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.
¿Qué tiene de especial el cerebro humano? ¿Por qué estudiamos otros animales en lugar de que ellos nos estudien? ¿Qué es lo que tiene o hace un cerebro humano que otros cerebros no hacen? Cuando me interesé por estos temas hace 10 años, los científicos pensaban que sabían cómo estaban formados los diferentes cerebros. Aunque se basaban en muy poca evidencia, muchos científicos pensaban que los cerebros de todos los mamíferos, incluyendo el cerebro humano, estaban formados de la misma manera, con un número de neuronas que era siempre proporcional al tamaño del cerebro. Esto significa que dos cerebros del mismo tamaño, como estos dos, con un peso respetable de 400 gramos, deberían tener un número similar de neuronas. Ahora, si las neuronas son las unidades funcionales de procesamiento de la información del cerebro, entonces, los dueños de estos dos cerebros deberían tener habilidades cognitivas similares. Sin embargo, uno es de un chimpancé, y el otro es de una vaca. Ahora, quizás las vacas tienen una vida mental interna y son tan listas que no nos permiten darnos cuenta, pero nos las comemos. Creo que la mayoría de la gente estará de acuerdo en que los chimpancés son capaces de manifestar comportamientos más complejos, elaborados y flexibles que las vacas. Por lo que este es el primer indicador de que el postulado de "todos los cerebros se forman de la misma manera" no es del todo correcto.
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.
Pero sigamos. Si todos los cerebros estuvieran formados del mismo modo, y si comparáramos animales con cerebros de distinto tamaño, los cerebros más grandes deberían tener más neuronas que los cerebros más pequeños y, a mayor tamaño, mayor capacidad cognitiva debería tener su usuario. De modo que el cerebro más grande que existe debería ser también el de mayor capacidad cognitiva. Y aquí vienen las malas noticias: Nuestro cerebro no es el más grande que existe. Parece ser un poco desconcertante. Nuestro cerebro pesa entre 1.2 y 1.5 kg, pero los cerebros de elefante pesan entre 4 y 5 kg, y los cerebros de ballena pueden alcanzar los 9 kg, y es por esto que los científicos solían decir que nuestro cerebro era especial al explicar nuestras habilidades cognitivas. Debe ser realmente extraordinario, una excepción a la regla. El de ellos puede ser más grande, pero el nuestro es mejor, y podría ser mejor, por ejemplo, en que parece más grande de lo que debería ser, con una corteza cerebral mucho más grande de la que tendríamos por el tamaño de nuestros cuerpos. De modo que nos daría una corteza extra para realizar cosas más interesantes que solo operar el cuerpo. Eso se debe a que el tamaño del cerebro normalmente acompaña al tamaño del cuerpo. Por lo que la razón principal para decir que nuestro cerebro es más grande de lo que debería, en realidad proviene de compararnos con otros homínidos. Los gorilas pueden ser dos o tres veces más grandes que nosotros, de modo que sus cerebros deberían ser también más grandes que los nuestros, sin embargo, ocurre lo opuesto. Nuestro cerebro es tres veces más grande que el de un gorila.
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.
El cerebro humano también parece especial en cuanto a la cantidad de energía que utiliza. Si bien pesa apenas el 2% del cuerpo, él solo utiliza el 25% de toda la energía que el cuerpo requiere para funcionar diariamente. Eso es 500 calorías de un total de 2000, solo para mantener tu cerebro en funcionamiento.
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, and how does that compare to other animals?
Entonces, el cerebro humano es más grande de lo que debería, utiliza mucha más energía de la que debería, por lo tanto, es especial. Y es aquí donde la historia comenzó a molestarme. En biología, buscamos reglas que se apliquen a todos los animales y a la vida en general. ¿Por qué habrían de aplicarse las reglas de la evolución a todos excepto a nosotros? Quizás el problema estaba en la suposición básica de que todos los cerebros estaban hechos del mismo modo. Quizás dos cerebros de un tamaño similar podrían estar hechos, en realidad, de una cantidad muy diferente de neuronas. Quizás un cerebro muy grande no necesariamente tiene más neuronas que un cerebro de tamaño modesto. Quizás el cerebro humano tiene la mayor cantidad de neuronas que cualquier otro cerebro, sin importar su tamaño, especialmente en la corteza cerebral. Por lo que esto se convirtió en una pregunta importante a responder: ¿cuántas neuronas tiene el cerebro humano, y cómo se las compara con otros animales?
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, or in any other brain for that matter.
Ahora, Uds. pueden haber escuchado o leído en algún lugar que tenemos 100 mil millones de neuronas, por lo que, hace 10 años, le pregunté a mis colegas si sabían de dónde provenía esta cifra. Pero nadie sabía. Estuve buscando la referencia original del número en la bibliografía, pero nunca logré encontrarla. Parece que nadie contó en realidad el número de neuronas en el cerebro humano, o en cualquier otro cerebro para el caso.
