Варианты Большого мозга.

Объём мозга у человека увеличился из-за сочетания эволюционных, генетических факторов, влияния среды обитания и образа жизни. 

1. Эволюционные причины

• Давление отбора в пользу индивидов с более крупным мозгом. В ходе эволюции рода Homo в течение двух миллионов лет объём мозга у предков увеличился втрое: от примерно 400–500 см³ у австралопитеков до 1300–1500 см³ у поздних представителей Homo — неандертальцев и сапиенсов. Люди с более крупным мозгом имели селективное преимущество: они оставляли в среднем больше доживающих до зрелости потомков и эффективнее передавали свои гены следующим поколениям, чем люди с мозгом поменьше. 
• Адаптация к сложным условиям. Например, для поиска добычи в сложных условиях требовалась повышенная сообразительность, и преимущество было у тех, у кого в мозге было больше нейронов и нейронных связей. 
• Вертикальное положение позвоночника — оно позволило иметь больший объём мозга, чем горизонтальное или наклонное при равных размерах тела. 

Генетические факторы

• Уникальные гены, появившиеся в результате эволюционных изменений. Например, семейство генов NOTCH2NL уникально для человека: они продлевают жизнь стволовых клеток-предшественниц нейронов, так что они успевают произвести больше делений и дать жизнь большему числу клеток формирующегося мозга. 
• Зоны ускоренного развития у человека (human accelerated regions — HARs) — короткие участки генома, консервативные у млекопитающих, но быстро изменившиеся у людей. Например, ген HARE5 усиливает ключевой сигнальный путь, стимулирующий рост нейральных стволовых клеток, что объясняет его роль в увеличении размера и сложности человеческого мозга. 

Среда обитания

• Смена среды обитания — пропорции мозга и тела обычно меняются при смене внешних условий, изменении энергетических потребностей или доступности энергии. Исследователи считают, что резкая смена внешних условий вынудила предков искать нестандартные способы выживания, а затем надо было ещё передать эти открытия потомству — пришлось увеличить объём мозга.
• Обогащённая среда — в обогащённой среде отростки нейрона разрастаются гуще и ветвятся обильнее, в обедненной — чахлые и ссохшиеся.

 Образ жизни

• Физическая активность — исследования подтверждают положительный эффект физических нагрузок на структурные параметры мозга, причём наиболее ярко он проявляется в пожилом возрасте. Чем активнее был человек, тем выше были почти все изученные показатели мозга, включая его объём и толщину коры. Этот эффект был хорошо заметен в двигательных областях, а также в гиппокампе, отвечающем за память.
• Когнитивная нагрузка — мозг должен себя постоянно нагружать, чтобы создавать новые связи. Например, изучение иностранных языков,

Важно учитывать, что связь физической активности и размеров мозга не линейная: у молодых людей, приверженных физкультуре и спорту, объёмы структур мозга были увеличены ненамного по сравнению с их «ленивыми» сверстниками. 

2. К.Стасевич.

Мозг людей увеличился из-за жизненных проблем

Человеческий мозг рос в первую очередь из-за необходимости преодолевать трудности окружающего мира.

Человеческий мозг – одна из самых больших загадок в биологии: специалисты до сих пор энергично спорят, что сделало его таким большим. Однако этот вопрос можно рассматривать под разными углами.

С одной стороны, можно искать молекулярно-клеточные механизмы, которые помогают нашему мозгу расти. Мы знаем, что некоторые гены у человека подстегивают деление стволовых клеток, формирующих мозговую ткань; помимо генов, у нас в мозге есть еще и особые стволовые клетки, которые делятся намного активнее, чем их эволюционные предшественники у других животных.

С другой стороны, большой мозг требует много энергии, и возникает вопрос, откуда энергия на мозг взялась у наших предков; кто-то говорит, что древние человекообразные приматы пожертвовали ради этого кишечником, кто-то полагает, что энергия появилась за счет уменьшения мышечной массы.

Наконец, можно задуматься над тем, какие факторы среды вынудили наших предков обзавестись большим мозгом. (Точнее будет сказать – какие факторы среды благоприятствовали тому, что в каждом новом поколении наших предков выживали преимущественно те, у кого мозг был больше, чем у прочих.)

Одна из самых популярных гипотез здесь – социальная, которая увязывает развитие мозга с развитием социальных навыков. Действительно, кажется очевидным, что для того, чтобы сотрудничать, улаживать конфликты, учиться у других и самому передавать свои навыки сородичам – для всего этого нужна развитая нервная система.

