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.
Что же такого особенного в человеческом мозге? Почему мы изучаем других животных, а не они изучают нас? Что есть в человеческом мозге, чего нет ни в каком другом? Когда я задалась этими вопросами около 10 лет назад, учёные думали, что знают, из чего состоит мозг различных особей. И хотя их догадки строились на очень скудных данных, многие учёные думали, что мозг всех млекопитающих, в том числе и человека, был устроен одинаково, имея постоянное число нейронов, которое всегда пропорционально размеру мозга. Это означает что два мозга одного размера, как вот эти, например, весящие приличные 400 грамм, должны иметь примерно одинаковое количество нейронов. Таким образом, если нейроны являются функциональными составляющими мозга, обрабатывающими информацию, значит, их владельцы должны иметь схожие умственные способности. Но, тем не менее, один из них — шимпанзе, а другой — корова. Конечно, может быть, коровы обладают богатой невидимой умственной жизнью, и настолько умны, что предпочитаю держать нас в неведении, но ведь мы их едим. Я думаю, что большинство людей согласится, что шимпанзе способны на более сложное продуманное и адаптивное поведение, чем коровы. Таким образом, это является свидетельством того, что история о том, что «мозг всех живых существ устроен одинаково» в корне неверна.
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.
Но всё же продолжим. Если бы мозг всех живых существ был бы устроен одинаково, и нужно было бы сравнить животных с мозгом разных размеров, то мозг больших размеров всегда бы располагал большим количеством нейронов, чем тот, что меньше, и, чем больше был бы мозг, тем выше должны бы были быть интеллектуальные способности обладателя. Поэтому самый большой мозг должен также обладать и наивысшими интеллектуальными способностями. Но трагедия здесь в том, что наш мозг не является самым большим. Весьма досадно, не так ли? Наш мозг весит от 1,2 до 1,5 кг, мозг слона весит около 4-5 кг, а мозг кита может достигать веса вплоть до 9 кг. Вот почему учёные раньше часто прибегали к утверждению, что «наш мозг особенный», тем самым обосновывая наши умственные способности. Они должны быть выдающимися, исключением из правил. Их мозг может быть больше, но наш всё равно лучше, и, допустим, что такое могло быть, поскольку он кажется больше, чем он должен быть, с более толстой корой головного мозга, чем теоретически должна быть относительно размеров наших тел. Таким образом, это даёт нам дополнительную кору чтобы заниматься более интересными вещами, чем просто управлять нашим телом. Это обусловлено тем, что размер мозга обычно соответствует размерам тела. Поэтому основное объяснение того, что наш мозг больше, чем ему следовало бы быть, базируется на сопоставлении самих себя с приматами. Гориллы могут быть вдвое, а то и втрое, больше нас, значит, и их мозг должен быть больше, чем наш, но, тем не менее, всё с точностью наоборот. Наш мозг втрое больше, чем мозг гориллы.
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.
Человеческий мозг ещё интересен тем, какое количество энергии он потребляет. И хотя он обладает всего 2% массы тела, он поглощает 25% всей энергии, ежедневно требующейся нашему телу. Из общих 2000 калорий 500 калорий идут на поддержание работоспособности нашего мозга.
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?
Таким образом, человеческий мозг больше, чем он должен быть, он использует намного больше энергии, чем должен, то есть он — особенный. Вот как раз в этот момент меня и стала интересовать эта история. В биологии мы ищем закономерности, которым подчиняются все живые организмы и жизнь в целом, тогда почему законам эволюции должны подчиняться все, кроме нас самих? Возможно, проблема была в изначальном предположении, что мозг всех живых существ устроен одинаково. Может быть, два мозга одного размера могут, на самом деле, иметь совсем разное количество нейронов, Может быть, и необязательно, что очень большой мозг имеет больше нейронов, чем мозг более скромных размеров. Может быть, человеческий мозг имеет большее количество нейронов, чем какой-либо другой, независимо от его размеров, особенно это касается коры головного мозга. Это стало для меня очень любопытным вопросом: Сколько нейронов в человеческом мозге, и как это число соотносится с другими животными?
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.
Вы, вероятно, слышали или читали где-нибудь, что мы имеем около 100 млрд нейронов, поэтому 10 лет назад, я спросила своих коллег, знают ли они, как мы получили такое число. Но никто не смог мне ответить Я перерыла литературу, чтобы найти первоисточник этой информации, но так и не смогла найти. Казалось, что никто никогда на самом деле-то и не считал число нейронов человеческого мозга, да и вообще какого-либо мозга в принципе.
