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.
Vad är så speciellt med den mänskliga hjärnan? Varför är det så att vi studerar andra djur istället för att de studerar oss? Vad har, eller gör en mänsklig hjärna som ingen annan hjärna gör? När jag blev intresserad av detta för ungefär 10 år sedan, trodde forskarna att de visste hur olika hjärnor var byggda. Då det var baserat på få bevis, trodde forskare att alla däggdjurshjärnor inklusive den mänskliga hjärnan, var byggda på samma sätt, med ett antalet neuroner som var proportionell med storleken på hjärnan. Det innebär att två lika stora hjärnor, som dessa två, med vikten 400 gram, borde ha samma antal neuroner. Så, om neuronerna fungerar som informationsprocessorer i hjärnan, så borde innehavarna av dessa två hjärnor, ha liknande kognitiva förmågor. Men ändå, är den ena en schimpans, och den andra en ko. Nu har kanske kor ett väldigt rikt inre mentalt liv och är så smarta att de väljer att inte låta oss inse det, men vi äter dem. Jag tror att de flesta håller med om att schimpanser har tillgång till mer komplexa, utvecklande och flexibla beteenden än vad kor är. Så detta är första indikationen att "alla hjärnor är gjorda på samma sätt"-scenariot inte riktigt stämmer.
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.
Men låt oss spela med. Om alla hjärnor var byggda på samma sätt och man skulle jämföra djur med olika stora hjärnor, så skulle stora hjärnor alltid ha fler neuroner än små hjärnor, och ju större hjärna, desto fler kognitiva färdigheter skulle dess ägare ha. Så den största hjärnan, skulle alltså vara den med störst kognitiv förmåga. Och här kommer dåliga nyheter: Vår hjärna, inte den största. Det verkar ganska irriterande. Vår hjärna väger mellan 1,2 och 1,5 kilo, men en elefants hjärna väger mellan 4 och 5 kilo, och en valhjärna kan väga upp till 9 kilo, vilket är anledningen till att forskare brukade dra till med att säga att vår hjärna måste vara speciell för att förklara våra kognitiva förmågor. Den måste verkligen vara enastående, ett undantag från regeln. Deras är kanske större, men vår är bättre och den kunde vara bättre, till exempel genom att den verkar större än den borde. med en mycket större hjärnbark än vad vi borde ha, för vår kroppsstorlek. Det skulle ge oss extra hjärnbark att göra intressantare saker än att sköta driften av kroppen. Detta är för att hjärnans storlek vanligtvis följer storleken på kroppen. Så huvudorsaken till att säga att vår hjärna är större än den borde vara kommer från jämförelser av oss själva med stora apor. Gorillor kan vara 2-3 gånger större än vi, och borde då ha större hjärnor än vi. men istället är det tvärt om. Vår hjärna är 3 gånger större än en gorillahjärna.
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.
Den mänskliga hjärnan verkar också speciell gällande energimängd som den använder. Även om den endast utgör 2 procent av kroppens vikt använder den 25 procent av all energi som kroppen behöver för att fungera per dag. Det är 500 kalorier av totalt 2000 kalorier. enbart för att hålla din hjärnan i arbete.
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?
Så, den mänskliga hjärnan är större än den borde vara, den använder mer energi än den borde, så den är speciell. Och här började den här historien störa mig. Inom biologin letar vi efter regler som är giltiga för alla djur och till livet i allmänhet, så varför skulle evolutionens lagar gälla alla andra, men inte oss? Kanske problemet var uppfattningen att alla hjärnor var gjorda på samma sätt. Kanske två lika stora hjärnor kan vara gjorda av olika antal neuroner. Stora hjärnor kanske inte alls måste ha fler neuroner än en hjärna av mer blygsam storlek. Kanske har den mänskliga hjärnan flest antal neuroner av alla hjärnor, oavsett storleken, speciellt i hjärnbarken. Så för mig blev den viktiga frågan att besvara: Hur många neuroner har den mänskliga hjärnan, och hur är det jämförbart med andra djur?
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.
Nu har du kanske hört eller läst att vi har 100 miljarder neuroner, så för 10 år sedan frågade jag mina kollegor om de visste var siffran kom ifrån. Men ingen visste. Jag har letat i litteratur efter den ursprungliga referensen, men kunde aldrig hitta den. Det verkade som om ingen faktiskt hade räknat den mänskliga hjärnans neuroner, eller i någon annan hjärna heller för den delen.
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.
Så jag kom på ett eget sätt att räkna celler i hjärnan, och det bestod i huvudsak av att lösa upp hjärnan till soppa. Det fungerar så här: Man tar en hjärna, eller delar av hjärnan, och löser upp den i diskmedel, som förstör cellmembranen, men lämnar cellkärnan intakt, då får man en lösning med fria cellkärnor, som ser ut så här, som en klar soppa. Den här soppan innehåller alla kärnor som en gång var en mushjärna. Det fina med en soppa är att eftersom det är soppa, kan man skaka om den och få kärnorna jämt fördelade i vätskan, och genom att titta i ett mikroskop på endast 4-5 prov av denna vätska, kan man räkna kärnorna och därmed säga hur många celler den hjärnan hade. Det är enkelt, okomplicerat och det går snabbt. Vi har använt metoden och räknat neuronerna i ett dussintal olika arter hittills, och det visade sig att alla hjärnor inte är gjorda på samma sätt. Om vi tar gnagare och primater. I större gnagarhjärnor, ökar neuronernas medelstorlek, så hjärnans fylls väldigt snabbt och hjärnans storlek ökar snabbare än den ökar antalet neuroner. Men primater ökar neuronantalet utan att neuronerna blir större, vilket är ett ekonomiskt sätt att få fler neuroner i hjärnan. Resultatet är att en primathjärna alltid har fler neuroner än en gnagarhjärna av samma storlek, och ju större hjärnorna är, desto större kommer skillnaden att bli. Hur är det då med våra hjärnor? Vi kom fram till att vi har cirka 86 miljarder neuroner, av vilka 16 miljarder finns i hjärnbarken, och om man beaktar att det i hjärnbarken finns funktioner som medvetenhet, logiskt och abstrakt resonemang, och att 16 miljarder är det största antal neuroner som någon hjärnbark har, är detta den enklaste förklaringen till våra anmärkningsvärda kognitiva förmågor. Lika viktigt är vad de 86 miljarder neuronerna betyder. Då vi fann att förhållandet mellan storleken på hjärnan och antalet neuroner kan beskrivas matematiskt, kunde vi beräkna hur den mänskliga hjärnan skulle se ut om den var konstruerad som en gnagarhjärna. En gnagarhjärna med 86 miljarder neuroner skulle väga 36 kilo. Det är inte möjligt. En så stor hjärna skulle krossas av sin egen vikt, och denna omöjliga hjärna skulle finnas i en kropp på 89 ton. Jag tycker inte det ser ut som oss.
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.
Så detta för oss till en väldigt viktig slutsats, vilken är att vi inte är gnagare. Den mänskliga hjärnan är inte en stor råtthjärna. Jämfört med en råtta, är vi kanske speciella, men det är inte en rättvis jämförelse, eftersom vi vet att vi inte är gnagare. Vi är primater, så den korrekta jämförelsen är med andra primater. Och då, om du beräknar, kommer du att finna att den genomsnittliga primaten med 86 miljarder neuroner borde ha en hjärna på ca 1,2 kilo, vilket verkar precis rätt, i en kropp på 66 kilo vilket i mitt fall är exakt rätt, vilket för oss till en inte så förvånande, men fortfarande väldigt viktig slutsats: Jag är en primat, och alla ni är primater!
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.
Och det var också Darwin. Jag tror att Darwin verkligen hade uppskattat detta. Hans hjärna, precis som våra, var uppbyggd som andra primathjärnor.
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.
Så den mänskliga hjärnan är kanske märkvärdig, men den är inte speciell på grund av antalet neuroner. Det är endast en stor primathjärna. Jag tycker det är en tanke att bli ödmjuk inför som kan påminna oss om vår plats i naturen.
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.
Varför behöver den så mycket energi då? Andra har kommit fram till hur mycket energi våra hjärnor och andra arters behöver, och nu vet vi hur många neuroner varje hjärna består av, kan vi ju beräkna. Och det visar sig att både mänskliga och andra hjärnor behöver ungefär lika mycket, ett genomsnitt på 6 kalorier per miljard neuroner per dag. Så den totala energiåtgången för en hjärna är en enkel linjär funktion av dess antal neuroner, och det visar sig att den mänskliga hjärnan behöver just så mycket energi som förväntat. Så anledningen till att människans hjärna behöver så mycket energi är för att den har ett stort antal neuroner. och för att vi är primater med många fler neuroner för en given kroppsvikt än något annat djur, är den relativa kostnaden för vår hjärna stor, för att vi är primater, inte för att vi är speciella.
