What is so special about the human brain? | Suzana Herculano-Houzel

Сюзана Херкулано-Хузел: В чем же особенность человеческого мозга?

Переводчик: Dina Kazakevich Редактор: Antonina L

What is so special about the human brain?

Что же такого особенного в человеческом мозге?

Why is it that we study other animals

Почему мы изучаем других животных,

instead of them studying us?

а не они изучают нас?

What does a human brain have or do

Что есть в человеческом мозге,

that no other brain does?

чего нет ни в каком другом?

When I became interested in these questions about 10 years ago,

Когда я задалась этими вопросами около 10 лет назад,

scientists thought they knew what different brains were made of.

учёные думали, что знают, из чего состоит мозг различных особей.

Though it was based on very little evidence,

И хотя их догадки строились на очень скудных данных,

many scientists thought that all mammalian brains,

многие учёные думали, что мозг всех млекопитающих,

including the human brain,

в том числе и человека,

were made in the same way,

был устроен одинаково,

with a number of neurons that was always

имея постоянное число нейронов, которое всегда

proportional to the size of the brain.

пропорционально размеру мозга.

This means that two brains of the same size,

Это означает что два мозга одного размера,

like these two, with a respectable 400 grams,

как вот эти, например, весящие приличные 400 грамм,

should have similar numbers of neurons.

должны иметь примерно одинаковое количество нейронов.

Now, if neurons are the functional

Таким образом, если нейроны являются

information processing units of the brain,

функциональными составляющими мозга, обрабатывающими информацию,

then the owners of these two brains

значит, их владельцы

should have similar cognitive abilities.

должны иметь схожие умственные способности.

And yet, one is a chimp,

Но, тем не менее, один из них — шимпанзе,

and the other is a cow.

а другой — корова.

Now maybe cows have a really rich

Конечно, может быть, коровы обладают

internal mental life and are so smart

богатой невидимой умственной жизнью, и настолько умны,

that they choose not to let us realize it,

что предпочитаю держать нас в неведении,

but we eat them.

но ведь мы их едим.

I think most people will agree

Я думаю, что большинство людей согласится,

that chimps are capable of much more complex,

что шимпанзе способны на более сложное

elaborate and flexible behaviors than cows are.

продуманное и адаптивное поведение, чем коровы.

So this is a first indication that the

Таким образом, это является свидетельством того, что история о том,

"all brains are made the same way" scenario

что «мозг всех живых существ устроен одинаково»

is not quite right.

в корне неверна.

But let's play along.

Но всё же продолжим.

If all brains were made the same way

Если бы мозг всех живых существ был бы устроен одинаково,

and you were to compare animals with brains of different sizes,

и нужно было бы сравнить животных с мозгом разных размеров,

larger brains should always have more neurons

то мозг больших размеров всегда бы располагал большим количеством нейронов,

than smaller brains, and the larger the brain,

чем тот, что меньше, и, чем больше был бы мозг,

the more cognitively able its owner should be.

тем выше должны бы были быть интеллектуальные способности обладателя.

So the largest brain around should also be

Поэтому самый большой мозг должен также обладать

the most cognitively able.

и наивысшими интеллектуальными способностями.

And here comes the bad news:

Но трагедия здесь в том,

Our brain, not the largest one around.

что наш мозг не является самым большим.

It seems quite vexing.

Весьма досадно, не так ли?

Our brain weighs between 1.2 and 1.5 kilos,

Наш мозг весит от 1,2 до 1,5 кг,

but elephant brains weigh between four and five kilos,

мозг слона весит около 4-5 кг,

and whale brains can weigh up to nine kilos,

а мозг кита может достигать веса вплоть до 9 кг.

which is why scientists used to resort to saying

Вот почему учёные раньше часто прибегали к утверждению,

that our brain must be special

что «наш мозг особенный»,

to explain our cognitive abilities.

тем самым обосновывая наши умственные способности.

It must be really extraordinary,

Они должны быть выдающимися,

an exception to the rule.

исключением из правил.

