какого размера мозг у слона

Мозг слона: объем и вес. Сравнение мозга слона и человека

Мозг слона является самым большим мозгом среди всех сухопутных млекопитающих, которые обитают на нашей планете. Он расположен в задней части головы и занимает небольшую часть объема черепа. Рассмотрим основные характеристики и особенности мозга этих животных, а также сравним его с мозгом человека.

В настоящее время на нашей планете обитает три вида этих животных:

Африканские слоны. Они живут на большей части Африки и являются самым большим видом земных животных. Крупные экземпляры этих животных достигают 7,5 метров в длину, 3,3 метров в высоту и весят до 6 тонн. Бивни у этого вида слонов растут всю жизнь, как у самцов, так и у самок. Африканский слон имеет большие уши, чтобы отдавать в атмосферу большее количество тепла. Этот вид находится под угрозой исчезновения из-за браконьерства.

Индийские слоны. Этот вид слонов обитает в основном на территории Индии. Его экземпляры растут до 6,4 м в длину и до 2-3,5 м в высоту. Слон имеет темно-серый цвет. Он занимает важное место в культуре Индии.

Азиатские слоны. Эти слоны являются самыми большими животными Азии. В длину они достигают 6,4 м, а в высоту — 3 м. Вес взрослой особи — в пределах 5 тонн. В отличие от африканского слона, у них маленькие уши, которые постоянно двигаются, охлаждая голову животного. Большинство самцов не имеют бивней.

Некоторые факты о мозге слонов

Приведем важные факты, характеризующие мозг самых больших сухопутных животных на планете:

мозг у только что родившихся детенышей слона составляет по массе 35% от массы мозга взрослого животного; слоны являются одними из самых умных животных на Земле; мозг африканского самца имеет массу от 4,2 до 5,4 килограммов, масса мозга африканской самки составляет при этом 3,6-4,3 килограмма; процесс развития мозга у слонов подобен таковому у человека.

Важность размера мозга

Несмотря на то что мозг слона является самым большим по размерам среди млекопитающих на Земле, он занимает лишь небольшую зону в задней части головы животного. Если брать отношение веса мозга к весу тела, то окажется, что эта цифра для слонов будет меньше, чем для человека. Как бы там ни было, слон является единственным животным наряду с приматами и кашалотами, которое имеет достаточно высокое отношение размеров мозга к размерам тела. Размер мозга имеет важное значение, поскольку он коррелирует с гибкостью мышления животного или, как принято говорить, с его умом, а также определяет сложные социальные структуры и взаимоотношения в популяции этих животных.

Сколько весит мозг у самцов и самок?

Как у африканского, так и у индийского слона размер мозга зависит от того, кем является данная особь, самцом или самкой. Вес мозга самцов африканского слона больше, чем вес самок этого вида, на 0,6-1,1 кг, и составляет 4,2-5,4 кг. Важно отметить, что эта разница в весе мозга животных никак не отражается на их умственных способностях. Многие исследования поведения слонов продемонстрировали достаточно разумное поведение самок, которые ничем не уступали самцам слонов. Объясняется это тем, что важен не сам вес мозга для разумного поведения, а отношение его массы к весу тела. Поскольку самки слона имеют, как правило, меньшие размера, чем самцы, разница в указанном отношении практически нулевая. Кроме того, само сознание у самок сильно отличается от такового у самцов, поскольку они привязаны к своим матерям и, начиная с раннего детства, формируют устойчивые связи с другими самками своего стада, которые поддерживают в течение всей жизни. Самцы же являются больше одиночками-кочевниками.

Интересно отметить, что мозг слонов развивается подобно мозгу приматов, в том числе и человека. Слон и человек рождаются, обладая небольшой массой мозга: у слона она составляет 35% от массы мозга взрослой особи, а у человека — 26%. Эти цифры говорят о том, что существует возможность для значительного развития мозга у животных в процессе их роста. Поскольку масса мозга увеличивается, активно развиваются различные способности, включая умственные, у молодых слонов. Проведенные исследования по изучению поведения слонов, а также анатомии их мозга, говорят о том, что слоны являются очень умными животными.

Слоны — умные животные

Благодаря развитому мозгу слоны запоминают расположение оазисов с водой в период засухи, умеют распознавать кости своих умерших сородичей. Они даже могут любить. Слоны способны идентифицировать, опасен данный человек для них или нет, поскольку животные отличают людей различных этнических групп, различают человеческие языки, возраст и пол. Дельфины и киты обладают подобными способностями. Было замечено, что молодые слоны учатся у своих старших сородичей в течение всей жизни. Например, одна из популяций африканских слонов обитает недалеко от территории, где живут племена масаи. Слоны боятся людей этого племени, поскольку между животными и масаи часто вспыхивают конфликты по причине недостатка жизненно важных ресурсов, что является частой проблемой в Африке. Животные научились распознавать запах и красный цвет одежды людей племени. Шотландские ученые из университета Сент Эндрюс установили, что развитый мозг слонов позволяет им понимать многие человеческие жесты без предварительной тренировки. Это фантастическое открытие ставит слонов на первую строчку среди животных, способных понимать человека на языке жестов. Благодаря этой способности животных, их удалось одомашнить и установить прочную дружественную связь между слоном и его хозяином, несмотря на всю опасность слона и его большие размеры.

