Ученые обнаружили ключевое отличие мозга человека от мозга животных

Как часто говорят, человек — венец творения. А “венцом” мы стали только потому, что у нас более совершенный мозг, чем у братьев наших меньших. Но в чем заключаются его отличия? Сразу скажу, что объем серого вещества значения не имеет. Мозг человека весит всего 1-2 кг. К примеру, у кашалота его вес составляет 9 кг, мозг слона весит 5 кг. Тем не менее, их когнитивные способности далеки от способностей человека. Думаете все дело в количестве нейронов? Тоже не верно, так как у черного дельфина больше нейронов в мозге, чем у человека. Однако различие все же имеется. Как предполагают ученые Массачусетского технологического института, заключаются они в особенностях строения нейронов головного мозга. Благодаря этому, по мнению ученых, мозг человека является более энергоэффективным.

Чем отличаются нейроны в мозге человека

Нейроны представляют собой особые клетки, которые общаются между собой посредством электрических импульсов, генерирующихся ионными каналами. Последние представляют собой специальные белки, которые содержит клеточная мембрана. Нейроны отвечают за самые разные функции мозга. Есть даже те, которые отвечают за сознание. Как выяснилось, вопреки ожиданиям в нейронах мозга человека содержится меньше каналов, чем у животных.

Ранее было известно, что нейроны могут иметь разные размеры, а также различаются отростками, отвечающими за передачу и прием импульсов. Как не сложно догадаться, у большого нейрона каналов больше, чем у маленького. Однако, если сравнить большой нейрон, к примеру, кашалота, и мыши, то, как ранее предполагалось, они работают одинаково.

Нейроны мозга человека содержат меньше ионных каналов

С одной стороны, так и есть, но только когда сравнение происходит между нейронами большинства видов животных. Что касается нейронов человека, то, как показало исследование, которое было опубликовано в издании Nature, они отличаются электрофизиологическими своими показателями.

Как предполагают авторы работы, сокращение количества каналов могло помочь человеческому мозгу развиться и работать более эффективно. Экономия ресурсов позволяет мозгу направлять их на прочие энергоемкие процессы, которые происходят при выполнении сложных когнитивных задач.

«Если мозг может экономить энергию за счет уменьшения плотности ионных каналов, он может тратить эту энергию на другие нейронные или цепные процессы», — говорит Марк Харнетт, доцент кафедры мозга и когнитивных наук, член Института исследований мозга Макговерна Массачусетского технологического института, старший автор исследования.

Мозг человека отличается более высокой энергоэффективностью

Эволюция человека сделала мозг более энергоэффективным

Исследователи проанализировали нейроны 10 различных млекопитающих, среди которых крысы, морские свинки, кролик, игрунковая обезьяна, макаки и пр. Авторы работы изучили плотность ионных каналов, расположенных в мембранах нейронов определенного слоя коры.

По мере увеличения нейронов у разных животных, как выяснилось, увеличивается и плотность каналов. К примеру, у приматов нейроны больше, чем у многозубки, соответственно, плотность ионных каналов тоже выше. Но такое отличие можно заметить, если сравнивать отдельно взятые нейроны. Но ели сравнить определенный одинаковый объем мозга, то количество ионных каналов у этих животных одинаковая.

Ионные каналы требуют большое количество энергии

Связано это с тем, что у маленького животного, такого как мышь, нейроны меньше, чем у макаки. Если, грубо говоря, взять два небольших образца мозга двух животных, у мыши во взятом образце нейроннов будет больше, чем у макаки. Но так как плотность ионных каналов у макаки выше, их количество у животных одинаковое. В результате электрические свойства у разных животных тоже одинаковые, будь то мышь, кролик, многозубка или обезьяна. Однако это правило не касается человека.

В образце мозга человека оказалось меньше каналов, несмотря на крупные размеры нейронов. Авторы работы поясняют, что ионные каналы расходуют много энергии. Соответственно, чем больше каналов, тем больше мозгу требуется энергии чтобы синтезировать импульсы.

“Мы думаем, что люди эволюционировали, то есть нашли способ стать более энергетически эффективными, чтобы тратить меньше энергии в сравнении с другими животными” — говорит Харнетт.

Таким образом удалось выяснить что мозг человека отличается от мозга животных на клеточном уровне. Это отличие наверняка влияет на работу мозга. В ближайшее время исследователи планируют исследовать мозг человекообразных обезьян. На эволюционной лестнице они являются нашими ближайшими соседями. Возможно, это позволит понять, когда в мозге человека произошли такие изменения, и какие генетические процессы к этому привели. Напоследок отмечу, что мозг современных людей стал не только более энергоэффективным, но и уменьшился в размерах.