С увеличением мозга растет относительный размер асАнализ детальных трехмерных изображений мозга 2904 людей показал, что у индивидов с крупным мозгом относительный размер ассоциативных зон коры больше, а сенсомоторных и лимбических — меньше, чем у людей с небольшим мозгом. Сходные изменения пропорций мозга наблюдаются в ходе индивидуального развития (у взрослых по сравнению с детьми) и в эволюции (у людей по сравнению с макаками). Отделы коры, для которых характерен опережающий рост, занимают самое высокое положение в функциональной иерархии нейронных сетей: они отвечают за обобщение и интеграцию данных, поступающих из других частей коры. Эти отделы отличаются повышенным энергопотреблением и имеют наиболее густую сеть дендритов; в них повышен уровень экспрессии генов, связанных с работой синапсов и энергетическим метаболизмом. Относительный размер этих отделов положительно коррелирует с IQ, однако корреляция исчезает, если внести поправку на общий размер коры. Средний объем мозга наших предков за два миллиона лет (от ранних Homo до современных людей) увеличился втрое. Столь быстрое разрастание дорогостоящего органа (большой мозг потребляет много калорий, затрудняет роды и увеличивает нагрузку на родителей) говорит о том, что увеличение мозга почему-то стало давать нашим предкам значительное преимущество, с лихвой превосходящее все затраты. Природа этого преимущества остается предметом жарких дискуссий. Какой-то вклад могло внести и снижение затрат. Причины сохранения изменчивости в принципе могут быть самыми разными. Чтобы в них разобраться, для начала нужно понять природу наблюдаемой изменчивости. Один из ключевых вопросов можно сформулировать так: отличается ли большой человеческий мозг от маленького чем-то еще, кроме размера? Например, пропорциями частей? В итоге для каждого фрагмента неокортекса удалось рассчитать, как связан его относительный размер с абсолютным размером коры. Выяснилось, что индивидуальная изменчивость по размеру мозга сопряжена со вполне определенными, статистически достоверными и воспроизводящимися в разных выборках изменениями пропорций участков коры. Одни участки имеют одинаковый относительный размер у людей с большим и маленьким мозгом. Другие — крупнее у людей с большим мозгом, то есть «растут с опережением». Третьи, наоборот, у мозговитых особей имеют меньший относительный размер, чем у людей с небольшим мозгом.Области «положительного масштабирования» (те, что относительно крупнее в больших мозгах) расположены в основном в префронтальной, височно-теменной и медиальной теменной коре. Области отрицательного масштабирования приурочены к лимбическим, первичным зрительным и первичным сенсомоторным отделам коры. Эти выводы выдержали разнообразные статистические проверки на достоверность. Кроме того, авторы дополнительно рассмотрели независимый массив данных по 1113 людям из проекта Human Connectome Project, который обсчитывался и анализировался другими методами, но результаты получились такие же. Неравномерное масштабирование характерно не только для неокортекса, но и для подкорковых отделов. Авторы проанализировали пять подкорковых структур: гиппокамп, миндалину, таламус, стриатум и паллидум. Для каждого индивида можно рассчитать «индекс масштабирования», поделив суммарную площадь красных участков коры на рис. 1, С на площадь синих. Как и следовало ожидать, между индексом масштабирования и общей площадью коры имеется строгая положительная корреляция. Иными словами, чем больше кора, тем сильнее выражено относительное увеличение красных областей и уменьшение синих. Авторы сопоставили индекс масштабирования с данными по IQ, имеющимися для одной из изученных выборок (1531 человек). Между двумя показателями обнаружилась слабая положительная корреляция, объясняющая примерно 1% вариабельности по IQ. Корреляция, однако, исчезла после внесения поправки на общую площадь коры, которая сама по себе коррелирует с IQ намного сильнее, объясняя 5% вариабельности по «коэффициенту интеллекта». Таким образом, в очередной раз подтвердилось существование положительной связи между размером коры и IQ. Степень масштабирования тесно связана с размером коры и поэтому тоже коррелирует с IQ, однако какого-либо самостоятельного влияния масштабирования на IQ обнаружить не удалось. Авторы подчеркивают, что в дальнейшем нужно будет исследовать связь масштабирования с разными другими показателями мозговых функций, а не только с IQ. Таким образом, все три «измерения» изменчивости по размеру мозга (возрастная, эволюционная и индивидуальная изменчивость) сопряжены с похожими изменениями пропорций коры. В частности, во всех трех случаях по мере увеличения мозга растут относительные размеры участков передней поясной коры, угловой извилины, верхней теменной дольки и латеральной височной коры. Этот вывод подтвердился при сопоставлении данных по масштабированию с особенностями клеточного строения разных участков коры, а также с данными по экспрессии генов. «Красные» области неокортекса, судя по их строению (например, по увеличенной толщине слоев II и III, см. Слои неокортекса), специализируются на сборе и интеграции разнообразных сигналов, поступающих из многих других, в том числе удаленных, участков коры. По сравнению с другими отделами, в них повышена экспрессия генов, связанных с энергетическим метаболизмом, транспортом ионов K+ и работой синапсов. Судя по всему, для «красных» отделов коры характерно высокое энергопотребление и максимально разветвленная сеть дендритов с повышенным числом дендритных шипиков и синапсов, служащих для приема сигналов от других нейронов неокортекса. Всё это говорит о том, что в большом мозге по сравнению с маленьким непропорционально увеличены отделы коры, связанные с высшим (интегрирующим и обобщающим) уровнем обработки информации. Самое удивительное, что при этом даже не важно, сравниваем ли мы мозговитого взрослого человека с ребенком, обезьяной или взрослым обладателем более компактного мозга. Во всех трех случаях наблюдается одна и та же тенденция. Причины и следствия обнаруженной закономерности еще предстоит выяснить. Авторы пока лишь расплывчато рассуждают о том, что непропорциональное разрастание ассоциативных зон может быть необходимо либо просто для поддержания нормальной работы увеличивающегося мозга, либо для ее улучшения. Чтобы в этом разобраться, нужно использовать разнообразные тесты мозговых функций (одним IQ тут явно не обойтись), причем результаты нужно сопоставлять по отдельности с размером коры и с пропорциями ее частей. Полученные результаты можно при желании сформулировать так, что они будут выглядеть более сенсационными. Например: «Люди с маленьким мозгом по пропорциям отделов коры занимают промежуточное положение между людьми с большим мозгом и обезьянами». Или: «У людей с маленьким мозгом недоразвиты отделы коры, отвечающие за высшие психические функции». Формально говоря, авторы именно это и обнаружили. Но в действительности, скорее всего, ситуация не так драматична. У обнаруженной закономерности может быть простое и «политически нейтральное» объяснение. Авторы отмечают, ссылаясь на теорию алгоритмов, что вычислительная нагрузка интегрирующего алгоритма по мере увеличения объема входных данных может расти не линейно, а с ускорением. Поэтому не исключено, что причина опережающего роста ассоциативных зон — «чисто техническая»: если вы увеличиваете кору вдвое, то ассоциативные зоны нужно увеличить, скажем, втрое, иначе эта кора просто не будет нормально работать. С другой стороны, в эволюции сплошь и рядом бывает так, что орган, изначально развившийся для чего-то одного, открывает новые неожиданные возможности и со временем начинает использоваться для чего-то другого. © Copyright: Сибирская Хиджра, 2018.
Другие статьи в литературном дневнике:
|
