Co je na lidském mozku tak zvláštního? Proč je to tak, že studujeme jiné živočichy, namísto aby oni studovali nás? Co má nebo dělá lidský mozek a žádný jiný nedokáže? Když jsem se o tyto otázky asi před 10 lety začala zajímat, vědci se domnívali, že ví, z čeho jsou různé mozky utvořeny. I když pro to měli velmi málo důkazů, mnozí vědci se domnívali, že všechny savčí mozky včetně lidského mozku, byly utvořeny stejným způsobem, s počtem neuronů, který byl vždy úměrný velikosti mozku. To znamená, že dva mozky stejné velikosti, jako tyto dva, s úctyhodnými 400 gramy, by měly mít stejný počet neuronů. Pokud jsou neurony funkční jednotky mozku pro zpracování informací, pak by měli mít vlastníci těchto dvou mozků podobné kognitivní schopnosti. A přesto, jeden je šimpanz, a druhý je kráva. Krávy mají možná opravdu bohatý vnitřní duševní život a jsou tak inteligentní, že nám to nechtějí dát najevo, ale my je jíme. Myslím, že většina lidí bude souhlasit, že šimpanzi jsou schopni mnohem složitějšího, propracovanějšího a pružnějšího chování než krávy. Takže toto je první náznak, že scénář "všechny mozky jsou vytvořeny stejným způsobem" není zcela správný.
What is so special about the human brain? Why is it that we study other animals instead of them studying us? What does a human brain have or do that no other brain does? When I became interested in these questions about 10 years ago, scientists thought they knew what different brains were made of. Though it was based on very little evidence, many scientists thought that all mammalian brains, including the human brain, were made in the same way, with a number of neurons that was always proportional to the size of the brain. This means that two brains of the same size, like these two, with a respectable 400 grams, should have similar numbers of neurons. Now, if neurons are the functional information processing units of the brain, then the owners of these two brains should have similar cognitive abilities. And yet, one is a chimp, and the other is a cow. Now maybe cows have a really rich internal mental life and are so smart that they choose not to let us realize it, but we eat them. I think most people will agree that chimps are capable of much more complex, elaborate and flexible behaviors than cows are. So this is a first indication that the "all brains are made the same way" scenario is not quite right.
Ale pojďme hrát dál. Pokud jsou všechny mozky vytvořeny stejným způsobem a měli bychom porovnat živočichy s mozky různých velikostí, tak větší mozky by měly mít vždy více neuronů než menší mozky, a čím větší mozek, tím více kognitivně schopný by jeho majitel měl být. Takže vůbec největší mozek by měl mít největší kognitivní schopnosti. A teď ta špatná zpráva: Náš mozek není ten největší. To se zdá být poněkud matoucí. Náš mozek váží mezi 1,2 a 1,5 kg, ale mozek slona váží mezi čtyřmi a pěti kilogramy, a mozek velryby může vážit až devět kilogramů. Proto si vědci zvykli uchylovat se k tomu, že náš mozek musí být výjimečný, aby vysvětlili naše kognitivní schopnosti. Musí být skutečně mimořádný, výjimka potvrzující pravidlo. Ostatní mozky mohou být větší, ale náš je lepší. Například v tom, že se zdá být větší, než by měl být, s mnohem větším množstvím mozkové kůry, než bychom měli mít vzhledem k velikosti našeho těla. To nám poskytuje nějakou mozkovou kůru navíc, díky které můžeme dělat zajímavější věci, než jen ovládat své tělo. Je to proto, že velikost mozku je obvykle úměrná velikosti těla. Takže hlavní důvod pro tvrzení: "náš mozek je větší, než by měl být" ve skutečnosti pochází z porovnávání nás a lidoopů. Gorily mohou být dvakrát až třikrát větší než my, takže i jejich mozky by měly být větší, než naše. Ale je to přesně naopak. Náš mozek je třikrát větší než mozek gorily.