Сравнение мозга слона и человека

Если бы умственные возможности зависели только от массы мозга, то зная, сколько весит мозг у человека (приблизительно 1,4 кг), можно было бы сказать, что он гораздо глупее слона, поскольку мозг животного весит в 3-3,5 раза больше. Также нельзя отождествлять умственные возможности с соотношением масс мозга и тела. Например, для человека этот показатель равен 1/40, а для слона — 1/560, но для маленьких птиц соотношение составляет 1/12. Различие умственных возможностей связано не с массой или объемом мозга слона и человека, а с особенностями строения. Большинство ученых склоняются к мнению, что умственные способности человека связаны со сложным строением его коры больших полушарий головного мозга, которая включает в себя 16 миллиардов нейронов, и по этому показателю превосходит значительно мозг любого животного, в том числе слона, у которого в коре меньше в 3 раза нейронов, чем у человека. Каждый человеческий нейрон способен образовывать десятки тысяч соединений с другими. Кроме того, все нейроны мозга упакованы в несколько слоев, что приводит к увеличению их плотности, в сравнении с мозгом слона. Что касается слона, то нужно отметить, что структура коры его мозга отличается от таковой для приматов. В частности, в ее состав входит большее число типов клеток, что, по мнению ученых, играет важную роль в проявлении умственных способностей этих животных.

Оставляйте свои комментарии и задавайте вопросы. Коту не с кем это обсудить.

Источник

Парадокс слоновьего мозга

Долгое время мы считали, что обладаем наиболее развитыми когнитивными способностями среди животных. Но по нескольким важным причинам это вовсе не то же самое, что находиться на вершине эволюции. Как Марк Твен отметил ещё в 1903 году, полагать, что столь длительный процесс эволюции нужен был лишь для появления человека — венца творения, так же нелепо, как считать, что Эйфелеву башню строили лишь для того, чтобы нанести последний слой краски на её вершину. Более того, эволюция — не синоним прогресса, это просто ряд изменений на протяжении времени. Люди даже не самый новый вид, сформировавшийся в процессе эволюции. Например, в озере Виктория, самом молодом из Великих африканских озёр, появилось более 500 новых видов рыб из семейства цихлид с тех пор, как оно было заполнено водой приблизительно 14500 лет назад.

Тем не менее в нашем мозге есть что-то уникальное, что даёт ему когнитивную способность задумываться даже над собственным строением и над причинами, почему он считает, что царствует над всеми остальными животными. Если именно мы помещаем других животных под микроскоп, а не наоборот, значит, в мозге человека должно быть что-то особенное, чего нет ни у кого другого.

Наиболее очевидный напрашивающийся кандидат — большая масса: если сознательная когнитивная деятельность генерируется мозгом, значит, когнитивные способности мозга должны зависеть от его размеров. Но слона-то мы и не приметили! Мозг слона по своим размерам превышает человеческий, однако этот вид не отличается такими же сложными и гибкими формами поведения, которые характерны для нас. Кроме того, считать, что более крупные размеры мозга предполагают более развитые когнитивные способности, означает допускать, что у всех видов мозг устроен одинаково, начиная с аналогичной взаимосвязи между размерами мозга и количеством нейронов. Но мне и моим коллегам уже было известно, что устройство мозга отличается в зависимости от вида. Приматы обладают заметным преимуществом над другими млекопитающими: в результате эволюционных изменений рост числа нейронов в мозге происходит экономично, без значительного увеличения средних размеров клетки, которое наблюдается у других млекопитающих.

С конца 1960-х годов психологи спорят, является ли способность узнавать себя в зеркале признаком интеллекта и самосознания.

Мы также знали, какое количество нейронов содержится в мозге различных видов животных, поэтому мы могли перефразировать выражение «больше мозга» и провести эксперимент. Было бы очевидно предположить, что причина заключается в большем количестве нейронов, а не в размерах мозга, так как если именно нейроны вызывают сознательную когнитивную деятельность, то большее количество нейронов должно означать более развитые когнитивные способности. Действительно, хотя раньше считалось, что когнитивные различия между видами носят качественный характер, причём некоторые способности познания ранее приписывались исключительно человеку, сейчас учёные признают, что когнитивные различия между людьми и животными — дело степени. То есть это не качественные, а количественные различия.

