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.
En quoi le cerveau humain est-il tellement spécial ? Pourquoi étudions-nous les autres animaux, alors qu'eux ne nous étudient pas ? Qu'a donc un cerveau humain, que fait-il que les autres n'ont pas, ou ne font pas ? Quand je me suis intéressée à cela, il y a une dizaine d'années, les scientifiques pensaient savoir de quoi étaient faits tous les cerveaux. Malgré le peu de preuves qu'ils en avaient, de nombreux scientifiques pensaient que les cerveaux des mammifères, y compris celui de l'homme, étaient tous faits pareil, avec une quantité de neurones proportionnelle à la taille du cerveau. Ça signifie que deux cerveaux de la même taille, comme ceux-ci, qui font un bon 400g, devraient avoir le même nombre de neurones. Le neurone étant le processeur de l'information pour le cerveau, les propriétaires de ces deux cerveaux devraient avoir des capacités cognitives similaires. Et pourtant, l'un est un chimpanzé, et l'autre une vache. Si ça se trouve, les vaches ont une vie intérieure très riche intellectuellement, mais elles sont si malignes qu'elles ont choisi de ne pas nous le montrer, cependant, on les mange. Je pense qu'on peut affirmer qu'un chimpanzé est capable de comportements beaucoup plus complexes, élaborés et flexibles qu'une vache. Voici un premier indice que la théorie "tous les cerveaux sont faits pareil" n'est pas tout à fait exacte.
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.
Mais continuons. Si tous les cerveaux étaient faits pareil, entre animaux avec des cerveaux de taille différente, un cerveau plus grand devrait toujours avoir plus de neurones qu'un petit cerveau; et plus le cerveau serait gros, plus son propriétaire devrait avoir de capacités cognitives. Le plus gros cerveau qui existe devrait donc être celui qui a le plus de capacités cognitives. Mauvaise nouvelle : notre cerveau n'est pas le plus gros qui existe. C'est fâcheux. Notre cerveau pèse entre 1,2 et 1,5 kg, mais un cerveau d'éléphant pèse entre 4 et 5 kg et un cerveau de baleine, jusqu'à 9 kg. Des scientifiques en sont donc venus à dire que notre cerveau devait être spécial pour expliquer nos capacités cognitives. Il doit être vraiment extraordinaire, pour faire exception à la règle. Leurs cerveaux sont peut-être plus gros, mais le nôtre est meilleur. Si ça se trouve, c'est parce qu'il est plus grand qu'il ne devrait, avec un bien plus grand cortex cérébral que nous ne devrions avoir, vu la taille de notre corps. Nous aurions donc du cortex en rab pour s'occuper de choses plus intéressantes que de gérer le corps. En effet, la taille du cerveau est généralement proportionnelle à la taille du corps. La raison principale pour considérer que notre cerveau est plus grand qu'il ne le devrait, vient d'une comparaison entre l'homme et les grands singes. Les gorilles peuvent être deux à trois fois plus grands que nous, leur cerveau devrait donc être plus grand, mais c'est l'inverse. Notre cerveau fait trois fois la taille de celui d'un gorille.
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.
Le cerveau humain semble également spécial par la quantité d'énergie qu'il utilise. Il ne pèse que 2% de la masse corporelle, mais consomme 25% de l'énergie quotidienne utilisée par votre corps pour fonctionner. 500 calories, sur un total de 2 000 calories, rien que pour faire fonctionner le cerveau.
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?
Donc, le cerveau humain est plus grand qu'il ne le devrait, il utilise plus d'énergie qu'il ne le devrait, il est donc spécial. Là, ça a commencé à m'ennuyer sérieusement. En biologie, on cherche des règles qui s'appliquent à tous les animaux, et à la vie en général. Pourquoi les règles de l'évolution s'appliqueraient-elles à tout le monde, sauf à nous ? Le problème venait peut-être du présupposé que tous les cerveaux sont faits pareil. Peut-être que deux cerveaux de même taille peuvent ne pas avoir la même quantité de neurones. Peut-être qu'un très gros cerveau n'a pas forcément plus de neurones qu'un cerveau de taille plus modeste. Peut-être le cerveau humain a-t-il plus de neurones que tous les autres cerveaux, malgré sa taille, surtout dans le cortex cérébral. Pour moi, c'est devenu la question à laquelle il fallait répondre : combien y a-t-il de neurones dans un cerveau humain, par rapport aux autres animaux ?
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.
Bon, vous avez peut-être entendu dire ou lu quelque part, qu'on a 100 milliards de neurones. Il y a 10 ans, j'ai donc demandé à mes collègues s'ils savaient d'où sortait ce nombre. Personne ne savait. J'ai fouillé tout la littérature, à la recherche de la première référence à ce nombre, mais je ne l'ai jamais trouvée. Visiblement, personne n'avait jamais compté le nombre de neurones du cerveau humain ni de n'importe quel autre cerveau, en fait.
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.
J'ai donc élaboré une façon personnelle de compter les cellules du cerveau, qui consiste en gros à dissoudre le cerveau en une soupe. Ça marche comme ça : prenez un cerveau, ou une portion de cerveau, dissolvez-le dans un détergent qui détruit la membrane de la cellule mais laisse intact le noyau. Vous obtenez des noyaux en suspension qui ressemblent à ça : une soupe claire. Cette soupe contient tous les noyaux qui composaient le cerveau d'une souris. L'avantage de la soupe, c'est que, comme c'est liquide, on peut l'agiter et répartir ces noyaux de façon homogène dans le liquide. Si l'on observe au microscope seulement 4 ou 5 échantillons de cette solution homogène, on peut compter les noyaux, et ainsi savoir combien il y avait de cellules dans ce cerveau. C'est simple, direct et très rapide. Avec cette méthode, on a compté les neurones de dizaines d'espèces différentes jusqu'ici, et il s'avère que tous les cerveaux ne sont pas faits pareil. Prenez les rongeurs et les primates, par exemple : dans un cerveau de grand rongeur, la taille moyenne des neurones augmente, donc le cerveau grossit rapidement et gagne en taille plus vite qu'il ne gagne en neurones. Mais un cerveau de primate gagne des neurones sans que la taille moyenne du neurone augmente : c'est une façon très économique d'ajouter des neurones au cerveau. En conséquence, un cerveau de primate aura toujours plus de neurones que le cerveau d'un rongeur de même taille, et plus le cerveau sera grand, plus cette écart sera important. Bon, et notre cerveau, alors ? Nous avons découvert que nous avons en moyenne 86 milliards de neurones, dont 16 milliards dans le cortex cérébral. Etant donné que le cortex cérébral est le siège de fonctions comme la conscience et le raisonnement logique et abstrait, et qu'aucun cortex n'a plus de 16 milliards de neurones, je pense qu'on a l'explication la plus simple de nos compétences cognitives exceptionnelles. Mais ce que signifient ces 86 milliards de neurones est aussi important. Comme on a trouvé que la relation entre la taille du cerveau et son nombre de neurones pouvait être décrite mathématiquement, on a pu calculer à quoi ressemblerait un cerveau humain s'il était fait comme celui d'un rongeur. Un cerveau de rongeur avec 86 milliards de neurones pèserait 36 kilos. C'est impossible. Un cerveau aussi gros serait écrasé par son propre poids, et ce cerveau impossible irait dans un corps de 89 tonnes. Je ne crois pas que nous ressemblions à cela.
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.
Ce qui nous amène déjà à une conclusion très importante : nous ne sommes pas des rongeurs. Le cerveau humain n'est pas un gros cerveau de rat. Comparé à un rat, on est sans doute spéciaux, oui, mais ce n'est pas une comparaison juste, vu que nous ne sommes pas des rongeurs. Nous sommes des primates, donc il faut nous comparer à d'autres primates. Et là, si on calcule, on trouve qu'un primate normal ayant 86 milliards de neurones aurait un cerveau de 1,2 kg environ, ce qui paraît cohérent, dans un corps de 66 kg, ce qui, dans mon cas, est parfaitement exact. Et nous en arrivons à une conclusion peu surprenante, mais néanmoins très importante : je suis un primate. Et vous êtes tous des 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.
Et Darwin aussi. J'aime à penser que Darwin aurait apprécié ceci : son cerveau, comme le nôtre, était à l'image du cerveau des autres primates.
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.
Le cerveau humain a beau être remarquable, il ne se distingue pas par son nombre de neurones : c'est juste un gros cerveau de primate. Je trouve que cela nous ramène à un peu d'humilité et de raison, et nous rappelle notre place dans la nature.
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.
Pourquoi consomme-t-il autant d'énergie, alors ? Eh bien, d'autres chercheurs ont trouvé combien consomme le cerveau humain et ceux d'autres espèces. Maintenant que nous savons combien de neurones a chaque cerveau, on peut faire le calcul. Et il s'avère que le cerveau humain consomme autant qu'un autre cerveau : en moyenne 6 calories par milliard de neurones et par jour. Donc le coût énergétique total d'un cerveau est une fonction linéaire simple de son nombre de neurones. Et il s'avère que le cerveau humain consomme autant d'énergie qu'il le devrait. Donc, si le cerveau humain consomme autant d'énergie, c'est simplement parce qu'il a beaucoup de neurones. Et comme nous sommes des primates, avec beaucoup plus de neurones que les autres animaux pour une masse corporelle donnée, notre cerveau consomme proportionnellement beaucoup d'énergie. Mais c'est parce que nous sommes des primates, pas parce que nous sommes spéciaux.
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.
Une dernière question, dans ce cas : comment avons-nous acquis autant de neurones, et, en particulier, si les grands singes sont plus gros que nous, pourquoi n'ont-ils pas un plus gros cerveau que nous, avec plus de neurones ? Quand nous avons compris à quel point il est coûteux d'avoir beaucoup de neurones, j'ai pensé que peut-être la raison en était simple. Ils n'ont pas assez d'énergie pour avoir à la fois un grand corps et beaucoup de neurones. Nous avons donc fait nos calculs. D'un côté, on a calculé l'énergie quotidienne qu'acquiert un primate à partir de nourriture crue, et, de l'autre côté, combien d'énergie consomme un corps d'un certain poids, et combien d'énergie consomme un cerveau avec un certain nombre de neurones. Puis on a cherché les combinaisons entre le poids du corps et le nombre de neurones qu'un primate pouvait se permettre s'il mangeait un certain nombre d'heures par jour.
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.
On a trouvé que, parce que les neurones sont tellement coûteux, il y a un compromis entre taille du corps et quantité de neurones. Un primate qui se nourrit huit heures par jour peut avoir jusqu'à 53 milliards de neurones, mais son corps ne peut pas faire plus de 25 kilos. Pour être plus lourd, il doit avoir moins de neurones. Il faut donc choisir entre un grand corps et une grande quantité de neurones. Quand on mange comme un primate, impossible d'avoir les deux.
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.
Une solution à cette limite métabolique serait de passer plus de temps à se nourrir, mais ça devient dangereux, et, passé un certain point, c'est impossible. Les gorilles et les orang-outans, par exemple, arrivent à 30 milliards de neurones en passant 8h30 par jour à se nourrir : ils ne semblent pas pouvoir faire plus. Neuf heure par jour à se nourrir semble être la limite faisable pour 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.
Et nous ? Avec nos 86 milliards de neurones, et un corps de 60 à 70 kg, on devrait passer plus de 9h par jour rien qu'à se nourrir, ce qui n'est pas faisable. Si l'on mangeait comme des primates, on n'existerait pas.
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.
Que s'est-il passé, alors ? Eh bien, si notre cerveau consomme toute cette énergie et si l'on ne peut pas passer chaque heure de la journée à se nourrir, la seule autre solution, en fait, c'est de trouver le moyen de tirer plus d'énergie de la même nourriture. C'est exactement ce que nos ancêtres semblent avoir inventé, il y a 1,5 million d'années, avec la cuisson des aliments. Cuire, c'est utiliser le feu pour pré-digérer la nourriture hors du corps. La nourriture cuite est plus molle, donc plus facile à mâcher, et à transformer en bouillie dans la bouche, ce qui lui permet d'être totalement digérée et absorbée dans les intestins, ce qui produit beaucoup plus d'énergie en beaucoup moins de temps. Donc, la cuisson nous donne du temps libre pour occuper nos neurones à des choses bien plus intéressantes que de ne penser qu'à se nourrir, chercher de la nourriture, et ingérer de la nourriture toute la journée.
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.
Grâce à la cuisson, ce qui était un gros handicap, cet énorme cerveau, dangereusement coûteux , avec beaucoup de neurones, a pu devenir un atout majeur à partir du moment où l'on a pu s'offrir assez d'énergie pour avoir beaucoup de neurones, et le temps de s'en servir à faire des choses intéressantes. Je pense donc que cela explique pourquoi le cerveau humain a évolué si vite pour devenir aussi gros, tout en restant un simple cerveau de primate. Avec ce gros cerveau que permet la cuisson des aliments, on est passé rapidement du cru à la culture, l'agriculture, la civilisation, le supermarché, l'électricité, le réfrigérateur, toutes ces choses qui aujourd'hui nous permettent d'avoir toute l'énergie nécessaire à une journée entière rien qu'en passant un petit moment dans notre fast-food préféré. Ce qui a d'abord été une solution est donc devenu un problème. L'ironie, c'est qu'on cherche la solution dans la nourriture crue.
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.
Quel est donc l'atout de l'être humain ? Qu'avons-nous donc qu'aucun autre animal n'a ? Ma réponse : nous avons la plus grande quantité de neurones dans le cortex cérébral, et je pense que c'est l'explication la plus simple de nos capacités cognitives exceptionnelles. Et que faisons-nous donc qu'aucun autre animal ne fait, et qui, à mon avis, a été fondamental pour nous permettre d'avoir autant de neurones dans le cortex ? En deux mots : nous cuisinons. Aucun autre animal que l'humain ne cuit sa nourriture. Et je crois que c'est ce qui nous a rendus humains.
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)
L'étude du cerveau humain a changé ma vision de la nourriture. Maintenant, je regarde ma cuisine, et je m'incline devant elle, et je remercie mes ancêtres d'avoir inventé ce qui nous a sans doute rendus humains. Merci beaucoup. (Applaudissements)