Размеры мозга человека современного типа и интеллект

В книге «Происхождение человека и половой отбор» (в России книга вышла под одноименным названием в 2009 г.) Чарльз Дарвин подробно описал следующий парадокс:

«Никто, я думаю, не сомневается, что больший объем мозга у человека по отношению к его телу, в сравнении с мозгом гориллы или оранга, тесно связан с более высокими умственными способностями человека... С другой стороны, никто не подумает, чтобы умственные способности двух каких-нибудь животных или двух каких-нибудь людей можно было точно измерить кубическим содержанием их черепов». (Darwin, 1871, р. 37.)

Игнорируя мнение Дарвина, многие ученые пытались связать интеллект индивида с крупными размерами его мозга. Если функциональной единицей мозга является клетка мозга и если более крупный человеческий мозг содержит больше мозговых клеток, не следует ли из этого, что размер мозга и интеллект взаимосвязаны? На этот вопрос нет однозначного ответа.

В основе эволюционного подхода, который мы используем, чтобы объяснить появление крупного человеческого мозга, лежит сравнение различных видов. С особой осторожностью следует применять эволюционные принципы к сравнению физических способностей особей одного вида, в особенности к сравнению биологических особенностей представителей одной группы или разных групп человека современного типа.

В статьях на сайте мы продемонстрируем сложность сравнения особей одного вида на примере попыток связать размеры мозга человека с его интеллектом (Deary, 2000). Затем мы рассмотрим другой аспект изучения мозга и поведения человека современного типа — то, что, в отличие от других животных, поведение человека современного типа в большой степени обусловлено культурой.

а) Сравнение размеров человеческого мозга и значение размера мозга. В книге «Ложное измерение человека» (The Mismeasure of Man) Стивен Джей Гулд (Stephen Jay Gould, 1981) приводит обзор более ранних литературных источников, содержащих данные о связи между размерами мозга и интеллекта. Ученый критикует эти исследования, опираясь на три аспекта: измерение мозга, корреляция между размерами мозга и интеллектом, понятие интеллекта.

Во-первых, измерить мозг человека сложно. Измерив окружность головы с помощью рулетки, невозможно сделать поправку на толщину черепа. Также нет единого мнения о том, что лучше измерять — объем или массу. Кроме того, независимо от выбранного показателя, нам необходимо учитывать размеры тела. Масса мозга человека составляет 1000 2000 г, однако масса человеческого тела также варьирует.

В какой мере нам следует учитывать массу тела, чтобы принять решение о том, является отдельный мозг крупным или маленьким? И как измерять массу тела, учитывая, что масса тела человека может со временем сильно измениться?

Мозг одного человека может сильно отличаться от мозга другого человека, а причины таких отличий многочисленны и сложны. Давайте рассмотрим несколько примеров. У людей могут быть более крупные или более мелкие клетки мозга. Более крупные люди обычно имеют более крупный мозг, чем люди с меньшими размерами тела, потому что у них больше мышц, которыми нужно управлять.

У мужчин несколько более крупный мозг, чем у женщин, при этом они также имеют более крупное тело. Тем не менее девочки взрослеют быстрее, чем мальчики, поэтому в подростковом возрасте различия в размерах мозга и тела могут отсутствовать. С возрастом люди обычно теряют клетки мозга, поэтому мозг уменьшается в размерах.

Ассоциированные со старением неврологические заболевания ускоряют возрастное уменьшение размеров мозга. Повреждение мозга, полученное в перинатальном периоде, зачастую приводит к резкому уменьшению размеров мозга, в том числе областей, удаленных от места повреждения. Стресс, связанный с физической или поведенческой депривацией в младенчестве, также приводит к уменьшению размеров мозга (Herringa et al., 2013).

Неврологические заболевания, связанные с злоупотреблением родителями алкоголем или другими психоактивными веществами, такие как фетальный алкогольный синдром (ФАС), сопровождаются значительным уменьшением размеров мозга. Расстройства аутистического спектра (РАС) — преимущественно генетически обусловленные заболевания, влияющие на развитие, в разных случаях приводят к появлению различных аномалий мозга, а также к увеличению или уменьшению размеров мозга.

