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.
O que tem o cérebro humano de tão especial? Porque é que estudamos outros animais em vez de serem eles a estudarem-nos? O que tem ou faz um cérebro humano que nenhum outro cérebro faz? Quando me interessei por estas questões há cerca de 10 anos, os cientistas pensavam que sabiam de que eram feitos os diferentes cérebros. Embora baseando-se em muito poucas provas, muitos cientistas pensavam que todos os cérebros de mamíferos, incluindo o cérebro humano, eram feitos da mesma forma, com um número de neurónios que era sempre proporcional ao tamanho do cérebro. Isto significa que dois cérebros do mesmo tamanho, como estes dois, com uns respeitáveis 400 gramas, deveriam ter um número semelhante de neurónios. Se os neurónios são as unidades funcionais processadoras de informação do cérebro, então os donos destes dois cérebros deveriam ter capacidades cognitivas semelhantes. E contudo, um é um chimpanzé, e o outro é uma vaca. Talvez as vacas tenham uma rica vida mental interna e sejam tão espertas que escolham não nos deixar percebê-lo, mas nós comemo-las. Penso que a maioria das pessoas concordará que os chimpanzés são capazes de comportamentos muito mais complexos, elaborados e flexíveis do que as vacas. Este é então o primeiro indicador de que o cenário "todos os cérebros são feitos da mesma forma" não está muito correto.
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.
Mas aceitemo-lo. Se todos os cérebros são feitos da mesma forma e comparássemos animais com cérebros de diferentes tamanhos, cérebros maiores deveriam possuir mais neurónios do que cérebros mais pequenos, e quanto maior o cérebro, mais capacidade cognitiva deveria ter quem o possui. Então, o maior cérebro deveria ter também a maior capacidade cognitiva. Mas aqui vêm as más notícias: o nosso cérebro, não é o maior de todos. Parece humilhante. O nosso cérebro pesa entre 1,2 e 1,5 kg, mas os cérebros de elefantes pesam entre 4 e 5 kg, e os cérebros de baleias podem pesar até 9 kg, e é por isso que os cientistas costumavam dizer que o nosso cérebro deve ser especial para explicar as nossas capacidades cognitivas. Deve ser realmente extraordinário, uma exceção à regra. O deles pode ser maior, mas o nosso é melhor, e poderia ser melhor, por exemplo, em que parece maior do que devia ser, com um cortex cerebral muito maior do que deveríamos ter para o tamanho dos nossos corpos. Isso dar-nos-ía cortex extra para fazermos coisas mais interessantes do que só operar o nosso corpo. Isso porque o tamanho do cérebro geralmente segue o tamanho do corpo. Então a principal razão para dizer que o nosso cérebro é maior do que devia ser vem realmente de comparar-nos aos grandes símios. Os gorilas podem ser duas ou três vezes maiores do que nós somos, pelo que os seus cérebros também deviam ser maiores do que os nossos, mas, ao invés, é exatamente o contrário. O nosso cérebro é três vezes maior do que o cérebro do 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.
O cérebro humano também parece especial na quantidade de energia que usa. Mesmo pesando apenas 2% do corpo, ele sozinho usa 25% de toda a energia que o corpo precisa para funcionar por dia. Isso são 500 calorias de um total de 2000 calorias, só para manter o cérebro a trabalhar.
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?
O cérebro humano é maior do que deveria ser, usa muito mais energia do que deveria, pelo que é especial. E aqui é onde a história começa a incomodar-me. Em Biologia, procuramos regras que se apliquem a todos os animais e à vida em geral, então porque é que as regras da evolução se aplicam a todos os outros mas não a nós? Talvez o problema estivesse na presunção básica de que todos os cérebros são feitos da mesma maneira. Talvez dois cérebros de tamanho similar possam realmente ser feitos de um número muito diferente de neurónios. Talvez um cérebro muito grande não tenha necessariamente mais neurónios do que um cérebro de tamanho mais modesto. Talvez o cérebro humano tenha realmente mais neurónios do que qualquer outro cérebro, independentemente do seu tamanho, especialmente no córtex cerebral. Então isto tornou-se para mim a questão importante a responder: quantos neurónios tem o cérebro humano, e como se compara com outros animais?
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.
Devem ter ouvido ou lido em qualquer lado que nós temos 100 mil milhões de neurónios, e há 10 anos, perguntei aos meus colegas se sabiam de onde tinha vindo este número. Mas ninguém sabia. Estive a procurar na literatura pela referência original para este número, e nunca a encontrei. Parece que ninguém tinha realmente contado o número de neurónios no cérebro humano, ou em qualquer outro cérebro, já agora.
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.