Мы используем чрезвычайно сложные инструменты и даже разрабатываем одни приспособления для создания других. Зато шимпанзе ищут в земле термитов при помощи прутиков, другие обезьяны могут доставать еду с помощью граблей, а вороны не просто делают из проволоки инструменты для добычи пищи, а даже сохраняют их для дальнейшего использования. Алекс, африканский серый попугай, принадлежавший психологу Айрин Пепперберг (Irene Pepperberg), научился произносить слова, которые символизировали различные объекты, а шимпанзе и гориллы, не обладающие способностью артикулировать звуки по анатомическим причинам, учатся общаться с помощью языка жестов. Шимпанзе могут запоминать иерархические последовательности: они могут играть в игры, где нужно касаться клеток в порядке возрастания в зависимости от показанных ранее чисел, и они справляются с этой задачей не менее успешно и быстро, чем хорошо подготовленные люди. Шимпанзе и слоны объединяются для добычи пищи, которая находится на большом расстоянии и до которой нельзя добраться поодиночке. Вероятно, шимпанзе и некоторые другие приматы способны определять психическое состояние других особей, что является необходимым условием для совершения обмана. Такой способностью, судя по всему, обладают даже птицы: так, сороки открыто прячут пищу в присутствии наблюдателей, чтобы потом перенести её в секретное место, когда наблюдатели уйдут. Вероятно, шимпанзе, гориллы, слоны, дельфины и сороки могут узнавать себя в зеркале: они использовали его, чтобы рассмотреть отметку, помещённую у них на голове.

Эти фундаментальные открытия свидетельствуют о том, что когнитивными способностями обладают не только люди — но такие единичные наблюдения не подходят для межвидового сравнения, которое мы должны сделать, если хотим узнать, какая именно особенность мозга позволяет одним видам совершать удивительные достижения в области познания, недоступные для других. И теперь мы подходим к другой проблеме, самой серьёзной на данный момент: как измерить когнитивные способности у большого количества видов и как добиться того, чтобы все эти измерения можно было сравнивать.

В 2014 году было проведено исследование самоконтроля — когнитивной способности, которая обеспечивается работой префронтальной, ассоциативной области коры головного мозга — у нескольких видов животных, в основном у приматов, но также у мелких грызунов, собакообразных хищников, индийского слона и некоторых видов птиц. Учёные обнаружили, что успешное выполнению теста на самоконтроль лучше всего соотносится с абсолютной величиной мозга — у всех, кроме индийского слона, который, несмотря на наибольшие размеры мозга среди всех участников, с треском провалил задание. На ум приходит несколько причин, от «Его не волнует пища/задача» до «Ему нравилось бесить смотрителей своим бездействием». (Мне по душе мысль, что обезьян так трудно обучить действиям, которые так легко даются людям, потому что их удручает очевидность задачи: «Да ладно, вы хотите, чтобы я встал только ради этого? Придумайте что-нибудь поинтереснее! Даёшь видеоигры!»)

Однако наиболее интересной мне представляется гипотеза, согласно которой количество префронтальных нейронов в коре головного мозга африканских слонов может быть недостаточным для решения задач по самоконтролю, например, тех, что использовались в исследовании. Если мы признаем, что мозг приматов и грызунов устроен по-разному, то есть содержит различное количество нейронов на единицу размера, мы можем предположить, что если бы у слонов мозг был устроен так же, как у грызунов, то у африканского слона на кору головного мозга приходилось бы лишь 3 миллиарда нейронов, а на мозжечок — 21 миллиард, тогда как для мозга человека эти цифры составляют 16 и 69 миллиардов соответственно, несмотря на его гораздо меньшие размеры.

С другой стороны, если бы по своему строению мозг африканского слона был похож на мозг приматов, тогда цифры получились бы впечатляющими: 62 миллиарда нейронов в коре и 159 миллиардов — в мозжечке. Но слоны, конечно, не относятся ни к грызунам, ни к приматам. Они принадлежат к надотряду афротериев, как и некоторые мелкие животные, например, уже изученные нами прыгунчиковые и златокротовые — и с учётом этой информации можно сказать, что по своему строению их мозг действительно очень напоминает мозг грызунов.

Тогда мы приступили к очень важному эксперименту: решили проверить, действительно ли мозг африканского слона, более чем в три раза превосходящий наш мозг по размерам, содержит больше нейронов? Если это подтвердится, тогда моя гипотеза о зависимости когнитивных способностей от количества нейронов будет опровергнута. Но если мозг человека все же содержит больше нейронов, чем более крупный мозг слона, тогда подтвердится моё предположение, что самым очевидным объяснением впечатляющих когнитивных способностей человеческого вида является впечатляющее количество нейронов головного мозга, которое не наблюдается больше ни у каких видов независимо от размеров мозга. Так, я ожидала, что количество нейронов в коре головного мозга человека превысит соответствующие показатели у африканского слона.

Мои ожидания основывались на когнитивных исследованиях, которые долгое время провозглашали кору головного мозга (точнее, префронтальный отдел коры) единственным центром высшей когнитивной деятельности — абстрактного мышления, принятия сложных решений и создания планов на будущее. Однако почти все участки коры головного мозга связаны с мозжечком с помощью проводящих путей, которые обеспечивают обмен информацией между этими отделами мозга. Все больше исследований указывают на то, что мозжечок участвует в когнитивных функциях коры головного мозга, то есть эти две структуры работают совместно. И так как эти две структуры содержат подавляющее большинство всех нейронов мозга, когнитивные способности должны одинаково хорошо коррелировать с общим количеством нейронов мозга, с числом нейронов в коре и в мозжечке.