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.
Por lo que ideé una forma para contar las células del cerebro, y esencialmente consiste en disolver el cerebro hasta hacerlo sopa. Funciona así: Tomas un cerebro, o partes de él, y lo disuelves en detergente, lo cual destruye las membranas celulares pero conserva el núcleo celular intacto, de modo que te quedas finalmente con una suspensión de núcleo libre que se parece a esto, como un caldo. Esta sopa contiene todos los núcleos que una vez fueron un cerebro de ratón. Ahora, la belleza de una sopa es que, como es sopa, puedes agitarla y hacer que todos esos núcleos se distribuyan homogéneamente en el líquido, de modo que ahora al mirar en el microscopio solo cuatro o cinco muestras de esta solución homogénea, puedes contar los núcleos, y por lo tanto saber cuántas células tenía ese cerebro. Es simple, sencillo, y realmente rápido. Entonces, utilizamos ese método para contar neuronas en docenas de diferentes especies, y resulta que los cerebros no están hechos del mismo modo. Consideremos a los roedores y los primates, por ejemplo: En los cerebros más grandes de los roedores, el tamaño promedio de la neurona aumenta; de modo que el cerebro se infla muy rápidamente y aumenta su tamaño de forma mucho más rápida de la que obtiene neuronas. Pero los cerebros de los primates obtienen neuronas sin que la neurona promedio se haga más grande, lo cual es una forma muy económica de agregarle neuronas al cerebro. El resultado es que el cerebro de un primate tendrá siempre más neuronas que un cerebro de roedor del mismo tamaño, y a mayor cerebro, mayor será esta diferencia. Entonces, ¿qué sucede con nuestro cerebro? Hemos encontrado que poseemos, en promedio, 86 mil millones de neuronas, 16 mil millones de las cuales se encuentran en la corteza cerebral, y si consideramos que la corteza cerebral es la sede de funciones como la consciencia, y el razonamiento lógico y abstracto, y que esas 16 mil millones es la mayor cantidad de neuronas que posee cualquier otra corteza, considero que esta es la explicación más simple a nuestras habilidades cognitivas extraordinarias. Pero igual de importante es lo que significan esas 86 mil millones de neuronas. Al descubrir que la relación entre el tamaño del cerebro y su número de neuronas podía ser descrita matemáticamente, pudimos calcular cómo se vería un cerebro humano si fuese como el cerebro de un roedor. Entonces, el cerebro de un roedor con 86 mil millones de neuronas pesaría 36kg. Eso es imposible. Un cerebro tan grande se aplastaría por su propio peso, y este cerebro imposible le correspondería a un cuerpo de 89 toneladas. No creo que se parezca a nosotros.
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.
Lo que ya nos lleva a una conclusión muy importante: que no somos roedores. El cerebro humano no es un gran cerebro de rata. En comparación a una rata, podemos parecer especiales, sí, pero no es una comparación justa, dado que sabemos que no somos roedores. Somos primates, de modo que la comparación adecuada es con otros primates. Y allí, si uno hace la cuenta, encontrará que un primate genérico con 86 mil millones de neuronas tendría un cerebro de 1.2 kg aproximadamente, lo cual parece aceptable, en un cuerpo de unos 66 kg, el cual en mi caso es exactamente ese, lo cual nos lleva a una conclusión poco sorprendente, pero de todos modos importante: soy un primate. Y todos ustedes son primates.
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.
Y también lo era Darwin. Me gusta pensar que Darwin habría realmente apreciado esto. Su cerebro, como el nuestro, estaba hecho a la imagen de otros cerebros de primate.
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.
Por lo tanto, el cerebro humano puede ser extraordinario, sí, pero no es especial en cuanto a su número de neuronas. Es simplemente el cerebro de un gran primate. Pienso que es un pensamiento muy humilde y aleccionador que nos recuerda nuestro lugar en la naturaleza.
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.
Entonces, ¿por qué utiliza tanta energía? Bueno, otros han descubierto cuánta energía utilizan el cerebro humano y el de otras especies, y, ahora que sabemos cuántas neuronas posee cada cerebro, podemos hacer la cuenta. Resulta que, tanto el cerebro humano como los otros, utilizan la misma cantidad: un promedio de 6 calorías por cada mil millones de neuronas por día. De modo que el gasto energético total de un cerebro es una simple función lineal de su cantidad de neuronas, y resulta que el cerebro humano utiliza casi tanta energía como podría esperarse. Por lo tanto, la razón por la que el cerebro humano utiliza tanta energía es simplemente porque tiene una enorme cantidad de neuronas, y porque somos primates con muchas más neuronas para nuestro tamaño que cualquier otro animal. El gasto relativo de nuestro cerebro es enorme, pero solo porque somos primates, no porque seamos especiales.
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.
