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 o cérebro humano tem de tão especial? Por que nós estudamos outros animais em vez de eles nos estudarem? O que o cérebro humano tem ou faz a mais que os outros? Quando me interessei por essas questões 10 anos atrás, cientistas pensavam saber de que eram feitos os cérebros. Mesmo com base em pouca evidência, pensavam que o cérebro dos mamíferos, incluindo o humano, fosse feito do mesmo modo, com número de neurônios sempre proporcional ao tamanho do cérebro. Isto é, dois cérebros de mesmo tamanho, como estes, com respeitáveis 400 gramas, deveriam ter número similar de neurônios. Se neurônios são unidades funcionais de processamento de informação do cérebro, então, os donos desses cérebros deveriam ter habilidades cognitivas semelhantes. No entanto, um é um chimpanzé, e o outro, uma vaca. Quem sabe vacas têm uma vida mental tão rica e são tão espertas que preferem que não saibamos disso, mas nós as comemos. Penso que muitos concordam que chimpanzés são capazes de agir de forma muito mais complexa, elaborada e flexível do que vacas. Então, esse é o primeiro indício de que: "cérebros são feitos do mesmo modo", não está 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, continuemos. Se todos fossem feitos do mesmo modo, e se comparássemos animais com cérebros de tamanhos diferentes, cérebros maiores deveriam ter mais neurônios do que menores, e quanto maior o cérebro, maior a capacidade cognitiva do seu dono. Então, o maior cérebro de todos deveria ser o mais cognitivamente capaz. E aqui vem a má notícia: Nosso cérebro não é o maior de todos. É um paradoxo. Nosso cérebro pesa de 1,2 kg a 1,5 kg, mas o de elefante pesa de 4 kg a 5 kg, e o de baleia pode chegar a 9 kg, e é por isso que os cientistas diziam que nosso cérebro tem que ser especial para explicar nossa capacidade cognitiva. Ele tem ser realmente extraordinário, uma exceção à regra. O deles pode ser maior, mas o nosso é melhor, e poderia ser melhor, por exemplo, no que parece maior do que deveria, com um córtex cerebral muito maior do que deveríamos ter para o tamanho do nosso corpo. Assim teríamos córtex sobrando para fazer coisas mais interessantes além de comandar o corpo. Isso por que o tamanho do cérebro costuma seguir o do corpo. Portanto, o principal motivo de dizer que nosso cérebro é maior do que deveria, vem de nos compararmos aos grandes macacos. Gorilas podem ser duas a três vezes maiores que nós, e o cérebro deles deveria ser maior que o nosso, no entanto, é o contrário. Nosso cérebro é 3 vezes maior que o de 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 no consumo de energia. Embora pese apenas 2% do corpo, ele consome 25% de toda energia usada pelo corpo por dia. São 500 calorias de um total de 2 mil, só para manter o cérebro funcionando.
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?
Então, o cérebro humano é maior do que deveria ser, usa muito mais energia do que deveria, portanto, é especial. E aqui a história começou a me incomodar. Na biologia, buscamos regras que se apliquem aos animais e à vida em geral, então, por que as leis da evolução se aplicam a todos, exceto a nós? Talvez o problema estivesse na premissa de que cérebros eram feitos do mesmo modo. Talvez dois cérebros de mesmo tamanho pudessem ser formados com número diferente de neurônios. Talvez um cérebro muito grande não contivesse mais neurônios do que um de tamanho mais modesto. Talvez o humano contivesse mais neurônios do que os outros, independente do tamanho, especialmente no córtex cerebral. Então, para mim, esta se tornou a questão mais importante: quantos neurônios o cérebro humano tem, e como isso se compara a 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.
Talvez vocês tenham ouvido falar que temos 100 bilhões de neurônios, então, 10 anos atrás, perguntei aos colegas se sabiam de onde veio esse valor. Mas ninguém sabia. Pesquisei na literatura, a origem desse número, e nada encontrei. Parece que ninguém havia contado, o número de neurônios em humanos, ou em qualquer outro ser.
