Posebnost človeških možganov

Po čem se ljudje najbolj razlikujemo od drugih živih bitij? Posebnosti, ki so značilne le za človeka, lahko zlahka naštejemo. Nobeno drugo živo bitje za sporazumevanje ne uporablja kompleksnega jezika, ne more vnaprej premisliti posledic svojih dejanj in nima razvitega tako zapletenega sistema medosebnih odnosov.

Lahko bi navedli še veliko drugih lastnosti, ki so značilne le za ljudi, a najbolj preprosto bi vse te značilnosti povzeli s krovno ugotovitvijo, da jih ne bi mogli imeti, če ne bi imeli velikih možganov, ki so ena izmed najbolj kompleksnih stvaritev narave.

Vendar uspešnosti ljudi pri izvajanju zapletenih opravil ne moremo pojasniti le z velikostjo človeških možganov, saj ti niso največji med vsemi živimi bitji. Možgani slona so še trikrat večji, kot so možgani ljudi, največje možgane pa imajo kiti. Prav tako imajo krave in šimpanzi približno enako velike možgane, a so se šimpanzi sposobni priučiti bistveno zahtevnejših opravil kot krave.

V čem je torej skrivnost človeških možganov? Brazilska nevroznanstvenica Suzana Herculano-Houzel si je pred nekaj leti za cilj svojih raziskav zastavila prav to vprašanje in svoja spoznanja podrobno opisala v knjigi The Human Advantage – A New Understanding of How Our Brain Became Remarkable (The MIT Press, 2017).

Štetje nevronov v možganih

Najprej je poskušala najti izvorni vir podatka, da imamo ljudje v možganih približno 100 milijard nevronov. Vendar ji kljub trudu ni uspelo ugotoviti, kdo je prišel do te pogosto citirane ocene. Zato se je odločila, da bo kar sama čim bolj natančno preštela število živčnih celic v možganih ljudi in drugih sesalcev. Po več poskusih ji je uspelo iznajti metodo za štetje nevronov, pri kateri je možgane najprej pretvorila v nekakšno celično juho. S kemikalijami je uničila možganske celice na način, da so se ohranila le celična jedra. Ta je nato s posebnimi barvili obarvala, tako da je lahko po barvi ločila jedra nevronov od jeder drugih celic, ki so bile v možganih.

Juho celic je dobro premešala, da je bila povsem homogena, nato je vzela zelo majhen vzorec in ga postavila pod mikroskop. Ker je bila količina jeder v vzorcu majhna, jih je lahko natančno preštela. Iz podatka, koliko obarvanih jeder je lahko videla, in informacije o deležu celotne juhe, ki jo je postavila pod mikroskop, ji je uspelo dokaj dobro oceniti povprečno število nevronov v človeški glavi.

Izkazalo se je, da je bila ocena 100 milijard kar ustrezna. Z metodo celične juhe je namreč izmerila, da imamo ljudje v povprečju v možganih 86 milijard nevronov, od katerih jih je 16 milijard v možganski skorji, 69 milijard jih je v malih možganih, malo manj kot milijarda pa še v drugih delih možganov.

Razlike med primati in glodalci

Raziskava je postala še bolj zanimiva, ko je nevroznanstvenici uspelo prešteti še število nevronov v možganih pri nekaterih drugih vrstah sesalcev. Izkazalo se je namreč, da veljata za razmerje med maso in številom nevronov pri sesalcih vsaj dve različni pravili. Za glodalce je ugotovila, da imajo pri njih večji možgani tudi večje nevrone, zato 10-krat več nevronov ne pomeni preprosto 10-krat večjih možganov, ampak kar 40-krat večje možgane. Če bi bili človeški možgani narejeni po enaki shemi, kot velja za glodalce, bi bili težki kar 36 kilogramov.

Na srečo pa razmerje med velikostjo in številom nevronov, ki velja za glodalce, ne velja tudi za primate, med katere spadamo ljudje. Pri primatih se z večanjem možganov nevroni ne povečujejo, zato so možgani z 10-krat večjim številom nevronov sorazmerno 10-krat večji.

Človeški možgani tako glede števila nevronov niso nič posebnega, saj velja zanje enako razmerje med velikostjo in številom nevronov kot za druge primate. Vendar pa se je v zadnjem milijonu let in pol evolucije človeških prednikov bistveno povečalo število nevronov v možganski skorji, kar je povzročilo, da po sposobnosti mišljenja bistveno prekašamo naše najbližje naravne sorodnike.

