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.
Wat is zo bijzonder aan het menselijk brein? Waarom bestuderen wij andere dieren, en zij niet ons? Wat heeft het menselijk brein, of wat kan het doen, dat geen enkel ander brein kan? Toen ik 10 jaar geleden geïnteresseerd raakte in deze vragen, dachten wetenschappers dat ze wisten waar verschillende hersenen van gemaakt zijn. Al was het gebaseerd op weinig wetenschappelijk bewijs, dachten veel wetenschappers dat alle zoogdierhersenen, waaronder het menselijk brein, op dezelfde manier gemaakt waren, met een aantal neuronen dat altijd evenredig was aan de grootte van het brein. Dat zou betekenen dat twee breinen van dezelfde grootte, zoals deze twee, van een respectabele 400 gram, ongeveer evenveel neuronen zouden moeten hebben. Dus als neuronen de praktische informatieverwerkende delen zijn van het brein, dan zouden de eigenaars van deze twee hersenen dezelfde cognitieve capaciteiten moeten hebben. Maar de éne zijn van een chimpansee, de andere van een koe. Nu hebben koeien misschien een ontzettend veelzijdig intern mentaal leven en zijn ze zo intelligent zijn dat ze er bewust voor kiezen om ons dat niet te laten zien, maar wij eten koeien. De meeste mensen zijn het ermee eens dat chimpansees in staat zijn tot veel complexere, uitgebreidere en flexibler soorten gedrag dan koeien. Dus dit is een eerste aanwijzing dat de theorie van gelijke bouw van alle hersenen niet helemaal klopt.
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.
Maar we gaan nog even mee. Als alle hersenen gelijk gemaakt waren, en je zou dieren met verschillende hersengroottes vergelijken, dan zouden grotere hersenen altijd meer neuronen moeten hebben dan kleinere en de cognitieve capaciteit zou moeten toenemen met de omvang van het brein. Dus de grootste hersenen moeten dan de grootste cognitieve vaardigheden hebben. En hier is het slechte nieuws: ons brein is niet het grootste dat er is. Het lijkt nogal irritant. Ons brein weegt tussen 1,2 and 1,5 kilo, maar dat van de olifant weegt tussen vier en vijf kilo, en dat van de walvis kan tot negen kilo wegen. Wetenschappers beweerden daarom doorgaans dat ons brein dan wel 'bijzonder' moest zijn, om onze cognivitieve vaardigheden te kunnen verklaren. Het moet dan wel zeer uitzonderlijk zijn, een uitzondering op de regel. Hun brein mag dan groter zijn, maar dat van ons is beter, en dat zou bijvoorbeeld kunnen zijn omdat het groter lijkt te zijn dan nodig, met een veel grotere hersenschors dan nodig voor de grootte van onze lichamen. Dat zou ons extra hersenschors geven om interessantere dingen te doen dan slechts het lichaam te besturen. Dat is omdat de grootte van het brein normaal overeenkomt met de grootte van het lichaam. De belangrijkste reden om te zeggen dat ons brein groter is dan nodig, komt doordat we onszelf vergelijken met mensapen. Gorilla's kunnen 2 tot 3 keer zo groot zijn als wij, dus hun hersenen zouden ook groter moeten zijn, maar het is andersom. Ons brein is drie keer zo groot als dat van een gorilla. Het menselijk brein lijkt ook bijzonder
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.
wat betreft zijn energieverbruik. Hoewel het slechts 2% van het lichaamsgewicht heeft, gebruikt het 25% van alle energie dat het lichaam per dag verbruikt. Dat is 500 calorieën van een dagelijks totaal van 2.000 calorieën, enkel om je brein te laten functioneren. Dus het menselijk brein is groter dan nodig,
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?
het gebruikt veel meer energie dan nodig, en daarom is het bijzonder. En dit is waar het hele verhaal me begon te storen. In de biologie zoeken we altijd naar regels die gelden voor alle dieren, en leven in het algemeen, dus waarom zouden de regels van de evolutie van toepassing zijn op alle andere levende organismen, maar niet op ons? Misschien lag het probleem bij de veronderstelling dat alle hersenen gelijk gemaakt zijn. en kunnen twee even grote breinen gemaakt zijn van verschillende aantallen neuronen. Misschien heeft een erg groot brein niet noodzakelijk meer neuronen dan een wat kleiner brein. Misschien heeft het menselijk brein het grootste aantal neuronen van alle hersenen, ongeacht de grootte, met name in de hersenschors. Dit werd voor mij de belangrijkste vraag die ik wilde beantwoorden: hoeveel neuronen heeft het menselijk brein, en hoe verhoudt zich dat tot andere diersoorten? Je hebt misschien gehoord of ergens gelezen
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.
dat we 100 miljard neuronen hebben, dus tien jaar geleden vroeg ik mijn collega's of ze wisten waar dit aantal vandaan kwam. Niemand wist het antwoord. Ik heb gezocht in de literatuur naar de oorsprong van dat getal, en het nooit gevonden. Het lijkt dat niemand ooit daadwerkelijk geteld heeft hoeveel neuronen het menselijk brein bevat, of welk brein dan ook.
