Величина мозга прямо пропорциональна интеллекту животных
Как сурикаты сломали гипотезу социального мозга, какие животные лучше всех открывают задвижки, а также зависит ли уровень интеллекта от объема головного мозга — на эти и другие вопросы отвечает отдел науки «Газеты.Ru».В мире животных масса мозга варьируется от 9 кг у кашалота до 0,00028 г у муравья. В большинстве случаев масса головного мозга пропорциональна размеру тела, однако из этого правила есть ряд исключений: так, мозг людей и дельфинов достаточно велик по сравнению с телом, а мозг китов и бегемотов относительно мал. Гипотеза о том, что размер мозга коррелирует с уровнем интеллекта, существовала давно, и биологи на протяжении многих лет пытаются ее доказать — например, было обнаружено, что чем крупнее мозг птицы, тем лучше она приспосабливается к окружающей среде.
Мужчины не умнее женщин
Стереотипы о том, что мужчины умнее женщин, а мужской мозг больше и лучше женского, опровергнуты…
19 ноября 17:33
Группа американских исследователей выясняла, действительно ли головастые животные обладают особым интеллектом, помогающим им решать сложные задачи.
Наиболее продуманным биологи считают поведение хищников — в частности, коллективная охота требует четкого распределения обязанностей внутри стаи.
Именно поэтому плотоядные животные стали идеальным объектом для исследования связи между размером мозга и способностью искать оптимальные решения проблем в различных ситуациях.
В эксперименте участвовали 140 особей 39 различных видов, среди которых были белые медведи, песцы, тигры, речные выдры, пятнистые гиены, панды, снежные барсы и росомахи. Каждый зверь должен был открыть замок-задвижку на металлической коробке, внутри которой лежала еда: бамбук — для панды, мясо — для тигров. На решение задачи у хищников было 30 минут. За это время 49 особей 23 видов (35% от всех участников эксперимента) успешно справились с заданием.
close
100%
Наибольшего успеха достигли представители семейств медвежьих (участвовавшие в опыте медведи разных видов достали еду в 70% случаев), енотовых (в 54% случаев) и куньих (47% выполнения).
Неудачнее всего выступили сурикаты и мангусты — они ни разу не смогли открыть задвижку.
В целом же — если не принимать во внимание уникальный случай медведей, которые обладают большим по отношению к телу мозгом, — крупные животные справились с заданием хуже, чем мелкие.
Человек безмозглый
Неизвестный ранее вид низкорослых людей найден в южноафриканской пещере. Они имели небольшой мозг и…
10 сентября 14:59
Исследователи решили исключить другие факторы, которые могли повлиять на успешность выполнения задания. Например, на способность открыть задвижку может влиять ловкость — качество, свойственное енотовидным и приматам, — однако доказательств этой теории получено не было.
Далее биологи предположили, что размеры конкретных областей мозга влияют на интеллект животных больше, чем общий объем мозга. Чтобы проверить это, ученые использовали виртуальные эндокранные слепки (слепки внутренней полости черепной коробки) 17 видов плотоядных для измерения объема четырех областей головного мозга, однако это ни к чему не привело — теория также была не доказана.
Еще одна гипотеза состояла в том, что
на интеллект животных может влиять сложность их социальной организации: так, гиены живут в кланах со строгой иерархией, а сурикаты объединяются в колонии.
Результаты работы, однако, показали, что «структура общества» животных никак не влияет на их интеллект. Проделав это масштабное исследование, ученые пришли к выводу: на способность животных решать сложные задачи действительно влияет общий объем головного мозга.
Смени мозг и начни новую жизнь
Ум, настроение и удовлетворение жизнью зависят от того, насколько активно разные области мозга общаются…
30 сентября 15:42
Одна из авторов исследования Кэй Хоулкамп (Университет штата Мичиган) поясняет: «Среди ученых, изучающих приматов, популярна так называемая гипотеза социального мозга, утверждающая, что увеличение объема мозга — результат эволюционного процесса, направленного на борьбу с проблемами в социальной сфере. Согласно этой гипотезе, появление интеллекта у животных должно помочь им реагировать на поведение сородичей и даже манипулировать их действиями.
Если гипотеза социального мозга верна, то можно было бы ожидать, что виды, которые живут в больших социальных группах, будут умнее. Как бы то ни было,
мы не нашли никаких доказательств того, что гипотеза социального мозга верна: размер социальной группы не влияет на способность животного решать сложные задачи».
Таким образом американским биологам удалось опровергнуть гипотезу социального мозга, которая ставилась под сомнение и раньше. Гипотеза социального мозга впервые была предложена британским антропологом Робином Данбаром. Именно он первым предположил, что человеческий интеллект развивался в первую очередь как средство для создания и поддержания большой социальной группы. А когда группа сформировалась, ее члены, в свою очередь, начинают отдавать преимущество более умным особям, и благодаря этому интеллект развивается еще сильнее. Данбар также утверждал, что количество социальных связей, которые может поддерживать живое существо, напрямую зависит от размера его неокортекса — коры головного мозга.
Это утверждение проверить достаточно просто, и биологи уже указывали на то, что, например, сурикаты общаются с гораздо большим количеством сородичей, чем, согласно концепции Данбара, должен позволять размер их мозга.
Ученые выяснили почему мозг человека больше, чем у обезьян
Человеческий мозг скрывает в себе секретов не меньше, чем Вселенная. Вот только Вселенная бесконечна и расширяется с ускорением, а размер мозга едва ли может сравниться с самым маленьким астероидом, что вращается между Марсом и Юпитером. В среднем мозг здорового человека весит от 1300 до 1400 граммов, что составляет примерно 2% от веса человеческого тела. Конечно, в истории встречались люди, чей мозг весил больше или меньше, как например в случае с Иваном Тургеневым и Анатолем Франсом – мозг первого весил чуть больше двух килограммов, а мозг второго едва достигал 1000 граммов. Оба писателя при этом были умны и талантливы. Интересно, что по своей структуре человеческий мозг похож на мозг других млекопитающих, вот только он значительно больше по отношению к размеру тела, чем мозг любого другого животного.
И недавно британским ученым наконец удалось понять почему.
Ученым из Кембриджского университета удалось вырастить органоиды мозга человека и гориллы и сравнить их раннее развитие.
Имеет ли размер значение?
По отношению к размеру тела человеческий мозг огромен – он примерно в шесть раз больше, чем у других млекопитающих и поглощает 20 процентов энергетических потребностей организма. Согласно эволюционной теории, для создания и поддержания чего-то столь дорогостоящего, должна быть очень веская причина. Но какая она? Нужны ли были нашим предкам большие умственные способности, чтобы, например, находить и хранить пищу? Или, быть может, причина кроется в сложностях с общением со сверстниками или и вовсе, в работе генов?
У животных соотношение между размером мозга и размером тела может являться более точным показателем ума. Но у Homo Sapiens все иначе.
В прошлом ученые пытались найти ответ на эти и другие вопросы, в основном анализируя корреляции, например, как размер мозга соотносится с размером социальных групп у обезьян и наших ископаемых предков.
Например, в исследовании 2018 года, опубликованном в журнале Nature, шотландские ученые с помощью компьютерного моделирования пришли к выводу, что чем больше ментальные потребности, то тем больше мозг.
Мозг человека больше, чем у дельфина, шимпанзе, африканского льва и других млекопитающих.
Но не все эксперты согласны с такой точкой зрения. Некоторые специалисты полагают, что причина, по которой у нас с вами такой большой мозг кроется в появлении языка. Другие же считают, что свою роль в развитии человеческого мозга играют гены и сложные молекулярные процессы. Истина, как это часто бывает, вероятно, где-то посередине.
Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram, чтобы не пропустить ничего интересного!
Зачем нам большой мозг?
Драматическое различие между размером мозга человека и нашего ближайшего живого родственника шимпанзе можно проследить вплоть до того момента, когда сапиенсы отделились от общего с шимпанзе и другими человекообразными обезьянами предка.