Theirs may be bigger, but ours is better,

Их мозг может быть больше, но наш всё равно лучше,

and it could be better, for example,

и, допустим, что такое могло быть,

in that it seems larger than it should be,

поскольку он кажется больше, чем он должен быть,

with a much larger cerebral cortex than we should have

с более толстой корой головного мозга, чем теоретически должна быть

for the size of our bodies.

относительно размеров наших тел.

So that would give us extra cortex

Таким образом, это даёт нам дополнительную кору чтобы заниматься

to do more interesting things than just operating the body.

более интересными вещами, чем просто управлять нашим телом.

That's because the size of the brain

Это обусловлено тем, что размер мозга

usually follows the size of the body.

обычно соответствует размерам тела.

So the main reason for saying that

Поэтому основное объяснение того, что

our brain is larger than it should be

наш мозг больше, чем ему следовало бы быть,

actually comes from comparing ourselves

базируется на сопоставлении самих себя

to great apes.

с приматами.

Gorillas can be two to three times larger than we are,

Гориллы могут быть вдвое, а то и втрое, больше нас,

so their brains should also be larger than ours,

значит, и их мозг должен быть больше, чем наш,

but instead it's the other way around.

но, тем не менее, всё с точностью наоборот.

Our brain is three times larger than a gorilla brain.

Наш мозг втрое больше, чем мозг гориллы.

The human brain also seems special

Человеческий мозг ещё интересен тем,

in the amount of energy that it uses.

какое количество энергии он потребляет.

Although it weighs only two percent of the body,

И хотя он обладает всего 2% массы тела,

it alone uses 25 percent of all the energy

он поглощает 25% всей энергии,

that your body requires to run per day.

ежедневно требующейся нашему телу.

That's 500 calories out of a total of 2,000 calories,

Из общих 2000 калорий 500 калорий идут

just to keep your brain working.

на поддержание работоспособности нашего мозга.

So the human brain is larger than it should be,

Таким образом, человеческий мозг больше, чем он должен быть,

it uses much more energy than it should,

он использует намного больше энергии, чем должен,

so it's special.

то есть он — особенный.

And this is where the story started to bother me.

Вот как раз в этот момент меня и стала интересовать эта история.

In biology, we look for rules

В биологии мы ищем закономерности,

that apply to all animals and to life in general,

которым подчиняются все живые организмы и жизнь в целом,

so why should the rules of evolution

тогда почему законам эволюции

apply to everybody else but not to us?

должны подчиняться все, кроме нас самих?

Maybe the problem was with the basic assumption

Возможно, проблема была в изначальном предположении,

that all brains are made in the same way.

что мозг всех живых существ устроен одинаково.

Maybe two brains of a similar size

Может быть, два мозга одного размера

can actually be made of very different numbers of neurons.

могут, на самом деле, иметь совсем разное количество нейронов,

Maybe a very large brain

Может быть, и необязательно, что очень большой мозг

does not necessarily have more neurons

имеет больше нейронов,

than a more modest-sized brain.

чем мозг более скромных размеров.

Maybe the human brain actually has the most neurons

Может быть, человеческий мозг имеет большее количество нейронов,

of any brain, regardless of its size,

чем какой-либо другой, независимо от его размеров,

especially in the cerebral cortex.

особенно это касается коры головного мозга.

So this to me became

Это стало для меня

the important question to answer:

очень любопытным вопросом:

how many neurons does the human brain have,

Сколько нейронов в человеческом мозге,

and how does that compare to other animals?

и как это число соотносится с другими животными?

Now, you may have heard or read somewhere

Вы, вероятно, слышали или читали где-нибудь,

that we have 100 billion neurons,

что мы имеем около 100 млрд нейронов,

so 10 years ago, I asked my colleagues

поэтому 10 лет назад, я спросила своих коллег,

if they knew where this number came from.

знают ли они, как мы получили такое число.

But nobody did.

Но никто не смог мне ответить

I've been digging through the literature

Я перерыла литературу,

for the original reference for that number,

чтобы найти первоисточник этой информации,

and I could never find it.

но так и не смогла найти.

