Как в процессе эволюции менялся человеческий мозг
Происхождение человеческого мозга относится к главным загадкам эволюции и к одной из наиболее дискуссионных тем в биологической науке. Почему в какой-то момент времени эволюция поддержала развитие мозга у одной из ветвей приматов? Почему мозг так стремительно вырос за столь короткий период? И почему в течение 30 000 лет мозг Homo sapiens постоянно теряет в весе?
Чтобы ответить на эти вопросы, придется обратиться к интересным метаморфозам, происходившим с древнейшими предками человечества миллионы лет назад. До появления человека эволюция совершалась традиционным способом. «Топливо» эволюции — полиморфизм, вариабельность, изменчивость внутри одного вида. Если внешние условия обитания не изменялись, признаки вида сохранялись более-менее консервативно, если же условия претерпевали изменения, то полиморфизм позволял выжить тем существам, у которых оказывались более пригодные для изменившихся условий качества.
А вот когда изменчивость признаков не перекрывала изменившихся условий, популяция вымирала. Естественный отбор — это вечное противостояние множественности признаков и давления среды. Сумели животные отыскать себе еду — хорошо, не сумели — вымерли. Есть возможность размножаться — хорошо, нет — все опять же вымерли.
Лобная доля, ставшая морфологической основой человеческого интеллекта, изначально имела задачу торможения животных инстинктов.
Только благодаря любной доле человек способен отказаться от еды, поделившись ею с ближним и поддержав тем самым отношения внутри социума. И этому есть одно простое доказательство.
Все знают, что некоторые дамы, слишком сильно озабоченные похудением, стараются есть как можно меньше, и при достижении веса около 40 кг у них нередко начинается болезнь под названием анорексия. Больных анорексией заставить есть практически невозможно, и современная медицина бессильна помочь этим несчастным. В итоге эти женщины безвременно уходят из жизни. Зато лет 60 назад, когда медицина была не столь гуманной, больным анорексией вводили острый скальпель в нижнюю часть височной области и отсекали лобную долю.
Через некоторое время у пациенток восстанавливался аппетит и менструальный цикл и они возвращались к нормальной жизни. Ну или почти нормальной. Та часть мозга, которая вопреки животным инстинктам давала нам возможность отказаться от еды, переставала работать и мысль о неприятии еды человека больше не посещала.
Лобная доля поддерживала общественные связи у древних гоминид. Кто оказывался не способен делиться едой, того съедали самого или изгоняли. Поэтому всего за несколько миллионов лет лобные области мозга очень быстро выросли и однажды стали основой разума.
Человек — естественная часть природы, и долгое время эволюция человеческого мозга шла по тем же биологическим законам. Шла она не то чтобы очень быстро, да и само появление приматов (около 65 млн лет назад) нельзя считать какой-то вершиной эволюции — это не что иное, как приспособление млекопитающих к жизни на деревьях. Настоящая человеческая история в обезьяньем мире началась в тот момент, когда возникли необычные условия, то есть та самая переходная среда, которая в корне изменила характер эволюции человеческого мозга.
Понятно, что ни с того ни с сего столь серьезные перемены, приведшие в конечном итоге к появлению homo sapiens, произойти не могли. Чтобы объяснить причину этих революционных преобразований, масса теоретиков склоняется к разным формам так называемой речесоциально-трудовой теории. Дескать, человек стал общаться, стал трудиться, и тогда мозг начал радикальным образом меняться. Однако эта теория не выдерживает даже поверхностной критики. Сейчас известно много видов животных, использующих орудия, системы сложных коммуникаций и развитую структуру сообществ, но это так и не привело к появлению крупного мозга. Так что же произошло?
Рай находился в Африке
Судя по всему, архетип человеческого мозга сформировался в определенной уникальной среде в результате длительного биологического процесса. В какой-то момент времени, примерно 15 млн лет назад, на востоке Африки сложились очень благоприятные условия для жизни любых млекопитающих. Тогда в субтропиках или в тропиках, в полузатопленных местах, в неглубоких проточных водоемах в огромных количествах размножались какие-то вкусные и питательные животные — беспозвоночные или рыбы.