Možgani potrebujejo veliko energije

Vendar veliki možgani nikakor niso darilo, ki bi nam le koristilo. Zanje je treba tudi skrbeti. Velika težava z velikimi možgani je namreč v tem, da potrebujejo za delovanje zelo veliko energije. Ugotovili so, da je energija, ki jo potrebujejo nevroni za svoje delovanje, dokaj univerzalna med bitji z možgani in znaša približno 6 kcal na dan za milijardo nevronov. Za človeške možgane to pomeni približno 500 kcal na dan oziroma 24 W. Na prvi pogled takšna moč ni videti velika, saj je primerljiva s porabo žarnic, a zavedati se moramo, da mišice človeškega telesa pri gibanju porabljajo moč okrog 75 W.

Ključen problem človeških možganov je torej v tem, kako energetsko oskrbovati zelo veliko število nevronov. Telo mora predvsem v obliki glukoze dovajati možganom dovolj energije, da lahko ti nemoteno delujejo. Vsaj v naravnem okolju pa neprestano zadovoljevanje teh potreb nikakor ni preprosto.

Podatek o energiji, ki jo za delovanje potrebujejo možgani, pojasni tudi to, zakaj nimajo denimo gorile večjih možganov. Če izračunamo, koliko energije lahko posamezna žival na dan v naravi pridobi iz hrane, lahko dokaj natančno postavimo meje, kako velike možgane še lahko oskrbuje. Velikih možganov si večina primatov preprosto ne more privoščiti. Če se primat na dan prehranjuje neprestano 8 ur, pridobi pri tem dovolj energije za vzdrževanje približno 53 milijard nevronov velikih možganov, a njegovo telo ne sme biti težje od 25 kilogramov. Če ima telo 50 kilogramov, je nevronov lahko le 45 milijard, pri 75 kilogramov težkem telesu pade mejno število nevronov že na 30 milijard, pri 100 kilogramov telesa pa jih je lahko le še 12 milijard.

Narava lahko tako izbira med večjim telesom in manjšim številom nevronov, ali manjšim telesom z večjim številom nevronov v možganih. Če bi se ljudje prehranjevali na enak način kot drugi primati, anatomsko, kot kažejo podatki, sploh ne bi mogli obstajati, saj ne bi imeli dovolj energije za pogon telesa in možganov.

Pametni smo, ker znamo kuhati

Ljudje smo drugačni, ker nam uspe iz enake količine zaužite hrane pridobiti več energije. Šele ko so naši predniki pred približno 1,5 milijona let ugotovili, kako lahko hrano deloma predelajo že pred zaužitjem, so se možgani lahko začeli povečevati bolj, kot je to dopuščala narava. V razmeroma kratkem obdobju evolucije so se tako povečali skoraj za trikrat.

Ljudje imamo lahko velike možgane zato, ker so naši predniki iznašli kuhanje. Ker se pri kuhanju hrana mehansko in toplotno preoblikuje že zunaj telesa, lahko naša prebava iz enake količine zaužite hrane izlušči več uporabne energije. Kuhanje hrane posledično pomeni tudi to, da imamo ljudje več časa za druga opravila, saj nam ni treba neprestano le iskati in žvečiti surove hrane, da sploh preživimo.

Seveda pa iznajdba kuhanja ne pomeni, da človek nikakor ne more preživeti, če se prehranjuje le s surovim sadjem, zelenjavo in oreščki. S skrbno izbiro različnih oblik živil in dodatnim uživanjem prehranskih dopolnil je danes mogoče preživeti tudi s takšno dieto, a za to potrebujemo sodobno civilizacijo, ki nam omogoča, da lahko v trgovini kadarkoli kupimo vse, kar potrebujemo. V naravi je zgolj z nabiranjem sadežev dolgoročno težko preživeti, če ne živimo ravno na kakem rajskem otoku z obilo banan in drugega sadja.

Človeški možgani so evolucijsko gledano postali zelo veliki – relativno glede na velikost telesa – šele pred kratkim. Trenutno pomenijo približno 2 odstotka teže telesa, porabijo pa kar 25 odstotkov vse energije. Posebni so, ker imajo največje število nevronov v možganski skorji, kar pojasnjuje naše velike miselne zmožnosti. To pa je mogoče zgolj zato, ker znamo kuhati.

-