Таким образом, мозг – это не просто совокупность нейронов, а сложнейшая многокомпонентная система, все элементы которой находятся в постоянном структурном и функциональном взаимодействии. Нейроны, глиальные клетки, внеклеточный матрикс и гематоэнцефалический барьер образуют единый комплекс, который обеспечивает развитие и работу центральной нервной системы.
Мозг человека в аспекте эволюции
Удивительно, но факт – люди не имеют ни абсолютного, ни относительного превосходства в размерах головного мозга среди млекопитающих. У китов, дельфинов и слонов самый большой мозг – до 10 кг; мозг человека имеет среднюю массу 1,35 кг. Если предположить, что абсолютный размер мозга имеет решающее значение для интеллекта, тогда киты или слоны должны быть умнее людей, а лошади умнее шимпанзе, что определенно не так.
Размер мозга по отношению к размеру тела имеет тенденцию уменьшаться с увеличением размера тела, в результате чего у мелких животных относительно большой, а у крупных – относительно небольшой мозг. У землероек мозг составляет 10 % или более от объема тела, в то время как у самого крупного млекопитающего (и современного животного), синего кита, мозг занимает менее 0,01 % тела. Кстати говоря, в этом контексте 2 % для человеческого мозга очень высоки, учитывая тот факт, что Homo sapiens принадлежит к довольно крупным млекопитающим. Если бы разум диктовался относительным размером мозга, то землеройки были бы самыми умными млекопитающими, что звучит довольно невероятно.
Тогда что же определяет степень ума?
В ходе эволюции наших предков произошло резкое увеличение площади поверхности коры головного мозга. Кроме того, среди млекопитающих с большим мозгом у приматов самая толстая кора – 3–5 мм, а у китообразных и слонов – удивительно тонкая (1–1,8 мм).
С увеличением объема коры плотность упаковки нейронов нередко уменьшается, но у приматов необычно высокая, а у китообразных и слонов – необычно низкая плотность упаковки. Все это подводит к тому факту, что человеческий мозг имеет наибольшее количество корковых нейронов (действительно, их около 15 миллиардов), несмотря на то, что человеческий мозг и кора намного меньше по размеру, чем у китообразных и слонов (10–12 миллиардов).
Таким образом, наилучшее соответствие между характеристиками мозга и степенью интеллекта у млекопитающих достигается за счет сочетания числа нейронов коры или мантии полушарий головного мозга, плотности упаковки нейронов, межнейронного расстояния и скорости проводимости в аксонах – факторов, обусловливающих способность к обработке информации. Эта способность совпадает с понятием «общий интеллект», который в значительной степени определяется эффективностью рабочей памяти и, соответственно, способностями к умственным манипуляциям.
Самый высокий общий интеллект среди известных живых существ обнаружен у людей, за которыми следуют человекообразные обезьяны, потом обезьяны Старого и Нового Света. У китообразных (самые умные из них – касатки) и слонов общая способность обработки информации намного ниже из-за более тонкой коры полушарий, низкой плотности упаковки нейронов и меньшей скорости аксональной проводимости.
Тогда зачем китам и слонам такой большой мозг, ведь его содержание очень энергозатратное? Как известно, на 90 % размер головного мозга определяется размерами тела животного. Поэтому одна из гипотез – это для того, чтобы координировать движения своего гигантского тела. Вторая более экзотическая – чтобы избежать переохлаждения мозга, ведь тенденция к его увеличению в эволюции совпала с наступлением ледникового периода.
Напротив, у врановых и попугаеобразных птиц очень маленькие и плотно упакованные нейроны в мантии больших полушарий и поэтому относительно много нейронов, что, несмотря на довольно малые объемы мозга, может объяснять их высокий интеллект. Развитие обменов коммуникативными сигналами между особями, скорее всего, послужило дополнительным драйвером развития интеллекта, тот же процесс, возможно, произошел у певчих и попугаеобразных птиц.
Только приматы (включая человека) имеют префронтальную кору полушарий в строгом смысле слова вместе с ее специфическими функциями, такими как контроль внимания, планирование действий, выбор действий и принятие решений. Соответственно, поражения гранулярной (зернистой) префронтальной области у приматов и человека имеют драматические последствия для упомянутых функций, чего не происходит у крыс, когда поражается лобная кора.
Особенностью лобной коры приматов является наличие гранулированной префронтальной области, которая характеризуется дополнительным четвертым слоем, содержащим множество мелких нейронов. Фронтальная кора других млекопитающих (например, грызунов) не имеет такой зернистой области. Кроме того, нейроны префронтальной коры головного мозга человека обладают более сложным ветвлением, увеличенным количеством аксонов и дендритных шипов на нейрон, что приводит к большему числу синапсов и более широким кортикальным колонкам (группа нейронов, расположенная в коре головного мозга перпендикулярно его поверхности) по сравнению с другими приматами. Нейробиологи интерпретируют эти показатели как причину резкого увеличения общей способности обработки информации префронтальной коры головного мозга человека.
Мозг человека потребляет около 20 % всей энергии организма, хотя составляет лишь 2 % от массы тела.
В настоящее время взаимно дополняют друг друга две концепции относительно эволюции высших когнитивных способностей у людей в сравнении с другими млекопитающими. Одна из этих концепций может быть названа «теорией непрерывности» в том смысле, что более высокие когнитивные способности людей и их нейробиологическая основа являются результатом общих эволюционных тенденций, обнаруженных у позвоночных, млекопитающих и в частности приматов. Эти тенденции привели к увеличению абсолютного и относительного размера мозга и к пропорциональному увеличению кортикального и, в итоге, лобного коркового объема. Таким образом, наибольшее количество кортикальных нейронов (особенно в лобной доле), наиболее эффективная их связность, обнаруживаются у людей.
Вторая концепция была названа мозаичной эволюцией мозга. В ходе эволюции человеческого мозга имели место специфические изменения, особенно в отношении префронтальной («предлобной») коры. Префронтальная кора стала непропорционально большой. Увеличение белого вещества, то есть длины аксонов и толщины миелиновой оболочки между префронтальной и височной корой, включая образование гиппокампа, с одной стороны, и префронтальной коры и полосатого тела – с другой привело к более высоким когнитивным и исполнительным/двигательным способностям.
Средняя масса мозга человека составляет около 1400 г, что примерно в 3 раза больше, чем у шимпанзе (400–500 г). При этом разница в размерах тела не так велика. Большой размер мозга, особенно неокортекса, позволяет человеку обрабатывать более сложную информацию и выполнять уникальные когнитивные функции.
У человека лобные доли, особенно префронтальная кора, значительно больше и сложнее по сравнению с другими приматами. Эти области отвечают за высшие когнитивные функции, такие как планирование, принятие решений, контроль импульсов, абстрактное мышление, социальное познание и язык.
Мозг человека обладает выраженной асимметрией полушарий (латерализация), то есть специализацией левого и правого полушарий на различных функциях. Например, у большинства людей левое полушарие доминирует в языковых функциях. У приматов латерализация выражена в меньшей степени.
У человека значительно более развиты области мозга, связанные с речью и языком, такие как зона Брока и зона Вернике. Это позволяет осваивать и использовать сложные языковые системы, что является уникальной способностью.
Мозг человека отличается высокой плотностью и сложностью нейронных связей, особенно в ассоциативных зонах коры. Это лежит в основе способности к обобщению, абстрагированию, символическому мышлению и воображению.