But let's play along. If all brains were made the same way and you were to compare animals with brains of different sizes, larger brains should always have more neurons than smaller brains, and the larger the brain, the more cognitively able its owner should be. So the largest brain around should also be the most cognitively able. And here comes the bad news: Our brain, not the largest one around. It seems quite vexing. Our brain weighs between 1.2 and 1.5 kilos, but elephant brains weigh between four and five kilos, and whale brains can weigh up to nine kilos, which is why scientists used to resort to saying that our brain must be special to explain our cognitive abilities. It must be really extraordinary, an exception to the rule. Theirs may be bigger, but ours is better, and it could be better, for example, in that it seems larger than it should be, with a much larger cerebral cortex than we should have for the size of our bodies. So that would give us extra cortex to do more interesting things than just operating the body. That's because the size of the brain usually follows the size of the body. So the main reason for saying that our brain is larger than it should be actually comes from comparing ourselves to great apes. Gorillas can be two to three times larger than we are, so their brains should also be larger than ours, but instead it's the other way around. Our brain is three times larger than a gorilla brain.
Lidský mozek je také zvláštní množstvím energie, kterou spotřebuje. I když váží jen dvě procenta z celkové hmotnosti těla, sám využívá 25 procent z energie, kterou vaše tělo vyžaduje za den. To je 500 kalorií z celkem 2 000 kalorií, jen aby váš mozek pracoval.
The human brain also seems special in the amount of energy that it uses. Although it weighs only two percent of the body, it alone uses 25 percent of all the energy that your body requires to run per day. That's 500 calories out of a total of 2,000 calories, just to keep your brain working.
Lidský mozek je tedy větší, než by měl být, a využívá mnohem více energie, než by měl. Takže je zvláštní. A to je to, co mě začalo trápit. V biologii hledáme pravidla, která platí pro všechny živočichy a pro život obecně. Tak proč by měla pravidla evoluce platit pro všechny ostatní, ale ne pro nás? Možná, že problém je v základním předpokladu, že všechny mozky jsou vytvořeny stejně. Možná dva mozky podobné velikosti mohou být vytvořeny z velmi různého počet neuronů. Možná, že velmi velký mozek nemusí mít nutně více neuronů než mozek mnohem skromnějších rozměrů. Možná že má lidský mozek ve skutečnosti víc neuronů než kterýkoli jiný mozek, bez ohledu na jeho velikost, a to zejména v mozkové kůře. Z tohoto pro mě vznikla ta nejdůležitější otázka: "Kolik neuronů má lidský mozek a kolik je to v porovnání s mozky jiných živočichů?"
So the human brain is larger than it should be, it uses much more energy than it should, so it's special. And this is where the story started to bother me. In biology, we look for rules that apply to all animals and to life in general, so why should the rules of evolution apply to everybody else but not to us? Maybe the problem was with the basic assumption that all brains are made in the same way. Maybe two brains of a similar size can actually be made of very different numbers of neurons. Maybe a very large brain does not necessarily have more neurons than a more modest-sized brain. Maybe the human brain actually has the most neurons of any brain, regardless of its size, especially in the cerebral cortex. So this to me became the important question to answer: how many neurons does the human brain have,
Možná jste někde slyšeli nebo četli, že máme 100 miliard neuronů. Před 10 lety jsem se ptala kolegů jestli ví, kde se vzalo toto číslo? Nikdo nevěděl. Pátrala jsem v literatuře po původním odkazu na toto číslo, ale nikde jsem ho nenašla. Zdá se, že nikdo vlastně nikdy nespočítal počet neuronů v lidském mozku. A když na to přijde, tak ani v žádném jiném.
