Мозг. Такой ли он особенный?

Тем не менее остается еще тот случай, когда внутри каждой группы млекопитающих животные с большей массой тела обладают мозгом с большей массой[147]. Одно из обоснований, отстаиваемое Гарри Джерисоном, заключается в том, что более крупное тело требует большего числа нейронов для управления его функциями, так же как больший объем крови требует более массивного сердца для ее перекачивания, хотя многие авторы возражают, утверждая, что фактором, определяющим увеличенное число нейронов, должна быть либо масса тела (так как приходится контролировать большую массу мышц), либо площадь поверхности тела (так как необходимо обеспечить чувствительными окончаниями большую площадь), либо что-то еще. В течение десятилетий эти дебаты носили чисто схоластический и умозрительный характер, потому что было невозможно сравнить число нейронов в мозге разных животных. Самая удачная гипотеза заключалась в том, что масса мозга возрастает в зависимости от мышечной массы, но ограничивается метаболизмом головного мозга; согласно исследованиям Макса Клейбера[148], энергетическая цена управления более крупным телом возрастает в зависимости от массы тела, подчиняясь степенной функции с экспонентой +0,75, что близко к показателю степенной зависимости, связывающей массу мозга с массой тела, среди всех видов млекопитающих, взятых вместе (в наших наблюдениях показатель степени оказался равным +0,774), как об этом говорили Гарри Джерисон[149] и Роберт Мартин. Логика этих умозаключений состояла в том, что увеличение массы головного мозга ограничено количеством энергии, которое может использовать организм, при допущении, что есть какое-то универсальное соотношение между массой мозга и его энергетическими потребностями.

Теперь у нас были нужные числа нейронов и ответ, который в тот момент не мог никого удивить: не существовало единого универсального правила шкалирования, связывающего массу тела и число нейронов мозга и справедливого для всех видов млекопитающих. Но к этому я вернусь через пару минут. Во-первых, давайте начнем с того, что, как мы полагали, было самым коротким путем к решению вопроса о том, требуется ли большему по массе телу больше нейронов для управления его функциями. Рассмотрим, для примера, спинной мозг – ту часть центральной нервной системы, которая является промежуточным звеном между головным мозгом и телом. Начиная с уровня шеи и ниже, физиологическая сенсорная информация и почти вся двигательная и висцеральная эфферентная информация передается по нейронам, тела которых располагаются в ядрах спинного мозга. Если более крупному телу требуется больше нейронов для осуществления его функций, то об этом будет свидетельствовать увеличение числа нейронов в спинном мозге. Это число подскажет нам уровень требований, предъявляемых нервной системе массой тела.

До сих пор у нас были лишь данные, касающиеся нейронного состава спинного мозга приматов, но и это были весьма интересные данные. Мы обнаружили, что несмотря даже на то, что масса спинного мозга приматов возрастает по мере увеличения массы тела по законам степенной функции с экспонентой +0,73, характерной для всех приматов (в согласии с ожиданием того, что уровень метаболизма головного мозга ограничен и поэтому масса его возрастает с массой тела, подчиняясь закону степенной функции с экспонентой +0,75), число нейронов спинного мозга увеличивается в зависимости от массы тела по законам степенной функции с намного меньшим показателем степени, равным +0,36, то есть при увеличении массы примата в тысячу раз число нейронов в спинном мозге возрастает всего лишь в десять раз. Это очень далеко от ожидаемой корреляции с массой тела (которая должна иметь экспоненту около 1,0), с площадью поверхности тела (где экспонента должна быть +2/3, или +0,67). Напротив, наблюдаемая экспонента была близка к экспоненте зависимости массы тела от его длины – 1/3, или +0,33 (рис. 8.2). Число нейронов в спинном мозге приматов, как представляется, возрастает просто в зависимости от длины тела[150], и мы подтвердили, что это число увеличивается пропорционально длине спинного мозга, в среднем на 43 тысячи нейронов на 1 мм длины, что на самом деле очень немного. Теперь мы знаем, что в спинном мозге мыши содержится около 2 миллионов нейронов[151], а в спинном мозге человека, при всей его длине, – около 20 миллионов нейронов, то есть в десять раз больше, чем в спинном мозге мыши, и приблизительно в три раза меньше, чем в ее головном мозге[152]. При таком положении вещей представляется удивительным, что мы способны управлять нашим телом с помощью столь малого числа нейронов в спинном мозге, – становится понятным, почему даже незначительные повреждения спинного мозга могут приводить к поистине катастрофическим последствиям.