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 meu próprio modo de contar células no cérebro, e ele consiste em transformar o cérebro em sopa. Funciona assim: Você pega um cérebro, ou partes dele, e o dissolve em um detergente, que destrói as membranas celulares mas mantém intactos os núcleos celulares, obtendo uma suspensão de núcleos livres como esta, como um caldo claro. Esta sopa contém todos os núcleos que já foram um cérebro de rato. A beleza da sopa é que, por ser uma sopa, você pode agitá-la e fazer esses núcleos se distribuírem homogeneamente no líquido, de modo que observando ao microscópio apenas 4 ou 5 amostras dessa solução, você pode contar os núcleos, e dizer o número de células desse cérebro. É simples, direto, e muito rápido. Usamos esse método para contar neurônios de dúzias de espécies diferentes, e concluímos que os cérebros não são construídos da mesma forma. Consideremos roedores e primatas: Nos cérebros maiores dos roedores, o tamanho médio de neurônios aumenta, então o cérebro infla rapidamente e aumenta de tamanho mais rápido do que ganha neurônios. O de primata ganha neurônios sem que o tamanho dos neurônios aumente, em um modo econômico de o cérebro ganhar neurônios. Resultado: o cérebro de primata terá sempre mais neurônios que o de roedor de tamanho igual, e quanto maior o cérebro, maior a diferença. Então, e o nosso cérebro? Descobrimos que temos, em média, 86 bilhões de neurônios, 16 bilhões no córtex cerebral, e se considerarmos que o córtex cerebral é a sede de funções como consciência, raciocínio lógico e abstrato, e que 16 bilhões são o máximo de neurônios de um córtex, essa é a explicação mais simples para nossa notável capacidade cognitiva. Igualmente importante é o significado dos 86 bilhões de neurônios. Por termos descoberto que a relação entre o tamanho do cérebro e o número de neurônios poderia ser descrito matematicamente, pudemos calcular como o cérebro humano seria se fosse como o de roedor. O cérebro de um roedor com 86 bilhões de neurônios pesaria 36 kg. O que seria impossível. Um cérebro tão grande seria esmagado pelo próprio peso, e esse cérebro impossível estaria em um corpo de 89 toneladas. Acho que não se parece conosco.
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.
O que nos leva a uma conclusão importante: não somos roedores. O cérebro humano não é um cérebro grande de rato. Comparado a um rato, podemos parecer especiais, mas a comparação é injusta, pois não somos roedores. Somos primatas, então, o certo é comparar a outros primatas. E se você fizer as contas, descobrirá que um primata qualquer com 86 bilhões de neurônios teria o cérebro de 1,2 kg, o que parece correto em um corpo de 66 kg, o que é exatamente meu caso, nos levando a uma conclusão nada surpreendente mas incrivelmente importante: Eu sou um primata. Todos vocês são 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 gostado muito disso. O cérebro dele, assim como o nosso, foi feito à imagem de outros cérebros de primata.
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 é notável, mas não é especial quanto ao número de neurônios. É apenas um cérebro grande de primata. Acho que é um pensamento muito humilde e sensato, que nos lembra de 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, por que ele consome tanta energia? Outras pessoas descobriram o custo energético do cérebro humano e de outras espécies, e como sabemos quantos neurônios cada cérebro possui, podemos fazer as contas. E o resultado é que tanto o cérebro humano quanto os outros gastam o mesmo, uma média de 6 calorias por bilhão de neurônios ao dia. E o custo total de energia de um cérebro é uma simples função linear do seu número de neurônios, e assim o cérebro humano consome quase tanta energia quanto deveria. Portanto, a razão de o cérebro humano consumir tanta energia é por possuir muitos neurônios, e porque somos primatas com muito mais neurônios para o nosso tamanho do que os outros animais, o custo de nosso cérebro é grande, mas não é só por sermos primatas, que somos 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.