and how does that compare to other animals? Now, you may have heard or read somewhere that we have 100 billion neurons, so 10 years ago, I asked my colleagues if they knew where this number came from. But nobody did. I've been digging through the literature for the original reference for that number, and I could never find it. It seems that nobody had actually ever counted the number of neurons in the human brain,
Tak jsem přišla s vlastní metodou, jak spočítat buňky v mozku. V podstatě jde o to, rozpustit mozek na polévku. Funguje to následovně: vezmete mozek nebo jeho částí a rozpustíte je v saponátu, který zničí buněčné membrány, ale zachová neporušená jádra buněk, takže získáte suspenzi volných jader, která vypadá takto - - jako čirá polévka. Tato polévka obsahuje všechna jádra, která kdysi byla myším mozkem. Krása polévky je v tom, že to je polévka, kterou můžete míchat a zařídit, aby byla jádra rovnoměrně rozložena v tekutině. Teď pod mikroskopem, při pohledu na jen čtyři nebo pět vzorků tohoto roztoku, lze spočítat jádra a určit tak, kolik měl mozek buněk. Je to jednoduché, přímočaré a opravdu rychlé. Použili jsme tuto metodu ke spočítání neuronů v tuctech různých živočišných druhů a ukazuje se, že všechny mozky nejsou vytvořeny stejným způsobem. Vezměme si například hlodavce a primáty: V mozcích větších hlodavců se průměrná velikost neuronu zvětšuje, takže se mozek rychle nahustí a zvětšuje se mnohem rychleji, než získává neurony. Ale mozek primátů získává neurony, aniž by se průměrná velikost neuronu zvětšovala, což je velmi úsporný způsob, jak přidat neurony do mozku. Výsledkem je, že primátí mozek bude mít vždy více neuronů, než mozek hlodavce o stejné velikosti, a čím větší mozek, tím větší bude tento rozdíl. A co náš mozek? Zjistili jsme, že máme v průměru 86 miliard neuronů, ze kterých je 16 miliard v mozkové kůře. Když uvážíte, že mozková kůra je sídlem funkcí jako povědomí a logické a abstraktní myšlení, a že 16 miliard je nejvíce neuronů kolik kterákoli mozková kůra má, je to podle mě nejjednodušší vysvětlení našich pozoruhodných kognitivních schopností. Ale stejně důležité je, co znamená 86 miliard neuronů. Protože jsme zjistili, že vztah mezi velikostí mozku a počtem jeho neuronů lze vyjádřit matematicky. Mohli bychom vypočítat, jak by lidský mozek vypadal, kdyby byl utvořen jako mozek hlodavce. Takže, mozek hlodavce s 86 miliardami neuronů by vážil 36 kilo. To není možné. Tak obrovský mozek by byl rozmačkán svou vlastní hmotností a musel by být v těle vážícím 89 tun. Nemyslím si, že tento popis na nás sedí.
or in any other brain for that matter. So I came up with my own way to count cells in the brain, and it essentially consists of dissolving that brain into soup. It works like this: You take a brain, or parts of that brain, and you dissolve it in detergent, which destroys the cell membranes but keeps the cell nuclei intact, so you end up with a suspension of free nuclei that looks like this, like a clear soup. This soup contains all the nuclei that once were a mouse brain. Now, the beauty of a soup is that because it is soup, you can agitate it and make those nuclei be distributed homogeneously in the liquid, so that now by looking under the microscope at just four or five samples of this homogeneous solution, you can count nuclei, and therefore tell how many cells that brain had. It's simple, it's straightforward, and it's really fast. So we've used that method to count neurons in dozens of different species so far, and it turns out that all brains are not made the same way. Take rodents and primates, for instance: In larger rodent brains, the average size of the neuron increases, so the brain inflates very rapidly and gains size much faster than it gains neurons. But primate brains gain neurons without the average neuron becoming any larger, which is a very economical way to add neurons to your brain. The result is that a primate brain will always have more neurons than a rodent brain of the same size, and the larger the brain, the larger this difference will be. Well, what about our brain then? We found that we have, on average, 86 billion neurons, 16 billion of which are in the cerebral cortex, and if you consider that the cerebral cortex is the seat of functions like awareness and logical and abstract reasoning, and that 16 billion is the most neurons that any cortex has, I think this is the simplest explanation for our remarkable cognitive abilities. But just as important is what the 86 billion neurons mean. Because we found that the relationship between the size of the brain and its number of neurons could be described mathematically, we could calculate what a human brain would look like if it was made like a rodent brain. So, a rodent brain with 86 billion neurons would weigh 36 kilos. That's not possible. A brain that huge would be crushed by its own weight, and this impossible brain would go in the body of 89 tons. I don't think it looks like us.
