Гипотеза перегрева может подсказать нам, почему прямохождение предшествовало резкому увеличению размеров мозга. По всей видимости, «радиатор» снял ограничения на размер мозга и привел к его потрясающему увеличению в ходе эволюции от Homo erectus к Homo Sapiens.
Еще одну догадку высказал польский антрополог Конрад Фиалковский: быстрый рост человеческого мозга был прежде всего связан с защитой клеток мозга от перегрева. Изменения кровотока позволили мозгу беспрепятственно расти, увеличивая тем самым надежность и степень защищенности за счет увеличения количества клеток. Результатом стала параллельная организация человеческого мозга, которую связывают с нашей способностью к многоплановому мышлению.
Две ранних формы организации мозгового кровотока и нынешняя сеть охлаждения
Таким образом, когда человек встал на две ноги и начал перемещаться бегом, отбор двинулся в направлении усиления кровотока и увеличения размеров коры, чтобы защитить мозг от перегрева и способствовать его охлаждению. Всё это в совокупности способствовало развитию животного, способного выносить жару, долгий бег и другие крайности. Большая теплоотводящая кора впоследствии была рекрутирована под другие задачи. Нервные клетки мозга, исходно не имеющие специализации в обработке информации, сумели приспособиться к изменившимся обстоятельствам. И теперь в этом мозге заключены тысячи форм разума.
Этот разнообразный и избыточный мозг
Кора поражает своей однородностью: любой произвольно взятый небольшой её участок мало отличается от любого другого небольшого участка. И в целом мозг человека похож на мозг любого другого животного. И в мозге мыши, и в мозге женщины кора состоит из одних и тех же клеток и нейронных сетей. Увеличение числа нейронов в мозге обусловлено изменением его размеров, а не плотности: у человека всего в 1,25 раза больше нейронов на кубический сантиметр мозговой ткани, чем у шимпанзе. В квадратном миллиметре поверхности коры около 146 000 нервных клеток. Площадь коры – около 2200 квадратных сантиметров, и всего в ней около 30 миллиардов нейронов (больше, чем думали еще недавно). А площадь коры головного мозга шимпанзе и гориллы – 500 квадратных сантиметров и около 6 миллиардов нейронов.
Объем человеческого мозга настолько больше (примерно в четыре раза) прежде всего в связи с тем, как распределены в мозге нейроны. Часть этого объема уходит на взаимосвязи между нейронами. Благодаря огромному количеству таких взаимосвязей повышается функциональная надежность мозга: если одна из сетей нейронов выходит из строя, её функции может взять на себя другая.
Однако избыток поддерживающих клеток (глии) влечет за собой и еще кое-какие последствия, которых часто не замечают. Точно так же, как центральные части механизма, обмотанные изоляционным материалом, нейроны, окруженные глией и другими клетками, могут сформировать большее количество взаимосвязей. Увеличение размера и возрастание сложности человеческого мозга обусловлены количеством поддерживающих клеток. Глия питает нейроны и, заполняя пространство между ними, дает возможность увеличить число нейронных взаимосвязей.
Рассмотрим, как изменялся мозг в ходе эволюции: изоляция нейронов друг от друга постепенно повышалась, усиливая тем самым и защиту от теплообразования. Дополнительные клетки, окружающие каждый из нейронов, обеспечивали дополнительное изоляционное пространство, благодаря которому в мозге человека намного больше взаимосвязей между нейронами, чем в мозге шимпанзе. И трудно поверить, что здесь работают общепринятые объяснения: усложнение социальной среды, совместное бытообустройство и т. п. Хотя все они, как говорится, подлили масла в огонь.
Давно установленный факт, что для человеческого мозга характерен избыток структурных элементов, подтверждает предположение о том, что если человеку предстоит терять нервные клетки, из последних сил бегая по жаре, то лучше подстраховаться и иметь их про запас. Не такое уж это необычное дело. Например, избыточность в высшей степени характерна для нашей ДНК. Каждая из клеток тела (во всяком случае, при рождении) содержит всю необходимую информацию, позволяющую воссоздать все остальные клетки тела.
В случае локальных поражений головного мозга он может изменить своё функционирование. У глухих людей отделы височной коры задействованы в обработке зрительной информации. Слепые слышат лучше зрячих, возможно, в связи с тем, что у них зрительная кора берет на себя анализ слуховой информации. Когда мы выучиваем второй язык, первый может изменить свою локализацию в мозге. Если мозг оказался поврежден вследствие инсульта, функции пораженного участка могут быть переданы другим зонам. Подобная пластичность, как называют этот вид приспособляемости, очень важна для нас, когда нам что-то угрожает.
Я пишу эту книгу на компьютере. Сейчас лето, жара. Один из моих компьютеров жары не выдержал, но у меня есть еще один, так что я смог продолжить работу. Разве лишено смысла предположение, что мозг тоже снабжен такой резервной системой, и клетки коры могут брать на себя разные функции? Имея несколько резервных систем, можно справиться с любыми трудными обстоятельствами, особенно если эти системы организованы параллельно.
Поэтому эволюция сделала ставку на увеличение числа нейронов, окружила их изолирующей нервной тканью и тем самым создала возможность для увеличения количества взаимосвязей. Глядь – и мозг вырос! Кардинальное увеличение его размеров привело к возрастанию резервного потенциала: параллельных процессов стало больше, связи между нейронами расширились. Усложнение современного человеческого мозга обусловлено обоими этими факторами.
Лобные доли быстрее всего увеличивались в размерах у раннего Homo sapiens, что, возможно, внесло значимый вклад в формирование психики современного человека. Наш высокий лоб – результат развития именно лобных долей мозга. А словечко «высоколобый», которым мы характеризуем умников и энциклопедистов, отражает наши представления о вкладе лобных долей в человеческий интеллект.
Представленная здесь точка зрения на прямохождение, объем мозга и скачок в увеличении размеров коры относительно нова. Она основана на работах конца 1980-х – начала 1990-х гг., которые были опубликованы англичанином Питером Уилером, американцем Дином Фолком и поляком Конрадом Фиалковским. Поэтому я не удивлюсь, если эту точку зрения сочтут умозрительной и противоречивой. Многим есть что сказать насчет этого необычного варианта развития событий, и он запросто может не выдержать испытания временем. Однако же он позволяет по-новому взглянуть на удивительные формы приспособления, характерные для нашего мозга.
Подведем итоги: приспосабливаясь к тепловой нагрузке, наши предки поднялись на задние конечности. Кровоток их в мозге в связи с прямохождением изменился, благодаря чему мозг получил дополнительную возможность отводить тепло, что способствовало увеличению размеров коры с дальнейшим изменением мозговой «дренажной системы», спасающей эти высоко активированные клетки от перегрева. Роль случайности здесь в том, что увеличение коры произошло по чисто «инженерным» причинам, связанным прежде всего с повышением надежности мозга в условиях беспрецедентного перегрева. Далее дополнительно образовавшиеся клетки могли быть задействованы для осуществления других функций, как стремечко во внутреннем ухе.