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.
Dus bedacht ik mijn eigen manier om hersencellen te tellen, en die komt in feite erop neer dat je soep maakt van hersenen. Het werkt als volgt. Men neemt een brein, of een deel van dat brein, en laat het ontbinden in wasmiddel, wat de celmembranen vernietigt maar de celkernen intact houdt, zodat je een vocht overhoudt met vrije celkernen dat er zo uitziet, als een heldere soep. Deze soep bevat alle celkernen die ooit samen een muizenbrein vormden. Nu, de schoonheid van een soep is dat, omdat het soep is, je het kunt roeren om de celkernen homogeen te verspreiden in de vloeistof, zodat je nu onder een microscoop van slechts vier of vijf monsters van dit homogene vocht de celkernen maar hoeft te tellen om te bepalen hoeveel cellen dat brein had. Het is makkelijk, rechtstreeks en ontzettend snel. We hebben met deze methoden neuronen geteld in, tot nu toe, tientallen diersoorten en het blijkt dat alle hersenen níet op dezelfde manier gemaakt zijn. Neem knaagdieren en primaten, bijvoorbeeld. In breinen van grotere knaagdieren neemt de gemiddelde neurongrootte toe, zodat het brein snel opzwelt en veel sneller in grootte toeneemt dan in aantal neuronen. Maar primatenbreinen krijgen meer neuronen zonder dat de grootte van de neuronen toeneemt, wat een erg economische manier is om meer neuronen te krijgen in het brein. Het resultaat is dat het brein van een primaat altijd meer neuronen heeft dan dan een even groot knaagdierbrein, en hoe groter het brein, hoe groter dit verschil zal zijn. Dus, hoe zit het met ons brein? We hebben vastgesteld dat we, gemiddeld, 86 miljard neuronen hebben, waarvan 16 miljard zich in de hersenschors bevinden, en als je de hersenschors beschouwt als de zetel van functies zoals bewustzijn en logisch en abstract redeneren, en dat 16 miljard het grootste aantal neuronen is van welke cortex dan ook, dan lijkt dit de simpelste verklaring voor onze opmerkelijke cognitieve vaardigheden. Maar het is net zo belangrijk wat die 86 miljard neuronen betekenen. Omdat we zagen dat de relatie tussen de grootte van het brein en het aantal neuronen wiskunding beschreven kan worden, kunnen we berekenen hoe het menselijk brein eruit zou zien als het gemaakt was als dat van een knaagdier. Welnu, een knaagdierbrein met 86 miljard neuronen zou 36 kilo wegen. Dat is onmogelijk. Zo'n enorm brein zou verpletterd worden door zijn eigen gewicht, en dit onmogelijke brein zou huizen in een lichaam dat 89 ton weegt. Ik denk niet dat wij er zo uitzien. Dit brengt ons nu al tot een belangrijke conclusie:
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.
wij zijn geen knaagdieren! (Gelach) Het menselijk brein is geen enorm rattenbrein! Vergeleken met een rat lijken we misschien bijzonder, maar dat is geen eerlijke vergelijking aangezien we nu weten dat we geen knaagdieren zijn. Wij zijn primaten, dus de juiste vergelijking is met andere primaten. En als je het uitrekent, zie je dat een gemiddelde primaat met 86 miljard neuronen een brein zou hebben van ongeveer 1.2 kilo, wat precies goed lijkt in een lichaam van ongeveer 66 kilo, wat in mijn geval precies klopt, en dat brengt ons tot een totaal niet verrassende maar toch erg belangrijke conclusie: ik ben een primaat. En jullie zijn allemaal primaten.
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.
Net als Darwin. Volgens mij had Darwin dit echt gewaardeerd. Zijn brein was, net als het onze, gemaakt naar het evenbeeld van andere primatenhersenen.
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.
Dus het menselijk brein mag dan opmerkelijk zijn, maar het is niet bijzonder in de hoeveelheid neuronen. Het is gewoon een groot primatenbrein. Ik vind dat een ontnuchterende en bescheiden gedachte die ons herinnert aan onze plaats in de natuur.
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.
Waarom kost het dan zoveel energie? Anderen hebben uitgezocht hoeveel energie ons brein en dat van andere soorten kost, en nu we wisten hoeveel neuronen ieder brein bevatte, konden we het uitrekenen. Het blijkt dat menselijke en andere breinen ongeveer hetzelfde kosten: gemiddeld zes calorieën per miljard neuronen per dag. Dus de totale energiekosten van een brein staan in evenredige verhouding tot de hoeveelheid neuronen, en het blijkt dat het menselijk brein evenveel energie kost als men zou verwachten. Dus de reden waarom het menselijk brein zoveel energie kost is enkel dat het enorm veel neuronen bevat, en omdat we primaten zijn met veel méér neuronen in verhouding tot lichaamsgrootte dan welk ander dier dan ook, zijn de relatieve kosten van ons brein groot. Maar alleen omdat we primaten zijn, niet omdat we bijzonder zijn. De laatste vraag dan:
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.
hoe zijn we aan die opmerkelijke hoeveelheid neuronen gekomen? En vooral: als mensapen groter zijn dan wij, waarom hebben zij dan niet een groter brein met meer neuronen? Toen we ons realiseerden hoe kostbaar het is om veel neuronen te hebben, bedacht ik dat er misschien een eenvoudige reden is. Zij hebben simpelweg de energie niet voor een groot lichaam én een grote hoeveelheid neuronen. Dus we rekenden het uit. We berekenden enerzijds hoeveel energie een primaat dagelijks binnenkrijgt door het eten van rauw voedsel en anderzijds de energiekosten van een lichaam van een bepaalde grootte en de energiekosten van een brein met een bepaald aantal neuronen. We zochten naar de combinaties van lichaamsgrootte en hoeveelheid neuronen die een primaat zich kon veroorloven als hij een bepaald aantal uren per dag eet.
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.
En we zagen dat omdat neuronen zo kostbaar zijn, er een wisselwerking is tussen lichaamsgrootte en hoeveelheid neuronen. Een primaat die dagelijks acht uur eet kan zich maximaal 53 miljard neuronen veroorloven, maar dan kan het lichaam niet groter zijn dan 25 kilo Om meer te wegen, moet het neuronen opgeven. Dus het is óf een groot lichaam, óf een grote hoeveelheid neuronen. Als je eet als een primaat kun je ze niet allebei bekostigen. Eén oplossing voor deze stofwisselingsbeperking
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.
is om nóg meer uren per dag te eten, maar dat is gevaarlijk en het is slechts mogelijk tot een bepaald punt. Gorilla's en orang-oetan's kunnen zich ongeveer 30 miljard neuronen veroorloven door 8,5 uur per dag te eten, en dat lijkt hun maximum te zijn. Negen uur eten per dag lijkt de praktische limiet voor een primaat.
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.
Hoe zit het dan met ons? Met onze 86 miljard neuronen en 60 tot 70 kilo aan lichaamsgewicht, zouden we meer dan negen uur per dag etend moeten doorbrengen, wat simpelweg niet haalbaar is. Als wij zouden eten als een primaat, konden we hier niet zijn.
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.
Dus hoe zijn we dan hier terecht gekomen? Als ons brein zo veel energie kost als het zou moeten kosten, en we kunnen niet de hele dag bezig zijn met eten, dan is het enige realistische alternatief om meer energie te verwerven uit dezelfde voedselbronnen. En merkwaardig genoeg klopt dat precies met wat we denken dat onze voorouders anderhalf miljoen jaar geleden uitvonden toen zij het koken van voedsel uitvonden. Koken maakt gebruik van vuur om voedsel voor te verteren buiten ons lichaam. Gekookt voedsel is zachter, dus makkelijker om te kauwen en compleet tot pap te maken in je mond. Hierdoor wordt het voedsel compleet verteerd en geabsorbeerd in je darmen, waardoor het veel meer energie oplevert in veel minder tijd Dus koken geeft ons de tijd om veel interessantere dingen te doen in onze dag en met onze neuronen dan denken aan voedsel, zoeken naar voedsel en het de hele dag naar binnen werken. Dus dankzij koken kon
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.
wat ooit een enorm nadeel was, dit grote, gevaarlijk kostbare brein met zo veel neuronen, nu een grote aanwist worden, nu we ons zowel de energie voor veel neuronen kunnen veroorloven als de tijd om er interessante dingen mee te doen. Dit verklaart waarom het menselijk brein zo snel zo groot groeide in de evolutie, terwijl het nog steeds een primatenbrein is. Nu dit grote brein betaalbaar is dankzij koken, gingen we snel van rauw voedsel naar cultuur, landbouw, beschaving, winkels, electriciteit, ijskasten... alle dingen waarmee we tegenwoordig de energie die we nodig hebben voor een hele dag in één keer kunnen binnenkrijgen bij onze favoriete fast-foodketen. Dus wat ooit een oplossing was, werd nu het probleem, en ironisch genoeg zoeken we nu de oplossing in rauw voedsel. Dus wat is het voordeel voor mensen?
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.
Wat hebben wij dat geen enkel ander dier heeft? Mijn antwoord is dat wij de meeste neuronen hebben in de hersenschors, en dat is de simpelste verklaring voor onze opmerkelijke cognitieve vaardigheden. En wat doen wij dat geen enkel ander dier doet, en dat volgens mij fundamenteel was om ons dat grootste aantal neuronen in de hersenschors te laten ontwikkelen? In twee woorden: wij koken. Geen enkel ander dier kookt. Enkel mensen. En ik denk dat dat is hoe we mensen geworden zijn. Door het bestuderen van het menselijk brein denk ik nu anders over eten.
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)
Wanneer ik nu naar mijn keuken kijk, maak ik een buiging en bedank ik mijn voorouders voor de uitvinding die ons waarschijnlijk tot mens heeft gemaakt. Ontzettend bedankt. (Applaus)