На этих существах паразитировало огромное количество птиц и других животных. Среди последних и оказались наши далекие предки — тогда они были чуть поменьше современных шимпанзе. И в наши дни в Норвегии можно увидеть, как во время нереста сельди медведи заходят на задних лапах вводу и, стоя там по грудь, черпают лапами икру и едят ее, пока не насытятся. Вот и нашим предкам достаточно было войти в воду и слегка почерпать лапками, чтобы наесться.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Такой полуводный образ жизни, кстати, хорошо объясняет происхождение двуногости. Понятно, что чем дальше животное может зайти в воду, тем больше оно сможет собрать там пищи. Но заходить на глубину на четвереньках неудобно, поэтому и норвежские медведи, и многие современные приматы вступают в воду, стоя на двух ногах. При этом передвижение на двух ногах освободило передние конечности, которые тоже пригодились. Поскольку, как уже говорилось, водные животные стали обильной пищей птицам, последние активно размножались, а значит, несли яйца.
Чтобы доставать яйца из гнезд и употреблять в пищу, предкам человека нужны были руки.
Если фрукты для лазящих животных легкодоступны, то получение белковой пищи дается приматам с большим трудом. В погоне за мясом современные обезьяны охотятся даже на других обезьян. А вот в «африканском раю», сложившемся 15 млн лет назад, с высококачественной белковой пищей у тогдашних приматов не было никаких проблем: икра и птичьи яйца находились почти на расстоянии вытянутой руки. Все это привело к формированию группы животных, практически выпавших из системы отбора: зачем меняться, если условия среды близки к райским? Однако, как известно, при избытке пищи животных вообще ничего не интересует, кроме размножения. Обилие еды, таким образом, усилило конкуренцию при размножении и, как следствие, стало причиной гонки за доминантность.
Мысль изреченная есть ложь
Одним из последствий сложившейся ситуации стала речь, которая, по-видимому, зародилась как раз в «райский» период.
По сути дела, речь возникла как форма обмана, а обман был эффективен и тогда, и в наши дни.Итак, пока в райских условиях пищи хватало с лихвой, естественный отбор практически не действовал, работал разве что половой отбор, о котором говорил Дарвин. Все изменилось тогда, когда изменились места нереста водных животных, сформировавших эту переходную среду. И примерно 5 млн лет назад бедные антропоиды остались у разбитого корыта. Пища исчезла. Что у наших предков было в активе? Зубы, которые уже стали почти человеческими? Этими зубами даже ничего толком откусить нельзя. Они были гиперспециализированы под качественную и легко пережевываемую белковую пищу. Есть и другие объяснения возникновению человеческих зубов — некоторые антропологи считают, что они трансформировались тогда, когда антропоиды слезли с деревьев и ушли в полубуш, чтобы вырывать из земли и поедать корешки. Но мало того что на зубах человека нет никаких следов их якобы использования для перетирания корешков — не понятно и то, зачем было слезать с деревьев и отказываться от плодов в пользу корнеплодов.
Вопреки распространенным взглядам, интеллект сам по себе в современном обществе никаких особых преимуществ не дает. Любая умственная деятельность лишь тогда приносит результаты, когда имеет под собой биологическую «подложку», три главных стимула – еда, размножение, доминантность. Без стимулов мозгу работается тяжело. Мозг является энергозависимой системой, и он настроен на то, чтобы ничего не делать. Ведь даже пока человек расслаблен, мозг, составляющий 1/50 веса тела, потребляет 9% энергии организма. Как только мы задумываемся, энергопотребление повышается до 25% энергии. Четверть от всего, что мы вдохнули, съели и выпили. Поэтому мозг поощряет безделье и получение благ без умственных затрат. Неожиданно свалившиеся деньги, ужин в ресторане за чужой счет, приятный подарок – все это наполняет нас светлой радостью. Это мозг насытил кровь серотонином – «гормоном счастья», лишь на одну аминогруппу отличающимся по химическому составу от ЛСД. Но если мы решили заработать честным интеллектуальным трудом и напрягли мозг, он проявляет недовольство и начинает вырабатывать совсем другие вещества.
Что там зубы — у вышедших из «рая» предков человека не было ни когтей, ни быстрых ловких ног, ни шерсти, которая исчезла, видимо, благодаря полуводной среде обитания. С таким печальным наследством большая часть антропоидов, конечно же, вымерла, но остальные стали использовать единственный свой ресурс, на который не действовал отбор, — мозг. Тут-то и началась биологическая эволюция человека.
Ишь ты какой умник!
И она пошла по очень интересному пути. Когда разные группы австралопитеков занялись поиском пищи, на них впервые стал действовать биологический отбор. И тогда они стали объединяться в большие группы и утрачивать те биологические качества, которые позволяют выживать отдельным животным.
