Эволюция мозга приматов: размер – это только начало

Наш мозг выделяется от префронтального белого вещества до волнистых поверхностных бороздок.

Источник: Deutsch / Pixabay

В последнем посте мы остановились на том, что человеческий мозг растет дольше во взрослую жизнь по сравнению с мозгом шимпанзе. Но почему это имеет значение? Оказывается, это время позволяет увеличить развитие структур и тканей, которые могут лежать в основе наших уникально-человеческих качеств.

Начнем с префронтальной коры.

• Пять способов справиться с трудными финансовыми проблемами
• Как мармелад может улучшить ваш сон и здоровье
• После Флоренции: должны ли маленькие дети видеть затопленные дома?
• 7 типов электронных писем, которые вы не должны принимать лично
• Психология все еще в кризисе

Наша префронтальная кора – это область нашего мозга, расположенная сразу за лбом, вовлеченная в когнитивные функции более высокого порядка, включая, помимо прочего, принятие решений, планирование, мелкую моторику и абстрактное мышление.

Финес Гейдж: исследование травмы головного мозга

Может быть, вы впервые узнали о префронтальной коре из истории Финеаса Гейджа, бригадира железной дороги, у которого в 1848 году был железный трамбовщик – длинный стержень, который он использовал для упаковки взрывчатого порошка в яму, длиной в несколько футов и около дюйма в диаметре – проникнуть через его левую щеку и наружу через череп, разрывая его префронтальную кору.

• Мозжечок помогает нам «знать, не зная» в спорте и жизни
• Никогда не называйте кого-нибудь «алкоголиком» или «наркоманом»
• Является ли кора магнолии недостающим звеном для вашего сна и здоровья?
• Понимание расистского мозга
• Это Билл?

Гейдж был ослеплен в левом глазу, но выжил. Однако его личность резко изменилась. Те, кто знал его, сообщили о почти немедленном изменении его эмоциональной стабильности. Он начал проявлять недостаток самосознания, кричать ненормативную лексику и отгонять тех, кто его знал. Он больше не был надежным на работе и не мог больше работать. Он умер от эпилептического припадка через 11 лет после аварии, в возрасте 36 лет, после того, как устроился на случайную работу как в Соединенных Штатах, так и за их пределами.

Это событие, хотя и неудачно, дал заглянуть в важности различных областей головного мозга, и при условии поддержки теории (в то время, конфликтная один), что разные области мозга служили различные функции.

Вечно интригующая префронтальная кора

В течение многих лет основополагающая важность префронтальной коры головного мозга в поведении приматов и нечеловеческих приматов была предметом споров. В 2002 году исследователи из Калифорнийского университета в Сан-Диего использовали магнитно-резонансную томографию (МРТ) людей, обезьян и обезьян для изучения различий в объеме лобной коры головного мозга, а также грубых анатомических различий. Они обнаружили, что меньшие обезьяны, такие как гиббоны и обезьяны, имели меньшую лобную кору, чем люди, но, как и люди, большие обезьяны демонстрировали увеличение лобной коры.

Пятнадцать лет спустя отдельная группа исследователей изучила рост префронтальной коры у разных видов приматов и обнаружила, что префронтальные коры больших обезьян и людей не следовали стандартной схеме аллометрического роста – произошли изменения во времени и степени префронтальной коры. рост, который не совпадает с тем, что видели у других приматов. Когда организм отходит от общей аллометрической модели роста, это может быть индикатором эволюционного генетического сдвига. В этом случае он предположил, что генетические изменения, приводящие к когнитивной функции более высокого порядка, появились где-то около 15 миллионов лет назад, в начале линии великих обезьян.

Итак, если степень расширения префронтальной коры не сильно отличается, что может лежать в основе когнитивной изменчивости между людьми и обезьянами? Ответ может (частично) лежать в объемах серого и белого вещества.

Мозг позвоночных животных содержит как серое, так и белое вещество. Недавно группа исследователей сообщила, что общее количество как серого, так и белого вещества было непропорционально больше в префронтальной коре человека по сравнению с приматами, не являющимися людьми. Но что это может означать для человеческого познания? Навыки общения?

Источник: Колин Беренс / Pixabay

Серое вещество состоит из локальных нейронных сетей, которые включают дендриты (ветви нервных клеток, которые передают сигналы в тело клетки) и немиелинизированные аксоны. Повышенное содержание серого вещества в областях префронтальной коры, как было показано, положительно коррелирует с самоконтролем, чертой, несколько специфичной для людей.

Белое вещество состоит в основном из миелиновых аксонов дальнего действия (аксоны, покрытые защитной миелиновой оболочкой) и имеет беловатый вид из-за высокого содержания липидов в миелине. Белое вещество сначала считалось тканью малой важности, но с тех пор было показано, что оно играет важную роль в когнитивной функции, направляя связь между областями мозга.

В 2011 году группа исследователей исследовала объем белого вещества у шимпанзе и человека. Развитие белого вещества у макак-резусов , хорошо известных видов обезьян Старого Света, уже было показано, что оно отличается от такового у человека – у макак белое вещество достигает взрослого объема в гораздо более раннем возрасте, чем у людей. Чтобы исследовать рост белого вещества префронтальной коры в течение многих лет развития у шимпанзе, исследовательская группа собрала сканы МРТ. Они обнаружили, что у шимпанзе объем префронтальной белой материи оставался незрелым вплоть до зрелого возраста, и эта черта развития также наблюдалась у людей.

Однако, когда они сравнили белое вещество шимпанзе с белым веществом человека, объем белого вещества шимпанзе увеличивался медленнее в младенческом возрасте. Хотя этот быстрый рост не совсем понятен, предполагается, что он лежит в основе повышенной нейронной связности и, следовательно, развития более сложных социальных взаимодействий и навыков у людей.

Люди проявляют повышенную гибкость в развитии мозга

Многие исследования мозга, сравнивающие людей с их родственниками приматами, были сосредоточены на расширении коры и относительном увеличении размера мозга, но гибкость в развитии мозга изучена гораздо меньше. В 2015 году исследователи разработали систему для оценки генетической основы размера мозга, а также организации коры у людей и шимпанзе. Для этого они использовали МРТ для исследования мозга 218 человек и 206 шимпанзе, сравнивая фенотипические сходства между родственными особями. Они не только измеряли различия в размерах мозга, но и в форме и расположении бороздок (бороздок, часто называемых «волнистыми поверхностями» на поверхности мозга). Сульчи увеличивают площадь поверхности головного мозга, что позволяет для продолжения роста, признак повышенной пластичности. Было показано, что пластичность мозга или способность мозга реорганизовывать свои схемы в ответ на раздражители окружающей среды лежат в основе изменений в памяти и поведении.

Хотя размер мозга между родственными особями существенно не различался, близкородственные люди, например братья, продемонстрировали значительно больше различий в форме и расположении их борозд, чем близкородственные шимпанзе. Они обнаружили, что организация коры головного мозга и размер мозга очень наследуемы у шимпанзе, однако у людей эти черты были менее наследственными. Это указывало на повышенную пластичность в развитии человеческого мозга.

Другими словами, люди были бы в большей степени способны адаптироваться к окружающей среде, что является важной чертой, которая может частично лежать в основе того, как люди могли процветать в таких различных условиях с течением времени.