Однако большая часть работ на тему социального мозга у приматов говорит лишь о взаимосвязи того и другого. Но что в таком случае было причиной, а что следствием? Как все происходило: сначала усложнялась социальная структура, а уж потом в сложной социальной структуре большее преимущество получали те, у кого большой мозг, или же сначала по каким-то причинам увеличился мозг, а уже потом, по случаю увеличенного мозга, усложнилась социальная структура?

Исследователи из Университета Сент-Эндрюс утверждают, что мозг в первую очередь увеличивался все-таки по иным причинам, нежели сложная социальная жизнь. Они построили математическую модель, которая, с одной стороны, учитывала энергетические расходы на растущий мозг, а с другой – помогала оценить, насколько обладатель большого мозга способен решать те или иные проблемы, которые ставит перед ним окружающая среда.

Среди проблем были как сугубо экологические (вроде того, как охотится при плохой погоде или на плохой местности, или как сделать запас еды так, чтобы она не испортилась от плесени), так и социальные (вроде того, как скооперироваться с товарищами или, наоборот, как победить конкурента или конкурирующую группу).

Оказалось, что увеличению мозга помогали в большей степени именно экологические проблемы. Это надо понимать так, что, например, для поиска добычи в сложных условиях, конечно же, требовалась повышенная сообразительность, и преимущество было у тех, у кого в мозге было больше нейронов и нейронных связей; но притом решение экологических задач вполне окупалось с энергетической точки зрения.

Социокультурные факторы тоже играли свою роль: тот, кто научился хитрому способу добывать пищу, мог поделиться своим знанием с другими, а другие были достаточно умны, чтобы его понять. Но если доля экологических проблем в приращении мозга составляла 60% , то необходимость сотрудничать – только 30%, а проблемы, связанные с конкуренцией – и вовсе 10%.

То есть, как говорится в статье в Nature, социокультурные факторы работали в связке с экологическими и способствовали увеличению мозга косвенно, помогая решать некие трудности, которые приматам подкидывала окружающая среда. Здесь нужно подчеркнуть, что хотя именно «экология» в большей степени сформировала мозг (вышеупомянутые 60%), социальная жизнь все-таки послужила дополнительным усилителем, без чего наш мозг вряд ли смог превзойти мозг других человекообразных приматов.

Но вот если отдельно рассмотреть социальную кооперацию и конкуренцию между группами, как они действуют на развитие мозга сами по себе, то тут нас ждет сюрприз: по расчетам авторов работы, социальная жизнь способствует не увеличению, а уменьшению мозга – потому что каждый индивидуум полагается на другого, в том числе и в смысле ресурсов; общие ресурсы позволят не тратить энергию на большой мозг – это оказывается лишним.

Тут можно вспомнить исследование биологов из Дрексельского университета, которые сравнили размер мозга у 29 видов ос – среди них были как одиночные виды, так и те, что живут небольшими группами, и те, которые образуют большие сложные колонии.

Оказалось, что области мозга под названием грибовидные тела, контролирующие сложное поведение, память и т. д., крупнее всего у одиночных ос, а мельче всего у видов со сложной социальной жизнью. И впрямь, распределенное сознание не требует больших мозговых мощностей: у общественных насекомых каждый член сообщества в случае какой-нибудь проблемы может положиться на «коллективный разум» вместо того, чтобы решать проблему самому.

С другой стороны, насекомые – все-таки не звери, не птицы и не рыбы. Сторонники гипотезы «социального мозга» указывают на то, что у позвоночных психика усложняется, и потому, общаясь с себе подобными, им приходится потратить много сил, чтобы согласовать обоюдные интересы, и вот тут как раз нужен мозг побольше.

В общем, очевидно, что вышеописанная работа, в которой не очень почтительно говорится о роли социальных факторов в эволюции мозга – по крайней мере, человеческого мозга – вызовет большую дискуссию и, надо полагать, сподвигнет биологов на новые исследования.

3. Стас Дробышевский: мясная диета.