Именно поэтому результаты исследований мозга африканского слона превзошли наши ожидания.

Галлоны мозгового супа

Полушарие мозга африканского слона весит более двух с половиной килограммов, поэтому для подсчёта количества нейронов его нужно было разрезать на сотни небольших пластин, причём чтобы эксперимент сработал, одна такая пластина ткани в мозговом супе должна весить не более 3-5 граммов. Я хотела, чтобы процесс нарезки проходил систематично, а не вслепую. В предыдущем эксперименте мы разделили полушарие человеческого мозга на тонкие ломтики с помощью гастрономической машины для нарезки. Эта машина отлично подходила, чтобы отделять извилины коры головного мозга — но у неё был один существенный недостаток: на циркулярном лезвии оставалось слишком большое количество мозгового вещества, что не позволяло посчитать общее количество клеток в полушарии мозга. Если мы хотели узнать общее число нейронов в полушарии мозга слона, его нужно было резать вручную и на более мелкие пластины, чтобы потери в итоге оказались незначительными.

Сюзана Геркулано-Хаузел и её студенты разрезали мозг слона на поперечные секции, как показано на фотографии, чтобы определить, сколько в нем содержится нейронов, и сравнить полученные данные с результатами исследований человеческого мозга.

Затем нам нужно было отделить внутренние структуры — полосатое тело, таламус, гиппокамп — от коры, потом разрезать кору на более мелкие пластины для дальнейшей обработки и наконец разграничить белое и серое вещество для каждой такой пластины. Всего у нас получилась 381 пластина мозговой ткани, большинство из которых всё ещё в несколько раз превышали размер в 5 граммов, необходимый для дальнейшей обработки. Это несомненно было рекордным количеством ткани, которое мы когда-либо исследовали. Если бы один человек обрабатывал одну пластину ткани в день, ему понадобилось бы трудиться не меньше года — без перерыва, — чтобы справиться с задачей. Очевидно, что нужно было собирать команду, особенно если я хотела получить результаты не позднее, чем через полгода. Но даже с небольшой армией студентов процесс шёл слишком медленно: за два месяца была обработана лишь одна десятая часть мозга. Нужно было что-то придумать.

И тут на помощь пришёл капитализм. Я провела расчёты и поняла, что мне нужно найти около двух с половиной тысяч долларов — примерно по доллару на один грамм ткани, которую нужно обработать. Я собрала команду и сделала предложение: помочь может каждый, и все получат равное финансовое вознаграждение. Вскоре начали формироваться небольшие рабочие группы: один студент измельчал пластины ткани, другой проводили расчёты, а потом они делились выручкой. Такой метод сработал на «отлично». Мой муж заходил в лабораторию и с изумлением наблюдал за толпой студентов, которые оживлённо болтали за работой. (До этого они в основном работали по очереди, как в небольшой лаборатории). Хайро Порфирио (Jairo Porfírio) занимался окрашиванием антителами, а я подсчитывала нейроны под микроскопом — и чуть меньше, чем через полгода, мы полностью обработали полушарие мозга африканского слона, как и было запланировано.

И победителем становится…

И… О чудо! Оказалось, что мозг африканского слона содержит больше нейронов, чем мозг человека. И это не просто незначительное различие: ровно в три раза больше нейронов, 257 миллиардов по сравнению с нашими 86 миллиардами. Но — и это было гигантское «но» — целых 98 процентов из этого количества нейронов расположены в мозжечке, в задней части мозга. У всех остальных млекопитающих, изученных нами на данный момент, большая часть нейронов мозга также приходится на мозжечок, но никогда эта цифра не превышала 80 процентов. Такое необычное распределение нервных клеток в мозге слона означает, что на кору головного мозга приходятся относительно скромные 5,6 миллиарда нейронов. Несмотря на размеры коры головного мозга африканского слона, цифра в 5,6 миллиарда меркнет по сравнению с 16 миллиардами нейронов в намного менее крупной коре мозга человека.

Итак, вот какой мы получили ответ. Нет, мозг человека не содержит больше нейронов, чем намного более крупный мозг слона, однако на кору головного мозга человека приходится почти в три раза больше нейронов, чем на соответствующий отдел мозга слона, хотя последний более чем в два раза крупнее. Если мы не были готовы допустить, что слон, мозжечок которого (а значит, и весь мозг) содержит в три раза больше нейронов, должен иметь более развитые когнитивные способности, чем человек, мы могли исключить гипотезу, что общего числа нейронов в мозжечке достаточно для определения когнитивных способностей мозга.

Значит, оставалась только кора головного мозга. Этот эксперимент проделала за нас сама природа, отделив количество нейронов в коре головного мозга от количества нейронов в мозжечке. Более развитые когнитивные способности человеческого мозга по сравнению с мозгом слона можно было связать просто — и исключительно — с большим количеством нейронов в коре его головного мозга.

