Мозг. Такой ли он особенный? - Сюзана Херкулано-Хузел

Интересно, что мозговая кора слона имеет точно такую массу, какую можно ожидать, исходя из числа в ней нейронов, в сравнении как с другими афротериями, такими как сам слон, так и с грызунами, насекомоядными и парнокопытными. Как видно из рис. 6.3, мозговая кора африканского слона подчиняется тем же правилам нейронного шкалирования, что и у других животных, не принадлежащих к приматам. Следовательно, в мозге слона нет ничего особенного: точно так же, как мозг человека является увеличенным мозгом приматов, мозг слона является увеличенным мозгом млекопитающих, которым он приходится ближайшим родственником.

Рис. 6.3. Мозговая кора африканского слона подчиняется тем же правилам нейронного шкалирования, что и у других неприматов: 5,6 миллиарда нейронов соответствуют числу, близкому к предсказанному для коры с такой массой

С другой стороны, мозжечок африканского слона оказался особенным не в одном, а в двух отношениях. Во-первых, он содержит в десять раз больше нейронов, чем можно ожидать у типичного млекопитающего при данном числе нейронов в мозговой коре. Среднее отношение, характерное для млекопитающих, – 4,2 нейрона мозжечка на один нейрон коры головного мозга, а у слона это отношение равно 44,8. Во-вторых, избыточное число нейронов в мозжечке слона не подчиняется правилам нейронного шкалирования, характерным для афротериев, а также для животных, не принадлежащих отрядам приматов и насекомоядных (рис. 6.4). Ибо при содержании 251 миллиарда нейронов мозжечок слона должен весить более 7 кг, если бы он был построен как мозжечок типичного афротерия или типичного непримата, то есть должен был бы иметь массу в 6,1 раза больше, чем на самом деле. Тот факт, что мозжечок слона является аутсайдером в обоих этих отношениях, говорит, что в нем содержится невероятно большое число нейронов, которые отличаются чрезвычайно малыми размерами, а это означает, что мозжечок слона подвергся действию положительного естественного отбора в отношении невероятно большого числа нейронов и их относительно малого среднего размера. Дело не в том, что средний размер нейронов мозжечка у африканского слона очень мал; учитывая обычную плотность упаковки нейронов у слона – 214 000 на 1 мг ткани мозжечка, – средний размер нейрона у него сравним, например, со средним размером нейронов у свиньи. Исключительно здесь то, что средняя плотность упаковки нейронов у слона намного выше, чем можно было бы ожидать при таком огромном их числе, а это означает, что нейроны слоновьего мозжечка не увеличились соответственно размерам мозжечка. Этим объясняется, что мозжечок слона при массе 1,2 кг относительно велик (он занимает 25 % общего объема мозга, в то время как у других млекопитающих доля мозжечка не превышает 10–15 %), но не достигает массы более 7 кг, как можно было ожидать, если бы мозжечок слона подчинялся тем же правилам нейронного шкалирования, которым подчиняются другие виды афротериев.

Почему же в мозжечке слона так много нейронов? Причиной должно быть какое-то уникальное свойство слона, которое требует большого числа мозжечковых нейронов. Есть два возможных объяснения: ультразвуковая коммуникация и необходимость обрабатывать касающуюся хобота информацию, поступающую в мозжечок и выходящую из него по тройничному нерву, который, помимо других структур, иннервирует и мозжечок. У африканского слона этот нерв поистине огромен, по толщине он не уступает спинному мозгу. Эта гипотеза была выдвинута и для объяснения относительно большого размера мозжечка у эхолоцирующих летучих мышей и китообразных[114]. Тем не менее недавно мы обнаружили, что мозжечок летучих мышей не содержит непропорционально большого числа нейронов, как мозжечок слона; более того, их мозжечок велик относительно массы всего мозга только за счет относительно малого размера мозговой коры[115]. Эти данные, хотя и полученные при исследовании неродственной группы млекопитающих, позволяют предполагать, что специализированный способ коммуникации сам по себе не требует относительного увеличения числа нейронов в мозжечке. Это оставляет единственно верным объяснение, согласно которому причиной стал чувствительный хобот слона, 100-килограммовый мышечный орган, способный выполнять мельчайшие, деликатные и в высшей степени координированные движения. Необходимость управлять плавными движениями хобота стала причиной большой численности нейронов в мозжечке, отвечающем за координацию тонких движений.

Рис. 6.4. Мозжечок африканского слона содержит намного больше нейронов, чем можно ожидать при его массе, согласно правилам нейронного шкалирования, которым подчиняется мозжечок других африканских зверей, а также грызунов и парнокопытных (черные кружки), почти приближаясь в этом отношении к мозжечку приматов

Такая непосредственная сенсорно-моторная функция мозжечка, независимая от деятельности коры головного мозга, также позволяет объяснить отклонение от линейной зависимости между числом нейронов в мозговой коре и числом нейронов в мозжечке, характерной для других видов млекопитающих. Большее число мозжечковых нейронов у слона, действительно, можно было ожидать, так как мозжечку приходится параллельно заниматься обработкой информации, поступающей из коры, и информации, поступающей от хобота по тройничному нерву.

Наш ответ был готов. Нет, человеческий мозг не располагает большим числом нейронов по сравнению с намного большим по массе мозгом слона, но мозговая кора человека содержит почти в три раза больше нейронов, чем вдвое большая по массе мозговая кора африканского слона. Так как мы не были готовы признать, что слон, с его количеством нейронов в мозжечке, превышающим число аналогичных нейронов у человека в три раза (а значит, и в целом мозге), обладает более высокими в сравнении с человеком когнитивными способностями, мы дерзнули исключить гипотезу о том, что общее число нейронов в мозжечке является лимитирующим или достаточным фактором, определяющим когнитивные способности головного мозга.

Остается только мозговая кора. Природа сама поставила эксперимент, в котором мы нуждались, выполнив разобщение зависимости числа нейронов в коре головного мозга от числа нейронов в мозжечке. Когнитивные способности человека, превосходящие таковые слона, можно объяснить исключительно удивительно большим числом нейронов в мозговой коре человека.

Несмотря на то что у нас нет методов, необходимых для сравнения когнитивных способностей всех видов млекопитающих, или даже тех видов, для которых мы располагаем данными о числе корковых нейронов, мы можем все же делать проверяемые предсказания на основании этих числовых данных. Если абсолютное число нейронов в коре головного мозга является главным лимитирующим фактором, определяющим когнитивные способности вида, то мое предсказанное ранжирование видов по когнитивным способностям, основанное на числе нейронов в мозговой коре, выглядит так: