Паоло Бартоломео – Достижения мозга. Как этот орган стал самой сложной и влиятельной частью тела человека (страница 2)

Дело в том, что после продолжавшегося в течение 2 миллионов лет роста мозг уменьшился и от объема 1 550 см³, который был у наших предков кроманьонцев, за последние 20 000 лет он сократился до нынешних 1 350 см³. Следует отметить, что самый крупный мозг, который был у живших по всей Евразии в период с 120 000 по 35 000 гг. до н. э. наших предков – неандертальцев (он доходил до 1 680 см³), не спас их от вымирания (рисунок 2). Для самых крупных мозгов Homo sapiens находится место в ограниченном пространстве черепной коробки благодаря одной уловке эволюции: вместо того, чтобы постепенно вытягиваться, как это происходит у других животных, они сохраняют до взрослого возраста округлую форму черепа новорожденного (в эволюционной биологии такое постоянство называется «педоморфизм»).

1. Эволюция объема мозга у гоминидов//S. Condemi и F. Savatier, Dernières nouvelles de Sapiens, 2-е дополненное издание, Flammarion, 2021

2. Сравнение среднего объема мозга человека неандертальского, наших предков – кроманьонцев и современного человека

Питание – ключевой фактор в развитии мозга

Внутриматочное развитие центральной нервной системы у человека проходит через несколько основных этапов. Как и у всех позвоночных, эмбрион развивается из трех зародышевых листков (от внутреннего к наружному: эндодерма, мезодерма, эктодерма). Центральная нервная система образуется из эктодермы, которая на третьей неделе после зачатия утолщается и складывается в нервную пластинку, а та, в свою очередь, сворачиваясь, формирует нервную трубку (рисунок 3). Затем эта трубка сегментируется, и ее передняя часть образует три мозговых пузыря, которые дифференцируются для формирования структур мозга (рисунок 4). В конце этого сложного цикла мозг покрывают шесть слоев коры больших полушарий, которая есть только у млекопитающих.

3. Первая стадия развития примитивной нервной системы у эмбриона

4. Формирование мозга у человека из нервной трубки от пятой недели до рождения

У взрослого человека площадь этих слоев достигает 2,6 кв. м! Они вмещаются в черепную коробку только благодаря плотной укладке, чем и объясняются многочисленные извилистые складки головного мозга человека, именуемые мозговыми извилинами.

У большинства животных передний отдел центральной нервной системы (головной мозг позвоночных) расположен очень близко от входа в пищеварительную систему (у позвоночных животных это рот). Эта анатомическая близость подчеркивает изначальную важность мозга для выбора пищи. Итак, между мозгом и питанием существует тесная связь.

Эта связь подтверждается тем фактом, что у млекопитающих, которые едят фрукты, например, у макак-резусов, мозг обычно крупнее, чем у их близких родственников, питающихся только листьями, например, у принадлежащих к роду широконосых обезьян ревунов. В лесах фрукты встречаются реже, чем листья, поэтому плодоядным приходится проявлять больше усилий для обнаружения и распознавания еды, а также планировать сбор урожая по времени (так, например, цвет фруктов указывает на то, что они спелые по мере прошествия дней). С другой стороны, сахара спелых фруктов перевариваются легче, чем целлюлоза листьев. Вот поэтому пищеварительная система у плодоядных, как правило, меньше развита по сравнению с другими животными. Простая и небольшая пищеварительная система потребляет меньше энергии, в результате чего мозг извлекает пользу из неизрасходованной энергии. Что является наглядной иллюстрацией того, как когнитивные компетенции (здесь речь идет о внимательности и зрительном поиске с целью обнаружения фруктов, а также о мыслительной обработке формы и цветов для выбора лучших плодов) могут выгодно заменить менее «интеллектуальные» функции типа переваривания сложных углеводов.

Как считает американский нейробиолог Джон Оллман, увеличению объема нашего мозга (он увеличился приблизительно на 24 % в период между 100 000 и 50 000 гг. до нашей эры) способствовал такой фактор, как использование огня. Считается, что гоминиды могли использовать огонь 1,8 миллионов лет назад. Действительно, тепло разбивает на фрагменты белки термически обработанной пищи, и наши предки воспользовались таким образом питательными веществами, которые легче усваиваются организмом. Более того, термическая обработка создает благоприятные условия для здорового питания, разрушая растительные токсины и убивая патогенные микроорганизмы. В результате она значительно увеличила имеющиеся у мозга ресурсы. Овладение огнем также помогло решить проблему сохранения температуры тела в холодное время: в некотором смысле крупный мозг человека вполне эффективно заменил густую шерсть, которой покрыто большинство других млекопитающих!

