А еще млекопитающие выросли в размерах – и тут мы снова возвращаемся к разговору о мозге.
Чем крупнее тело, тем крупнее мозг. Вроде бы очевидно, однако споры о предпосылках и последствиях этого факта не утихают уже более ста лет[26]. Чтобы рассмотреть сознание животного с биологической точки зрения, сперва нужно объяснить различия в размерах мозга и понять, что дает – и дает ли – крупным животным вся эта дополнительная нервная ткань.
В 1973 году психолог Гарри Джерисон выдвинул гипотезу – простое правило, объясняющее межвидовую разницу в размерах мозга. Он писал: «Масса нервной ткани, отвечающей за определенную функцию, соответствует количеству обрабатываемой информации, требуемой для выполнения этой функции»[27]. Он назвал это «принципом надлежащей массы». Поскольку биологической системе требуется постоянный источник энергии, рассуждал Джерисон, та или иная область мозга способна развиться лишь до тех размеров, которые необходимы для выполнения возложенных на нее задач. Дальнейшее увеличение – это уже расточительство. В таком случае должно быть верно и обратное: размер той или иной структуры мозга позволяет судить об относительном (в сравнении с другими отделами мозга) объеме выполняемой ею работы.
По логике Джерисона, более крупный мозг должен в таком случае обрабатывать больше информации, чем уступающий ему в размерах. Но чем это обусловлено?
Первые подсказки нам дает геометрия тела животных и математическая зависимость между весом тела и мозга. У мелких птиц соотношение веса мозга и тела составляет 1:10, у собак и кошек – примерно 1:100, у слона – около 1:500, у синего кита – приблизительно 1:14 000. Так что хотя у больших животных мозг действительно крупный, увеличивается он не строго пропорционально размерам тела. Его вес пропорционален весу тела примерно в степени 2/3[28].
Данный показатель степени важен нам, потому что согласно фундаментальным геометрическим законам площадь поверхности объекта пропорциональна его объему в степени 2/3[29]. Эта математическая зависимость обусловлена вовсе не тем, что у более крупного животного больше мышц, а значит, больше объектов для контроля. У насекомых, например, количество мышц примерно совпадает с нашим. Дело не в этом, а в том, что, как проницательно подметил Джерисон, с увеличением площади поверхности увеличивается объем поступающих от кожи сенсорных данных, которые мозгу нужно обрабатывать.
Ученые любят объяснять биологические явления с помощью математических правил, однако лучше все же воспринимать эти правила как ориентиры, а не как непреложные законы. У таких правил всегда бывают исключения (и в данном случае исключение довольно примечательное – человек)[30]. Наш мозг гораздо крупнее, чем следовало бы предполагать, исходя из правила площади поверхности. Более того, это объяснение не принимает в расчет другие сенсорные системы, в частности зрительную, роль которой сильно различается у разных видов.
В результате появилась новая мера – коэффициент энцефализации, EQ, который выводится из соотношения объемов мозга и организма в целом. Соответственно, несмотря на то что абсолютный размер мозга у слона огромен, EQ покажет, действительно ли он велик в пропорции к гигантскому слоновьему телу. Джерисон определил средний EQ для млекопитающих равным единице. Если у того или иного вида EQ выше единицы, значит, мозг у него достаточно крупный относительно тела, и, наоборот, при EQ меньше единицы мозг для тела таких габаритов мелковат. У кошек показатель составляет ту самую среднюю единицу, у собак чуть выше – 1,2. У обычных обезьян, шимпанзе и слонов EQ равен примерно 2, а вот у дельфина афалины достигает 4. Человек занимает верхнюю ступень этой иерархии с EQ равным 7.
Напрашивается вывод: чем выше EQ, тем умнее животное, однако это верно лишь в грубом приближении. Если расценивать интеллект как владение речью и способность оперировать отвлеченными понятиями, то человек, разумеется, и тут окажется впереди всех, и проще простого объяснить это тем, что наш мозг имеет размер выше среднего. Но, даже если сравнивать между собой только людей, зависимость интеллекта от EQ не выдерживает критики. Возьмем двух человек с одинаковым размером мозга. Предположим, один весит 70 кг, а второй – 110 кг, и тогда у первого EQ будет равен 7, а у второго – 5. Но вроде бы никем пока не доказано, что, похудев, человек становится умнее[31].
В последнее время EQ вызывает все больше сомнений, поскольку его расчеты основаны на том, что вещество мозга у всех животных одинаково, а это, возможно, не так. Бразильский нейрофизиолог Сюзана Эркулано-Хузель с 2006 года разрабатывает способ измерения числа нейронов в мозге[32]. Прежде надежного способа не существовало, все сводилось к исследованию случайных образцов разных участков мозга, а затем результаты распространялись на весь остальной мозг. Эркулано-Хузель придумала, как превратить целый мозг в «бульон», из которого затем можно отфильтровать нейроны. И, подсчитав число нейронов в мозге разных животных, она обнаружила, что показатели у человека не такие уж и выдающиеся. Хотя нейронов у человека и вправду много – около восьмидесяти шести миллиардов, количество это вполне соответствует размерам нашего тела в сравнении с другими приматами. А вот между приматами и всеми остальными млекопитающими разрыв действительно большой. Нейроны у приматов мельче и благодаря своей микроскопичности укладываются в мозге заданного объема более плотно. Эркулано-Хузель доказывает, что интеллект определяется именно числом нейронов, особенно в коре мозга, а вовсе не коэффициентом энцефализации.
Однако и объем мозга, и число нейронов – это лишь общие параметры, сообщающие нам ненамного больше, чем сообщает о человеке его рост или вес. Чтобы понять субъективные ощущения животного, нужно проникнуть глубже в устройство его мозга.
Поскольку общие размеры мозга мало что объясняют, придется обратиться к другим переменным, и следующая такая переменная – это размер определенных его частей. Отдельные области мозга все равно должны подчиняться принципу надлежащей массы, то есть более обширные зоны обрабатывают больше данных, и на этом основании можно судить о внутренних ощущениях животного. А поскольку обслуживание нейронов требует от организма крупных затрат, размер области мозга может рассказать и о том, насколько выполняемая ею функция важна для животного.
Но, прежде чем углубиться в изучение отдельных областей мозга, нам нужно уточнить один момент, касающийся размеров. Измерять можно тремя способами. Первый, самый прямолинейный, – вычислить абсолютный размер области, то есть ее объем. Второй – вычислить пропорциональный размер области, то есть ее долю в общем объеме мозга. Этот показатель довольно интересен, поскольку у каждого отдела соотношение с общим размером мозга индивидуально. Так, например, по мере увеличения объема мозга все больше и больше становилась доля коры. Другие отделы, такие как мозжечок и стволовая часть, тоже росли, но менее стремительными темпами, чем кора. Пропорциональные размеры коры, мозжечка и стволовой части отличаются у разных видов удивительным постоянством, особенно у млекопитающих, – на этот счет существует теория, утверждающая, что главные отделы мозга развивались согласованно[33]. Логика в этом есть. Поскольку в мозге все взаимосвязано, то происходящее с одним отделом отражается и на других.
Но, если отделы мозга развивались согласованно, как же тогда в ходе эволюции расширялись или сокращались те или иные функции? Ведь эта дифференциация и лежит в основе того, что отличает мозг кошки от мозга собаки или мозг человека от мозга шимпанзе. Данный парадокс приводит нас к третьему способу определения размера отдельных областей мозга.
Если пропорциональный размер – это отношение отдела мозга к общему объему, то относительный размер – это соотношение отделов между собой. У собак большие обонятельные луковицы, но что значит в данном случае «большие»? На долю обонятельной луковицы у собаки приходится около 0,3 % общего объема мозга. Если мы добавим прилегающую нервную ткань (обонятельные пути и обонятельную полоску), доля вырастет до 2 % от общего объема. У человека эта доля составляет 0,01 и 0,03 % соответственно, однако пропорциональный размер может быть небольшим, поскольку значительную долю объема забрали остальные отделы коры. Поэтому нам нужно определить объем обонятельной системы по отношению к другим сенсорным системам, например зрительной. Только тогда можно будет сравнивать обоняние собаки с человеческим. Если в ходе эволюции менялись относительные размеры областей мозга, может быть, мозг развивался как мозаика, каждый элемент которой подвергался индивидуальному эволюционному воздействию[34].
Еще одним примером мозаичной эволюции может служить относительность роли слуховой и зрительной информации. В процессе слушания звуковые волны улавливаются ушной раковиной и преображаются в колебания мельчайших косточек внутреннего уха. Волоски особых нейронов внутреннего уха трансформируют эти колебания в электрические импульсы, которые передаются по слуховому нерву в ствол головного мозга. По дороге к мозгу слуховые сигналы проходят через ряд структур, самая заметная из которых носит название «нижнее двухолмие». Левый и правый «холмики» образуют пару выпуклостей на задней поверхности среднего мозга. Как вы, наверное, догадываетесь, если есть нижнее двухолмие, должно быть и верхнее – оно действительно имеется, расположено выше нижнего и представляет собой аналогичную структуру, но для приема зрительной информации. Анатомы давно поняли, что относительные размеры нижнего и верхнего двухолмий соответствуют относительной важности слуховой и зрительной информации для животного. У летучих мышей и дельфинов, пользующихся эхолокацией, нижнее двухолмие крупнее верхнего, тогда как у животных, больше полагающихся на зрение, в том числе у многих приматов, крупнее верхнее двухолмие.