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.
Поэтому, я придумала свой собственный метод вычисления числа клеток в мозге, и по сути своей он сводится к растворению мозга до состояния бульона. Происходит это так: Берём мозг, или часть этого мозга, и растворяем его в растворителе, который разрушает мембраны клеток, но оставляет нетронутым ядро клеток, поэтому, мы имеем раствор свободных клеточных ядер, который выглядит вот так, как бульон. Бульон содержит все ядра, которые не так давно были мышиным мозгом. Так вот, гениальность бульона в том, что его можно взболтать и распределить ядра клеток равномерно в растворе, поэтому, рассмотрев в микроскоп всего 4 или 5 образцов этого однородного раствора, мы можем посчитать ядра и, тем самым, посчитать, сколько клеток было в этом мозге. Элементарно и очень быстро. Мы использовали этот метод для подсчёта нейронов уже десятков различных видов, и, оказывается, у всех видов мозг устроен по-разному. Возьмём, например, грызунов и приматов. По мере увеличения размеров грызуна среднее число нейронов мозга увеличивается, то есть мозг быстро увеличивается, в размере — гораздо быстрее, чем в количестве нейронов. У приматов же увеличивается количество нейронов, однако при этом размер нейрона не изменяется, и это очень практичный способ — увеличить количество нейронов. В результате, мозг примата будет всегда располагать большим количеством нейронов, чем мозг грызуна такого же размера, и чем больше размер мозга, тем больше будет эта разница. А что же тогда насчёт нашего мозга? Мы обнаружили, что в среднем у нас около 86 млрд нейронов, 16 млрд из которых находятся в коре головного мозга, и, если вы считаете, что кора мозга является центром таких функций, как понимание, логическое и абстрактное мышление, и что 16 млрд это самое большое число, которое может быть в коре головного мозга, я думаю, что это наипростейшее объяснение наших выдающихся умственных способностей. Не менее важно знать, что же означает число «86 млрд» Так как мы доказали, что отношение размера мозга к количеству нейронов может быть выражено математически, мы смогли рассчитать, как бы выглядел мозг человека, если бы он был устроен как у грызуна. Мозг грызуна с теми же 86 млрд нейронов весил бы 36 килограммов. Это невозможно. Мозг такого размера был бы раздавлен собственным весом, и этому невероятному мозгу потребовалось бы тело массой 89 тонн. Не думаю, что это хоть немного похоже на нас.
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.
Даже это приводит нас к важному выводу, что мы — не грызуны. Человеческий мозг — это не огромный мозг крысы. В сравнении с крысой, мы, возможно кажемся особенными, но это неправильное сравнение, так как мы знаем, что мы не грызуны. Мы — приматы, поэтому правильным сравнением было бы с приматами. Так вот, если провести все вычисления, выясняется, что средний примат с 86 млрд нейронов имел бы мозг весом 1,2 кг, что кажется довольно правдоподобным, имел бы тело около 66 кг, что, в моем случае, прямо в точку. Это приводит нас к совершенно неудивительному, но все же очень важному, выводу: я — примат. И вы все — приматы.
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.
И Чарльз Дарвин тоже им был. Мне нравится думать, что Дарвин оценил бы это. Его мозг, как и наш, был построен по подобию мозгов других приматов.
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.
Значит, мозг человека может быть особенным — да, но он не отличается количеством нейронов. Это просто мозг крупного примата. На мой взгляд, это очень усмиряющая и отрезвляющая мысль, которая должна нам напоминать о нашем месте в природе.
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.
Почему тогда наш мозг поглощает так много энергии? Другие учёные подсчитали, сколько энергии затрачивает человеческий мозг и мозг других видов, и теперь, зная число нейронов, составляющих каждый мозг, мы можем посчитать. Выходит, что и человеческий мозг и мозг любого другого вида затрачивает примерно одинаковое количество — в среднем 6 калорий на млрд нейронов в день. Значит, общее количество энергии мозга это простая линейная функция, зависящая от количества нейронов. И оказывается, что человеческий мозг затрачивает ровно ожидаемое количество энергии. Значит причина того, почему человеческий мозг затрачивает так много энергии в том, что в нем большое число нейронов, и потому что мы приматы с намного большим числом нейронов на данный размер тела, чем какое либо другое животное. Относительные затраты нашего мозга велики, но только потому что мы — приматы, а не потому что мы — особенные.