It seems that nobody had actually ever counted

Казалось, что никто никогда на самом деле-то и не считал

the number of neurons in the human brain,

число нейронов человеческого мозга,

or in any other brain for that matter.

да и вообще какого-либо мозга в принципе.

So I came up with my own way to count cells in the brain,

Поэтому, я придумала свой собственный метод вычисления числа клеток в мозге,

and it essentially consists of

и по сути своей он сводится

dissolving that brain into soup.

к растворению мозга до состояния бульона.

It works like this:

Происходит это так:

You take a brain, or parts of that brain,

Берём мозг, или часть этого мозга,

and you dissolve it in detergent,

и растворяем его в растворителе,

which destroys the cell membranes

который разрушает мембраны клеток,

but keeps the cell nuclei intact,

но оставляет нетронутым ядро клеток,

so you end up with a suspension of free nuclei

поэтому, мы имеем раствор свободных клеточных ядер,

that looks like this,

который выглядит вот так,

like a clear soup.

как бульон.

This soup contains all the nuclei

Бульон содержит все ядра,

that once were a mouse brain.

которые не так давно были мышиным мозгом.

Now, the beauty of a soup is that because it is soup,

Так вот, гениальность бульона в том,

you can agitate it and make those nuclei

что его можно взболтать и распределить ядра клеток

be distributed homogeneously in the liquid,

равномерно в растворе,

so that now by looking under the microscope

поэтому, рассмотрев в микроскоп всего 4 или 5 образцов

at just four or five samples of this homogeneous solution,

этого однородного раствора,

you can count nuclei, and therefore tell

мы можем посчитать ядра и, тем самым, посчитать,

how many cells that brain had.

сколько клеток было в этом мозге.

It's simple, it's straightforward,

Элементарно

and it's really fast.

и очень быстро.

So we've used that method to count neurons

Мы использовали этот метод для подсчёта нейронов

in dozens of different species so far,

уже десятков различных видов,

and it turns out that all brains

и, оказывается, у всех видов

are not made the same way.

мозг устроен по-разному.

Take rodents and primates, for instance:

Возьмём, например, грызунов и приматов.

In larger rodent brains, the average size

По мере увеличения размеров грызуна

of the neuron increases,

среднее число нейронов мозга увеличивается,

so the brain inflates very rapidly

то есть мозг быстро увеличивается,

and gains size much faster than it gains neurons.

в размере — гораздо быстрее, чем в количестве нейронов.

But primate brains gain neurons

У приматов же увеличивается количество нейронов,

without the average neuron becoming any larger,

однако при этом размер нейрона не изменяется,

which is a very economical way

и это очень практичный способ —

to add neurons to your brain.

увеличить количество нейронов.

The result is that a primate brain

В результате, мозг примата будет всегда располагать

will always have more neurons than a rodent brain of the same size,

большим количеством нейронов, чем мозг грызуна такого же размера,

and the larger the brain,

и чем больше размер мозга,

the larger this difference will be.

тем больше будет эта разница.

Well, what about our brain then?

А что же тогда насчёт нашего мозга?

We found that we have, on average,

Мы обнаружили, что в среднем

86 billion neurons,

у нас около 86 млрд нейронов,

16 billion of which are in the cerebral cortex,

16 млрд из которых находятся в коре головного мозга,

and if you consider that the cerebral cortex

и, если вы считаете, что кора мозга является

is the seat of functions like

центром таких функций,

awareness and logical and abstract reasoning,

как понимание, логическое и абстрактное мышление,

and that 16 billion is the most neurons

и что 16 млрд это самое большое число,

that any cortex has,

которое может быть в коре головного мозга,

I think this is the simplest explanation

я думаю, что это наипростейшее объяснение

for our remarkable cognitive abilities.

наших выдающихся умственных способностей.

But just as important is what the 86 billion neurons mean.

Не менее важно знать, что же означает число «86 млрд»

Because we found that the relationship

Так как мы доказали, что отношение

between the size of the brain and its number of neurons

размера мозга к количеству нейронов

could be described mathematically,

может быть выражено математически,

we could calculate what a human brain

мы смогли рассчитать, как бы выглядел мозг человека,

would look like if it was made like a rodent brain.

