Мозг. Такой ли он особенный?

Как выясняется, человеческий мозг не является особенным в отношении числа содержащихся в нем нейронов: мы имеем ровно столько нейронов в коре, мозжечке и остальных отделах головного мозга, сколько можно ожидать от небольшого человекообразного примата со сравнимой массой тела и головного мозга. Наша кора обладает относительно большой массой, если сравнивать с остальными отделами, но содержит те же 15–25 % нейронов от всего числа их в мозге, что и все остальные млекопитающие (если оставить в стороне африканского слона с огромным числом нейронов в мозжечке), а наша префронтальная кора имеет 8 % всех корковых нейронов, как и у всех других приматов. Наше единственное значимое преимущество перед другими животными легче всего приписать громадному абсолютному числу нейронов в коре нашего мозга вообще и в префронтальной коре в частности, что позволяет сложным и гибким образом обрабатывать поступающую в мозг информацию и на ее основании предсказывать возможные исходы и действовать сообразно им для того, чтобы максимально оптимизировать грядущие возможности.

С другой стороны, мозг человека уникален по количеству потребляемой им энергии. Как было сказано в главе 1, несмотря на то что масса мозга составляет всего 2 % от массы тела, ему требуется для полноценной работы 500 килокалорий в сутки, то есть 25 % от всей потребной для жизнедеятельности энергии[164]. Для сравнения можно сказать, что мозг других позвоночных обходится их хозяевам максимум в 10 % всего энергетического бюджета[165]. Удивительно высокая относительная энергетическая цена человеческого мозга действительно делает его особенным. Источником этой энергии служит глюкоза, доставляемая в мозг кровью. Глюкоза преодолевает гематоэнцефалический барьер, но сначала она в некоторых случаях расщепляется до молочной кислоты в глиальных клетках и оттуда передается в нейроны по энергетической потребности, в зависимости от интенсивности метаболизма в каждый данный момент времени[166]. Этим объясняется весьма совершенная регуляция кровотока в головном мозге: для поддержания работоспособности мозга, обусловленной бесперебойным поступлением глюкозы, в сосудистую систему мозга должно ежеминутно поступать около 750 мл крови, при этом снижение кровоснабжения даже всего на 1 % может привести к обмороку и потере сознания.

Неудивительно, что мозг относительно дорого нам обходится, учитывая, что это второй по уровню потребления орган, уступающий пальму первенства только печени[167]. Несмотря на то что метаболические потребности большинства органов зависят от размеров тела, то есть относительная метаболическая цена органа зависит от его относительного размера в сравнении с массой всего тела[168], относительные величины энергетических потребностей головного мозга у разных млекопитающих варьируют. Мозг макака потребляет 13 % общей энергии организма, мозг землеройки – всего 1 % от общего ежедневного расхода энергии[169].

И вот перед нами мозг человека, потребляющий около 25 % энергии, необходимой для поддержания жизнедеятельности всего организма. Это тем более непонятно, если учесть, что «удельная» метаболическая цена – потребление энергии на 1 г ткани головного мозга в 1 минуту – составляет у человека 0,31 микромоля глюкозы, а это всего лишь одна треть от удельной метаболической цены мозга мыши – 0,89 микромоля[170]. Это означает, что 1 г мозговой ткани человека обходится в три раза дешевле, чем 1 г мышиного мозга, а это, мягко говоря, противоречит интуиции и здравому смыслу: при всем своем совершенстве разве не должен мозг человека и на 1 г потреблять больше энергии, чем мозг какой-то мыши? Для того чтобы еще больше усложнить задачу, низкая удельная метаболическая цена человеческого мозга находится в противоречии с генетически обусловленным усилением энергетического обмена в ходе эволюции человека[171].

Для меня такое множество противоречий имеет одно совершенно ясное значение: мы просто никогда не понимали, как изменяется метаболизм мозга по мере увеличения его размера в ходе эволюции. Если человеческий мозг не является исключением по числу содержащихся в нем нейронов, весит всего 2 % от общей массы тела, то каким образом получилось так, что для поддержания нормальной жизнедеятельности мозгу требуется так много энергии?

Цена содержания мозга