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.
Тогда последний вопрос: как же мы получили такое значительное число нейронов, и особенно, если некоторые приматы значительно больше нас, почему их мозг не больше нашего и не имеет большее число нейронов? Когда мы осознали, во сколько обходится такое число нейронов в мозге, я обнаружила, что может быть у этого простая причина. У них просто не хватает энергии на то, чтобы содержать и крупное тело, и большое число нейронов. Поэтому мы посчитали сначала, какое количество энергии получает примат в день от поедания сырой еды, а потом, сколько энергии необходимо телу определённого размера и, сколько необходимо мозгу определённого размера, и мы стали искать такое сочетание размера тела и количества нейронов которое смог бы себе позволить примат, если бы он питался определённое количество часов в день.
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.
И вот что мы обнаружили: так как нейроны очень энергозатратны, есть баланс между количеством нейронов и размерами тела. Примат, который ест 8 часов в день, может позволить себе максимум 53 млрд нейронов, но тогда его тело будет не больше 25-ти килограммов. Чтобы набрать больший вес, придётся жертвовать нейронами. Поэтому выбор следующий — либо крупное тело, либо большое число нейронов. Если питаться, как примат, невозможно себе позволить и то и другое.
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.
Способ обойти эти ограничения — есть ещё большее количество часов в день, но это — опасно, и на определённом этапе просто переходит рамки возможного. Гориллы и орангутанги, например, обслуживают около 30 млрд нейронов затрачивая 8 с половиной часов на еду, и это наибольшее, что они могут. 9 часов в день на еду фактический предел для примата.
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.
Что же насчёт нас? Имея 86 млрд нейронов и массу тела 60-70 кг, нам бы пришло питаться больше, чем 9 часов в день, что просто неосуществимо. Если бы мы питались, как приматы, нас бы не было здесь.
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.
Так как же мы стали такими? Ну, если наш мозг затрачивает ровно столько энергии, сколько он должен, и если мы не можем потратить каждый час бодрствования на прокорм, тогда единственная альтернатива — каким бы то ни было способом получить больше энергии из той же самой еды. И это в точности совпадает с тем, как наши предки вышли из этого положения 1,5 млн лет назад, когда они изобрели приготовление пищи. Готовить — это использовать огонь, чтобы пре-переварить пищу вне наших тел. Приготовленная пища мягче, значит её легче жевать и пережевать её до состояния пюре во рту, а это позволяет ей полностью перевариваться и всасываться в кишечнике, что тем самым даёт большее количество энергии в более короткие сроки. Таким образом, приготовление пищи освобождает время для более интересных занятий нам и нашим нейронам, чем просто заниматься мыслями о еде, поисками еды, поглощением еды весь день.
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.
Благодаря приготовлению пищи, то, что раньше было значительной ответственностью, этот большой, чрезмерно энергозатратный мозг с огромным числом нейронов смог теперь стать значительным активом, чтобы теперь мы смогли иметь достаточно энергии для нейронов и времени для интересных для них дел. Это, я думаю, объясняет, почему человеческий мозг в ходе эволюции так быстро достиг таких размеров, в то же самое время оставаясь просто мозгом примата. Теперь, имея большой мозг, доступный благодаря кулинарии, мы стремительно перешли от сыроедения к культуре, сельскому хозяйству, цивилизации, продуктовым магазинам, электричеству, холодильникам, и всем тем вещам, которые сегодня позволяют нам получать необходимую нам энергию на весь день всего за одно посещение вашего любимого фаст-фуда. Что когда-то было решением, теперь стало проблемой и, по иронии мы ищем решение в сыроедении.
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.
В чем же человеческое превосходство? Что есть у нас, чего нет у других животных? Мой ответ — самое большое количество нейронов в коре головного мозга, и я думаю, это самое лёгкое объяснение наших выдающихся умственных способностей. И что же мы умеем, чего не умеет ни одно другое животное, и что было, по-моему, основополагающим фактором, который позволил нам это большее, самое большое число нейронов? В двух словах — мы готовим. Ни одно другое животное не готовит свою пищу. Только человек. Я считаю, это то, как нам удалось стать людьми.
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)
Изучение человеческого мозга изменило мои представления о еде. Теперь я смотрю на свою кухню, и я кланяюсь ей и благодарю своих предков за изобретение того, что, возможно, и сделало из обезьяны — человека. Большое спасибо. (Аплодисменты)