Пока мы не получили данные о когнитивных способностях, необходимые для сравнения всех видов млекопитающих или, по крайней мере, тех, число нейронов в коре головного мозга которых нам известно, на основе самого этого числа мы уже можем выдвинуть предположение, которое можно проверить экспериментально. Если абсолютное число нейронов в коре головного мозга является основным ограничением для развития когнитивных способностей, тогда моя предполагаемая классификация видов в зависимости от когнитивных способностей, основанная на количестве нейронов в коре головного мозга, выглядела бы следующим образом:

Моё предположение интуитивно кажется более разумным, чем современная классификация, основанная на массе мозга, которая, например, ставит жирафа выше многих приматов:

Таким образом, существует простое объяснение тому, как мозг человека, и только он один, может одновременно быть похожим на мозг остальных животных из-за эволюционных ограничений, но в то же время отличаться настолько сильно, что у нас появляется способность размышлять над собственным материальным и метафизическим происхождением. Во-первых, мы относимся к приматам, что даёт нам преимущество в виде большого количества нейронов, содержащегося в небольшой коре головного мозга. И, во-вторых, благодаря техническим достижениям наших предков мы смогли исключить энергетический фактор, препятствующий увеличению количества нейронов в коре головного мозга у всех остальных животных, которые питаются сырыми продуктами в условиях дикой природы.

Так что же выделяет нас среди всех животных? Я считаю, что это впечатляющее количество нейронов в коре головного мозга, самое большое среди всех видов и недоступное ни для кого, кроме нас. И какие наши действия, которые не совершают никакие другие животные и которые, по моему мнению, стали основной причиной накопления столь значительного количества нейронов в нашем мозге? Мы готовим еду. Остальное — все технологические достижения, совершённые благодаря уникальному количеству нейронов в коре нашего головного мозга, и последующее культурное наследование этих достижений, раскручивающее спираль, превращающую способности в возможности, — лишь история.

Отрывок из книги Сюзаны Геркулано-Хаузел The Human Advantage: A New Understanding of How Our Brain Became Remarkable, опубликованной в издательстве Массачусетского технологического университета.

Источник

«Переводы»: Парадокс слоновьего мозга. Почему размер не влияет на эффективность работы?

Масса мозга и мышление

В течение долгого времени мы думали, что являемся верхом когнитивных способностей среди всех животных. Но с некоторых довольно важных точек зрения, столь громкая номинация отнюдь не синоним «вершины эволюции». Как отметил Марк Твен в 1903 году, предполагать, что эволюция – это долгий путь, ведущий к человеку как к его последней и высшей цели было бы так же нелепо, как думать, что единственной целью строительства Эйфелевой башни была покраска её верхушки.

Кроме того, эволюция не является синонимом прогресса, это просто изменения во времени. А люди далеко не самый «молодой», то есть недавно эволюционировавший вид. Например, более 500 новых видов цихлид (семейство рыб) в озере Виктория (самом «младшем» из великих африканских озер), появилось с тех пор, как его котловина была впервые наполнена водой 14 500 лет назад.

Однако есть что-то действительно уникальное в нашем мозге, что делает его способным размышлять даже о своем устройстве и причинах возникновения гипотезы о его верховенствующей роли по отношению к другим видам мозга. Ведь именно мы изучаем других животных, а не они нас – весомый довод в пользу особенной природы мозга человека.

Масса мозга приходит на ум как самое очевидное решение загадки о том, какой мозг больше всего приспособлен к развитому мышлению: если именно мозг делает возможным сознание и познание, то чем больше его у вас, тем больше у вас когнитивных способностей. Но здесь легко, как говорится, не заметить слона, не только фигурально, но и буквально: слон – существо, чей мозг больше человеческого, но при этом он не демонстрирует такого комплексного и гибкого поведения, как мы.

Кроме того, ставя знак равенства между большим размером мозга и развитыми когнитивными способностями, мы предполагаем, что все мозги «сделаны» одинаково, то есть отталкиваемся от сходного соотношения размера мозга и количества нейронов. Но мои коллеги и я уже знаем, что мозг разных видов «сделан» по-разному.

У приматов есть явное преимущество перед другими млекопитающими, которое возникло благодаря стечению эволюционных обстоятельств, позволивших очень «экономично» увеличивать количество нейронов мозгу без необходимости значительного увеличения среднего размера клеток, что наблюдается в случае других млекопитающих.

«Привет, красотка!» С конца 1960-х психологи задавались вопросом, является ли способность узнавать себя в зеркале признаком разумности и самосознания.

Итак, кроме различия в строении мозга разных видов, ученым также известно общее количество нейронов в некоторых из них, поэтому мы можем связать более развитые когнитивные способности не просто с массой мозга, что несколько грубо, а с количеством нейронов в нем.

К тому же, эту гипотезу можно проверить на практике. Общее количество нейронов стало следующим хорошим вариантом ответа на вопрос о лучшей приспособленности мозга к мышлению, вне зависимости от размера мозга. Ведь если именно нейроны – это то, что дает начало сознательным когнитивным действиям, то большее количество нейронов будет означать более развитые когнитивные способности. Не так ли?

