Czy ludzki mózg jest wyjątkowy? Co się stało, gdy ktoś naprawdę policzył komórki

Abstrakt

Zapytaj, co czyni ludzki mózg wyjątkowym, a usłyszysz o stu miliardach neuronów, dziesięciokrotnie większej liczbie komórek glejowych, korze nowej trzy razy większej niż przewidywano i nadmiarze istoty białej. Większość tych twierdzeń jest albo bez źródła, albo błędna.

Ten artykuł podąża za pracami Suzany Herculano-Houzel, która zamiast powtarzać liczby postanowiła je policzyć, i dochodzi do wniosku brzmiącego deflacyjnie, choć wcale takim nie jest: ludzki mózg jest liniowo powiększonym mózgiem naczelnego i ma dokładnie tyle neuronów, ile należałoby oczekiwać przy jego rozmiarze.

Wyjątkowość jest realna. Po prostu znajduje się gdzie indziej, niż umieściły ją podręczniki — a to, gdzie naprawdę się znajduje, ma konsekwencje dla niemal całej reszty tego działu biblioteki.

1.Liczby, których nikt nie sprawdził

Zacznijmy od jednej z najczęściej powtarzanych statystyk w neuronauce. Artykuły oryginalne, przeglądy i podręczniki podają, że ludzki mózg ma 100 miliardów neuronów i dziesięć razy więcej komórek glejowych — zwykle, jak zauważa Herculano-Houzel, bez wskazania źródła.

W 2007 roku jej grupa przeprowadziła nieformalną ankietę wśród doświadczonych neuronaukowców. Większość była przekonana, że liczby komórek zostały już dawno ustalone. Nikt nie potrafił jednak wskazać publikacji źródłowej.

Kiedy komórki rzeczywiście policzono, wykorzystując opracowaną w jej laboratorium metodę rozpuszczania tkanki mózgowej do zawiesiny, w której można bezpośrednio liczyć jądra komórkowe, okazało się, że stosunek dziesięciu komórek glejowych do jednego neuronu występuje tylko w niektórych strukturach podkorowych — w wzgórzu około 17 komórek glejowych na neuron. W istocie szarej kory mózgowej glej przewyższa liczbę neuronów mniej niż dwukrotnie.

Zaczynamy od tego, bo jest to najbardziej użyteczna lekcja z całej pracy. Liczba powtarzana przez dziesięciolecia w podręcznikach przez ludzi zakładających, że ktoś wcześniej ją zweryfikował, była błędna. Warto o tym pamiętać za każdym razem, gdy jakaś wartość wydaje się zbyt ustalona, by ją kwestionować.

2.Mózg naczelnego o takim rozmiarze

Główny wynik został zapisany nawet w tytule jednej z sekcji pracy: ludzki mózg jest, pod względem liczby neuronów, liniowo powiększonym mózgiem naczelnego.

Mózgi naczelnych podlegają regule skalowania. Gdy stają się większe, dodają neurony w przewidywalnej proporcji, a średni rozmiar neuronu pozostaje mniej więcej stały. Mózgi gryzoni skalują się inaczej — przy takim samym wzroście masy dodają mniej neuronów, za to większych. Ludzki mózg zachowuje regułę naczelnych bez odchylenia wymagającego specjalnego wyjaśnienia.

Autorka bardzo ostrożnie oddziela to, co z tego wynika, od tego, czego ten wynik nie oznacza: stwierdzenie, że ludzki mózg jest liniowo powiększonym mózgiem naczelnego i ma liczbę neuronów oczekiwaną dla mózgu naczelnego tej wielkości, nie jest stwierdzeniem, że jego możliwości są nieciekawe czy zwyczajne.

Pojawia się tu również celna uwaga metodologiczna. Jeśli ewolucję przedstawia się jako źródło różnorodności, a badacze szukają praw skalowania obowiązujących w całych rzędach zwierząt, warto zapytać, dlaczego tak łatwo utrzymuje się założenie, że reguły dotyczące innych naczelnych muszą przestać obowiązywać właśnie przy człowieku.