Другой типичный элемент нашего биологического вида состоит в значительном развитии навыков общения, послуживших основой для возникновения совокупности всех взаимосвязанных отношений, которые мы обычно называем «культурой» в широком смысле. В сравнении с другими млекопитающими мозг приматов вообще и человека в частности отличается непропорциональным развитием лобных долей – участков, расположенных в передней части мозга (рисунок 5). В эволюционной линии человека такое развитие сопровождалось растущим усложнением в организации социального взаимодействия. Эта новая способность дала индивидам огромное преимущество для самозащиты и эта новая способность дала людям огромное преимущество в защите и преодолении изменений окружающей среды через совместный труд, общение и передачу знаний с помощью речи.

5. Анатомия головного мозга. Он разделен на два полушария, в каждом из которых шесть различных долей

Орган, предсказывающий будущее

Особая важность мозга в реакции человека на изменения в окружающей среде может свидетельствовать о его принципиальной роли в репрезентации внешней реальности, чтобы мы принимали решения на ее основании. Речь идет о старом представлении, которое неоднократно повторялось в истории. В этом есть смысл, так как нам необходима возможность быстрой реакции, соответствующей непредвиденным событиям, начиная от неожиданного появления на дороге велосипеда в тот момент, когда переходим через улицу, до телефона, который внезапно начинает вибрировать в кармане.

Между тем, мозг, который ограничивался бы исключительно внешними стимулами, очень плохо координировал бы наше взаимодействие с событиями. Канадский нейробиолог Патрик Каванах приводит пример теннисиста, который должен ударить ракеткой по мячу, летящему со скоростью 40 м/с. Если бы спортсмен дожидался того момента, когда мяч окажется рядом с ним, чтобы поставить руку в соответствующее положение, то он никогда бы не успевал ударить ракеткой по мячу. За десятую долю секунды, которая нужна ему, чтобы определить положение мяча и отреагировать, мяч пролетел бы на четыре метра больше и был бы слишком далеко от ракетки. Если бы рука теннисиста двигалась с целью перехватить мяч, то это значило бы, что его мозг опережает траекторию. С каждым нашим движением мы регулярно опережаем их последствия. Простой реакции на внешние стимулы недостаточно: в этом случае мы были бы обречены на неудачу, так как всегда опаздывали бы реагировать на те или иные события.

6. Чтобы теннисист смог отразить мяч на высокой скорости, его мозг должен предвидеть траекторию его полета заранее

Для эффективного взаимодействия с окружающей средой мы должны обладать способностью предвидеть последствия как собственных движений, так и движений других людей. Это и есть главная причина появления мозга у человека! Нейробиолог Родольфо Льинас приводит яркий пример с небольшими морскими организмами – асцидиями. Благодаря своему мозгу молодая асцидия бродит по морю в поисках скалы, к которой могла бы прирасти на всю оставшуюся жизнь. Как только она прикрепляется к такой скале, мозг ей больше не нужен. В результате она… переварит его за ненадобностью! Так взрослая асцидия значительно экономит энергетические затраты по поддержанию мозга, которым она больше не пользуется.

Моделирование реальности

Представление о том, что основная роль мозга у позвоночных якобы заключается в том, чтобы предвидеть будущее, недавно получило широкое теоретическое обоснование. В соответствии с гипотезой предсказывающего кодирования мозг человека постоянно конструирует модели внешней реальности и ее будущего развития (симуляции). Таким образом, восприятие не только воспроизводит копию этой реальности (та самая репрезентация, о которой говорили ранее), но и постоянно сравнивает эти внутренние модели с внешней реальностью. Такое сравнение осуществляется через восприятие и активное изучение окружающей среды с конечной целью обновления моделей и выработки более надежных сценариев. Согласно этой теории, мы берем на вооружение данные модели и действуем в реальном мире, одновременно приобретая соответствующий опыт.

В историческом отношении корни этой теории могут восходить к немецкому физику Герману фон Гельмгольцу (1821–1894), который считал, что восприятие является ничем другим, как проверкой гипотез. По его мнению, мозг в той или иной мере действует как ученый, который выдвигает гипотезу (модель) и проверяет эмпирическим (посредством познания через органы чувств) путем ее состоятельность посредством контролируемого эксперимента. Так, например, когда я встречаю какого-нибудь человека, то делаю выводы о его намерениях по отношению ко мне, наблюдая за его лицом и мимикой. У него неприступное выражение лица и он нахмурил брови? По всей видимости, я ему малосимпатичен. Он широко улыбается? Скорее всего, он будет вести себя довольно доброжелательно по отношению ко мне… Взаимодействуя с человеком, я проведу эксперимент, результаты которого подтвердят или опровергнут эту гипотезу, или позволят мне скорректировать ее, чтобы затем проверить ее в новом варианте.