Теперь отбор благоприятствовал лишь тем, кто мог существовать в группе. Они-то и выживали, размножались и переносили геном в следующие поколения. А кто не мог — из такой группы элиминировался. Мы и сейчас видим это на примерах человеческих общностей, которые ради сохранения среднего уровня отношений отбрасывают как «корешки», так и «вершки», то есть избавляются как от социопатов, так и от самых способных и талантливых. В общностях австралопитеков этот процесс шел полным ходом, и принудительная элиминация самых буйных и самых умных привела к миграциям с прародины человечества — Африки.
Если разложить по этапам историю миграции человека из Африки, то получается следующая картинка: асоциальные и наиболее интеллектуальные особи мигрировали, создавали новую оседлую группу, и в этой оседлой группе мозг оказывался в среднем больше, чем у членов исходной группы. Затем новая группа становилась более социально стабильной, а всех, кто разрушал стабильность, — опять «вышибали», они опять мигрировали и образовывали за счет высокого полиморфизма новую группу.
И при каждой следующей миграции мозг чуть-чуть увеличивался. Сначала группы «изгоев» путешествовали по Африке. Представители homo erectus уже заселили Евразию. Все это время мозг продолжал расти. Если мы посмотрим на антропогенез в той его части, где он хорошо палеонтологически и археологически представлен, то окажется, что на протяжении эволюции каждого вида гоминид мозг непрерывно увеличивался. В частности, у homo erectus он первоначально весил около 900 г, но постепенно вырос до 1200 г.
Альтруистический интеллект
Получается, что в стабильной социальной группе любых ранних и поздних гоминид действовал непреложный закон искусственного отбора. И именно в этом заключена квинтэссенция эволюции мозга человека.
Никакой эволюции и естественного отбора не хватило бы, чтобы всего за 4,5 млн лет наш мозг проделал путь от мозга шимпанзе к мозгу homo sapiens. Но если происходит селекция по социальному принципу, эволюция невероятно ускоряется.
Вот вопрос: что трудно отнять даже у любимой собаки? Конечно, вкусную еду — кусок колбасы или косточку. В животном мире пищей не принято делиться — наоборот, животные стараются отнять еду друг у друга любым способом. Украл — значит, наелся, наелся — значит, получил преимущество в размножении. В человеческом же социуме едой принято делиться. И вот, как выяснилось, нижняя часть лобной области человеческого мозга потребовалась нам для того, чтобы мы могли отказаться от пищи. Иными словами, лобная область, считающаяся морфологической основой интеллекта, исторически развивалась не для того, чтобы думать о высоком или играть в шахматы. Не было в те далекие времена ни «высокого», ни шахмат. Главной задачей этой части мозга стало торможение животных инстинктов. Ибо только делясь едой, можно было поддержать взаимодействие и общение в группе.
Плод пирровой победы
Человечество расселялось по планете, наращивая объем мозга, и наконец на историческую сцену вышли две крупные группы — неандертальцы и кроманьонцы.
У представителей обеих групп мозг достиг огромного размера — 1560−1600 г. Однако при том что мозг по массе был одинаков, стратегия поведения и результаты отбора оказались разные. Неандертальцы были мощными, сильными, умными существами, которые селились очень маленькими семьями. Они придумывали орудия и вообще, возможно, были более интеллектуальными, чем homo sapiens sapiens. Но отбор, связанный с поддержанием бесконфликтных ситуаций в группах, на них не действовал. А кроманьонцы, похоже, были туповатыми, ограниченными, но их мозг прошел больший путь социализации. Жестокий отбор приспособил их к общественному образу жизни. Каков же оказался результат конкуренции? Когда на трех жуков нападает банда муравьев, она их уничтожает. Примерно так же кроманьонцы расправились с неандертальцами. И дальше мы, сапиенсы, пожали печальные плоды своей победы. 30 000 лет назад социальный отбор, который тогда, в условиях конкуренции, требовал колоссальных усилий со стороны сапиенсов, прекратился. И ситуация вернулась в каком-то смысле к началу пути: ускорился отбор людей по социальной адаптированности, только теперь отдельные слишком умные «изгои» не могли повлиять на ситуацию — общество стало слишком большим.
А безынициативные особи с посредственными данными, способные к плодотворному общению и коллективным действиям, получали преимущество. Кто мог выполнять правила игры в группе, какими бы они ни были идиотскими, получал возможность размножиться и перенести геном в следующее поколение. Кто нарушал правила — тот не размножался. Так мозг постепенно и уменьшился с 1600 до 1300 г. и надо сказать, что подобный регресс не наблюдался ни у одного вида за всю историю гоминид.
