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.
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.
Итак, с самого утра мы с дочерью (в школе как раз начались каникулы) отправились в магазин стройматериалов на поиски Г-образных кронштейнов, чтобы сделать из них устойчивую плоскую конструкцию для нарезки мозга слона, а ещё нам нужен был самый длинный нож, который я могла удержать в одной руке. (Такую возможность подростку просто нельзя было упускать, ведь через несколько лет можно будет спросить: «Мама, ты помнишь тот день, когда мы резали мозг слона?») Сначала мы подпилили элементы крепления Г-образных кронштейнов, а затем втиснули мозг слона в получившуюся конструкцию. Конечно, можно за 100 тысяч долларов купить роскошный инструмент, который сделает работу идеально, но зачем тратить столько денег, если обычный нож для мяса достаточно хорош для этой задачи?
Я положила полушарие мозга на плоскую поверхность стола, ограниченную Г-образными кронштейнами. Студент сохранял конструкцию в нужном положении, пока я левой рукой удерживала мозг, а правой решительно, но осторожно совершала надрезы, перемещаясь вперёд и назад. Ещё несколько движений ножом, в том числе в задней области и в мозжечке, и перед нами оказался полностью нарезанный «каравай» — мозг слона: кора головного мозга была поделена на 16 секций, мозжечок — на 8, плюс отдельно лежали мозговой ствол и гигантская 20-граммовая обонятельная луковица (что в 10 раз превышает массу мозга крысы).
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.
