Den mänskliga hjärnan - principerna för dess arbete, kapacitet, gränser för fysiologisk och mental stress - är fortfarande ett stort mysterium för forskare. Trots alla framgångar i sin studie kan forskare ännu inte förklara hur vi tänker, förstå mekanismerna för medvetande och självmedvetande. Den ackumulerade kunskapen om hjärnans arbete räcker emellertid för att motbevisa några av de vanliga myterna om det.
Ett avundsjuk folk var smartare än oss?
Den genomsnittliga hjärnvolymen för en modern person är cirka 1400 kubikcentimeter, vilket är ett ganska stort värde för vår kroppsstorlek. Mannen har vuxit en stor hjärna för sig själv under utvecklingen - antropogenes. $ CUT $ Våra apa-liknande förfäder, som inte hade stora klor och tänder, stammade från träd och flyttade till liv i öppna utrymmen, började utveckla hjärnan. Även om denna utveckling inte omedelbart gick snabbt - i Australopithecus förändrade hjärnvolymen (cirka 500 kubikcentimeter) praktiskt taget inte på sex miljoner år. Hoppet i ökningen skedde för två och en halv miljon år sedan.
I tidiga Homo sapiens har hjärnan redan vuxit markant - i Homo erectus (Homo erectus) sträcker sig volymen från 900 till 1200 kubikcentimeter (detta täcks av den moderna mänskliga hjärnans räckvidd). Neandertalarna hade en mycket stor hjärna - 1400-1740 kubikcentimeter, vilket i genomsnitt är mer än vårt. Tidiga Homo sapiens på Europas territorium - Cro-Magnons - ansluter oss helt enkelt till bältet med deras hjärna: 1600-1800 kubikcentimeter (även om Cro-Magnons var höga - 180-190 centimeter, och antropologer finner en direkt koppling mellan hjärnans storlek och höjd).
Hjärnan i mänsklig evolution ökade inte bara utan förändrades också i förhållandet mellan olika delar. Paleoanthropologer undersöker hjärnan hos fossila hominider från en skallebesättning - en endokran som visar den relativa storleken på loberna. Den främre lob utvecklades snabbast, vilket är förknippat med tänkande, medvetande, utseendet på tal (Brocas zon). Utvecklingen av parietalben åtföljdes av en förbättring av känsligheten, syntes av information från olika sinnen och finmotorik hos fingrarna. Den temporala loben stödde utvecklingen av hörseln och tillhandahöll ljudspråk (Wernickes zon). Så till exempel i erectus växte hjärnan i bredd, den occipitala loben och hjärnan ökade, men den främre loben förblev låg och smal. Och i neandertalarna, i deras mycket stora hjärna, var frontal- och parietallober relativt dåligt utvecklade (jämfört med occipitalen). I Cro-Magnons blev hjärnan mycket högre (på grund av en ökning av frontala och parietala lober) och fick en sfärisk form.
Så, våra förfäder hjärnan växte och växte, men paradoxalt nog, för cirka 20 tusen år sedan, började den motsatta trenden: hjärnan började gradvis minska. Så moderna människor har en mindre genomsnittlig hjärnstorlek än neandertalar och Cro-Magnons. Vad är anledningen?
Kampanjvideo:
Antropologens åsikt
Antropolog Stanislav Drobyshevsky (docent vid institutionen för antropologi, fakulteten för biologi, Moskva statsuniversitetet) svarar:”Det finns två svar på denna fråga: den ena gillar alla, den andra är korrekt. Den första är att hjärnans storlek inte är direkt relaterad till intelligens, och strukturen hos neandertalarna och Cro-Magnons var enklare än vår, men den tekniska ofullständigheten kompenserades av den stora storleken, och det förmodligen inte helt. I verkligheten vet vi absolut ingenting om den neurala strukturen i hjärnan hos forntida människor, så ett sådant svar är fullständiga spekulationer, som tröstar moderns föreställning. Det andra svaret är mer verkligt: forntida människor var smartare.
De var tvungna att lösa ett gäng överlevnadsproblem och tänka mycket snabbt, till skillnad från oss, till vilka allt presenteras på ett silverfat och till och med tuggas, och det finns ingen anledning att rusa någonstans. Forntida människor var generalister - var och en höll i sitt huvud en fullständig uppsättning information som behövs för att överleva i alla situationer, plus det måste finnas förmågan att reaktivt tänka i oförutsedda situationer. Vi har också en specialisering: alla känner till en liten bit av sin information, och om något händer - "kontakta en specialist".