3.Gdzie naprawdę leży wyjątkowość

Dwie cechy człowieka rzeczywiście odbiegają od wzorca i obie są ciekawsze niż podręcznikowe twierdzenia.

Pierwsza dotyczy relacji ciała do mózgu, a nie samego mózgu. Człowiek ma mniejsze ciało i większy mózg niż wielkie małpy człekokształtne, przez co wypada poza zależność ciało–mózg widoczną u pozostałych naczelnych. W rezultacie nasz mózg jest pięć do siedmiu razy większy, niż przewidywałaby masa ciała. Anomalia dotyczy więc w równym stopniu naszych ciał, co głów.

Druga cecha dotyczy tego, co najlepiej przewiduje zdolności poznawcze. Współczynnik encefalizacji — rozmiar mózgu względem rozmiaru ciała — od dawna traktowano jako najważniejszą miarę, ale metaanaliza obejmująca naczelne inne niż człowiek wykazała, że najlepszym predyktorem zdolności poznawczych gatunku jest bezwzględny rozmiar mózgu, a nie rozmiar względny ani współczynnik encefalizacji.

Jeżeli liczy się rozmiar bezwzględny, a mózgi naczelnych zwiększają liczbę neuronów liniowo wraz z rozmiarem, wtedy najważniejsza wielkość jest po prostu liczbą neuronów. Człowiek ma ich najwięcej spośród naczelnych. To cała wyjątkowość — i to wystarcza.

4.Dlaczego to przeformułowanie ma znaczenie

Zmienia pytanie o jakościową unikalność w pytanie o ilość, a ilość ma koszt.

Jeżeli ludzkie możliwości poznawcze wynikają przede wszystkim z wyjątkowo dużej liczby neuronów, a nie z całkowicie nowej architektury, wówczas ograniczeniem ewolucji ludzkiego mózgu nie był projekt. Było nim to, czy organizm może energetycznie utrzymać tak wiele neuronów — i właśnie temu poświęcony jest tekst towarzyszący o budżecie energetycznym mózgu, gdzie historia staje się naprawdę zaskakująca.

Taki obraz dyscyplinuje też lekturę twierdzeń dotyczących cech specyficznych dla ludzkiego mózgu. Badania nad wyewoluowanymi u człowieka elementami regulatorowymi wpływającymi na ekspansję kory i rozwój układu nerwowego albo nad rodzinami genów specyficznych dla człowieka opisują realne różnice genetyczne. Dane o skalowaniu sugerują jednak, że ich efektem było dodanie neuronów w obrębie istniejącego planu naczelnych, a nie zbudowanie czegoś kategorialnie nowego.

5.Czego to nie rozstrzyga

Liczba neuronów jest miarą bardzo zgrubną. Dwa mózgi z identyczną liczbą komórek mogą różnić się łącznością, proporcjami typów komórek, mielinizacją i sposobem połączenia regionów, a żadna z tych różnic nie pojawia się w sumarycznym wyniku.

Dane porównawcze obejmują także ograniczoną liczbę gatunków — analiza metaboliczna omawiana w tekście towarzyszącym opiera się na sześciu — a ekstrapolowanie reguł skalowania na całe grupy ssaków na podstawie kilku zmierzonych mózgów wymaga założeń.

Nasza lektura jest taka: „deflacyjny” wniosek jest dobrze wsparty w zakresie, którego dotyczy — liczby komórek — i milczy w kwestii organizacji. Uczciwe podsumowanie brzmi więc: ludzki mózg jest zbudowany według planu naczelnych, tylko w największej skali, jaką któremukolwiek z naczelnych udało się osiągnąć.

Komentarz redakcyjny

Nic w tym artykule nie dotyczy produktu i MindHeaven® nie formułuje na jego podstawie żadnej deklaracji.

Celowo otwieramy nim ten dział biblioteki. Organ, o którym piszemy, jest niezwykły z konkretnego, mierzalnego powodu, a jednocześnie najbardziej pewnie powtarzane fakty na jego temat okazały się pozbawione źródeł. Obie rzeczy warto wiedzieć przed przeczytaniem czegokolwiek innego tutaj — w tym również tego, co piszemy my.