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.
Co sprawia, że ludzki mózg jest tak niezwykły? Co sprawia, że to my badamy inne zwierzęta a nie one nas? Co ludzki mózg ma lub robi czego inne mózgi nie potrafią? Kiedy zainteresowałam się tymi pytaniami około 10 lat temu, naukowcy myśleli, że wiedzą, z czego zbudowane są inne mózgi. Pomimo, że dowodów było mało, wielu naukowców myślało, że wszystkie mózgi ssaków, włączając ludzki, są zbudowane tak samo z liczbą neuronów zawsze proporcjonalną do rozmiaru mózgu. To oznacza, że dwa mózgi tego samego rozmiaru, tak jak te dwa, ze stosowną wagą 400 gramów powinny posiadać zbliżoną liczbę neuronów. Jeśli neurony stanowią funkcjonalne jednostki przenoszące informacje w mózgu, to posiadacze tych dwóch mózgów powinni mieć podobne zdolności poznawcze. Ale pierwszym jest szympans, drugim krowa. Być może krowy prowadzą naprawdę bogate życie wewnętrzne i są tak mądre, że wolą to przed nami ukryć, a my je zjadamy. Myślę, że większość ludzi zgodzi się, że zachowania, do których zdolne są szympansy, są znacznie bardziej złożone i elastyczne niż zachowania krów. Jest to pierwszą wskazówką, że teoria "wszystkie mózgi są zbudowane tak samo" nie do końca się sprawdza.
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.
Lecz kontynuujmy. Jeśli wszystkie mózgi są zbudowane tak samo i mielibyśmy porównać zwierzęta o różnych rozmiarach mózgów, większe mózgi powinny mieć więcej neuronów niż mniejsze i posiadać odpowiednio większe zdolności poznawcze. Dlatego też największy mózg powinien mieć największe zdolności poznawcze. Tutaj muszę przedstawić złą wiadomość: Nasz mózg nie jest tym największym. Wydaje się to bardzo irytujące. Nasz mózg waży między 1,2 a 1,5 kg. Z kolei mózg słonia waży pomiędzy 4 a 5 kg, a mózg wieloryba może ważyć aż do 9 kg. Dlatego naukowcy uciekali się do mówienia, że nasz mózg musi być niezwykły żeby wyjaśnić nasze zdolności poznawcze. Nasz mózg musi być naprawdę niezwykły i wyjątkowy. Ich mózgi mogą być większe, ale nasz jest lepszy i mógłby być lepszy, na przykład w tym, że wydaje się większy niż powinien ze znacznie większą korą mózgową niż powinniśmy mieć, biorąc pod uwagę rozmiar ciał. To dodałoby nam dodatkową korę w celu robienia ciekawszych rzeczy niż tylko poruszanie ciałem. Rozmiar mózgu zwykle wynika z rozmiaru ciała. Głównym powodem dla którego mówimy, że nasz mózg jest większy niż powinien być jest porównywanie się z małpami człekokształtnymi. Goryle mogą być dwa lub trzy razy większe od nas, więc ich mózgi też powinny być większe od naszych, lecz tak naprawdę jest odwrotnie. Nasz mózg jest trzy razy większy od mózgu goryla.
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.
Ludzki mózg także wydaje się niezwykły pod względem ilości energii, którą zużywa. Chociaż jego waga stanowi tylko 2% masy ciała, zużywa aż 25% całej energii, której ciało potrzebuje do codziennego funkcjonowania. To 500 kalorii z łącznej sumy 2000 potrzebnych aby nasz mózg działał.
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?
Więc ludzki mózg jest większy niż powinien, używa znacznie więcej energii niż powinien, więc jest szczególny. W tym momencie te kwestie zaczęły mnie niepokoić. W biologii szukamy reguł odnoszących się do wszystkich zwierząt i życia w ogóle, więc dlaczego teoria ewolucji dotyczy wszystkich ale nie nas? Być może problem leży w podstawowym założeniu, że wszystkie mózgi są zbudowane tak samo. Może mózgi podobnego rozmiaru w rzeczywistości mogą być zbudowane z różnej ilości neuronów. Być może ogromny mózg nie koniecznie ma więcej neuronów niż mózg skromniejszego rozmiaru. Może ludzki mózg w rzeczywistości ma najwięcej neuronów ze wszystkich mózgów, niezależnie od rozmiaru, zwłaszcza w korze mózgowej. Dla mnie następujące pytanie stało się bardzo ważnym: z jak wielu neuronów składa się mózg ludzki, i jak to jest w porównaniu do innych zwierząt?
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.
Być może słyszeliście lub czytaliście, że mamy 100 miliardów neuronów, więc 10 lat temu zapytałam moich kolegów czy wiedzą skąd pochodzi ta liczba. Lecz nikt nie wiedział. Przekopałam literaturę by znaleźć oryginalne odniesienie do tej liczby i nigdy go nie znalazłam. Wygląda na to, że nikt do tej pory nie policzył liczby neuronów w ludzkim mózgu czy w którymkolwiek innym mózgu.
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.