Есть ли у мозга шансы на биологический прогресс? Скорее всего нет, по крайней мере до тех пор, пока действие биологического отбора будет подменяться искусственным социальным отбором. Преференции получают наиболее общественно адаптированные люди, а наличие маленького мозга в большинстве случаев им не мешает.
Автор — доктор биологических наук, профессор, руководитель отдела эмбриологии НИИ морфологии человека РАМН
«Взломать» мозг человека: скорее фантазия, чем реальность
Хотя за последние десятилетия нейронауки продвинулись далеко вперед, в том числе благодаря появлению нейрокомпьютерных интерфейсов, возможности их не безграничны.
Мозг, устроенный несравнимо сложнее любой машины, еще не раскрыл всех своих секретов.
Р. Дуглас Филдс
Член Американской ассоциации содействия развитию науки, внештатный преподаватель Мэрилендского университета (США), автор недавно вышедшей книги «Электрический мозг» (Electric brain, 2020) о мозговых волнах, нейрокомпьютерных интерфейсах и стимуляции мозга
В 2016 году американский Государственный департамент объявил, что сотрудники посольства США в Гаване, Куба, подверглись нейроатаке, в результате которой получили травматические повреждения головного мозга. Были проведены расследования, однако доказательств использования оружия направленной энергии какого-либо типа обнаружено не было. Тем не менее, эти различные повреждения мозга продолжают называть «гаванским синдромом».
Идея о том, что разум человека можно контролировать посредством вживленных в мозг электродов либо проникающих сквозь черепную коробку электромагнитных, звуковых или лазерных лучей не нова.
В 1950-х и 1960-х годах благодаря достижениям в области электроники у нейробиологов появилась возможность проводить эксперименты на животных и людях, чей мозг стали стимулировать с помощью электродов с целью определения того, как он управляет нашим поведением. Известные нейробиологи даже высказывались за использование радиостимуляции мозга для коррекции девиантного поведения. Во время холодной войны исследователи в области психологии и психофармакологии пытались разработать методы лишения человека собственной воли, однако страхи относительно «промывания мозгов» рассеялись, когда стало понятно, что такого рода контроль над сознанием является лишь фантазией.
Как у Оруэлла
Сегодня, в связи с развитием нейронаук в последние годы, снова возникают опасения по поводу возможности манипулирования сознанием и нейрооружия. Некоторые достижения действительно впечатляют. Так, электроэнцефалограмма (ЭЭГ) и функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) могут использоваться для выявления мыслей, эмоций и намерений человека.
Нейрокомпьютерные интерфейсы позволяют управлять протезами посредством считывания сигналов мозга, а благодаря использованию электродов можно заставить мозг чувствовать определенные ощущения, эмоции, и даже восстанавливать зачатки зрения у слепых людей.
Манипулировать разумом физически и технически невозможно
Не так давно ученым даже удалось организовать сеанс, в ходе которого два человека играли в видеоигры посредством телепатии. Их мысли и непроизвольные реакции считывались компьютерами, способными определять, передавать и генерировать электрическую активность в мозге.
Все эти эксперименты — реальность. Тем не менее, ученые признают, что манипулировать разумом с помощью электростимуляции физически и технически невозможно. «Сможет ли беспринципный диктатор, сидя перед радиопередатчиком, воздействовать на глубинные зоны мозга своих безнадежно порабощенных подданных? Такая перспектива в духе Оруэлла могла бы стать хорошим сюжетом для романа, однако, к счастью, она находится за пределами теоретических и практических возможностей электрической стимуляции мозга», — писал еще в 1969 году испанский нейрофизиолог Хосе Мануэль Родригес Дельгадо в своей книге «Физический контроль над разумом.
Путь к психоцивилизованному обществу» (англ. Physical Control of the Mind. Toward a Psychocivilized Society).
С тех пор прошло уже полвека, однако это утверждение по-прежнему верно. Чем больше ученые изучают человеческий мозг, тем больше убеждаются в его чрезвычайной сложности. И даже сегодня специалисты не понимают, как информация кодируется и обрабатывается в нейронных сетях. Поэтому, вопреки фантазиям, мозг невозможно «прочитать» и еще более немыслимо «вписать» туда какую-либо информацию.