A última pergunta: como chegamos a esse impressionante número de neurônios? e em especial, se grandes macacos são maiores do que nós, por que não têm cérebro maior que o nosso, com mais neurônios? Quando percebemos como é caro ter tantos neurônios no cérebro, pensei, talvez haja uma razão simples. Eles não dispõem de energia para um corpo grande e um número alto de neurônios Então fizemos as contas. De um lado, calculamos quanta energia um primata obtém por dia comendo alimentos crus, e de outro, quanta energia um corpo de certo tamanho consome e a energia que um cérebro de certo número de neurônios consome, e observamos as combinações de tamanho do corpo e número de neurônios no cérebro que um primata obteria se comesse por 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 descobrimos que para os neurônios serem tão caros, há uma compensação entre tamanho do corpo e número de neurônios. Então, um primata que come 8 horas por dia pode dispor de um máximo de 53 bilhões de neurônios, mas seu corpo não poderia pesar mais que 25 kg. Para pesar mais que isso, teria que ceder neurônios. Então, ou tem um corpo grande ou um número alto de neurônios. Quando se come como primata, não dá para ter 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 saída para essa limitação metabólica seria passar mais horas por dia comendo, mas isso se torna perigoso, e se passar de um ponto, fica impossível. Gorilas e orangotangos, obtém uns 30 bilhões de neurônios comendo por 8 h e 30 min ao dia, e isso parece ser o máximo que conseguem. Nove horas de alimentação por dia parece ser o limite de 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.
E nós? Com 86 bilhões de neurônios e 60 a 70 kg de massa corporal, teríamos que gastar mais de 9 horas por dia comendo, o que é impraticável. Se comêssemos como primata não estaríamos 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 chegamos aqui? Se nosso cérebro consome tanta energia quanto deveria, e não podemos passar o tempo acordado nos alimentando, a única alternativa, é obter, de algum modo, mais energia dos mesmos alimentos. E isso coincide exatamente com o que acreditamos nossos ancestrais fizeram há 1,5 milhões de anos, quando inventaram o cozimento. Cozinhar é usar o fogo para pré-digerir alimentos fora do corpo. Alimentos cozidos são mais macios, mais fáceis de mastigar e de amolecer na boca, para serem totalmente digeridos e absorvidos no intestino, obtendo, assim, mais energia em menos tempo. Portanto, cozinhar nos libera tempo para fazer coisas mais interessantes com nosso dia e nossos neurônios do que apenas pensar em comida, procurá-la e engoli-la o dia todo.
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.
Portanto, graças ao cozimento, o que antes era mais um risco, esse cérebro grande e caro com muitos neurônios, se tornou uma grande vantagem, agora que podemos bancar energia para tantos neurônios e tempo para coisas interessantes. Penso que isso explica por que nosso cérebro evoluiu rapidamente até se tornar tão grande, e ao mesmo tempo permanecendo apenas um cérebro de primata. Com um cérebro grande obtido pelos alimentos cozidos, passamos rapidamente da comida crua à cultura, agricultura, civilização, mercados, eletricidade, geladeiras, todas essas coisas que hoje nos permitem conseguir energia necessária para um dia inteiro em uma única ida a nossa rede favorita de fast food. Bom, o que antes era a solução, agora é um problema, e, ironicamente, buscamos a solução nos alimentos crus.
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.
Qual é a vantagem de sermos humanos? O que possuímos que nenhum outro animal possui? Minha resposta é que possuímos o maior número de neurônios no córtex cerebral, e essa é a explicação mais simples para nossas notáveis habilidades cognitivas. E o que fazemos que nenhum outro animal faz, que acredito ter sido fundamental para nos permitir chegar a tal número, o maior de todos, de neurônios no córtex? Em duas palavras: nós cozinhamos. Nenhum outro animal cozinha os alimentos. Só os humanos o fazem. E é como nos tornamos 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 minha opinião sobre os alimentos. Agora eu olho minha cozinha, faço uma reverência, e agradeço a nossos ancestrais o invento que provavelmente nos tornou humanos. Muito obrigada. (Aplausos)