Więc wymyśliłam własny sposób wyliczenia komórek w mózgu i w zasadzie opiera się on na rozpuszczaniu mózgu do konsystencji zupy. To działa następująco: Bierzemy mózg, lub część mózgu i rozpuszczamy ją w detergencie, który niszczy błony komórkowe lecz pozostawia jądro komórkowe.. Otrzymujemy wolne jądra w zawiesinie, która wygląda tak jak czysta zupa. Ta zawiesina zawiera wszystkie jądra, które kiedyś były mózgiem myszy. Piękno zupy polega na tym, że jest to zawiesina, którą można pomieszać i jednorodnie rozprowadzić jądra w roztworze, tak by po spojrzeniu pod mikroskop na 4 czy 5 próbek tego jednorodnego roztworu można policzyć jądra i potem stwierdzić ile komórek posiadał dany mózg. To proste, jasne i naprawdę szybkie. Użyliśmy już tej metody do policzenia neuronów występujących w wielu różnych gatunkach i okazało się, że nie wszystkie mózgi są zbudowane w ten sam sposób. Weźmy na przykład gryzonie i naczelne. W mózgach większych gryzoni, średnia wielkość neuronów rośnie więc mózg rozdyma się bardzo szybko i znacznie szybciej zyskuje większy rozmiar niż neurony. Lecz mózgi naczelnych zyskują neurony bez zwiększania rozmiaru średniego neuronu co jest bardzo oszczędnym sposobem na dodanie neuronów do mózgu. W rezultacie mózg ssaka naczelnego zawsze będzie miał więcej neuronów niż mózg gryzonia o takim samym rozmiarze i im większy mózg, tym większa będzie różnica między nimi. Co można więc stwierdzić o naszym mózgu? Dowiedzieliśmy się, że średnio 86 miliardów neuronów, z których 16 miliardów znajduje się w korze mózgowej. Jeśli uznamy, że kora mózgowa odpowiada za funkcje takie jak świadomość, logiczne i abstrakcyjne myślenie, a te 16 bilionów to najwięcej spośród innych kor. Myślę, że jest to najprostsze rozwiązanie naszych niezwykłych zdolności poznawczych. Lecz równie ważne jest znaczenie 86 miliardów neuronów. Bo odkryliśmy, że związek między rozmiarem mózgu i ilością neuronów może być opisany matematycznie, możemy wyliczyć jak wyglądałby ludzki mózg gdyby był zbudowany tak jak u gryzoni. Mózg gryzonia z 86 miliardami neuronów ważyłby 36 kg. To niemożliwe. Tak ogromny mózg zostałby zmiażdżony przez własna wagę i ten nieprawdopodobny mózg mieściłby się w ciele o wadze 89 ton. Nie sądzę, że to nas przypomina.
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.
Już teraz możemy dojść do bardzo ważnego wniosku, że nie jesteśmy gryzoniami. Ludzki mózg nie jest dużym mózgiem szczura. W porównaniu ze szczurem wydajemy się niezwykli, lecz nie jest to trafne porównanie biorąc pod uwagę, że nie jesteśmy gryzoniami. Jesteśmy naczelnymi, więc adekwatnym będzie porównanie z innymi naczelnymi. Jeśli poprawnie wyliczymy, dowiemy się, że pospolity ssak z 86 miliardami neuronów miałby mózg o wadze 1,2 kg co wydaje się właściwe, w ciele o masie około 66 kg, co w moim przypadku jest poprawne. To prowadzi nas do niezaskakującego, lecz bardzo istotnego wniosku: jestem ssakiem naczelnym. Wszyscy jesteśmy ssakami naczelnymi.
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.
Był nim także Darwin. Uwielbiam wyobrać sobie, że Darwin doceniłby te badania. Jego mózg, jak i nasz, został uformowany na podobieństwo innych mózgów naczelnych.
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.
Ludzki mózg jest więc niesamowity, lecz nie jeśli chodzi o liczbę neuronów. Jest po prostu dużym mózgiem naczelnego. Myślę, że jest to upokarzająca i otrzeźwiająca myśl, która powinna przypominać o naszym miejscu w naturze.
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.
Dlaczego więc zużywa aż tyle energii? Inni naukowcy dowiedli jak dużo energii zużywa mózg ludzki i mózg innych gatunków i wiedząc ile neuronów każdy z mózgów zawiera, mogliśmy policzyć. Okazało się, że mózg ludzki i inne mózgi zużywają podobne ilości energii, średnio 6 kalorii na miliard neuronów dziennie. Całkowite zużycie energii mózgu jest prostą funkcją liniową ilości jego neuronów. Okazuje się, że ludzki mózg zużywa tyle samo energii ile mogliśmy się spodziewać. Powodem dla którego mózg zużywa tyle energii jest po prostu to, że posiada dużo neuronów Ponieważ jesteśmy ssakami naczelnymi ze znacznie większą ilością neuronów na daną masę ciała niż jakiekolwiek inne zwierzę, względny koszt naszego mózgu jest duży, lecz dlatego że jesteśmy naczelnymi, a nie kimś specjalnym.
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.