Сложнейшие нейронные сети
Несомненно, интерфейсы «мозг — компьютер» могут распознавать схемы передачи нервных импульсов, связанные с определенными функциями, подобно тому, как алгоритмы интернет-платформы Amazon предугадывают наши литературные и кинопредпочтения посредством обработки огромных объемов данных. Но от испытуемого требуется неимоверное количество повторений и огромная вовлеченность в эксперимент, чтобы компьютер мог проанализировать полученную с помощью электродов, ЭЭГ или фМРТ информацию о нейронной активности и определить, какая серия нервных импульсов связана, например, с намерением пошевелить пальцем.
Этот процесс можно сравнить с тем, как мы учимся машинально переключать передачи в автомобиле в зависимости от изменения звука двигателя. Для функционирования подобных интерфейсов требуется, чтобы мозг методом проб и ошибок научился генерировать особые последовательности нейронных импульсов с целью выполнения компьютером определенного действия.
Точно так же невозможно ввести информацию в мозг. Просто потому, что мы не умеем этого делать. И даже если бы мы умели кодировать информацию и переводить ее на понятный нейронам «язык», мы не знали бы, какой из миллиардов нейронов необходимо стимулировать, чтобы активировать желаемую функцию. Ученые могут определить, на какой отдел головного мозга нужно оказывать воздействие, но не на какой нейрон. Кроме того, нейрон, отвечающий за определенную функцию, может находиться в разных частях мозга у разных людей. Наконец, стимулирования одного нейрона было бы недостаточно для того, чтобы контролировать поведение человека, поскольку в основе работы мозга лежит согласованное функционирование сложных групп нейронов, каждая из которых состоит из сотен или даже тысяч нервных клеток.
Однако одновременно стимулировать большие группы нейронов, чтобы диктовать человеку определенное поведение и управлять его сознанием, представляется невозможным.
Как мы уже сказали, использованию нейрокомпьютерных интерфейсов предшествует обучение, требующее от пользователя полной вовлеченности и многократных повторений. Ученые предполагают, что это вызывает неестественные ощущения, которые мозг, благодаря своей поразительной способности к обучению и приспособлению, учится распознавать, а затем использовать, например, для управления протезом или, у незрячего человека, для интерпретации вспышек света, вызванных стимуляцией его зрительной коры. Все это пока еще очень далеко от фантазий о скрытом манипулировании нашими мыслями.
Сами по себе достижения в области нейронаук проблемой не являются. Беспокойство вызывает то, как они будут использоваться
Боязнь неизвестного
Тем не менее, мы не знаем, что готовит нам будущее. Возможности искусственного интеллекта и алгоритмов обработки данных растут в геометрической прогрессии.
Быстрое развитие знаний в конечном итоге может привести к лучшему пониманию того, как работает человеческий мозг, и позволить разработать методы для изменения его функций.
Сами по себе эти достижения проблемой не являются. Беспокойство вызывает то, как они будут использоваться. Почти все свои открытия и изобретения, от атома до вирусов, человек превращает в оружие. С самого начала своей истории Homo sapiens, похоже, постоянно колеблется между насилием и сотрудничеством с себе подобными. Ярким примером этого служит сеть Интернет. Будучи источником положительных изменений в обществе, в руках некоторых людей она становится инструментом разжигания ненависти и насилия. Увы, нет причин думать, что нейронауки станут исключением из этого правила.
На сегодняшний день ничто не указывает на существование методов управления нашим сознанием, как нет и доказательств того, что ощущение «тумана в голове», характеризующее «гаванский синдром», вызвано нейрооружием.
Несмотря на небывалое освещение данного явления в СМИ, важно соотнести эту потенциальную угрозу, реальность которой не доказана, с настоящими опасностями, грозящими человечеству.
Страх, который вызывает в нас мысль о контроле над сознанием, — ничто в сравнении с мощью существующего боевого оружия, с жестокостью допросов, пыток и других проявлений варварства, которые представляют собой настоящую угрозу. Мы принадлежим к биологическому виду, который считает перспективу «гарантированного взаимного уничтожения» с помощью ядерного оружия логичной и оправданной. Это — ужасающая реальность, которая может наступить вследствие простого нажатия кнопки, и с ней не могут сравниться страхи, подпитываемые лишь фантазией.
Рука, которая видит, «Курьер ЮНЕСКО», июль-сентябрь 2018 г.