Размеры мозга также могут увеличиться. Например, качественное питание в первые годы жизни может стать причиной увеличения как размеров тела, так и размеров мозга. Пластичность мозга — способность мозга меняться в ответ на обогащение среды, связана с увеличением размеров имеющихся клеток мозга и, следовательно, с укрупнением мозга. Кроме того, один из механизмов закрепления новых навыков и формирования воспоминаний предполагает образование новых связей между клетками мозга, что также способствует увеличению размеров мозга.

В заключение нам следует остановиться на том, что такое интеллект. Когда мы сравниваем поведение представителей разных видов, мы сравниваем видоспецифичное поведение — поведение, присущее всем представителям вида. Например, у миноги нет конечностей, поэтому она не может ходить, а у саламандры есть конечности, поэтому она ходит: различия между размерами мозга этих животных могут быть связаны с наличием или отсутствием этого признака.

При этом, когда мы сравниваем поведение особей одного вида, нас обычно интересует то, насколько эффективно отдельная особь справляется с выполнением определенной задачи по сравнению с другими представителями того же вида — например, насколько хорошо саламандра ходит по сравнению с другими саламандрами.

В начале XX в. Чарльз Спирмен (Charles Spearman) впервые проанализировал различные тесты, используемые для оценки человеческого интеллекта. Обнаружив положительную корреляцию между тестами, он предположил, что существует определенный объясняющий такую корреляцию фактор. Спирмен назвал этот фактор g-фактором, или общим фактором интеллекта. Оказалось, что g-фактор также может варьировать. На успешность выполнения тестов влияют и другие, не связанные с врожденными способностями человека, факторы: благоприятная обстановка, интерес, предварительное обучение, мотивация, состояние здоровья.

Например, когда тест на определение коэффициента интеллекта (IQ), выполненный молодыми людьми из одного поколения, дали молодым людям из следующего поколения, показатели IQ увеличились на 25 пунктов — этот феномен назвали эффектом Флинна (Flynn, 2012). Если принимать эти данные всерьез (хотя этого делать не следует), получается, что g-фактор человека возрастает от поколения к поколению и большинство молодых людей оказываются умнее их бабушек и дедушек. Очевидно, что увеличение IQ не сопровождается увеличением размеров мозга. Эффект Флинна в большей степени объясняется уровнем образования и иным жизненным опытом.

Говард Гарднер (Howard Gardner, 2006) предположил, что у человека есть несколько видов интеллекта — вербальный, музыкальный, математический, социальный и др. Каждый вид интеллекта связан с функционированием определенной области (областей) мозга. Хэмпшир и его коллеги (Hampshire, 2012), предлагавшие участникам исследования пройти набор стандартных тестов для оценки интеллекта, являются сторонниками теории Гарднера. Во время выполнения тестов мозговую активность участников регистрировали и анализировали.

Исследование позволило обнаружить три не зависящие друг от друга категории способностей — способность рассуждать, кратковременную память и вербальные способности. Все указанные способности ассоциированы с различными нейронными системами. По мнению ученых, результаты исследования не подтверждают предложенную Спирменом теорию общего фактора интеллекта. Они также утверждают, что применение расширенного набора тестов позволит выявить дополнительные связанные с интеллектом нейронные системы.

Если вы задумаетесь, действительно ли более крупный мозг поможет вам меньше учиться, вспомните следующее: размеры мозга людей, признанных обществом очень умными, варьируют в определенном, для нашего вида, диапазоне. Мозг блестящего физика Альберта Эйнштейна имел средние размеры.

б) Появление культуры. Самым удивительным порождением нашего мозга можно считать феномен появления все усложняющейся культуры — формы усвоенного поведения, передаваемого из поколения в поколение благодаря обучению и опыту (Stout & Hecht, 2017). Понятие «культура» возникло спустя продолжительное время после того, как в процессе эволюции сформировался человеческий мозг.

Благодаря развитию культуры и адаптации различные формы поведения современного человека разительно отличаются от соответствующих форм поведения представителей Н. sapiens, живших 200 000 лет назад. Всего 30 000 лет назад люди современного типа создали первые произведения искусства — замысловатые рисунки на стенах пещер и фигурки, вырезанные из слоновой кости и камня. Земледелие появилось еще позднее, около 15 000 лет назад, а читать и писать люди научились всего лишь 7000 лет назад.