В самом деле, даже несмотря на то, что раньше ученые полагали, будто когнитивные отличия между видами носят качественный характер, а некоторые особенности вообще считались исключительной прерогативой человека, теперь мы осознаем, что когнитивные различия между человеческими существами и другими животными скорее заключаются в степени их развития. Другими словами, у нас и животных есть количественные, а не качественные отличия.

Мы развили впечатляюще сложную способность использовать инструменты, мы даже создаем приспособления, чтобы делать другие приспособления, но… шимпанзе используют ветки как инструменты для выкапывания термитов, обезьяны учатся использовать грабли, чтобы доставать еду, которую они не видят, а вороны не только изготавливают из проволоки орудия, помогающие им достать еду, но и откладывают их для дальнейшего использования.

Алекс, африканский серый попугай, хозяйкой которого была психолог Ирен Пепперберг, научился произносить слова, которые символизировали предметы, а шимпанзе и гориллы, хотя и не могут артикулировать звуки по анатомическим причинам, учатся общаться с помощью языка жестов.

Шимпанзе могут освоить иерархические последовательности: они играют в игры, где им нужно прикасаться к квадратам в восходящем порядке по отношению к ранее показанным числам, и они выполняют требования игры так же хорошо и так же быстро, как и весьма натренированные люди. Шимпанзе и слоны могут сотрудничать друг с другом, чтобы достать еду, которая каждому из них поодиночке недоступна. Шимпанзе, а также другие приматы, демонстрируют способность оценивать ментальное состояние других, а это необходимая предпосылка способности к обману.

Даже птицы, кажется, имеют понятие о ментальном состоянии других индивидов: так, сороки могут демонстративно спрятать еду в присутствии посторонних, а затем, когда посторонние уйдут, вытащить еду и перепрятать в другое место. Шимпанзе и гориллы, слоны, дельфины, а также сороки демонстрируют признаки того, что они узнают себя в зеркале, которое они используют для осмотра метки, которую исследователи ставили им на головы в рамках эксперимента.

Мозг африканского слона действительно имеет больше нейронов?

Мы упомянули о фундаментальных открытиях, которые подтверждают когнитивные способности видов, отличающихся от нашего, но такие единичные наблюдения не могут служить основой для межвидового сравнения, которое нам необходимо провести, если мы хотим выяснить, что же такого есть в нашем мозге, что позволяет ему выполнять когнитивные подвиги, недоступные другим. И здесь мы сталкиваемся с другой проблемой – по сути, самой большой на данном этапе: как измерить когнитивные способности у множества видов и сделать это таким образом, чтобы в отношении каждого из них получить значения, сравнимые между собой.

В 2014 году было проведено исследование, которое фокусировалось на самоконтроле (когнитивной способности, которая основывается на префронтальной, ассоциативной части коры полушарий головного мозга) на примере нескольких видов животных – в основном приматов, но также мелких грызунов, собаковидных хищников, азиатского слона и некоторых видов птиц.

Результаты исследования показали, что значением, наилучшим образом коррелировавшим с правильным поведением во время теста на самоконтроль, был абсолютный объем мозга. За исключением слона, который, несмотря на то, что его мозг был самым большим среди «участников», оказался совершенно не в состоянии выполнить задание как следует.

Причин для этого можно придумать много, от «Ему просто было наплевать на еду или задание», до «Ему нравилось злить исследователей отказом выполнять задание». (Мне нравится думать, что причиной того, что обезьян оказывается так трудно научить действиям, которые очень быстро осваиваются людьми, является то, что обезьяны чувствуют себя оскорбленными очевидностью задания: «Да ладно, вы хотите, чтобы я сдвинулся с места, чтобы это сделать? Дайте мне что-нибудь посложнее! Дайте поиграть в видеоигру!»)

Сюзана Херкулано-Хузел исследует вопрос, что же именно делает человеческий мозг таким особенным, позволяя ему выполнять гораздо более сложные операции, чем те, способности к которым демонстрируют животные. Фото с выступления для TED.

С моей же точки зрения, самой интересной возможностью объяснить плохие результаты, показанные слоном, является предположение, что африканский слон просто не имеет всех префронтальных нейронов в коре головного мозга, которые необходимы для решения задачи на самоконтроль (как те, с которыми он столкнулся в рамках эксперимента).

Так как мы признали, что мозги приматов и грызунов «сделаны» по-разному и обладают разным количеством нейронов, даже если их размеры сопоставимы, мы сделали дальнейшее логическое предположение, которое гласило, что мозг африканского слона, если он устроен по типу мозга грызунов, должен иметь всего-навсего 3 миллиарда нейронов в коре головного мозга и 21 миллиард нейронов в мозжечке, в сравнении с нашими 16 миллиардами и 69 миллиардами, соответственно.