Разум или материя, «Курьер ЮНЕСКО», июль-август 2001 г. (русскоязычная версия отсутствует)
Меняющийся облик наук о жизни, Курьер ЮНЕСКО, март 1988 г. (русскоязычная версия отсутствует)
***
Подпишитесь на «Курьер ЮНЕСКО» и узнавайте о новых выпусках первыми. Подписка на электронную версию 100% бесплатна.
«Курьер ЮНЕСКО» в социальных сетях: Twitter, Facebook, Instagram
Эволюция человеческого мозга – YourGenome
В процессе эволюции мозг претерпел ряд замечательных изменений.
Самый примитивный мозг представляет собой не более чем скопление клеток, сгруппированных вместе в передней части организма. Эти клетки обрабатывают информацию, поступающую от органов чувств, также расположенных в голове.
У людей самый большой мозг по сравнению с размером тела среди всех живых существ.
Со временем мозг эволюционировал. Мозг позвоночных животных развился как по размеру, так и по сложности. У людей самый большой мозг по отношению к размеру тела среди всех живых существ, но и самый сложный. Различные области мозга стали специализированными с отличительными структурами и функциями. Например, мозжечок участвует в движении и координации, тогда как кора головного мозга участвует в памяти, языке и сознании.
Поведение может влиять на успех вида, поэтому оно сформировалось в ходе эволюции.
Понимая, как развивался человеческий мозг, исследователи надеются определить биологическую основу поведения, которое отличает людей от других животных.
Поведение может влиять на успех вида, поэтому разумно предположить, что человеческое поведение сформировалось в результате эволюции. Понимание биологии мозга также может пролить свет на многие состояния, связанные с человеческим поведением, такие как депрессия, аутизм и шизофрения.
Размер мозга и интеллект
Человеческий мозг примерно в четыре раза больше, чем мозг шимпанзе, и примерно в 15 раз больше, чем мозг мыши.
Если вы поместите мозг мыши, мозг шимпанзе и человеческий мозг рядом друг с другом и сравните их, может показаться очевидным, почему у этих видов разные интеллектуальные способности. Человеческий мозг примерно в четыре раза больше, чем у шимпанзе, и примерно в 15 раз больше, чем у мыши. Даже с учетом различий в размерах тела люди обладают необычно большим мозгом.
Больше не всегда лучше
Но размер — это еще не все. Исследования показали, что между размером мозга и интеллектом у людей нет особенно сильной связи.
Это еще больше усиливается, когда мы сравниваем человеческий мозг с мозгом неандертальца. Поскольку сегодня неандертальских мозгов не существует, ученым приходится изучать внутреннюю часть ископаемых черепов, чтобы понять, какой мозг был внутри. Мозг неандертальца был таким же большим, как наш, даже больше.
Черепа современных людей, хотя в целом больше, чем у наших более ранних предков, также отличаются по форме. Это говорит о том, что современный мозг имеет менее фиксированную форму, чем мозг более ранних людей, и на протяжении всей жизни на него могут влиять факторы окружающей среды или генетические факторы (это называется пластичностью).
Есть несколько интересных различий, если сравнить характер роста мозга у людей и у шимпанзе, наших ближайших ныне живущих родственников. Оба мозга неуклонно растут в течение первых нескольких лет, но форма человеческого мозга значительно меняется в течение первого года жизни. В течение этого периода развивающийся мозг будет собирать информацию из окружающей среды, предоставляя возможность внешнему миру формировать растущие нейронные цепи.
Анализ черепа ребенка-неандертальца показал, что его модели роста были больше похожи на шимпанзе, чем на современных людей. Это говорит о том, что, хотя мозг современных людей и неандертальцев достиг одинакового размера во взрослом возрасте, это было достигнуто за счет разных моделей роста в разных областях мозга.
Основным фактором, ограничивающим размер человеческого мозга, является тазовый пояс, который (у женщин) должен бороться с необходимостью рождения ребенка с большой головой. Люди эволюционировали, чтобы продлить период роста мозга, включив в него период после рождения. Эта тонкая разница в раннем развитии могла иметь большое значение для нашего выживания.
Язык и развитие мозга
Язык, вероятно, является ключевой характеристикой, отличающей нас от других животных. Благодаря нашим сложным языковым навыкам мы можем быстро и эффективно передавать информацию другим представителям нашего вида. Мы можем координировать то, что мы делаем, и планировать действия, вещи, которые дали бы большое преимущество на раннем этапе нашей эволюции.
Чтобы понять, что кто-то говорит, нам нужно распознать его речь и передать эту информацию в мозг.