Przed nami ostatnie pytanie: w jaki sposób zyskaliśmy tak niezwykłą liczbę neuronów i w szczególności, jeśli małpy człekokształtne są większe od ludzi dlaczego nie mają większego mózgu z większą ilością neuronów? Gdy zrozumieliśmy jak drogie jest posiadanie tak wielu neuronów w mózgu, zdałam sobie sprawę, że może istnieje proste wyjaśnienie. Nie mogą wydać tyle energii na duże ciało i dużą liczbę neuronów. Zrobiliśmy obliczenia. Z jednej strony ustaliliśmy ile energii naczelny pobiera z codziennego spożywania surowizny i z drugiej, ile energii zużywa ciało o określonej masie i ile energii zostaje zużyte przez konkretną liczbę neuronów. Spojrzeliśmy na zestawienia masy ciała i liczby neuronów w mózgu, występujących u naczelnego żywiącego się przez daną ilość godzin dziennie.
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.
Dowiedzieliśmy się, że ponieważ neurony są tak kosztowne istnieje kompromis między masą ciała a liczbą neuronów. Naczelny, który żywi się 8 godzin dziennie może utrzymać najwyżej 53 miliardy neuronów, ale wtedy ciało nie może ważyć więcej niż 25 kg. Aby uzyskać większą wagę musi poświęcić neurony. Więc albo duże ciało, albo duża liczba neuronów. Jeśli jesz tyle co ssak naczelny nie możesz mieć obu na raz.
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.
Jedynym sposobem na to metaboliczne ograniczenie byłoby spędzanie jeszcze większej ilości godzin na jedzeniu lecz jest to niebezpieczne i po przekroczeniu pewnej granicy, po prostu niemożliwe. Na przykład goryle i orangutany utrzymują około 30 miliardów neuronów spędzając 8,5 godziny dziennie jedząc i wydaje się, że więcej nie mogą. 9 godzin jedzenia dziennie wydaje się być limitem dla ssaka naczelnego.
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.
Co z nami? Z 86 miliardami neuronów i od 60 do 70 kg masy ciała powinniśmy spędzać ponad 9 godzin dziennie na jedzeniu, co jest niemożliwe. Gdybyśmy jedli jak naczelne nie powinniśmy istnieć.
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.
Jak się więc tutaj znaleźliśmy? Jeśli nasz mózg zużywa tyle energii ile powinien i jeśli nie możemy spędzić każdej godziny naszego dnia na jedzeniu, jedyną alternatywą jest uzyskanie większej ilości energii z tego samego jedzenia. Co niezwykłe, jest to zgodne z tym co nasi przodkowie wynaleźli 1,5 miliona lat temu kiedy wynaleźli gotowanie. Gotować to używać ognia, aby poddać jedzenie wstępnemu trawieniu poza ciałem. Ugotowane jedzenie jest bardziej miękkie i łatwiejsze do żucia, zamienia się w papkę w naszej buzi, co pozwala na kompletne strawienie i wchłonięcie do jelit, co umożliwia wytworzenie więcej energii w krótszym czasie. Gotowanie daje nam czas na robienie bardziej interesujących rzeczy w ciągu dnia i z naszymi neuronami, niż tylko myślenie o jedzeniu, szukanie jedzenia i spożywanie go przez cały dzień.
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.
Dzięki gotowaniu, to co kiedyś było główną wadą, ten potężny niebezpiecznie drogi mózg z mnogością neuronów, teraz staje się główną zaletą, kiedy możemy dostarczyć energii dla wielu neuronów i mamy czas na używanie ich do interesujących rzeczy. Myślę, że to wyjaśnia dlaczego mózg ludzki stał się tak duży i tak szybki w toku ewolucji, pozostając tylko mózgiem ssaka naczelnego. Z tym dużym mózgiem utrzymywanym przez gotowanie szybko przeskoczyliśmy od surowych produktów do kultury, rolnictwa, cywilizacji, sklepów spożywczych, elektryczności, lodówek, wszystkiego tego co współcześnie pozwalają nam pozyskać całą energię, której potrzebujemy na cały dzień, siedząc w ulubionej restauracji fast food. To co kiedyś było rozwiązaniem, teraz stało się problemem i próbujemy znaleźć rozwiązanie w surowym jedzeniu.
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.
Jaka jest więc przewaga ludzi? Co my posiadamy czego nie mają inne zwierzęta? Moją odpowiedzią jest fakt, że posiadamy najwięcej neuronów w korze mózgowej i jest to najprostszym wyjaśnieniem naszych niezwykłych zdolności poznawczych. Co sprawia, że robimy to czego nie potrafią inne zwierzęta i co uważam za zasadniczą przewagę, która pozwala nam osiągnąć największą liczbę neuronów w korze? W dwóch słowach: gotujemy. Żadne inne zwierzęta nie gotują swojego pożywienia. Myślę, że w ten sposób staliśmy się ludźmi.
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)
Badania ludzkiego mózgu z mieniły moje myślenie o jedzeniu. Patrzę na moją kuchnię i kłaniam się jej i dziękuję moim przodkom za wynalazek, który prawdopodobnie uczynił nas ludźmi. Dziękuję bardzo. (Brawa)