С другой стороны, если мозг африканского слона устроен как мозг приматов, то он должен содержать баснословное число нейронов: 62 миллиарда в коре головного мозга и 159 миллиардов нейронов в мозжечке. Но слоны, конечно, не относятся ни к приматам, ни к грызунам; они принадлежат к надотряду Афротерии (Afrotheria), как и некоторое количество маленьких животных, таких как длинноухий прыгунчик и златокрот, которых уже исследовали ранее, и в результате этих исследований ученые пришли к выводу, что их мозг функционирует очень сходно с мозгом грызунов.

Итак, правда ли, что мозг африканского слона, который более чем в три раза тяжелее нашего, содержит больше нейронов? Если это окажется правдой, то моя гипотеза, гласящая, что когнитивные способности являются значением, производным от количества нейронов, будет опровергнута.

Но если окажется, что человеческий мозг обладает значительно большим количеством нейронов, чем мозг африканского слона, значительно превосходящий его по размерам, то это поддержит мое предположение, что самым простым объяснением когнитивных способностей человеческого вида является примечательное число нейронов в мозге, которое больше не наблюдается ни у одного вида, вне зависимости от размера характерного для него мозга. В частности, я ожидала, что число нейронов в коре головного мозга человека будет больше, чем в коре головного мозга африканского слона.

Мое предположение основывалось на логике источников по когнитивистике, которые в течение долгого времени провозглашали кору головного мозга (или, точнее, префронтальную частью коры головного мозга) единственной «резиденцией» сознания, а значит: абстрактного мышления, комплексного процесса принятия решений и планирования будущих действий.

Однако практически вся кора головного мозга соединена с мозжечком петлями связи, которые соединяют «устройства» обработки информации коры и мозжечка друг с другом, и всё больше и больше исследований давали основания полагать, что мозжечок принимает участие в осуществлении корой головного мозга когнитивной функции. Таким образом, можно сказать, что данные структуры работают в тандеме. И так как эти структуры вместе обладают наибольшим количеством нейронов в мозге, когнитивные способности должны одинаково хорошо коррелировать с числом нейронов как в целом мозге, так и в коре головного мозга, а также в мозжечке.

Галлон супа из мозгов

Полушарие мозга африканского слона весит 2,5 килограмма и это значило, что придется разрезать его на сотни маленьких кусочков для обработки и подсчета нейронов, так как превращение мозга в суп для определения числа нейронов можно проделать только с кусочками ткани не больше 3-5 грамм каждый. Я хотела, чтобы срезы делались систематически, а не как Бог на душу положит. Возник вопрос о наиболее подходящем инструменте.

Сюзана Херкуло-Хузел разработала свой метод подсчета числа нейронов в нервной ткани: для этого фрагмент мозга подвергается воздействию растворителя, который растворяет мембраны клеток, но оставляет ядра нетронутыми. Получается своеобразный «суп». Удобство подсчета ядер в нем обеспечивается за счет того, что, если его хорошенько взболтать, то ядра распределятся в нем почти равномерно. После этого можно будет подсчитать количество ядер нейронов в 4-5 каплях и экстраполировать результат на весь объем – прим. пер. по материалам TED.

Нам доводилось использовали обычный резак для того, чтобы получить из полушария человеческого мозга серию тонких срезов для исследования. Резаком было удобно разделять корковые извилины, но он имел один значительный недостаток: слишком много вещества мозга оставалось на дискообразном ноже, что мешало определению точного числа клеток в полушарии. Если мы хотели узнать общее число нейронов в мозге слона, нам необходимо было резать его вручную на более толстые куски, чтобы минимизировать неизбежные потери вплоть до пренебрежимого значения.

Одним прекрасным утром я и моя дочь (школьные каникулы только начались) пошли в магазин хозяйственных товаров в поисках Г-образного кронштейна, который должен был служить устойчивой, плоской, правильной формы рамой для разрезания мозга слона, а также самого длинного ножа, который только можно удержать в одной руке.

Подсчет нейронов. Сюзана Херкулано-Хузел и её студенты сделали срезы мозга слона, показанные на этом фото, чтобы определить количество нейронов, которое он содержит и сравнить с аналогичными показателями человеческого мозга.

Это было самое большое количество ткани, которое мы когда-либо обрабатывали. Один человек, обрабатывая по одному фрагменту в день, потратил бы целый год на анализ такого объема, причем работая без выходных. Было очевидно, что здесь необходима групповая работа, тем более, что я хотела получить результаты в течение шести месяцев. Но даже с небольшой армией помощников, состоящей из студентов, работа занимала очень много времени: прошло два месяца, а мы обработали всего одну десятую полушария мозга слона. Что-то нужно было придумать.

Далее нам нужно было отделить внутренние структуры (полосатое тело, таламус, гиппокамп) от коры, затем разрезать кору головного мозга на более мелкие кусочки для обработки, а потом разделить каждый из этих кусочков на серое и белое вещество. В общем и целом, у нас получилось 381 фрагмент ткани, большая часть из которых по весу была в несколько раз больше 5 граммов, а именно столько можно обработать за один раз.

