Средний объем мозга наших предков за два миллиона лет (от ранних Homo до современных людей) увеличился втрое. Столь быстрое разрастание дорогостоящего органа (большой мозг потребляет много калорий, затрудняет роды и увеличивает нагрузку на родителей) говорит о том, что увеличение мозга почему-то стало давать нашим предкам значительное преимущество, с лихвой превосходящее все затраты. Природа этого преимущества остается предметом жарких дискуссий (см.: Размер мозга коррелирует с общительностью, «Элементы», 04.07.2011). Какой-то вклад могло внести и снижение затрат (см.: Хорошее питание — залог большого ума, «Элементы», 25.06.2007).
Еще одна загадка человеческого мозга связана с изменчивостью. Сильный отбор в пользу мозговитых особей, по идее, должен был обеспечить всех людей одинаково большими мозгами. Факты, однако, говорят об обратном. У Homo sapiens, как и у всех вымерших видов рода Homo, этот признак чрезвычайно изменчив. Два современных человека могут различаться по объему мозга вдвое, оставаясь при этом в пределах нормы по интеллекту и прочим способностям, для которых предположительно нужен большой мозг. Положительная корреляция между объемом мозга и интеллектом у современных людей есть, но слабая и нестрогая.
Причины сохранения изменчивости в принципе могут быть самыми разными (см.: Почему половой отбор не может обеспечить всех баранов большими рогами, «Элементы», 07.10.2013). Чтобы в них разобраться, для начала нужно понять природу наблюдаемой изменчивости. Один из ключевых вопросов можно сформулировать так: отличается ли большой человеческий мозг от маленького чем-то еще, кроме размера? Например, пропорциями частей?
Нейробиологи из США, Великобритании и Канады попытались ответить на этот вопрос, изучив детальные трехмерные изображения мозга 2904 людей возрастом от 5 до 25 лет, полученные при помощи структурной магнитно-резонансной томографии. Для сравнительного анализа пропорций использовались сложные статистические методы. На поверхность неокортекса накладывалась координатная сетка, включающая около 80 000 опорных точек. По расстояниям между этими точками, отнесенным к общей площади неокортекса, можно с большой точностью оценивать и сравнивать относительные размеры областей коры у разных индивидов. При анализе данных были сделаны необходимые поправки на пол и возраст, так что эти факторы не влияли на получаемый результат.
В итоге для каждого фрагмента неокортекса удалось рассчитать, как связан его относительный размер с абсолютным размером коры. Результаты показаны на рис. 1. Выяснилось, что индивидуальная изменчивость по размеру мозга сопряжена со вполне определенными, статистически достоверными и воспроизводящимися в разных выборках изменениями пропорций участков коры. Одни участки (на рис. 1 они показаны белым цветом) имеют одинаковый относительный размер у людей с большим и маленьким мозгом. Другие — крупнее у людей с большим мозгом, то есть «растут с опережением» (они выделены красным). Третьи, наоборот, у мозговитых особей имеют меньший относительный размер, чем у людей с небольшим мозгом (показаны синим).
Области «положительного масштабирования» (те, что относительно крупнее в больших мозгах) расположены в основном в префронтальной, височно-теменной(см.: Temporoparietal junction) и медиальной теменной коре. Области отрицательного масштабирования приурочены к лимбическим, первичным зрительным и первичным сенсомоторным отделам коры.
Эти выводы выдержали разнообразные статистические проверки на достоверность. Кроме того, авторы дополнительно рассмотрели независимый массив данных по 1113 людям из проекта Human Connectome Project, который обсчитывался и анализировался другими методами, но результаты получились такие же.
Неравномерное масштабирование характерно не только для неокортекса, но и для подкорковых отделов. Авторы проанализировали пять подкорковых структур: гиппокамп, миндалину, таламус, стриатум и паллидум. Там тоже выявилась пестрая картина: например, головка гиппокампа и медиальная миндалина оказались «красными», а хвост гиппокампа и латеральная миндалина — «синими». По сравнению с неокортексом в подкорковых областях намного больше «синего». В целом по мере увеличения мозга относительный размер подкорковых отделов уменьшается, а неокортекса — растет.
Для каждого индивида можно рассчитать «индекс масштабирования», поделив суммарную площадь красных участков коры на рис. 1, С на площадь синих. Как и следовало ожидать, между индексом масштабирования и общей площадью коры имеется строгая положительная корреляция. Иными словами, чем больше кора, тем сильнее выражено относительное увеличение красных областей и уменьшение синих.
Авторы сопоставили индекс масштабирования с данными по IQ, имеющимися для одной из изученных выборок (1531 человек). Между двумя показателями обнаружилась слабая положительная корреляция, объясняющая примерно 1% вариабельности по IQ. Корреляция, однако, исчезла после внесения поправки на общую площадь коры, которая сама по себе коррелирует с IQ намного сильнее, объясняя 5% вариабельности по «коэффициенту интеллекта». Таким образом, в очередной раз подтвердилось существование положительной связи между размером коры и IQ. Степень масштабирования тесно связана с размером коры и поэтому тоже коррелирует с IQ, однако какого-либо самостоятельного влияния масштабирования на IQ обнаружить не удалось. Авторы подчеркивают, что в дальнейшем нужно будет исследовать связь масштабирования с разными другими показателями мозговых функций, а не только с IQ.
Ранее было показано, что изменения пропорций неокортекса, происходящие у людей в индивидуальном развитии, удивительно похожи на те, что имели место в ходе антропогенеза (J. Hill et al., 2010. Similar patterns of cortical expansion during human development and evolution). Иными словами, те отделы, которые у взрослых людей относительно крупнее, чем у новорожденных, в ходе эволюции тоже росли с опережением. В этом исследовании «предковое состояние» изображал мозг макака резуса, что можно считать оправданным упрощением, ведь у австралопитеков и хабилисов невозможно точно измерить пропорции участков коры (эндокраныископаемых черепов дают лишь крайне приблизительные и ненадежные оценки, совершенно несравнимые с нынешними возможностями магнитно-резонансной томографии).
Исследователи сравнили данные по индивидуальной изменчивости пропорций коры с онтогенетическими и эволюционными изменениями. Оказалось, что во всех трех случаях наблюдается очень похожая картина. Участки, которые у людей с большим мозгом имеют больший относительный размер (по сравнению с людьми того же возраста, но с маленьким мозгом), в онтогенезе тоже растут с опережением, и они же сильнее других увеличены у людей по сравнению с макаками.
Читать далее.
Комментарии:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв