Мозг. Такой ли он особенный?

Нам было известно об изменениях числа нейронов в ходе эволюции млекопитающих, но что мы могли сказать о средних размерах этих нейронов? Если масса мозговой структуры увеличивается линейно с ростом числа нейронов, как это имеет место в коре и мозжечке приматов, то из этого можно сделать однозначный вывод: средние размеры нейронов остаются неизменными. Для того чтобы наглядно это проиллюстрировать, представьте себе эластичный мешочек, который можно заполнить разным числом пластиковых шариков. Если шарики имеют постоянный размер, то, если набить в мешочек в три или в десять раз больше шариков, объем мешочка увеличится точно в три или в десять раз. Это так, даже если не все шарики абсолютно одинаковы, так как постоянным остается их средний размер. В случае мозговых структур выяснение вопроса, является ли размер шариков (нейронов) постоянным у разных видов, представляется весьма трудоемкой задачей, ибо объем нейронов не сосредоточен в каком-то одном фокусе: дендриты, а особенно аксоны, иногда отходят от нейрона на весьма большое расстояние от тела клетки, и измерение объема целой клетки требует трудоемкой трехмерной реконструкции микроскопических фрагментов мозговой ткани.

Но здесь нам на выручку приходит простая математика. Если средний размер нейронов на самом деле является постоянным даже при изменении их числа, то число нейронов на единицу объема мозга, то есть плотность нейронов, тоже должно быть постоянным, так же как число шариков на единицу объема мешочка. Это очень полезная информация, потому что определение плотности нейронов – это тривиальная задача: мы просто делим число нейронов, найденных в ткани, на ее массу или объем.

Прибегая к той же аналогии, можно сказать, что при увеличении размера и количества шариков мешочек увеличивается в объеме с большей скоростью, чем число шариков. Если в мешочек укладывают в десять раз больше шариков, а каждый шарик теперь в 1,5 раза больше, то полученный объем будет не в десять, а в 10 × 1,5 = 15 раз больше. Если же шарики в пять раз больше, то добавление десятикратного числа шариков приведет к увеличению объема в 10 × 5 = 50 раз. Об изменении среднего размера шариков в каждом мешочке можно судить без измерения истинных размеров каждого шарика, а простым определением плотности шариков в мешочке. В первом случае плотность шариков окажется в полтора раза меньше; во втором случае – в пять раз. Изменение плотности, таким образом, обратно пропорционально изменению размеров шариков[85]. Но мало этого, если существует постоянное отношение между изменением размера шариков по мере того, как сами они становятся более многочисленными, это будет проявляться некоторым фиксированным отношением между плотностью шариков и их количеством в мешочке. Если же мы в этом утверждении заменим «шарики» «нейронами», то сможем узнать, как изменяется средний размер нейронов по мере того, как в ходе эволюции происходит увеличение их числа в мозговых структурах.

Преимущество приматов

В мозговой коре животных, не принадлежащих к отряду приматов, по мере роста числа нейронов плотность равномерно уменьшается, и это уменьшение можно описать степенной функцией от числа нейронов с аллометрическим показателем функции –0,6 (рис. 4.13). Поскольку средний размер нейрона изменяется обратно пропорционально плотности нейронов, этот показатель степени подразумевает, что средняя масса корковых нейронов возрастает с увеличением числа нейронов, возведенного в степень +0,6. Это означает, что если кора приобретает в десять раз больше нейронов, то размер каждого нейрона в среднем увеличивается в четыре раза, а масса всей коры – в сорок раз. Если же кора приобретает в сто раз больше нейронов, то нейроны становятся в 16 раз больше, а масса коры – в 1600 раз; при приобретении 1000 нейронов они становятся в 64 раза больше, а масса коры увеличивается в 64 тысячи раз. Напротив, у приматов, по мере увеличения числа корковых нейронов, плотность их упаковки в коре практически не изменяется (рис. 4.13). Это означает, что по мере развития коры приматов она начинает приобретать дополнительные нейроны без существенного увеличения их среднего размера. Это не означает, что нейроны приматов становятся мельче, но лишь то, что они перестают расти: размер клеток в коре приматов остается таким же, как размер нейронов в коре крыс или кроликов, и значительно мельче, чем у агути. Вследствие этого, когда кора приматов приобретает в десять раз больше нейронов, ее масса становится всего в десять раз больше, а если она приобретает в 100 раз больше нейронов, то и масса ее увеличивается тоже в 100 раз.