Czaszki zawierają wskazówki dotyczące inteligencji. (Zgodnie z ruchem wskazówek zegara od lewej: Australopithecus, orangutan, goryl, szympans) Roger Seymour. Zdjęcie z zasobów Autora tekstu.
Aby zrozumieć, jak wiele myślenia potrafi mózg, spójrz, ile krwi – a zatem ile energii – zużywa.
Wstęp
Jak ewoluowała ludzka inteligencja? Antropolodzy badali to pytanie przez dziesięciolecia, przyglądając się narzędziom znalezionym podczas wykopalisk archeologicznych, dowodom użycia ognia itp. Oraz zmianom wielkości mózgu mierzonym na podstawie skamieniałych czaszek.
Jednak współpracując z kolegami z Instytutu Studiów Ewolucyjnych na Uniwersytecie Witwatersrand w RPA, znaleźliśmy nowy sposób szacowania inteligencji naszych przodków.
Badając skamieniałe czaszki, ustaliliśmy, ile krwi – i ile energii – mózgi starożytnych homininów potrzebowały do dalszego działania. To zużycie energii daje nam miarę tego, ile myśleli.
Odkryliśmy, że szybkość przepływu krwi do mózgu może być lepszym wskaźnikiem zdolności poznawczych niż sam rozmiar mózgu.
Mózg jako superkomputer
Naukowcy często zakładali, że wzrost inteligencji u przodków człowieka (homininów) następował wraz ze wzrostem mózgów.
Nie jest to nierozsądne założenie; u żyjących naczelnych liczba komórek nerwowych w mózgu jest prawie proporcjonalna do objętości mózgu. Inne badania ssaków ogólnie wskazują, że tempo metabolizmu mózgu – ile energii potrzebuje do działania – jest prawie proporcjonalne do jego wielkości .
Przetwarzanie informacji w mózgu obejmuje komórki nerwowe (neurony) i połączenia między nimi (synapsy). Synapsy są miejscami przetwarzania informacji, podobnie jak przełączniki tranzystorowe w komputerze.
Ludzki mózg zawiera ponad 80 miliardów neuronów i do 1000 bilionów synaps. Chociaż zajmuje tylko 2% ciała, mózg zużywa około 20% energii odpoczywającej osoby.
Około 70% tej energii jest wykorzystywane przez synapsy do produkcji neurochemikaliów, które przekazują informacje między neuronami.
Aby zrozumieć, ile energii zużywały mózgi naszych przodków, skupiliśmy się na szybkości przepływu krwi do mózgu. Ponieważ krew dostarcza niezbędny tlen do mózgu, jest to ściśle związane z zużyciem energii synaptycznej.
Ludzki mózg potrzebuje około 10 ml krwi na sekundę. Zmienia się to niezwykle niewiele, niezależnie od tego, czy dana osoba nie śpi, ćwiczy, czy rozwiązuje trudne problemy matematyczne.
W związku z tym możemy postrzegać mózg jako dość kosztowny energetycznie superkomputer. Im większa pojemność komputera, tym więcej energii potrzebuje do działania – i tym grubsze muszą być kable zasilające. Tak samo jest z mózgiem: im wyższa funkcja poznawcza, tym wyższa przemiana materii, większy przepływ krwi i większe tętnice, które ją dostarczają.
Pomiar rozmiaru tętnicy z czaszek
Przepływ krwi do kognitywnej części mózgu, mózgu, odbywa się przez dwie wewnętrzne tętnice szyjne. Wielkość tych tętnic jest związana z szybkością przepływu krwi przez nie.
Tak jak hydraulik instalowałby większe rury wodociągowe, aby dostosować się do większego natężenia przepływu w większym budynku, tak układ krążenia dostosowuje rozmiary naczyń krwionośnych, aby dopasować je do szybkości przepływu krwi w nich. Szybkość przepływu jest z kolei związana z tym, ile tlenu potrzebuje narząd.
Początkowo ustaliliśmy zależność między szybkością przepływu krwi a rozmiarem tętnicy na podstawie 50 badań obejmujących obrazowanie ultrasonograficzne lub rezonans magnetyczny ssaków. Rozmiar tętnic szyjnych wewnętrznych można znaleźć , mierząc rozmiar otworów, które pozwalają im przejść przez podstawę czaszki.
Następnie zmierzyliśmy te dziury w czaszkach 96 współczesnych małp człekokształtnych, w tym szympansów, orangutanów i goryli. Porównaliśmy czaszki z 11 czaszkami australopiteków hominidów, które żyły około 3 miliony lat temu.
Mózgi szympansów i orangutanów mają objętość około 350 ml, podczas gdy mózgi goryli i australopiteków są nieco większe i mają 500 ml. Konwencjonalna mądrość sugeruje, że australopiteki powinny być co najmniej tak samo inteligentne jak inne.
Jednak nasze badanie wykazało, że mózg australopiteka miał tylko dwie trzecie przepływu krwi szympansa lub orangutana i połowę przepływu krwi goryla.
Antropolodzy często umieszczali australopiteki między małpami człekokształtnymi a ludźmi pod względem inteligencji, ale uważamy, że jest to prawdopodobnie błędne.
Unikalna trajektoria ewolucji ludzkiego mózgu
U ludzi i wielu innych żyjących naczelnych szybkość przepływu krwi w tętnicy szyjnej wewnętrznej wydaje się być wprost proporcjonalna do wielkości mózgu. Oznacza to, że jeśli rozmiar mózgu podwoi się, podwoi się również szybkość przepływu krwi.
Jest to nieoczekiwane, ponieważ tempo metabolizmu większości narządów wzrasta wolniej wraz z rozmiarem narządu. U ssaków podwojenie rozmiaru narządu zwykle zwiększa jego tempo metabolizmu tylko o współczynnik około 1,7.
Sugeruje to, że intensywność metabolizmu mózgów naczelnych – ilość energii zużywanej przez każdy gram materii mózgowej w ciągu sekundy – rosła szybciej niż oczekiwano wraz ze wzrostem wielkości mózgu. W przypadku homininów wzrost był jeszcze szybszy niż u innych naczelnych.
Pomiędzy Ardipithecus i Homo sapiens liczącymi 4,4 miliona lat mózgi stały się prawie pięciokrotnie większe, ale szybkość przepływu krwi wzrosła ponad dziewięć razy. Oznacza to, że każdy gram materii mózgowej zużywał prawie dwa razy więcej energii, najwyraźniej z powodu większej aktywności synaptycznej i przetwarzania informacji.
Szybkość przepływu krwi do mózgu wydaje się wzrastać w czasie we wszystkich liniach naczelnych. Ale w linii homininów wzrastał znacznie szybciej niż u innych naczelnych. Przyspieszeniu temu towarzyszył rozwój narzędzi, użycie ognia i niewątpliwie komunikacja w małych grupach.
Dr Roger S. Seymour
Dr Roger S. Seymour
Emerytowany profesor fizjologii
Uniwersytetu w Adelajdzie
Oryginalnie opublikowane przez The Conversation , 26.01.2020, na warunkach licencji Creative Commons Uznanie autorstwa/Bez utworów zależnych .
Link do artykułu:
The Evolution of Human Intelligence: Not Brain Size, but Blood Flow
