекопитающих, – на этот счет существует теория, утверждающая, что главные отделы мозга развивались согласованно [33] B. L. Finlay and R. B. Darlington, “Linked Regularities in the Development and Evolution of Mammalian Brains,” Science 268 (1995): 1578–1584. . Логика в этом есть. Поскольку в мозге все взаимосвязано, то происходящее с одним отделом отражается и на других.

Но, если отделы мозга развивались согласованно, как же тогда в ходе эволюции расширялись или сокращались те или иные функции? Ведь эта дифференциация и лежит в основе того, что отличает мозг кошки от мозга собаки или мозг человека от мозга шимпанзе. Данный парадокс приводит нас к третьему способу определения размера отдельных областей мозга.

Если пропорциональный размер – это отношение отдела мозга к общему объему, то относительный размер – это соотношение отделов между собой. У собак большие обонятельные луковицы, но что значит в данном случае «большие»? На долю обонятельной луковицы у собаки приходится около 0,3 % общего объема мозга. Если мы добавим прилегающую нервную ткань (обонятельные пути и обонятельную полоску), доля вырастет до 2 % от общего объема. У человека эта доля составляет 0,01 и 0,03 % соответственно, однако пропорциональный размер может быть небольшим, поскольку значительную долю объема забрали остальные отделы коры. Поэтому нам нужно определить объем обонятельной системы по отношению к другим сенсорным системам, например зрительной. Только тогда можно будет сравнивать обоняние собаки с человеческим. Если в ходе эволюции менялись относительные размеры областей мозга, может быть, мозг развивался как мозаика, каждый элемент которой подвергался индивидуальному эволюционному воздействию [34] R. A. Barton and P. H. Harvey, “Mosaic Evolution of Brain Structure in Mammals,” Nature Neuroscience 405 (2000): 1055–1058 .

Еще одним примером мозаичной эволюции может служить относительность роли слуховой и зрительной информации. В процессе слушания звуковые волны улавливаются ушной раковиной и преображаются в колебания мельчайших косточек внутреннего уха. Волоски особых нейронов внутреннего уха трансформируют эти колебания в электрические импульсы, которые передаются по слуховому нерву в ствол головного мозга. По дороге к мозгу слуховые сигналы проходят через ряд структур, самая заметная из которых носит название «нижнее двухолмие». Левый и правый «холмики» образуют пару выпуклостей на задней поверхности среднего мозга. Как вы, наверное, догадываетесь, если есть нижнее двухолмие, должно быть и верхнее – оно действительно имеется, расположено выше нижнего и представляет собой аналогичную структуру, но для приема зрительной информации. Анатомы давно поняли, что относительные размеры нижнего и верхнего двухолмий соответствуют относительной важности слуховой и зрительной информации для животного. У летучих мышей и дельфинов, пользующихся эхолокацией, нижнее двухолмие крупнее верхнего, тогда как у животных, больше полагающихся на зрение, в том числе у многих приматов, крупнее верхнее двухолмие.