Então criei a minha própria forma de contar células no cérebro, e essencialmente consiste em dissolver esse cérebro em sopa. Funciona assim: Pega-se num cérebro, ou partes desse cérebro, e dissolve-se num detergente, que destrói as membranas celulares mas mantém o núcleo da célula intacto, pelo que acabamos com uma suspensão de núcleos livres que tem este aspeto, como uma sopa clara. Esta sopa contém todos os núcleos que foram um dia o cérebro de um rato. A beleza da sopa é que por causa de ser uma sopa, pode ser agitada e fazer esses núcleos distribuírem-se homogeneamente no líquido, pelo que, olhando agora ao microscópio para apenas quatro ou cinco amostras desta solução homogénea, podemos contar núcleos, e portanto dizer quantas células tinha esse cérebro. É simples, é direto, e é muito rápido. Usámos este método para contar neurónios em dúzias de espécies diferentes até agora, e parece que nem todos os cérebros são feitos da mesma forma. Pegando em roedores e primatas, por exemplo: Em cérebros de grandes roedores, o tamanho médio do neurónio aumenta, pelo que o cérebro aumenta muito rapidamente e ganha tamanho muito mais rápido do que ganha neurónios. Mas os cérebros de primatas ganham neurónios sem aumentar o tamanho médio do neurónio, o que é uma forma muito económica de adicionar neurónios ao cérebro. O resultado é que o cérebro do primata terá sempre mais neurónios do que o cérebro de um roedor do mesmo tamanho, e quanto maior o cérebro, maior será esta diferença. Bem, e então o nosso cérebro? Descobrimos que temos, em média, 86 mil milhões de neurónios, 16 mil milhões dos quais estão no córtex cerebral, e se considerarmos que o córtex cerebral é o local de funções como a perceção e a lógica e o raciocínio abstrato, e que esses 16 mil milhões é o máximo de neurónios que qualquer córtex tem, acho que esta é a explicação mais simples para as nossas capacidades cognitivas notáveis. Mas igualmente importante é o que os 86 mil milhões significam. Porque descobrimos que a relação entre o tamanho do cérebro e o seu número de neurónios podia ser descrita matematicamente, podíamos calcular como o cérebro humano seria se fosse feito como o cérebro de um roedor. O cérebro de um roedor com 86 mil milhões de neurónios pesaria 36 kg. Isso não é possível. Um cérebro tão grande seria esmagado pelo seu próprio peso, e este cérebro impossível estaria num corpo com 89 toneladas. Não acho que se pareça connosco.
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.
Isto traz-nos já a uma conclusão muito importante, que é que nós não somos roedores. O cérebro humano não é um grande cérebro de rato. Comparados com um rato, podemos parecer especiais, sim, mas isso não é uma comparação justa de se fazer, dado que sabemos que não somos roedores. Somos primatas, pelo que a comparação correta é com outros primatas. E aqui, se fizermos as contas, descobrimos que o primata genérico com 86 mil milhões de neurónios teria um cérebro de cerca de 1,2 kg, o que parece mesmo certo, num corpo de cerca de 66 kg, o que no meu caso é exatamente correto, o que nos traz a uma muito pouco surpreendente, mas ainda incrivelmente importante conclusão: eu sou uma primata. E todos vós sois primatas.
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.
E Darwin também era. Adoro pensar que Darwin teria realmente apreciado isto. O seu cérebro, como o nosso, foi feito à imagem do cérebro de outros primatas.
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.
Portanto, o cérebro humano pode ser notável, sim, mas não é especial no seu número de neurónios. É apenas um grande cérebro de primata. Penso que é um pensamento muito humilde e sóbrio que nos deve lembrar do nosso lugar na Natureza.
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.
Então, porque gasta tanta energia? Bem, outras pessoas perceberam quanta energia o cérebro humano e o de outras espécies gastam, e agora que sabíamos de quantos neurónios cada cérebro era feito, podíamos fazer as contas. E pelos vistos quer o humano quer outros cérebros gastam aproximadamente o mesmo, uma média de 6 calorias por mil milhões de neurónios, por dia. Pelo que o gasto total energético de um cérebro é uma simples função linear do seu número de neurónios, e, pelos vistos, o cérebro humano gasta quase tanta energia como seria de esperar. Então, a razão pela qual o cérebro humano gasta tanta energia é simplesmente porque tem um enorme número de neurónios, e por causa de sermos primatas com muitos mais neurónios para um certo tamanho corporal do que qualquer outro animal, o gasto relativo do nosso cérebro é maior, mas só porque somos primatas, não porque sejamos especiais.
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.
Última questão, então: Como é que obtivemos este número notável de neurónios, e em particular, se os grandes símios são maiores que nós, porque é que eles não têm cérebros maiores do que nós, com mais neurónios? Quando percebemos quão mais caro é ter muitos neurónios no cérebro, pensei, talvez haja uma razão simples. Eles simplesmente não conseguem dispor da energia para terem simultaneamente um corpo grande e um grande número de neurónios. Então fizemos as contas. Calculámos, por um lado, quanta energia consegue um primata por dia ao comer alimentos crus, e por outro lado, quanta mais energia um corpo de um certo tamanho gasta e quanta energia um cérebro com um certo número de neurónios gasta, e olhámos para as combinações entre o tamanho do corpo e o número de neurónios cerebrais que um primata pode suportar se comer um certo número de horas por dia.
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.
E o que descobrimos foi que por causa dos neurónios serem tão dispendiosos, existe uma relação de compromisso entre o tamanho corporal e o número de neurónios. Então, um primata que coma oito horas por dia pode suportar, quanto muito, 53 mil milhões de neurónios, mas aí o seu corpo não pode ter mais do que 25 kg. Para pesar mais do que isso, tem de abdicar de neurónios. Pelo que ou tem um corpo grande ou um grande número de neurónios. Quando comemos como um primata, não podemos suportar ambos.
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.
Uma escapatória a esta limitação metabólica seria gastar ainda mais horas por dia a comer, mas isso torna-se perigoso, e passado um certo ponto, simplesmente não é possível. Gorilas e orangotangos, por exemplo, suportam cerca de 30 mil milhões de neurónios gastando 8,5 horas por dia a comer, e isso parece ser tanto quanto podem fazer. 9 horas de alimentação por dia parece ser o limite prático para um primata.
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.
Então e nós? Com os nossos 86 mil milhões de neurónios e 60 a 70 kg de massa corporal, devíamos ter de gastar mais de 9 horas por dia todos os dias a alimentar-nos, o que não é exequível. Se comêssemos como um primata, não devíamos estar aqui.
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.
Então, como chegámos aqui? Bem, se o nosso cérebro gasta tanta energia como devia, e se não podemos gastar todas as horas acordados a comer, então, realmente, a única alternativa é de alguma forma tirar mais energia da mesma comida. E incrivelmente, isso corresponde exatamente ao que se acredita que os nossos antepassados inventaram há 1,5 milhões de anos atrás, quando inventaram a cozinha. Cozinhar é usar o fogo para pré-digerir os alimentos fora do corpo. Alimentos cozinhados são mais moles, sendo mais fáceis de mastigar e de se tornar completamente em polpa na nossa boca, o que permite que sejam completamente digeridos e absorvidos nos intestinos, o que os faz render mais energia em muito menos tempo. Então, cozinhar liberta tempo para fazermos coisas muito mais interessantes com o nosso dia e com os nossos neurónios do que pensar só em comida, procurar comida, e devorar comida durante todo o dia.
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.
Por causa da cozinha, o que antes era uma grande deficiência, este grande, perigosamente dispendioso cérebro com muitos neurónios, podia agora tornar-se um grande valor, agora que podíamos suportar a energia para muitos neurónios e o tempo para fazer coisas interessantes com eles. Acho que isto explica porque é que o cérebro humano cresceu até se tornar tão grande tão rapidamente na evolução, embora permanecendo só um cérebro de primata. Com este grande cérebro agora suportável pela cozinha, fomos rapidamente dos alimentos crus à cultura, agricultura, civilização, mercearias, eletricidade, frigoríficos, todas essas coisas que hoje nos permitem obter toda a energia necessária para o dia inteiro numa única visita ao nosso restaurante de comida rápida favorito. Então o que foi um dia a solução tornou-se agora o problema, e ironicamente, procuramos a solução em comida crua.
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.
Então qual é a vantagem humana? O que é que nós temos que nenhum outro animal tem? A minha resposta é que temos o maior número de neurónios no córtex cerebral, e penso que é a explicação mais simples para as nossas notáveis capacidades cognitivas. E o que é que fazemos que nenhum outro animal faz, e que eu acredito ter sido fundamental para permitir-nos atingir aquele grande, o maior número de neurónios no córtex? Em duas palavras, nós cozinhamos. Nenhum outro animal cozinha a sua comida. Só os humanos o fazem. E penso que foi assim que pudemos tornar-nos 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)
Estudar o cérebro humano mudou a forma como penso sobre comida. Agora olho para a minha cozinha, e faço-lhe uma vénia, e agradeço aos meus antepassados por terem criado a invenção que provavelmente nos fez humanos. Muito obrigada. (Aplausos)