если бы он был устроен как у грызуна.

So, a rodent brain with 86 billion neurons

Мозг грызуна с теми же 86 млрд нейронов

would weigh 36 kilos.

весил бы 36 килограммов.

That's not possible.

Это невозможно.

A brain that huge would be crushed

Мозг такого размера был бы раздавлен

by its own weight,

собственным весом,

and this impossible brain would go

и этому невероятному мозгу потребовалось бы тело

in the body of 89 tons.

массой 89 тонн.

I don't think it looks like us.

Не думаю, что это хоть немного похоже на нас.

So this brings us to a very important conclusion already,

Даже это приводит нас к важному выводу,

which is that we are not rodents.

что мы — не грызуны.

The human brain is not a large rat brain.

Человеческий мозг — это не огромный мозг крысы.

Compared to a rat, we might seem special, yes,

В сравнении с крысой, мы, возможно кажемся особенными,

but that's not a fair comparison to make,

но это неправильное сравнение,

given that we know that we are not rodents.

так как мы знаем, что мы не грызуны.

We are primates,

Мы — приматы,

so the correct comparison is to other primates.

поэтому правильным сравнением было бы с приматами.

And there, if you do the math,

Так вот, если провести все вычисления,

you find that a generic primate

выясняется, что средний примат

with 86 billion neurons

с 86 млрд нейронов

would have a brain of about 1.2 kilos,

имел бы мозг весом 1,2 кг,

which seems just right,

что кажется довольно правдоподобным,

in a body of some 66 kilos,

имел бы тело около 66 кг,

which in my case is exactly right,

что, в моем случае, прямо в точку.

which brings us to a very unsurprising

Это приводит нас к совершенно неудивительному,

but still incredibly important conclusion:

но все же очень важному, выводу:

I am a primate.

я — примат.

And all of you are primates.

И вы все — приматы.

And so was Darwin.

И Чарльз Дарвин тоже им был.

I love to think that Darwin would have really appreciated this.

Мне нравится думать, что Дарвин оценил бы это.

His brain, like ours,

Его мозг, как и наш,

was made in the image of other primate brains.

был построен по подобию мозгов других приматов.

So the human brain may be remarkable, yes,

Значит, мозг человека может быть особенным — да,

but it is not special in its number of neurons.

но он не отличается количеством нейронов.

It is just a large primate brain.

Это просто мозг крупного примата.

I think that's a very humbling and sobering thought

На мой взгляд, это очень усмиряющая и отрезвляющая мысль,

that should remind us of our place in nature.

которая должна нам напоминать о нашем месте в природе.

Why does it cost so much energy, then?

Почему тогда наш мозг поглощает так много энергии?

Well, other people have figured out

Другие учёные подсчитали,

how much energy the human brain

сколько энергии затрачивает человеческий мозг

and that of other species costs,

и мозг других видов,

and now that we knew how many neurons

и теперь, зная число нейронов,

each brain was made of, we could do the math.

составляющих каждый мозг, мы можем посчитать.

And it turns out that both human

Выходит, что и человеческий мозг

and other brains cost about the same,

и мозг любого другого вида затрачивает примерно одинаковое количество —

an average of six calories per billion neurons per day.

в среднем 6 калорий на млрд нейронов в день.

So the total energetic cost of a brain

Значит, общее количество энергии мозга

is a simple, linear function

это простая линейная функция,

of its number of neurons,

зависящая от количества нейронов.

and it turns out that the human brain

И оказывается, что человеческий мозг затрачивает ровно

costs just as much energy as you would expect.

ожидаемое количество энергии.

So the reason why the human brain

Значит причина того, почему человеческий мозг

costs so much energy is simply because

затрачивает так много энергии в том,

it has a huge number of neurons,

что в нем большое число нейронов,

and because we are primates

и потому что мы приматы

with many more neurons for a given body size

с намного большим числом нейронов на данный размер тела,

than any other animal,

чем какое либо другое животное.

the relative cost of our brain is large,

Относительные затраты нашего мозга велики,

but just because we're primates, not because we're special.