Neurovetenskaplig åsikt
Sergei Savelyev, Chef för laboratoriet för utveckling av nervsystemet vid Institutet för mänsklig morfologi vid den ryska akademin för medicinska vetenskaper:”Detta beror på att det finns ett konstgjort urval i den mänskliga befolkningen, som syftar till att sänka individuell variation och målinriktat urval av mycket socialiserad medelmåttighet. Och att förstöra för smarta och sociala individer. En sådan gemenskap är mer hanterbar, den består av mer förutsägbara människor, vilket alltid är fördelaktigt. Samtidigt offrade samhället lugnens patogener till förmån för icke-konflikt och stabilitet. Tidigare ätdes de helt enkelt och senare fördes de ur samhället. Det är på grund av detta, från min synvinkel, på grund av migrationen av de smartaste utvisningarna, och mänsklighetens omplacering började. Och i stillasittande,I konservativa och mer socialiserade grupper fanns det ett doldt val för att konsolidera några av de mest bekväma och gynnsamma beteendeegenskaperna för att upprätthålla samhället. Beteendeval ledde till hjärnkrympning.
NEANDERTHALENS HJÄRN OVERSIKAR FRÅN VÅR EN EN UTVECKLINGSFAS
Resultaten från neandertalbarn ger en möjlighet att spåra hur deras stora hjärnor utvecklades. Forskare från Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology i Leipzig, tillsammans med sina franska kollegor, har rekonstruerat den jämförande hjärnutvecklingen av Neanderthal och Homo sapiens. Först utförde forskare datortomografi av skalan hos 58 moderna människor. Och sedan gjorde de samma sak och placerade dödskallarna från nio neandertalare i olika åldrar i tomografen.
Även om storleken på en skalan på en neandertal är inte mindre än vår, skiljer de sig i form väsentligt. Men hos nyfödda av båda arterna är hjärnboxen nästan densamma - i ett neandertal är det ganska lite mer långsträckt. Och sedan avviker utvecklingsvägarna. Hos en modern person, under perioden från frånvaro av tänder till en ofullständig uppsättning av förändringar, förändras inte bara storleken utan också formen på hjärnboxen - det blir mer sfärisk. Och sedan ökar den bara i storlek, men förändras nästan inte i form. Biologer har beslutat att detta är en viktig process för hjärnformning som neandertalarna saknar. Formen på skallen hos deras nyfödda, ungdomar och vuxna är nästan densamma. Den totala skillnaden är i ett kritiskt steg omedelbart efter födseln. Förmodligen tror forskare,en sådan märkbar formförändring åtföljs av en omvandling av hjärnans inre struktur och utvecklingen av ett neuralt nätverk, vilket skapar förutsättningar för utveckling av intelligens. Forskare har publicerat en artikel om utvecklingen av hjärnan hos olika mänskliga arter i tidskriften Current Biology.
MYT 1. DEN STORT HJÄRNEN ÄR, DEN SMARTARE DET ÄR
Hjärnstorlekar varierar ganska mycket bland moderna människor också. Så det är känt att Ivan Turgenevs hjärna vägde 2012 gram och Anatole Frankrikes var nästan en hel kilo mindre - 1017 gram. Men detta betyder inte alls att Turgenev var dubbelt så smart som Anatole Frankrike. Dessutom registrerades att ägaren till den tyngsta hjärnan - 2900 gram - var psykiskt retarderad.
Eftersom den viktigaste delen av hjärnan är nervceller eller nervceller (de bildar gråmaterialet) kan det antas att ju större hjärnan är, desto fler neuroner innehåller den. Och ju fler neuroner, desto bättre fungerar de. Men i hjärnan finns det inte bara nervceller, utan även gliaceller (de har en stödjande funktion, styr migrationen av neuroner, förser dem med näringsämnen, och enligt senaste data deltar de också i informationsprocesser). Dessutom bildas en del av hjärnmassan av vit substans, som består av ledande fibrer. Det vill säga det finns en koppling mellan storleken på hjärnan och antalet neuroner, men inte en direkt. Och det finns uppenbarligen ingen koppling mellan hjärnstorlek och intelligens.
MYT 2. NERVECELLER ÅTERINTERAR INTE
Eftersom neuroner inte delar sig har det länge trott att bildandet av nya nervceller endast sker under embryonisk utveckling. Forskare upptäckte att det inte var så för några år sedan. Det visade sig att i hjärnorna hos vuxna laboratorieråttor och -möss finns det zoner där nya neuroner föds - neurogenes. Deras källa är stamceller från nervvävnad (neurala stamceller). Det konstaterades senare att människor också har sådana zoner. Forskning har visat att nya neuroner aktivt växer kontakter med andra celler och är involverade i lärande och minne. Låt oss upprepa: hos vuxna djur och människor.