Язык сложен, и мы только начинаем понимать его различные компоненты. Например, мы должны рассмотреть сенсорные аспекты языка. Чтобы понять, что кто-то говорит, нам нужно распознать его речь и передать эту информацию в мозг. Затем мозг должен обработать эти сигналы, чтобы понять их смысл. Частям нашего мозга приходится иметь дело с синтаксисом (как порядок слов влияет на значение) и семантикой (что на самом деле означают слова).
Память также очень важна, так как нам нужно помнить, что означают слова. Кроме того, существует целая система вокализации, которая участвует в разработке того, что мы хотим сказать, и в том, чтобы убедиться, что мы произносим это четко, координируя мышцы для создания правильных звуков.
Некоторые птицы — талантливые мимики, но с птицей майна не заговоришь!
Изучение языка путем сравнения различных видов затруднено, потому что никакие другие животные не могут приблизиться к нашим языковым способностям.
Некоторые птицы — талантливые мимики, но с птицей майна не заговоришь! Даже когда наши ближайшие родственники, шимпанзе, воспитываются в человеческих семьях, они никогда не приобретают навыков вербальной речи. Хотя шимпанзе могут научиться понимать наш язык и использовать «графические» символы, они не проявляют особой склонности сообщать что-либо, кроме основной информации, такой как просьбы о еде. Люди, напротив, кажутся компульсивными коммуникаторами.
Главный ген языка?
Возможно, самое глубокое понимание эволюции языка было получено благодаря работе над геном FOXP2 . Этот ген играет ключевую роль в языке и вокализации и позволяет нам исследовать изменения, лежащие в основе эволюции сложного языка.
Ген FOXP2 был впервые обнаружен Саймоном Фишером, Энтони Монако и их коллегами из Оксфордского университета в 2001 году. Они обнаружили этот ген в ходе изучения образцов ДНК семьи с характерными языковыми трудностями. Около 15 членов семьи в трех поколениях прекрасно понимали произносимые слова, но с трудом могли связать слова вместе, чтобы сформировать ответ.
Паттерн, по которому это состояние было унаследовано, предполагал, что это было доминирующим состоянием с одним геном (одной копии измененного гена было достаточно, чтобы нарушить их общие языковые способности). Исследователи определили область генома, которая, вероятно, содержит пораженный ген, но не смогли определить конкретную генную мутацию в этой области.
Затем им повезло в виде еще одного неродственного ребенка с очень похожими симптомами. Глядя на ДНК этого ребенка, они обнаружили хромосомную перестройку, которая прорезала ген в той области ДНК, где, как они подозревали, находился мутировавший ген. Этот ген был FOXP2 . После секвенирования гена FOXP2 в семье они обнаружили специфическую мутацию в гене, которая была общей для всех пораженных членов семьи. Это подтвердило важность FOXP2 на человеческом языке.
Мутации в гене FOXP2 влияют на часть мозга, отвечающую за развитие речи.
Саймон и его коллеги охарактеризовали FOXP2 как «главный контроллер», регулирующий активность множества различных генов в нескольких областях мозга.
Одна из ключевых ролей заключается в росте нервных клеток и связях, которые они создают с другими нервными клетками во время обучения и развития. Мутации в 9Ген 0061 FOXP2 влияет на часть мозга, отвечающую за развитие речи, что приводит к языковым проблемам, наблюдаемым в этой семье.
Эволюция FOXP2
Ген FOXP2 высоко консервативен между видами. Это означает, что ген имеет очень похожую последовательность ДНК у разных видов, что позволяет предположить, что он не сильно изменился с течением времени. Белок FOXP2 у мыши отличается от человеческого только тремя аминокислотами. Версия шимпанзе отличается от версии человека только двумя аминокислотами. Эти два изменения в аминокислотах могут быть ключевыми этапами в эволюции языка у людей.
Как эти небольшие изменения в последовательности влияют на функциональность белка FOXP2? Исследования на мышах показывают, что изменение мышиной версии гена FOXP2 для того, чтобы иметь ту же последовательность, что и у человека, имеет лишь незначительные эффекты.
Примечательно, что получившиеся детеныши мышей в основном нормальны, но демонстрируют тонкие изменения в частоте их высоких вокализаций. У них также обнаруживаются характерные изменения в проводке в определенных частях мозга.
Из этих исследований ученые пришли к выводу, что FOXP2 участвует в способности мозга запоминать последовательности движений. У людей это выражается в сложных мышечных движениях, необходимых для воспроизведения звуков речи, тогда как у других видов они могут играть другую роль, координируя другие движения.