To nás tedy konečně přivádí k velmi důležitému závěru, a sice, že nejsme hlodavci. Lidský mozek není velký krysí mozek. Ve srovnání s krysou se můžeme jevit výjimeční, ano, ale to není správné srovnání vzhledem k tomu, že víme, že nejsme hlodavci. Jsme primáti, takže správné srovnání je vůči ostatním primátům. A nyní, když si to spočítáte, zjistíte, že typický primát s 86 miliardami neuronů, by měl mít mozek vážící asi 1,2 kg. To se zdá být tak akorát, v těle vážícím kolem 66 kilogramů, což je v mém případě naprosto přesné. To nás přivádí k velmi nepřekvapivému, ale nesmírně důležitému závěru: Já jsem primát. A vy všichni jste primáti.
So this brings us to a very important conclusion already, which is that we are not rodents. The human brain is not a large rat brain. Compared to a rat, we might seem special, yes, but that's not a fair comparison to make, given that we know that we are not rodents. We are primates, so the correct comparison is to other primates. And there, if you do the math, you find that a generic primate with 86 billion neurons would have a brain of about 1.2 kilos, which seems just right, in a body of some 66 kilos, which in my case is exactly right, which brings us to a very unsurprising but still incredibly important conclusion: I am a primate. And all of you are primates.
A Darwin byl taky primát. Ráda si myslím, že by to Darwin opravdu ocenil. Jeho mozek, stejně jako náš, byl vytvořen na stejných principech, jako mozky ostatních primátů.
And so was Darwin. I love to think that Darwin would have really appreciated this. His brain, like ours, was made in the image of other primate brains.
Tedy lidský mozek může být výjimečný, ano, ale ne v počtu neuronů. Je to jen velký mozek primáta. Myslím, že je to velmi pokorná a střízlivá myšlenka, která by nám měla připomenout naše místo v přírodě.
So the human brain may be remarkable, yes, but it is not special in its number of neurons. It is just a large primate brain. I think that's a very humbling and sobering thought that should remind us of our place in nature.
Proč to ale stojí tolik energie? Jiní lidé zjistili, kolik energie lidský mozek a mozky jiných druhů spotřebují. A teď, když jsme zjistili z kolika neuronů se každý mozek skládá, můžeme si vše spočítat. A ukazuje se, že lidský mozek spotřebuje zhruba stejně jako ostatní. V průměru šest kalorií na miliardu neuronů za den. Takže celkové energetické náklady mozku jsou jednoduchou lineární funkcí počtu neuronů a ukazuje se, že lidský mozek má náklady na energii přesně tak vysoké, jak byste očekávali. Takže důvod, proč lidský mozek spotřebuje tolik energie, je ten, že má obrovský počet neuronů. Protože jsme primáti, s mnohem více neurony na velikost těla, než má jakýkoli jiný živočich, relativní náklady našeho mozku jsou velké, ale jen proto, že jsme primáti, ne proto, že jsme výjimeční.
Why does it cost so much energy, then? Well, other people have figured out how much energy the human brain and that of other species costs, and now that we knew how many neurons each brain was made of, we could do the math. And it turns out that both human and other brains cost about the same, an average of six calories per billion neurons per day. So the total energetic cost of a brain is a simple, linear function of its number of neurons, and it turns out that the human brain costs just as much energy as you would expect. So the reason why the human brain costs so much energy is simply because it has a huge number of neurons, and because we are primates with many more neurons for a given body size than any other animal, the relative cost of our brain is large, but just because we're primates, not because we're special.