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.
Sista frågan: hur kom vi över ett så anmärkningsvärt stort antal neuroner, och i synnerhet, om stora apor är större än vi, varför har de inte större hjärnor än vi har, med fler neuroner? När vi insåg hur stor kostnaden är att ha många neuroner i hjärnan, då tänkte jag att det kanske finns en enkel orsak. De har inte råd med energin både till en stor kropp och ett stort antal neuroner. Så vi gjorde en beräkning. Vi beräknade å ena sidan hur mycket energi en primat får per dag från att äta "raw food", å andra sidan, hur stor energikostnad en kropp av en viss storlek har. och hur mycket energi en hjärna med ett visst antal neuroner kräver, och vi tittade på kombinationer av kroppsstorlek och hjärnneuroner som en primat kan klara av om den äter
And what we found is that
ett visst antal timmar per dag.
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.
Och det vi kom fram till var eftersom neuroner är så kostsamma finns det en avvägning mellan kroppsstorlek och antal neuroner. Så en primat som äter 8 timmar per dag kan endast klara av 53 miljarder neuroner, men då kan kroppen inte bli större än 25 kilo. För att väga mer än så, måste den offra neuroner. Så det är antingen en stor kropp eller ett stort antal neuroner. När du äter som en primat, kan du inte kosta på dig båda.
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.
En väg ur denna metabola begränsning skulle vara att ägna ännu fler timmar per dag åt att äta, men det blir farligt och till slut helt omöjligt. Gorillor och orangutanger, kan kosta på sig 30 miljarder neuroner genom att ägna 8,5 timmar per dag åt att äta och det verkar som om det är så mycket som de kan klara. 9 timmars ätande per dag verkar vara den praktiska begränsningen
What about us?
för en primat.
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.
Hur är det med oss? Med våra 86 miljarder neuroner och 60 till 70 kilos kroppsvikt, skulle vi ha behövt använda mer än 9 timmar per dag, varje dag, med att äta, vilket inte är genomförbart. Om vi åt som en primat, skulle vi inte vara här.
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.
Hur kom vi då hit? Om vår hjärna kräver så mycket energi och vi inte kan tillbringa varje vaken stund av dagen med att äta, då är det enda alternativet, att på något sätt få ut mer energi ur samma mat. Och otroligt nog är det precis vad våra förfäder troligtvis uppfann för 1,5 miljoner år sedan, när de uppfann matlagning. Att laga mat, innebär att använda eld för att för-smälta maten utanför kroppen. Lagad mat är mjukare och lättare att tugga och blir fullständigt till mos i munnen, vilket gör att den blir helt sönderdelad och absorberad i tarmarna, vilket gör att de ger ett betydligt större energiutbyte på kortare tid. Så matlagning frigör tid för oss att göra mycket mer intressanta saker med vår dag och med våra neuroner än att tänka på mat, leta efter mat och glufsa i oss mat hela dagen.
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.
Så på grund av matlagning, blev det som en gång var en stor belastning, denna stora, farligt dyra hjärna med många neuroner, kunde nu bli en viktig tillgång, nu med energin för både många neuroner och tid att göra intressanta saker. Detta förklarar varför vår hjärna växte sig stor, så snabbt i evolutionen, medan den fortfarande endast var en primathjärna. Med denna stora hjärna som blev möjlig på grund av matlagning, färdades vi snabbt från rå mat till kultur, jordbruk, civilisation, matvarubutiker, elektricitet, kylskåp alla dessa saker som idag tillhandahåller oss med energi för hela dan på en enskild måltid på ditt bästa snabbmatsställe. Så det som en gång var en lösning har nu blivit problemet. Ironiskt nog söker vi lösningen i "raw food".
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.
(Skratt) Så vad är det mänskliga övertaget? Vad är det som vi har som inget annat djur har? Mitt svar är att vi har det största antalet neuroner i hjärnbarken, vilket jag tror är förklaringen till våra anmärkningsvärda kognitiva förmågor. Vad är det som vi gör som inga andra djur gör och som jag tror var grundläggande för oss att uppnå detta stora, största antal neuroner i hjärnbarken? Med tre ord, vi lagar mat. Inget annat djur lagar sin mat. Endast människor gör det. Och jag tror det var så vi blev människor.
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)
Att studera hjärnan har ändrat mina tankar om mat. När jag ser nu på mitt kök, jag bugar för det och tackar mina förfäder för uppfinningen som gjorde oss till människor. Tack så mycket. (Applåder)