Результаты исследования, недавно опубликованного в журнале Cell показывают, как именно в процессе своего развития человеческий мозг становился таким большим.
Ученые из Лаборатории молекулярной биологии Кембриджского университета собрали нейроны гориллы, шимпанзе и человека и перепрограммировали их таким образом, чтобы они напоминали клетки эмбрионов, то есть индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (иПКС). Эти стволовые клетки позже были выращены в органоиды мозга, которые по сути представляют собой крошечные развивающиеся мозги.
«Мы обманули эти клетки и заставили их «думать», что они вновь эмбриональные», — сообщила ведущий автор исследования Мэдлин Ланкастер в интервью The Guardian.
В возрасте пяти недель органоиды человеческого мозга (слева) намного больше, чем у гориллы (вверху справа) и шимпанзе (внизу справа).
Читайте также: Как длительное пребывание в изоляции влияет на мозг и тело?
Как пишут авторы научной работы, за два дня им стало ясно, что органоиды человеческого мозга выросли намного больше, чем у других обезьян – к пяти неделям органоиды мозга Homo Sapiens были примерно в два раза больше, а их размер в поперечнике достигал около четырех миллиметров.
Самое поразительное, однако, заключается в том, что ученым удалось обнаружить ранее неизвестный науке молекулярный переключатель – основным элементом которого является ген под названием ZEB2. Именно он контролирует рост мозга, активируясь на более поздней стадии, чем во время аналогичных процессов в мозге приматов. Это позволяет нейронам в мозге человека активнее делиться до наступления зрелого возраста и, вероятно, делает нас теми, кто мы есть.
Самое главное различие между нами и другими обезьянами заключается в том, насколько невероятно велик наш мозг.
Это интересно: Похожа ли Вселенная на мозг?
Чтобы убедиться, что действительно ZEB2 ответственен за рост мозга, исследователи в ходе экспериментов попытались искусственно задержать активацию гена ZEB2 в клетках мозговой ткани гориллы и ускорить ее в человеческих нейронах. В результате мозговая ткань горилл разрослась больше, чем обычно, а человеческая ткань, наоборот, росла медленнее.
Ученые отмечают, что относительно простое эволюционное изменение формы клеток может иметь серьезные последствия в эволюции мозга.
БиологияМозг человекаНаучные исследования
Как человеческий мозг стал таким большим?
За последний миллион лет эволюции наш мозг значительно увеличился в размерах и усложнился, что привело к исключительным когнитивным способностям человеческого вида. Это увеличение мозга в значительной степени связано с увеличением количества нейронов в коре головного мозга, внешней части мозга. Поскольку наш геном примерно на 99% совпадает с геномом нашего ближайшего живого родственника, шимпанзе, перед учеными остается сложной задачей определить, какие специфичные для человека генные изменения могут лежать в основе уникальных аспектов эволюции человеческого мозга.
От предков к новым генам через дупликацию
Одной из движущих сил эволюции является появление новых генов путем дупликации: наследственный ген дублируется, и его копия превращается в родственный, так называемый «паралогический» ген.
В геноме человека было обнаружено несколько десятков «человеческих» генов, но их роль часто оставалась неизвестной. Многие из этих генов считаются нефункциональными или избыточными и даже не аннотированы должным образом в базах данных геномов.
Копаем в темной материи генома человека
Поиск специфических для человека генов, участвующих в развитии мозга, оказался сложной задачей.
Одной из основных трудностей является различение экспрессии генов предков, присутствующих у всех видов, и генов, специфичных для человека, поскольку они очень похожи. Группа исследователей использовала специализированное секвенирование РНК для обнаружения генов, специфичных для человека, и таким образом определила целый репертуар дуплицированных генов, которые участвуют в развитии коры головного мозга у людей.