Tedy poslední otázka: Jak jsme přišli k tomuto pozoruhodnému počtu neuronů, a proč lidoopi, když jsou větší než my, nemají větší mozek než my, s více neurony? Když jsme si uvědomili, jak drahé je mít spoustu neuronů v mozku, napadlo mě, že možná existuje jednoduchý důvod. Nemohou si dovolit vynakládat tolik energie, na velké tělo i velký počet neuronů. Takže jsme udělali výpočty. Na jedné straně jsme spočítali, kolik energie získá primát za den, pojídáním syrové potravy a na straně druhé, kolik energie spotřebuje tělo určité velikosti a kolik energie spotřebuje mozek s určitým počet neuronů. Podívali jsme se na kombinace tělesné velikosti a počtu mozkových neuronů, které si primáti mohou dovolit, stráví-li určitý počet hodin ze dne jedením.
Last question, then: how did we come by this remarkable number of neurons, and in particular, if great apes are larger than we are, why don't they have a larger brain than we do, with more neurons? When we realized how much expensive it is to have a lot of neurons in the brain, I figured, maybe there's a simple reason. They just can't afford the energy for both a large body and a large number of neurons. So we did the math. We calculated on the one hand how much energy a primate gets per day from eating raw foods, and on the other hand, how much energy a body of a certain size costs and how much energy a brain of a certain number of neurons costs, and we looked for the combinations of body size and number of brain neurons that a primate could afford if it ate a certain number of hours per day.
A zjistili jsme, že protože neurony jsou tak drahé, existuje tu kompromis mezi velikostí těla a počtem neuronů. Takže primát, který jí osm hodin denně, si může dovolit nanejvýš 53 miliard neuronů, ale pak jeho tělo nemůže být těžší než 25 kilogramů. Aby mohl vážit více, musí se vzdát neuronů. Takže je to buď velké tělo nebo velký počet neuronů. Když budete jíst jako primát, nemůžete si dovolit obojí.
And what we found is that because neurons are so expensive, there is a tradeoff between body size and number of neurons. So a primate that eats eight hours per day can afford at most 53 billion neurons, but then its body cannot be any bigger than 25 kilos. To weigh any more than that, it has to give up neurons. So it's either a large body or a large number of neurons. When you eat like a primate, you can't afford both.
Jeden způsob, jak se dostat z tohoto metabolického omezení, by byl strávit ještě více hodin za den jedením, to se ale stává nebezpečným a od určitého bodu už to prostě není možné. Například gorily a orangutani si mohou dovolit asi 30 miliard neuronů, protože stráví osm a půl hodiny denně jedením, a zdá se, že to je maximum, co ještě zvládnou. Devět hodin jedení denně se jeví jako praktický limit pro primáty.
One way out of this metabolic limitation would be to spend even more hours per day eating, but that gets dangerous, and past a certain point, it's just not possible. Gorillas and orangutans, for instance, afford about 30 billion neurons by spending eight and a half hours per day eating, and that seems to be about as much as they can do. Nine hours of feeding per day seems to be the practical limit for a primate.
A co my? S našimi 86 miliardami neuronů a 60 až 70 kilogramy tělesné hmotnosti bychom měli věnovat více než devět hodin denně jedení, což prostě není proveditelné. Pokud bychom jedli jako primáti, neměli bychom tu být.
What about us? With our 86 billion neurons and 60 to 70 kilos of body mass, we should have to spend over nine hours per day every single day feeding, which is just not feasible. If we ate like a primate, we should not be here.
Jak jsme se sem pak tedy dostali? Jestli náš mozek spotřebuje tolik energie, kolik by měl, a pokud nemůžeme strávit každou hodinu, co jsme vzhůru, jedením, pak jediná alternativa je, dostat více energie ze stejného jídla. A pozoruhodné je, že to přesně odpovídá tomu, co si myslíme, že dokázali naši předci před jeden a půl miliony let, když vynalezli vaření. Vařit znamená používat oheň k natrávení potravy mimo naše tělo. Vařené jídlo je měkčí, tedy se i lépe žvýká a snáze se v puse promění na kaši, což umožní úplné strávení a vstřebání ve střevech. To přinese mnohem více energie, v mnohem kratším čase. Takže vaření nám získává čas, abychom dělali mnohem zajímavější věci s naším dnem a s našimi neurony, než jen mysleli na jídlo, hledali jídlo a hltali ho, po celý den.