Vidare började forskare att studera vilka yttre faktorer som kan påverka födelsen av neuroner. Och det visade sig att neurogenesen förbättras med intensivt lärande, med anrikning av miljöförhållanden och med fysisk aktivitet. Och den mest kraftfulla faktorn som hämmar neurogenesen var stress. Tja, den här processen avtar med åldern. Vad som är sant för laboratoriedjur kan i detta fall överföras helt till människor. Observationer och studier på människor bekräftar dessutom detta. Det vill säga, för att förbättra bildandet av nya nervceller, måste du träna hjärnan, lära dig nya färdigheter, komma ihåg mer information, diversifiera ditt liv med nya upplevelser och leda en fysiskt aktiv livsstil. I ålderdom leder detta till samma effekt som under yngre år. Men stress för födelsen av nya nervceller är förstörande.
Hjärnan kan pumpas upp på ett löpband
En studie som leds av ett internationellt forskargrupp och publicerades i tidskriften PNAS har visat att aerob träning (löpband) i ålderdom bygger upp hippocampus, ett område i hjärnan som är mycket viktigt för minne och rumsligt lärande. Dess volym bestämdes i en magnetisk resonansbild. Det antas att med åldern krymper hippocampus med en hastighet av 1-2% per år. Experter tror att denna atrofi av hippocampus är direkt relaterad till åldersrelaterad försvagning av minnet. Så, hos äldre personer som var engagerade på ett löpband under ett år, minskade volymen av hippocampus inte bara, utan ökade till och med och förbättrade rymdminnet jämfört med kontrollgruppen. Anledningen är återigen i att stimulera bildandet av nya neuroner.
Stress skadar hjärnan. Intressanta återvinningar
Barndomen stress är särskilt dåligt för hjärnan. Konsekvenserna påverkar en vuxens psyk, beteende och intellektuella förmåga. Men det finns ett sätt att kompensera de skadliga effekterna av tidig stress. Som israeliska forskare har visat på laboratorieråttor kan du hjälpa till om du berikar offrets livsmiljö. Stress förstör hjärnan genom hormoner, som inkluderar kortikosteroider som produceras i binjurarna, såväl som hypofys- och sköldkörtelhormoner. Deras ökade nivå orsakar förändringar i dendritter - korta processer av nervceller, minskar synaptisk plasticitet, speciellt i hippocampus, bromsar bildningen av nya nervceller i dentatyrus i hippocampus, och så vidare. Sådana störningar under utvecklingen av hjärnan går inte obemärkt.
Experter från Institute for the Study of Affective Neuroscience, University of Haifa, delade laboratorieråttor i tre grupper. Den ena utsattes för tre dagar stress i ung ålder, den andra placerades i en anrikad miljö efter stress, den tredje lämnades som kontroll. Råttor, som var tvungna att leva i en anrikad miljö, flyttades till en stor bur, där det fanns många intressanta föremål: plastlådor, cylindrar, tunnlar, plattformar och hjul för att köra.
Vid testning visade råttor från stressgruppen ökad rädsla och minskad nyfikenhet och lärde sig värre.
De hade en minskad motivation att utforska en ny miljö, som kan jämföras med förlusten av intresse för livet, vilket ofta händer hos en person i ett depressionstillstånd. Men att befinna sig i en anrikad miljö kompenserade för alla stressinducerade beteendestörningar.
Forskare föreslår att berikande av miljön skyddar hjärnan från stress av flera skäl: det stimulerar produktionen av proteiner - nervtillväxtfaktorer, aktiverar neurotransmitter-system och gynnar bildandet av nya nervceller. De publicerade resultaten i tidningen PLoS ONE. Dessa resultat är mest direkt relaterade till föräldralösa barn vars barndom tillbringades på ett barnhem. Endast ett intressant och händelserikt liv, som adoptivföräldrarna kommer att försöka skapa för dem, hjälper till att jämna ut den svåra livserfarenheten.
MYT 3. MENSLIGA HJÄRNAR ARBETAR PÅ 10/6/5/2%
Denna idé var mycket utbredd fram till nyligen. Vanligtvis citerades det som skälen att hjärnan har en latent potential som vi inte använder. Men moderna forskningsmetoder stöder inte denna avhandling. "Det uppstod från det faktum att när vi lärde oss att registrera den elektriska aktiviteten för enskilda neuroner visade det sig att väldigt få av alla neuroner vid mätpunkten är aktiva vid en viss tidpunkt," säger Olga Svarnik, chef för laboratoriet för systemisk neurofysiologi och neurala gränssnitt i NBIK-centret i det ryska forskningscentret Kurchatovsky institut ".