Поскольку жевать надо было меньше, зубочелюстной аппарат уменьшался, а вслед за ним ослабевал рельеф черепа в виде костных гребней, служащих для прикрепления жевательных мышц. Происходило это не оттого, что маленькие челюсти были полезнее, а потому, что перестали быть вредными: теперь индивиды с маленькими челюстями не страдали от голода и спокойно выживали. Снижение биомеханического стресса привело к уменьшению толщины стенок черепа, а стало быть – массы головы. Поскольку плотность кости вдвое превосходит плотность мозга, открылись небывалые возможности для роста последнего: когда кость уменьшалась на один кубический сантиметр, мозг мог вырасти на два с сохранением общей массы головы и без усиления шейных мышц, поддерживающих голову. То есть кость уменьшалась немножко, а мозги пухли как на дрожжах! Эти изменения мы и наблюдаем: у разных видов австралопитеков масса мозга практически не менялась в течение нескольких миллионов лет, но с момента 2,5 млн лет у группы “ранних Homo ” начала резко увеличиваться.

Возникали, конечно, и проблемы: более древние предки не были специализированными мясоедами, они не имели природных средств для охоты – больших когтей или клыков. Но они уже наверняка периодически использовали орудия труда (точно мы не можем это утверждать, но шимпанзе используют, а австралопитеки находились в более располагающих для этого условиях). Для охоты и срезания мяса с костей они стали использовать каменные чопперы. Многочисленные следы орудий на костях, частью поверх следов зубов хищников, свидетельствуют об активном использовании “ранними Homo ” падали. Кстати, стоит помнить, что в африканских условиях понятие падали не так страшно, как это может представлять северный человек: туша погибшего животного часа за два уничтожается до костей гиенами, грифами, марабу и прочими любителями, так что мясо там всегда первой свежести. Иногда, напротив, следы зубов хищников обнаруживаются поверх следов орудий, так что наши пращуры были не чужды и активной охоты.

Второй сложностью были конкуренты. Хотя крупные хищники временно исчезли, мелкие никуда не делись, а при росте австралопитеков и “ранних Homo ” от метра до полутора даже шакал выглядит вызывающе. Приходилось бороться с ненасытными антагонистами, что опять же способствовало социализации и развитию орудийной деятельности.

Таким образом, питание мясом давало потенциал роста мозга и оно же настоятельно требовало увеличить и усложнить нервную систему: люди смогли есть мясо, его калорийность позволяла уменьшить челюсти, уменьшение челюстей позволяло увеличить мозг, а добывание мяса побуждало увеличение мозга. Что и произошло. Трудно сказать, что тут было причиной, а что следствием: одно вызывало другое, а обратная связь усиливала проявление первого. Получилось как в известной байке про козу и дом, и даже лучше – тост из “Кавказской пленницы” реализовался за два миллиона лет до появления этого замечательного фильма: возможность чудесным образом совпала с необходимостью и реализовалась в выдающемся результате.

Одновременно происходили и структурные перестройки нервной системы. Несомненно, это было вызвано вторым важнейшим следствием перехода к мясоедению – преобразованием социальной структуры, усилением и усложнением общения между особями. Правда, про эту сторону эволюции нам остается больше догадываться, нежели оперировать фактами.

Надрезки расположены не где попало, а в определенных местах костей, из чего следует, что охотники выполняли две главные операции: срезание мяса с костей и расчленение суставов. Ели, понятно, преимущественно некрупных животных: надрезки на ребрах имеются на 9,7–12,9 % ребер мелких антилоп и только 5,0–7,5 % среднеразмерных. Исследование соотношений надрезок и отпечатков звериных зубов – когда они встречены на костях вместе – привело исследователей к выводу, что наиболее вероятен сценарий, по которому первыми потребителями мяса были именно гоминиды, а хищники получали лишь объедки. Этот момент был проверен с особой тщательностью путем сравнения с разными известными вариантами в современной и древней Африке.

Настораживает, правда, тот факт, что среди остатков среднеразмерных антилоп, съеденных гоминидами, преобладают нижние челюсти и черепа, а длинных костей конечностей намного больше, чем кончиков ног, позвонков и ребер. В случае с мелкими антилопами картина иная, там разница по частям скелета не столь очевидна, а преобладают более аппетитные части типа плечевых костей и лопаток. Исследователи предлагают два возможных объяснения. Согласно первому, гоминиды могли относиться к мелким и среднеразмерным антилопам одинаково, но в последующем возникла разница из-за падальщиков, то есть гиены могли сгрызть мелкие части среднеразмерных антилоп. Не очень ясно, правда, почему они тогда игнорировали те же элементы мелких антилоп? Более вероятно, что мелкую антилопу древние охотники легко могли дотащить до обеденного стола и целиком, не тратя время на разделывание, тогда как от более крупных отрезали самые ценные части, оставляя тяжелые, но непитательные копытца на съедение жадным падальщикам. Как видно, особенно ценились головы: следы на внутренней поверхности нижних челюстей и мозговых полостей недвусмысленно указывают, что древние гурманы особенно любили языки и мозги. Наконец, обращает на себя внимание, что среди всех находок преобладают осколки диафизов, причем, судя по некоторым признакам, кололись свежие, а не сухие кости. Логично предположить, что гоминидам пришелся по вкусу и костный мозг.

Как итог: мы можем гордиться своими предками! Находки в Канжере Южной являются древнейшими достоверными и притом массовыми следами хищнического поведения древних гоминид. Они на 200–500 тыс. лет (вдумайтесь в эту цифру!) старше, чем изученные доныне аналогичные археологические комплексы в Олдувае и других местах. Стоит особенно подчеркнуть, что речь идет именно о хищничестве, а не поведении падальщиков. Таким образом, образ Великого Предка – Отважного Охотника (для начала хотя бы и на мелких антилоп, потом дойдет очередь и до слонопотамов!) реабилитирован. Ведь сколь много говорилось (в том числе и автором этих строк) о том, что первые мясоедческие опыты гоминид были сделаны в компании вонючих гиен и трусливых шакалов, а не благородных львов, роскошных леопардов и стремительных гепардов. Теперь можно снова вернуться к эпическому варианту.

Впрочем, между первыми изготовителями каменных орудий и временем гоминид из Канжеры Южной по-прежнему остается как минимум 600 тыс. лет, а то и больше миллиона…

Мозг верхнепалеолитических людей и даже неандертальцев был в среднем заметно больше современного. Средний мозг мужчин поздних неандертальцев по самой низкой оценке имел объем 1460 см³, чаще же приводятся цифры больше 1500 см³ (возможная разница обусловлена составом выборки, неточностями в определении объема мозга у фрагментарных находок и применением разных методов измерения). В верхнем палеолите показатели примерно такие же, около 1500 см³, может, даже большие, чем у палеоантропов. Для современных же мужчин всех рас средний размер равен примерно 1425 см³, а для мужчин и женщин – 1350 см³. Уменьшение мозга началось примерно 25 тыс. лет назад и еще около 10 тыс. лет назад продолжалось вполне ощутимо. Этот факт разные исследователи объясняют по-разному. Одни, особенно гордящиеся собственной разумностью, склонны туманно рассуждать о важности количества и качества межнейронных связей, о соотношении нейронов и нейроглии, о непринципиальности абсолютной массы мозга, об отсутствии корреляции между этой массой и уровнем интеллекта, о различиях массы мозга и объема мозговой полости черепа, о тонкостях методик. Однако о нейронах неандертальцев и кроманьонцев мы ничего не знаем, а о размере мозга – знаем.

Есть и второй вариант: древние люди были умнее нас. Этот вывод обычно удивляет слушателей и ставит в некоторое замешательство. Главных аргументов “против” два: во-первых, если неандертальцы с кроманьонцами были умнее, почему же они имели более низкую культуру, во-вторых, разве объем мозга жестко связан с интеллектом?

На первое возражение ответить проще. Древние люди жили в гораздо более сложных условиях, чем мы сейчас. К тому же они были универсалами. В одной голове один человек должен был хранить сведения обо всем на свете: как делать все орудия труда, как добыть огонь, как построить жилище, как выследить добычу, как ее поймать, выпотрошить, приготовить, где можно добыть ягодки-корешки, чего есть не следует, как спастить от непогоды, хищников, паразитов, соседей. Помножьте все это на четыре времени года. Да еще добавьте мифологию, предания, сказки и прибаутки. Да необходимость по возможности бесконфликтно общаться с близкими и соседями. Поскольку не было ни специализации, ни письменности, все это человек носил в одной голове. Понятно, что от обилия такой житейской премудрости голова должна была “пухнуть”. К тому же оперировать всей этой информацией древний человек должен был быстро. Последнее, правда, несколько противоречит большому размеру: чем длиннее и сложнее межнейронные связи, тем дольше идет сигнал. Мозг мухи работает быстрее нашего в немалой степени из-за своего мизерного размера. Но и задачи у мушиного мозга попроще человеческих.

Центр принятия решений и анализа. Префронтальная кора.