Принципы капитализма оказались как нельзя кстати. Я провела некоторые расчеты и обнаружила, что у меня есть «лишних» 2500 долларов – примерно, по одному доллару за грамм ткани, которую нужно обработать. Я собрала команду и сделала им предложение: в работе может помочь любой желающий и при этом получить за это финансовое вознаграждение. Быстро сформировались маленькие партнерства: один студент измельчал ткань, второй проводил подсчет и оба делили между собой доход. Работа пошла как по волшебству.

Мой муж, приезжая в лабораторию, бывал поражен дружной толпой студентов, оживленно беседующих между собой и при этом прилежно работающих (в основном студенты работали посменно, так как лаборатория была достаточно маленькая). Джайро Порфирио взял на себя огромный объем работы по окрашиванию антителами, а я выполняла подсчет нейронов с помощью микроскопа и всего за шесть месяцев мы обработали всё полушарие мозга африканского слона – как и планировалось.

И победитель…

Внемлите! Мозг африканского слона имеет больше нейронов, чем мозг человека. И не просто немного больше: в три раза больше – 257 миллиардов против наших 86 миллиардов. Но – и это по-настоящему важное «но» – 98 процентов этих нейронов были расположены в мозжечке, в задней части мозга. В случае любого другого млекопитающего, которое нам уже довелось исследовать, мозжечок также содержал бóльшую часть нейронов, но никогда этот показатель не превышал 80 процентов.

Экстраординарное распределение нейронов в мозге африканского слона оставило на долю коры головного мозга каких-то 5,6 миллиардов нейронов. Несмотря на размер коры головного мозга африканского слона, 5,6 миллиардов нейронов в ней бледнеют при сравнении с в среднем 16 миллиардами нейронов, сконцентрированными в гораздо более скромной по размерам коре головного мозга человека.

Итак, мы получили искомый ответ: нет, человеческий мозг не содержит больше нейронов, чем гораздо более объемный мозг слона, но кора головного мозга человека имеет в три раза больше нейронов, чем кора головного мозга слона, превосходящая по размерам человеческую. Очевидно, что громадное количество нейронов в мозге слона нисколько не помогает ему в развитии когнитивных способностей. Это дает нам право утверждать, что количество нейронов в мозжечке не является решающим фактором при определении лучшей приспособленности мозга для мышления.

Получается, остается только кора головного мозга. Природа провела эксперимент, в котором мы нуждались, доказав отсутствие связи между числом нейронов в коре головного мозга и числом нейронов в мозжечке. Превосходящие когнитивные способности человека можно объяснить (и это единственное объяснение) просто впечатляюще большим числом нейронов в коре нашего головного мозга.

Хотя на сегодняшний день у нас нет данных по измерению когнитивных способностей, которые необходимы для сравнения всех видов млекопитающих, или хотя бы тех, число нейронов в коре головного мозга которых мы знаем, мы уже можем сделать проверяемые предположения, основываясь на этих числах. Если абсолютное число нейронов в коре головного мозга является главным ограничительным фактором развития когнитивных способностей вида, то я предполагаю, что классификация по этому показателю должна выглядеть следующим образом:

И это кажется более правдоподобным, чем действительная на данный момент классификация по массе мозга, которая располагает, к примеру, жирафа, выше приматов. В этом толковании иерархия выглядит так:

Оказывается, есть простое объяснение того, почему человеческий мозг и только он может в одно и то же время быть так похож на мозг других видов в своих эволюционных ограничениях, и так отличаться от них, наделяя нас способностью размышлять о нашем собственном материальном и метафизическом происхождении.

Во-первых, мы – приматы, а это дает нам преимущество, заключающееся в большом количестве нейронов, «упакованных» в маленькой коре головного мозга. А во-вторых, благодаря технологическим инновациям, введенным нашими предками, мы избежали энергетических ограничений, которые ответственны за то, что другие животные имеют меньшее количество нейронов в коре головного мозга (ведь только такое количество они могут себе «позволить» на строгой диете в дикой природе).

Что же, в итоге, есть у нас, чего нет у других животных? Я утверждаю, что это огромное количество нейронов в коре головного мозга, самое большое по сравнению с известными на сегодня видами. И что же мы делаем такого, что не делает больше ни одно животное, и что позволило нам собрать столько нейронов в одном месте?

Ответ, как мне кажется, очень прост: мы готовим свою еду. То есть мы способны предоставлять нашему мозгу необходимое для его развития питание, чего нельзя сказать о животных в дикой природе. А наш мозг потребляет очень много энергии (примерно 25% от все энергии, получаемой нами с пищей). Таким образом, упрощая процесс получения пищи и делая ее более сбалансированной и питательной, человек способствовал развитию своего мозга, а мозг, в свою очередь, способствовал развитию человеческого общества.

Об авторе: Сюзана Херкулано-Хузел – специалист по нервной системе из Бразилии. Она является адъюнкт-профессором и главой лаборатории сравнительной анатомии Института биомедицинских наук Федерального института Рио-де-Жанейро.

Источник