How did we get here, then? Well, if our brain costs just as much energy as it should, and if we can't spend every waking hour of the day feeding, then the only alternative, really, is to somehow get more energy out of the same foods. And remarkably, that matches exactly what our ancestors are believed to have invented one and a half million years ago, when they invented cooking. To cook is to use fire to pre-digest foods outside of your body. Cooked foods are softer, so they're easier to chew and to turn completely into mush in your mouth, so that allows them to be completely digested and absorbed in your gut, which makes them yield much more energy in much less time. So cooking frees time for us to do much more interesting things with our day and with our neurons than just thinking about food, looking for food, and gobbling down food all day long.
Takže díky vaření se původní břímě, velký, nebezpečně drahý mozek s mnoha neurony, stává hlavní výhodou. Teď, když si můžeme dovolit energii pro mnoho neuronů a čas dělat s nimi zajímavé věci. Takže si myslím, že to vysvětluje, proč lidský mozek během evoluce tak rychle narostl do takové velikosti zatímco zůstal pouhým mozkem primátů. S tímto velkým mozkem, který si nyní můžeme dovolit díky vaření, jsme rychle přešli od syrové potravy ke kultuře, zemědělství, civilizaci, obchodům s potravinami, elektřině, chladničkám, ke všem těm věcem, co nám dnes umožňují získat všechnu energii, co potřebujeme na celý den jednou návštěvou našeho oblíbeného rychlého občerstvení. Co kdysi bylo řešením, stává se nyní problémem, a paradoxně hledáme řešení v syrových potravinách.
So because of cooking, what once was a major liability, this large, dangerously expensive brain with a lot of neurons, could now become a major asset, now that we could both afford the energy for a lot of neurons and the time to do interesting things with them. So I think this explains why the human brain grew to become so large so fast in evolution, all of the while remaining just a primate brain. With this large brain now affordable by cooking, we went rapidly from raw foods to culture, agriculture, civilization, grocery stores, electricity, refrigerators, all of those things that nowadays allow us to get all the energy we need for the whole day in a single sitting at your favorite fast food joint. So what once was a solution now became the problem, and ironically, we look for the solution in raw food.
Co je tedy výhoda lidí? Co je to, co máme a nikdo jiný nemá? Má odpověď je, že máme největší počet neuronů v mozkové kůře a myslím, že je to nejjednodušší vysvětlení našich pozoruhodných kognitivních schopností. A co je to, co děláme a žádný jiný živočich ne, a co, podle mě, bylo nezbytné, abychom mohli dosáhnout takového počtu neuronů v mozkové kůře? Jedním slovem - vaření. Žádný jiný živočich potravu nevaří, pouze lidé. A myslím si, že tak jsme se stali lidmi.
So what is the human advantage? What is it that we have that no other animal has? My answer is that we have the largest number of neurons in the cerebral cortex, and I think that's the simplest explanation for our remarkable cognitive abilities. And what is it that we do that no other animal does, and which I believe was fundamental to allow us to reach that large, largest number of neurons in the cortex? In two words, we cook. No other animal cooks its food. Only humans do. And I think that's how we got to become human.
Studiem lidského mozku se mi změnil pohled na jídlo. Nyní se dívám na svou kuchyni a klaním se jí, a děkuji svým předkům za vynález, který z nás pravděpodobně udělal lidi. Mnohokrát děkuji. (Potlesk)
Studying the human brain changed the way I think about food. I now look at my kitchen, and I bow to it, and I thank my ancestors for coming up with the invention that probably made us humans. Thank you very much. (Applause)