Большинство видов математики и многие навыки использования механических и цифровых устройств сформировались совсем недавно. Например, языки программирования появились в 1950-х гг. Мозг древних представителей Н. sapiens, безусловно, возник не для того, чтобы выбирать модель смартфона или фантазировать о путешествиях к дальним планетам. Очевидно, что деятельность, ставшая возможной благодаря эволюции человеческого мозга, содержала элементы, позволявшие адаптироваться к овладению более сложными навыками.

Алекс Месуди и его коллеги (Alex Mesoudi, 2006) предполагают, что передаваемые от человека к человеку элементы культуры, идеи, модели поведения и манера держаться, которые называют мемами (подобно генам, представляющим собой физические единицы эволюции), также следует изучать в контексте эволюции.

По мнению ученых, индивидуальные различия в строении мозга могут способствовать возникновению определенных мемов. Однажды сформированные мемы, в свою очередь, избирательно воздействуют на мозг, способствуя его дальнейшему развитию. Например, случайные структурные изменения в мозге могли положить начало использованию орудий труда некоторыми людьми. Использование орудий труда оказалось настолько выгодным, что их изготовление само по себе оказывало избирательное давление на популяцию, способствуя выживанию индивидов, мастерски изготавливавших орудия труда.

Подобные аргументы можно привести и в отношении других мемов — от языков до музыки, от математики до изобразительного искусства. Полученные Месуди данные содействуют проникновению науки о мозге в такие на первый взгляд не связанные с ней отрасли, как лингвистика, изобразительное искусство, предпринимательство и экономика. Исследуя человеческий мозг, мы изучаем не анатомию органа, а то, как мозг создает культуру и способствует адаптации к меняющимся условиям внешней среды, одновременно меняя внешнюю среду.

в) Резюме:

1. Мозг в XXI в.. Исследования мозга и поведения помогает нам лучше изучить происхождение человека, понять человеческую природу и причины многих поведенческих расстройств, а также обосновать необходимость лечения таких расстройств.

Нервная система человека состоит из ЦНС, которую составляют головной и спинной мозг, и ПНС, благодаря которой головной и спинной мозг обмениваются информацией с сенсорными рецепторами, мышцами и другими тканями, а также внутренними органами. В процессе эволюции у животных с крупным головным мозгом самыми крупными отделами мозга стали большой мозг и мозжечок.

Для нас поведение — это любое движение; под движением мы также понимаем психические процессы, такие как мышление и воображение. У животных поведение обусловлено деятельностью нервной системы. Гибкость и сложность поведения у разных видов животных варьирует — то же можно сказать и об организации нервной системы.

У некоторых видов, в том числе у человека, мозг представляет собой орган, который контролирует поведение. Интеллектуальная деятельность требует постоянной сенсорной и двигательной стимуляции.

2. Взгляды на мозг и поведение. Менталисты рассматривают поведение как продукт нематериальной сущности, называемой разумом (душой) и не считают мозг чем-то важным. Концепция дуализма предполагает, что нематериальный разум действует через материальный мозг, обеспечивая производство речи и рационального поведения, в то время как мозг сам по себе отвечает за «низшие» формы поведения, которые присущи как человеку, так и другим животным.

Идеи материализма, согласно которым все аспекты поведения (в том числе речь и способность рассуждать) обусловлены мозговой деятельностью, разделяют все современные исследователи мозга и поведения. В пользу материалистической точки зрения говорят результаты исследований естественного отбора, эволюционной теории о том, что такие формы поведения, как человеческая речь, возникли из более примитивной речевой деятельности предков человека, а также результаты изучения функционирования генов.

Чтобы провести научное исследование, необходимо: 1) сформулировать теорию, 2) поставить вопрос (создать гипотезу), 3) разработать процедуру для проверки гипотезы, 4) провести анализ результатов, чтобы подтвердить или изменить теорию.

Мозг демонстрирует удивительную способность восстанавливаться после тяжелых ЧМТ, однако травма любой степени тяжести может привести к инвалидности и не позволить человеку полностью восстановить утраченную функцию. Методы нейровизуализации позволяют исследовать такие тяжелые состояния, как состояние минимального сознания, синдром запертого человека и устойчивое вегетативное состояние.