Entonces, la última pregunta: ¿Cómo hemos llegado a esta sorprendente cantidad de neuronas? Y, particularmente, si los primates son más grandes que nosotros, ¿por qué no tienen un cerebro más grande que el nuestro, con más neuronas? Cuando nos dimos cuenta de cuán costoso era tener un montón de neuronas en el cerebro, entendimos, que quizás existe una razón simple. Ellos no disponen de la energía para tanto un gran cuerpo como para una gran cantidad de neuronas. Por lo que hicimos la cuenta. Por un lado, calculamos cuánta energía obtiene un primate diariamente comiendo comida cruda, y por el otro, cuánta energía utiliza un cuerpo de determinado tamaño y cuánta energía utiliza un cerebro con un determinado número de neuronas, y observamos las combinaciones de tamaño de cuerpo y de número de neuronas en el cerebro que un primate podía disponer si comiera una determinada cantidad de horas por día.
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.
Y lo que descubrimos es que, como las neuronas son tan costosas, el tamaño del cuerpo y la cantidad de neuronas se compensan entre sí. Por lo que un primate que come ocho horas por día puede disponer como máximo de 53 mil millones de neuronas, pero su cuerpo no puede ser mayor a 25 kg. Para pesar más que eso, debe ceder neuronas. De modo que o se tiene un gran cuerpo o se tiene una gran cantidad de neuronas. Cuando comes como un primate, no puedes disponer de ambas cosas.
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.
Una forma de liberarse de esta limitación metabólica sería dedicarle aún más horas diarias a comer, pero esto se torna peligroso, y, luego de un cierto punto, es simplemente imposible. Los gorilas y los orangutanes, por ejemplo, disponen de unas 30 mil millones de neuronas e invierten ocho horas y media comiendo, y eso parece ser el máximo que pueden lograr. Nueve horas de alimentación diaria parece ser el límite práctico en un primate.
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.
¿Y qué hay de nosotros? Con nuestras 86 mil millones de neuronas y con nuestros 60 a 70 kg de masa corporal, deberíamos tener que dedicarle más de 9 horas diarias a nuestra alimentación todos los días, lo cual simplemente no es posible. Si comiéramos como un primate, no deberíamos estar aquí.
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.
Entonces, ¿cómo llegamos hasta aquí? Bueno, si nuestro cerebro utiliza tanta energía como supone, y si no podemos dedicarle cada hora que estamos despiertos a nuestra alimentación, entonces, la única alternativa, realmente, es obtener de alguna manera más energía de los mismo alimentos. Y, extraordinariamente, eso coincide exactamente con lo que se cree que nuestros ancestros inventaron hace un millón y medio de años atrás cuando inventaron el cocinar. Cocinar es utilizar fuego para predigerir los alimentos fuera del cuerpo. Los alimentos cocidos son más suaves, por lo que son más fáciles de masticar y de transformarlos en papilla en la boca, de modo que permite que se digieran por completo y que se absorban en el estómago, lo que los hace producir mucha más energía en mucho menos tiempo. Entonces, cocinar nos libera tiempo para hacer cosas mucho más interesantes con nuestro día y con nuestras neuronas que simplemente pensar en comida, buscar comida y engullir comida todo el día.
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.
Entonces, como cocinamos, lo que una vez fue un gran lastre, este cerebro tan grande y peligrosamente costoso, repleto de neuronas, ahora podría convertirse en algo muy valioso, ahora que nos alcanzaba la energía para un montón de neuronas y el tiempo para hacer cosas interesantes con ellas. Entonces, creo que esto explica por qué el cerebro humano creció hasta hacerse tan grande tan rápidamente en la evolución, todo mientras permanecía simplemente un cerebro de primate. Ahora, que cocinar hizo asequible este gran cerebro, avanzamos rápidamente de alimentos crudos a cultura, agricultura, civilización, tiendas, electricidad, refrigeradores, y todas esas cosas que hoy en día nos permiten obtener toda la energía que necesitamos para todo el día de un tirón en tu lugar de comida rápida favorito. Lo que una vez fue una solución ahora se convirtió en un problema, e, irónicamente, ahora buscamos la solución en alimentos crudos.
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.
¿Cuál es la ventaja humana? ¿Qué es lo que poseemos que ningún otro animal posee? Mi respuesta es que poseemos el mayor número de neuronas en la corteza cerebral, y creo que es la explicación más simple para nuestras habilidades cognitivas extraordinarias. ¿Y qué es lo que hacemos que ningún otro animal hace, que creo que fue fundamental para permitirnos llegar a tal cantidad, la más grande de todas, de neuronas en la corteza? En dos palabras: nosotros cocinamos. Ningún otro animal cocina sus alimentos. Solo los humanos lo hacen. Y creo que es cómo llegamos a ser humanos.
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)
Estudiar el cerebro humano cambió cómo pienso sobre los alimentos. Ahora miro hacia mi cocina, y me inclino ante ella, y le agradezco a mis ancestros por haber elaborado el invento que probablemente nos haya convertido en humanos. Muchas gracias. (Aplausos)