Префронтальная кора головного мозга отвечает за принятие решений, контроль над поведением, планирование, внимание, память и эмоциональную регуляцию. Это отдел коры больших полушарий, расположенный в передней части лобных долей. 

Функции

• Принятие решений — кора анализирует поступающую информацию и помогает выбрать наиболее оптимальный вариант, учитывая последствия каждого действия.
• Исполнительные функции — способность к планированию, сдерживанию импульсов и работе с краткосрочной памятью.
• Эмоциональная регуляция — кора помогает избегать импульсивных и агрессивных реакций, особенно в стрессовых ситуациях.
• Самоконтроль и моральные решения — префронтальная кора помогает принимать моральные решения, соответствующие социальным нормам, и осуществлять самоконтроль.
• Социальное поведение и когнитивная гибкость — понимание и интерпретация социальных сигналов, способность быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде.
• Устойчивость внимания — кора помогает сосредотачиваться на важной информации и отфильтровывать менее значимые мысли и ощущения.

 Строение

Структура префронтальной коры базируется на трёх областях лобной доли — дорсолатеральной, медиальной и орбитофронтальной. Например:

• Дорсолатеральная область — управляет выражением эмоций на конкретную ситуацию, влияет на внимание.
• Медиальная область — отвечает за запись информации в кратковременную память, позволяет сопоставлять данные, полученные органами чувств, и хранящиеся в мозге.
• Орбитофронтальная область — регулирует социальное поведение.

 Нарушения

Повреждения префронтальной коры могут привести к серьёзным когнитивным и эмоциональным нарушениям. Например:

• проблемы с принятием решений;
• трудности с самоконтролем;
• снижение способности к моральным суждениям.

Также существует состояние гипофронтальности — снижения мозгового кровотока в префронтальной коре, которое является симптомом некоторых неврологических заболевани

Развитие

Префронтальная кора не развивается полностью до конца подросткового возраста. У подростков она может быть менее активной, что объясняет их склонность к импульсивным решениям и трудности с долгосрочным планированием. С возрастом функции префронтальной коры становятся более зрелыми и эффективными, что позволяет лучше контролировать поведение и эмоции. 

Премоторная кора.

Премоторная кора (англ. Premotor cortex, PMC) — область моторной коры головного мозга, расположенная в задних частях верхней и средней лобной извилины и в передних частях прецентральной извилины, не занятых первичной моторной корой. 

Соответствует латеральной части цитоархитектонического поля Бродмана 6. Вместе с дополнительной моторной областью составляет так называемую вторичную моторную кору. 

Анатомия

• Отличается от первичной моторной коры (поле Бродмана 4) двумя анатомическими особенностями:
• Первичная моторная кора содержит гигантские пирамидальные нейроны (клетки Беца) в V слое, тогда как в премоторной коре пирамидальные нейроны меньше по размеру.
• Первичная моторная кора агранулярная: в ней нет IV слоя гранулярных клеток, тогда как в премоторной коре этот слой присутствует, хотя он и небольшой.
• Разделяется на несколько субрегионов на основании цитоархитектоники (выделения клеточных слоёв при изучении под микроскопом), гистохимии (изучения химического состава тканей), анатомических связей с другими областями мозга и физиологических свойств.
• Связи премоторной коры с другими областями мозга разнообразны: включают как афферентные (входящие), так и эфферентные (исходящие) нервные пути с первичной моторной корой, дополнительной моторной областью, теменной долей, префронтальной корой, а также с подкорковыми структурами, включая спинной мозг, полосатое тело, таламус и другие области.

 Функции

• Планирование структуры произвольных движений , инициируемых зрительными, соматосенсорными и прочими стимулами. 
• Контроль движений на основе сенсорной информации. 
• Хранение программ наиболее частых (автоматизированных) приобретённых движений — мимики, речи, письма, бытовых навыков и пр.. Отдельные участки премоторной коры представляют собой центры основных двигательных навыков. 

Нервные сигналы, генерируемые в премоторной коре, вызывают более сложные комплексы движений, чем разрозненные движения, генерируемые в первичной моторной коре.

Патологии

• Апраксия — нарушение сложных форм произвольного целенаправленного действия при сохранности составляющих его элементарных движений.
• Моторные персеверации — навязчивое воспроизведение одних и тех же движений или их элементов.
• Затруднение воспроизведения предварительно заученных движений с использованием сенсорных ориентиров, при этом те же движения сравнительно легко заучиваются на основе пространственных ориентиров.