3. Эволюция мозга и поведения. Нейробиологи-бихевиористы придерживаются эволюционного принципа, который гласит, что все живые организмы произошли от общего предка. Появление клеток мозга и мышц является сравнительно недавним эволюционным приобретением. Поскольку в процессе эволюции они возникли лишь однажды, нервная система всех животных организована по общему принципу.

Нервные системы некоторых групп животных становились все более сложными — сначала появилась нервная сеть (диффузная нервная система), за ней — билатерально симметричная и сегментированная нервные системы, затем нервная система, управляемая ганглиями, и, наконец, нервная система хордовых, в состав которой входят головной и спинной мозг.

Млекопитающие — это класс хордовых, характеризуемый относительно крупными размерами мозга. Человек современного типа принадлежит к отряду приматов, отличающихся особенно крупными размерами мозга, и семейству гоминид, подвижные плечевые суставы которых позволяют им прыгать по веткам деревьев.

4. Эволюция мозга и поведения человека. Одним из наших древнейших предков-гоминид, по-видимому, является австралопитек, обитавший в Африке несколько миллионов лет назад. Именно от австралопитека произошли такие виды рода Ното, как Н. habilis и Н. erectus. Человек современного типа, Н. sapiens sapiens, появился около 200 000 лет назад.

Со времен австралопитека мозг гоминид увеличился практически в три раза, как и количество составляющих мозг клеток. Это сопровождалось изменениями топографической организации и связей (коннектом). Индекс цефализации (EQ) представляет собой отношение массы мозга к массе тела, однако, для того чтобы иметь возможность сравнивать мозг разных видов животных, необходимо произвести подсчет клеток мозга.

К факторам, предположительно стимулировавшим эволюцию мозга у разных видов человека, относят экологические вызовы и возможности, такие как изменения климата, которые способствовали естественному отбору и выживанию наиболее приспособленных особей, демонстрировавших более сложные поведенческие паттерны. Изменения мозга и поведения у гоминид, вероятно, были опосредованы несколькими генами, впервые появившимися у них. К факторам, способствовавшим эволюции мозга и поведения, также относят социальное взаимодействие, обработку пищи, физиологические изменения и более позднее наступление зрелости.

5. Размеры мозга человека современного типа и интеллект. Эволюционные принципы, сформулированные на основании данных изучения мозга и поведения разных видов животных, могут быть неприменимы к сравнению мозга и поведения особей одного вида, в том числе Н. sapiens. Разные люди имеют разные размеры тела и мозга, разное количество клеток мозга и разное количество связей между этими клетками. Любой из указанных факторов может влиять на отдельные виды интеллекта, поэтому простое сравнение размеров мозга и общего интеллекта является нецелесообразным.

Важнейшее значение для изучения функционирования человеческого мозга имеет понимание того, в какой степени поведение современного человека обусловлено культурой, а не врожденными особенностями нервной системы. Мемы могут передаваться от человека к человеку и от представителя одной культуры к представителям других культур.

6. Основные термины:

• Билатеральная симметрия — строение тела, при котором органы или части тела, расположенные по обеим сторонам тела, представляют собой зеркальное отображение друг друга. Например, руки относятся к билатерально симметричным структурам, а сердце нет.
• Биологический вид — группа организмов, способных скрещиваться между собой.
• Большой мозг (передний мозг) — основная структура переднего мозга, которая состоит из двух зеркально симметричных полушарий (левого и правого); отвечает преимущественно за контролируемое сознанием поведение.
• Видоспецифичное поведение — поведение, присущее всем представителям вида — например, ходьба у саламандр.
• Воплощенное поведение — теория о том, что наши собственные движения и воспринимаемые нами движения других людей лежат в основе общения между людьми.
• Ганглий — скопление нервных клеток, которое по своим функциям напоминает мозг.
• Генотип — совокупность всех генов организма.
• Глиальные клетки (глия) — клетки мозга, обеспечивающие поддержание функционирования нейронов.
• Глубинная стимуляция мозга (DBS; Deep Brain Stimulation) — метод хирургического лечения, который предполагает имплантацию электродов в мозг и стимуляцию целевой области электрическим током низкого напряжения для производства или коррекции поведения.
• Гоминиды — общее название прямоходящих приматов, в том числе сохранившихся до наших дней и вымерших видов человека.
• Диффузная нервная система — примитивная нервная сеть, состоящая из нейронов, которые воспринимают сенсорную информацию и образуют соединения с другими нейронами, обеспечивающими сокращение мышц.
• Дуализм — философское направление, в соответствии с которым поведение формируют нематериальный разум и материальный мозг.
• Душа — синоним слова «разум» — сущность, которую ранее считали ответственной за поведение человека.
• Естественный отбор — теория Дарвина, объясняющая, как в процессе эволюции возникают новые виды и как меняются существующие. Различия в проявлении разных признаков (фенотипов) обусловлены взаимодействием организмов с их средой обитания.
• Индекс цефализации (EQ) — предложенная Джерисоном мера относительных размеров мозга, представляющая собой отношение фактической массы мозга к прогнозируемой массе тела (для животного с определенными размерами тела).
• Кладограмма — разветвленное филогенетическое дерево, отражающее отношения родства между таксонами, 34.
• Клиническое исследование - исследование, направленное на разработку метода лечения.
• Коннектом — все нервные пути, соединяющие различные области ЦНС.
• Культура — приобретенные формы поведения, передаваемые из поколения в поколение благодаря обучению и подражанию.
• Материализм — философское направление, в соответствии с которым поведение является продуктом нервной системы, а не разума.
• Мем — идея, форма поведения или манера держаться, передаваемая от человека к человеку среди представителей одной культурной общности.
• Ментализм — концепция поведения как продукта нематериального мира.
• Мозжечок — основная структура ствола мозга, отвечающая за обучение и координацию движений; наряду с большим мозгом участвует в формировании множества моделей поведения.
• Нейрон — специализированная нервная клетка, участвующая в процессе обработки информации.
• Неотения — явление, при котором ювенильные характеристики предков становятся чертами взрослых особей у потомков; в основе теории лежит наблюдение — более эволюционно молодые виды похожи на детенышей их общих предков.
• Общий предок — родоначальник двух или более эволюционных линий; предок обеих групп.
• Периферическая нервная система (ПНС) — все нейроны организма, расположенные за пределами головного и спинного мозга; обеспечивают проведение сенсорной и двигательной информации из ЦНС и в ЦНС.
• Пластичность — способность организма к физическим или биохимическим изменениям; способствует адаптации к изменениям внешней среды и компенсации повреждений (такую способность мозга и нервной системы называют нейропластичностью).
• Полушарие — одна половина большого мозга.
• Проблема разума и тела — невозможность объяснить взаимодействие между нематериальным разумом и материальным телом.
• Сегментированность — разделение на множество одинаковых сегментов; тело многих животных, в том числе позвоночных, состоит из похожих по своему строению сегментов.
• Синдром запертого человека — состояние, при котором пациент находится в сознании, но не способен к движению и вербальному общению, поскольку у него парализованы практически все мышцы, кроме мышц глаз.
• Состояние минимального сознания (СМС) — состояние, в котором у человека сохраняется рудиментарное поведение, то есть он способен улыбнуться или произнести несколько слов, но при этом отсутствуют иные признаки сознания.
• Сотрясение мозга — повреждение мозга вследствие удара по голове.
• Ствол мозга — центральная структура головного мозга; отвечает за большинство форм не контролируемого сознанием поведения.
• Топографическая карта — репрезентация различных функциональных зон ЦНС.
• Устойчивое вегетативное состояние - состояние, при котором человек жив, но находится без сознания — он не может общаться или хотя бы минимально обслуживать себя.
• Фенотип — совокупность присущих индивиду характеристик, которые можно увидеть или измерить.
• Хордовые — животные, у которых есть головной и спинной мозг.
• Центральная нервная система (ЦНС) — головной и спинной мозг, которые совместно опосредуют поведение.
• Черепно-мозговая травма (ЧМТ) — травма мозга вследствие удара по голове.
• Эпигенетика — изучает различия в экспрессии генов, обусловленные воздействием факторов внешней среды и пережитым опытом.

- Вернуться в оглавление раздела "Нейрофизиология"

Редактор: Искандер Милевски. Дата публикации: 27.9.2020