но только потому что мы — приматы, а не потому что мы — особенные.

Last question, then:

Тогда последний вопрос:

how did we come by this remarkable number of neurons,

как же мы получили такое значительное число нейронов,

and in particular, if great apes

и особенно, если некоторые приматы

are larger than we are,

значительно больше нас,

why don't they have a larger brain than we do, with more neurons?

почему их мозг не больше нашего и не имеет большее число нейронов?

When we realized how much expensive it is

Когда мы осознали, во сколько обходится

to have a lot of neurons in the brain, I figured,

такое число нейронов в мозге, я обнаружила,

maybe there's a simple reason.

что может быть у этого простая причина.

They just can't afford the energy

У них просто не хватает энергии на то,

for both a large body and a large number of neurons.

чтобы содержать и крупное тело, и большое число нейронов.

So we did the math.

Поэтому мы посчитали сначала,

We calculated on the one hand

какое количество энергии

how much energy a primate gets per day

получает примат в день

from eating raw foods,

от поедания сырой еды,

and on the other hand, how much energy

а потом, сколько энергии

a body of a certain size costs

необходимо телу определённого размера

and how much energy a brain of a certain number of neurons costs,

и, сколько необходимо мозгу определённого размера,

and we looked for the combinations

и мы стали искать такое сочетание

of body size and number of brain neurons

размера тела и количества нейронов

that a primate could afford

которое смог бы себе позволить примат,

if it ate a certain number of hours per day.

если бы он питался определённое количество часов в день.

And what we found is that

И вот что мы обнаружили:

because neurons are so expensive,

так как нейроны очень энергозатратны,

there is a tradeoff between body size and number of neurons.

есть баланс между количеством нейронов и размерами тела.

So a primate that eats eight hours per day

Примат, который ест 8 часов в день,

can afford at most 53 billion neurons,

может позволить себе максимум 53 млрд нейронов,

but then its body cannot be any bigger

но тогда его тело будет не больше

than 25 kilos.

25-ти килограммов.

To weigh any more than that,

Чтобы набрать больший вес,

it has to give up neurons.

придётся жертвовать нейронами.

So it's either a large body

Поэтому выбор следующий — либо крупное тело,

or a large number of neurons.

либо большое число нейронов.

When you eat like a primate,

Если питаться, как примат,

you can't afford both.

невозможно себе позволить и то и другое.

One way out of this metabolic limitation

Способ обойти эти ограничения —

would be to spend even more hours per day eating,

есть ещё большее количество часов в день,

but that gets dangerous,

но это — опасно,

and past a certain point, it's just not possible.

и на определённом этапе просто переходит рамки возможного.

Gorillas and orangutans, for instance,

Гориллы и орангутанги, например,

afford about 30 billion neurons

обслуживают около 30 млрд нейронов

by spending eight and a half hours per day eating,

затрачивая 8 с половиной часов на еду,

and that seems to be about as much as they can do.

и это наибольшее, что они могут.

Nine hours of feeding per day

9 часов в день на еду

seems to be the practical limit for a primate.

фактический предел для примата.

What about us?

Что же насчёт нас?

With our 86 billion neurons

Имея 86 млрд нейронов

and 60 to 70 kilos of body mass,

и массу тела 60-70 кг,

we should have to spend over nine hours

нам бы пришло питаться больше,

per day every single day feeding,

чем 9 часов в день,

which is just not feasible.

что просто неосуществимо.

If we ate like a primate,

Если бы мы питались, как приматы,

we should not be here.

нас бы не было здесь.

How did we get here, then?

Так как же мы стали такими?

Well, if our brain costs just as much energy

Ну, если наш мозг затрачивает ровно столько энергии,

as it should, and if we can't spend

сколько он должен, и если мы не можем потратить

every waking hour of the day feeding,

каждый час бодрствования на прокорм,

then the only alternative, really,

тогда единственная альтернатива —

is to somehow get more energy

каким бы то ни было способом получить больше энергии

out of the same foods.

из той же самой еды.