FOXP2 регулирует многие другие гены в организме, и эволюция, по-видимому, также благоприятствовала их подмножеству, особенно у европейцев. Гены, регулируемые FOXP2, важны не только для развития мозга, но также играют важную роль в репродукции и иммунитете человека.
FOXP2 и неандертальцы
Возможно, неандертальцы обладали некоторыми способностями к речи и общению.
Неандертальцев в целом характеризовали как крупный звероподобный вид с небольшим интеллектуальным, социальным или культурным развитием или вообще без него.
Однако тот факт, что у них были одинаковые FOXP2 гена современных людей предполагает, что неандертальцы могли иметь некоторую способность к речи и общению.
Различные доказательства помогли создать картину того, как неандертальцы могли жить и общаться. Археологические данные предполагают, что они, вероятно, жили небольшими группами и из-за своих высоких энергетических потребностей проводили большую часть своего времени на охоте.
Маловероятно, что неандертальцы создали социальные группы, связанные эффективным общением. Вероятно, это связано с тем, что им не хватало ключевых умственных способностей, необходимых для создания и поддержания социальных групп. Рекурсивное мышление (думание о мышлении), теория разума (оценка того, что происходит в чужой голове) и подавление импульсивных реакций (способность контролировать импульсы) — все это важные элементы успешного социального взаимодействия. Интересно, что черепно-мозговая травма и нарушения развития, такие как аутизм, могут нарушать эти способности и социальные навыки у людей.
Эти данные свидетельствуют о том, что мозг неандертальца, возможно, не был приспособлен для эффективной коммуникации и дипломатических навыков. С ними было бы очень трудно ужиться! Мозг неандертальца, вероятно, был лучше приспособлен для того, чтобы максимизировать их зрительные способности. Они использовали бы свои негабаритные глаза и большой мозг, чтобы выжить и охотиться в условиях низкой освещенности в Европе. Это ограничило бы пространство, доступное в мозгу для развития систем, необходимых для общения и социальных взаимодействий. Тем не менее, их меньшие социальные области мозга могли позволить им создавать более мелкие социальные сети, которые, возможно, повысили их шансы на выживание в суровых европейских условиях.
Неврология для детей — развитие мозга
Развитие мозга
Мозг растет в
удивительная скорость во время разработки. Иногда в процессе развития мозга 250 000 нейронов добавляются каждую минуту! Мозг
продолжает расти в течение нескольких лет после рождения человека.
Мозг достигает
около 80% своего взрослого размера, когда человеку около 2 лет.
Вы можете задаться вопросом: «Как мозг продолжает расти, если мозг сколько нейронов он получит, когда родится?». Ответ кроется в глиальных клетках. Глия продолжает делиться и умножить. Глия выполняет множество важных функций для нормального мозга. функцию, включая изоляцию нервных клеток миелином. Нейроны в. мозг также создает много новых связей после рождения.
Мозг в процессе развития
Нервная система развивается из эмбриональной ткани, называемой эктодерма . Первый признак развивающейся нервной
системой является нервная пластинка , которую можно увидеть примерно на
16-й день разработки. В течение следующих нескольких дней в
нервная пластинка — это создает нервную бороздку . Посредством
21-й день разработки, нервная трубка образуется при смыкании краев нервной борозды. Ростральный (передний)
часть нервных трубок развивается в головной мозг, а остальная часть
нервная трубка развивается в спинной мозг.
Клетки нервного гребня становятся
периферическая нервная система.
На переднем конце нервной трубки расположены три основные области мозга. образованы: прозэнцефалон (передний мозг), мезэнцефалон (средний мозг) и ромбэнцефалон (задний мозг). К 7-й неделе развития эти три области снова разделяются. Этот процесс называется энцефализация .
Средняя масса мозга (МТ)
ВОЗРАСТ МТ - мужчина (граммы) МТ - женщина (граммы) ---------------------- ------------------ ------------------ Новорожденный 380 360 1 год 970 940 2 года 1 120 1 040 3 года 1 270 1 090 10-12 лет 1 440 1 260 19-21 год 1 450 1 310 56-60 лет 1 370 1 250 81-85 лет 1 310 1 170
(Данные Декабана А.С. и Садовского Д., Изменения в весе мозга в течение жизни человека: соотношение мозга массы тела к росту и массе тела, Ann. Неврология , 4:345-356, 1978)
Вес мозга
Верхний график слева показывает вес мозга
самцы и самки в разном возрасте.