Det finns cirka 1012 neuroner i hjärnan (antalet förädlas ständigt), och de är väldigt specialiserade: vissa är elektriskt aktiva medan de går, andra - medan de löser ett matematiskt problem, andra - under ett kärleksdatum, etc. Det är svårt att föreställa sig vad som skulle hända om de plötsligt beslutar att tjäna pengar på samma gång! "Precis som vi inte kan förverkliga all vår upplevelse på samma gång, det vill säga, vi kan inte samtidigt köra en bil, hoppa rep, läsa och så vidare," förklarar Olga Svarnik, "så gör alla våra nervceller kan inte och bör inte vara aktivt samtidigt. Men detta betyder inte att vi inte använder hjärnan hundra procent."
"Detta uppfanns av de psykologer som själva använder hjärnan med två procent," påstår Sergei Saveliev kategoriskt i en intervju med en reporter. - Hjärnan kan bara användas helt, ingenting kan stängas av i den. Enligt fysiologiska lagar kan hjärnan inte fungera mindre än hälften, för även om vi inte tänker, upprätthålls en konstant ämnesomsättning i nervceller. Och när en person börjar arbeta intensivt med huvudet, för att lösa vissa problem, börjar hjärnan att konsumera nästan dubbelt så mycket energi. Allt annat är fiktion. Och inga hjärnor kan utbildas för att intensifiera deras arbete tiofaldigt."
MYT 4. ALLA ÅTGÄRDER svarar på sin del av hjärnan
Faktum är att i cortex hos de mänskliga hjärnhalvorna skiljer neurovetenskapsmän zoner förknippade med alla sinnen: syn, hörsel, lukt, beröring, smak, samt associerande zoner där information bearbetas och syntetiseras. Och magnetisk resonansavbildning (MRI) registrerar aktiviteten i vissa områden under olika aktiviteter. Men hjärnkartan är inte absolut, och det finns växande bevis för att saker är mycket mer komplicerade. Till exempel är inte bara det välkända Brocas område och Wernickes område involverat i talprocessen, utan också andra delar av hjärnan. Och cerebellum, som alltid har förknippats med koordination av rörelse, är involverat i en mängd olika hjärnaktiviteter.
Med frågan om det finns specialisering i hjärnan vände “Detaljer om världen” sig till Olga Svarnik:”Det finns en specialisering i hjärnan på nivån av nervceller, och det är ganska konstant,” svarade specialisten. - Men det är svårare att skilja specialisering på strukturnivå, eftersom helt olika neuroner kan ligga sida vid sida. Vi kan prata om en ansamling av nervceller, till exempel kolumner, vi kan prata om segment av neuroner som aktiveras i samma ögonblick, men det är omöjligt att verkligen välja några stora områden som är vanliga att lyfta fram. MR reflekterar aktiviteten i blodflödet, men inte arbetet med enskilda neuroner. Antagligen, från bilderna som erhållits av MRI, kan vi berätta var, mer eller mindre troligt, en eller annan specialisering av neuroner kan hittas. Men det verkar fel för mig att säga att någon zon är ansvarig för något."
MYT 5. HJÄRNEN ÄR EN DATOR
Enligt Olga Svarnik är jämförelse av hjärnan med en dator inget annat än en metafor:”Vi kan fantasera att det finns vissa algoritmer i hjärnan, att en person har hört information och gör något. Men att säga att våra hjärnor fungerar på detta sätt skulle vara fel. Till skillnad från en dator finns det inga funktionella block i hjärnan. Exempelvis anses hippocampus vara en struktur som ansvarar för minne och rumslig orientering. Men neuroner i hippocampus beter sig annorlunda, de har olika specialiseringar, de fungerar inte som en helhet."
Och här är vad vetenskapens biolog och populariserare Alexander Marko tycker om samma fråga (Institute of Paleontology, RAS):”I en dator har alla signaler som utbyts av element i logiska kretsar samma karaktär - elektriska, och dessa signaler kan bara tas emot av en av två värden - 0 eller 1. Överföring av information i hjärnan är inte baserad på en binär kod, utan snarare på en ternär. Om den spännande signalen är korrelerad med en, och dess frånvaro med noll, kan den hämmande signalen jämföras med minus en. Men i själva verket använder hjärnan flera dussin typer av kemiska signaler - det är precis som om dussintals olika elektriska strömmar användes i en dator … Och nollor och sådana kan ha dussintals olika, säger, färger.
Den viktigaste skillnaden är att ledningsförmågan hos varje enskild synapse … kan variera beroende på omständigheterna. Den här egenskapen kallas synaptisk plasticitet. Det finns en mer radikal skillnad mellan hjärnan och en elektronisk dator. I en dator lagras huvudmängden inte i processorns logiska elektroniska kretsar, utan separat, i speciella lagringsenheter. Det finns inga områden i hjärnan som är specifikt avsedda för långvarig lagring av minnen. Allt minne är inspelat i samma struktur för interna synaptiska anslutningar, som samtidigt är en grandios databehandlingsenhet - en analog av en processor."