And remarkably, that matches exactly

И это в точности совпадает с тем,

what our ancestors are believed to have invented

как наши предки вышли из этого положения

one and a half million years ago,

1,5 млн лет назад,

when they invented cooking.

когда они изобрели приготовление пищи.

To cook is to use fire

Готовить — это использовать огонь,

to pre-digest foods outside of your body.

чтобы пре-переварить пищу вне наших тел.

Cooked foods are softer, so they're easier to chew

Приготовленная пища мягче, значит её легче жевать

and to turn completely into mush in your mouth,

и пережевать её до состояния пюре во рту,

so that allows them to be completely digested

а это позволяет ей полностью перевариваться

and absorbed in your gut,

и всасываться в кишечнике,

which makes them yield much more energy in much less time.

что тем самым даёт большее количество энергии в более короткие сроки.

So cooking frees time for us to do

Таким образом, приготовление пищи освобождает время

much more interesting things with our day

для более интересных занятий

and with our neurons

нам и нашим нейронам,

than just thinking about food,

чем просто заниматься мыслями о еде,

looking for food, and gobbling down food

поисками еды, поглощением еды

all day long.

весь день.

So because of cooking, what once was

Благодаря приготовлению пищи, то, что раньше было

a major liability, this large,

значительной ответственностью, этот большой,

dangerously expensive brain with a lot of neurons,

чрезмерно энергозатратный мозг с огромным числом нейронов

could now become a major asset,

смог теперь стать значительным активом,

now that we could both afford the energy for a lot of neurons

чтобы теперь мы смогли иметь достаточно энергии для нейронов

and the time to do interesting things with them.

и времени для интересных для них дел.

So I think this explains why the human brain

Это, я думаю, объясняет, почему человеческий мозг

grew to become so large so fast in evolution,

в ходе эволюции так быстро достиг таких размеров,

all of the while remaining just a primate brain.

в то же самое время оставаясь просто мозгом примата.

With this large brain now affordable by cooking,

Теперь, имея большой мозг, доступный благодаря кулинарии,

we went rapidly from raw foods to culture,

мы стремительно перешли от сыроедения к культуре,

agriculture, civilization, grocery stores,

сельскому хозяйству, цивилизации, продуктовым магазинам,

electricity, refrigerators,

электричеству, холодильникам,

all of those things that nowadays

и всем тем вещам, которые сегодня

allow us to get all the energy we need

позволяют нам получать необходимую нам энергию

for the whole day in a single sitting

на весь день всего за одно посещение

at your favorite fast food joint.

вашего любимого фаст-фуда.

So what once was a solution

Что когда-то было решением,

now became the problem,

теперь стало проблемой

and ironically, we look for the solution in raw food.

и, по иронии мы ищем решение в сыроедении.

So what is the human advantage?

В чем же человеческое превосходство?

What is it that we have

Что есть у нас,

that no other animal has?

чего нет у других животных?

My answer is that we have the largest number

Мой ответ — самое большое количество

of neurons in the cerebral cortex,

нейронов в коре головного мозга,

and I think that's the simplest explanation

и я думаю, это самое лёгкое объяснение

for our remarkable cognitive abilities.

наших выдающихся умственных способностей.

And what is it that we do that no other animal does,

И что же мы умеем, чего не умеет ни одно другое животное,

and which I believe was fundamental

и что было, по-моему, основополагающим фактором,

to allow us to reach that large,

который позволил нам это большее,

largest number of neurons in the cortex?

самое большое число нейронов?

In two words, we cook.

В двух словах — мы готовим.

No other animal cooks its food. Only humans do.

Ни одно другое животное не готовит свою пищу. Только человек.

And I think that's how we got to become human.

Я считаю, это то, как нам удалось стать людьми.

Studying the human brain changed the way I think about food.

Изучение человеческого мозга изменило мои представления о еде.

I now look at my kitchen,

Теперь я смотрю на свою кухню,

and I bow to it,

и я кланяюсь ей

and I thank my ancestors for coming up

и благодарю своих предков за изобретение того,

with the invention that probably made us humans.

что, возможно, и сделало из обезьяны — человека.

Thank you very much.

Большое спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)