Антропологи изучали развитие человеческого разума на протяжении десятилетий, исследуя инструменты, найденные во время археологических раскопок, свидетельства использования огня и др. Изменения размера мозга ученые производили по ископаемым черепам. Однако недавно ученые из университета Витватерсранда в Южной Африке обнаружили новый способ оценки интеллекта наших предков. Внимательно изучая ископаемые черепа, исследователи определили, сколько крови — и сколько энергии — требовалось мозгу древних гоминидов, чтобы продолжать работать.
Скорость кровотока в мозге — показатель когнитивных способностей
В прошлом ученые полагали, что размер мозга предков человека свидетельствовал об уровне интеллектуального развития гоминидов. Однако в ходе работы, опубликованной в журнале Proceedings of the Royal Society. B исследователи обнаружили, что скорость кровотока в мозге может быть лучшим показателем когнитивных способностей, чем размер мозга. Полученные результаты делают выводы о том, что интеллект древних людей напрямую зависел от размера мозга несостоятельными. Дело в том, для живых приматов количество нервных клеток в мозге почти пропорционально объему мозга. Другие исследования млекопитающих в целом показывают, что скорость метаболизма мозга — количество энергии, необходимое для работы — почти пропорциональна его размеру.
Обработка информации в мозге вовлекает нервные клетки (нейроны) и связи между ними (синапсы). Человеческий мозг содержит более 80 миллиардов нейронов и до 1000 триллионов синапсов. Хотя он занимает только два процента тела, мозг потребляет около 20% энергии когда человек находится в состоянии покоя. Остальные 70% энергии используется синапсами для производства нейрохимикатов, которые передают информацию между нейронами.
Чтобы понять, сколько энергии использовали мозги наших предков, ученые сфокусировались на скорости притока крови к мозгу. Поскольку кровь снабжает мозг необходимым кислородом, она тесно связана с использованием синаптической энергии. Каждую секунду мозг требует около 10 мл крови. Это количество меняется в зависимости от того, бодрствует человек, спит, тренируется или решает сложные математические задачи.
В связи с этим исследователи предлагают рассматривать мозг как довольно энергоемкий суперкомпьютер. Чем больше емкость компьютера, тем больше энергии ему нужно для работы — и тем больше должны быть его электрические кабели питания. То же самое и с мозгом: чем выше когнитивные функции, тем выше скорость метаболизма, тем больше кровоток и тем больше артерий, которые снабжают мозг кровью. Ученые установили, что система кровообращения регулирует размеры кровеносных сосудов, чтобы соответствовать скорости кровотока в них. Скорость потока, в свою очередь, зависит от того, сколько кислорода требуется органу.
Как пишут в своей работе исследователи, между 4,4 миллионами лет мозг Ardipithecus и Homo sapiens увеличился почти в пять раз, но скорость кровотока выросла более чем в девять раз. Это указывает на то, что каждый грамм вещества мозга потреблял почти вдвое больше энергии из-за большей синаптической активности и обработки информации. Скорость притока крови к мозгу, по-видимому, со временем увеличивалась у всех приматов. Но в родословной Homo sapiens она возросла намного быстрее.