Среди них они сосредоточились на генах Notch3NL, недавно эволюционировавших генах, обнаруженных только в геноме человека, но происходящих от древних генов Notch. Гены Notch контролируют эволюционно старый межклеточный сигнальный механизм, который играет ключевую роль в развитии, включая мозг. Учитывая важность пути Notch во время нейрогенеза, Pierre Vanderhaeghen и его команда предположили, что гены NOTCh3NL могут действовать как видоспецифичные регуляторы размера мозга. Примечательно, что они обнаружили, что Notch3NL может расширять стволовые клетки коры головного мозга человека и тем самым увеличивать количество корковых нейронов.
Исследование нарушений развития мозга
Причиной этой гипотезы также является расположение этих генов: на первой хромосоме, в области, которая ранее была связана с изменениями размера мозга, связанными с болезнями, такими как микро- и макроцефалия. Американские ученые во главе с Дэвидом Хаусслером проанализировали ДНК пациентов с этими состояниями и пришли к выводу, что происхождение этих состояний действительно соответствует области, где расположены гены NOTCh3NL.
В совокупности наше исследование и исследование наших коллег в США указывают на избирательный репертуар специфических для человека дупликаций генов, которые могут действовать как ключевые регуляторы размера и функции человеческого мозга: меньшее количество копий NOTCh3NL приведет к уменьшению размера мозга, в то время как большее количество копий приведет к увеличению размера мозга. Интересно, что в той же области генома содержится несколько других генов, специфичных для человека, функция которых неизвестна.
Будет интересно посмотреть, контролируют ли они другие аспекты развития человеческого мозга », — заключает Вандерхаген.
Сегодняшние открытия еще больше раскрывают тайны эволюции человека, что также имеет важные последствия для лучшего понимания заболеваний человеческого мозга.
Проект развития молодежи
Установка сцены — подростковый возраст
Ограничения «мозга подростка» широко освещались в средствах массовой информации, помогая родителям, учителям и другим людям понять, почему подросткам может быть трудно соответствовать нашим ожиданиям и требованиям в управлении эмоциями, управлении рисками, реагировании на отношения и вовлечении в сложную школьную работу или работу. В раннем и среднем подростковом возрасте мозг претерпевает значительный рост и сокращение, перемещаясь, как правило, из задних областей коры головного мозга в передние.
Изменения в молодости
В то время как молодые люди достигают нового уровня сложности мышления и регуляции эмоций, их мозг претерпевает изменения именно в тех областях, которые связаны с этими функциями.
Хотя невозможно определить причину и следствие, мозг и поведение меняются параллельно.
- Префронтальная кора: Наиболее широко изучаемые изменения в юношеском возрасте происходят в префронтальной коре, области за лбом, связанной с планированием, решением проблем и выполнением связанных с ними задач. Как минимум две вещи влияют на эффективность его функционирования:
- миелинизация: нервные волокна в большей степени покрыты миелином, веществом, которое изолирует их, чтобы сигналы могли передаваться более эффективно, и
- обрезание синапсов: «заплата шиповника» соединений, образующихся в результате роста нервов, обрезается, что позволяет оставшимся более эффективно передавать сигналы.
- Связи между областями: В то же время префронтальная кора более полно и эффективно взаимодействует с другими частями мозга, включая те, которые особенно связаны с эмоциями и импульсами, так что все области мозга могут лучше участвовать в планировании и решении проблем.
- «Руководительский пакет»: Группа функций, сосредоточенных в префронтальной коре, иногда называется «управленческим пакетом», включая калибровку риска и вознаграждения, решение проблем, расстановку приоритетов, обдумывание наперед, самооценку, долгосрочное планирование и регулирование эмоций. (См. Мерлина Дональда, Дэниела Китинга и других в разделе «Справочники».) Дело не в том, что эти задачи нельзя выполнить до юношеского возраста, а в том, что это требует меньше усилий и, следовательно, с большей вероятностью будет выполнено.
20 лет и старше
Согласно последним данным, человеческий мозг не достигает полной зрелости, по крайней мере, до середины 20-летнего возраста. (См. J. Giedd в References.) Специфические изменения, которые следуют за взрослой жизнью, еще недостаточно изучены, но известно, что они связаны с усилением миелинизации и продолжающимся добавлением и сокращением нейронов. По мнению ряда исследователей, «компании по аренде автомобилей правы».