Мозг. Такой ли он особенный?

Знание числа нейронов в мозгу разных видов животных впервые предоставило нам возможность ответить на вопрос о том, почему так высока энергетическая цена человеческого мозга: потому что в нем очень много нейронов. Более важно, однако, то, что при средней энергетической стоимости, равной 5,79 × 10^–9 микромолей глюкозы на 1 нейрон в 1 минуту, одинаковой у грызунов и приматов, мозг человека стоит столько, сколько он должен стоить, исходя из анатомии человеческого мозга. Оказалось, что в нем нет ничего особенного или исключительного в плане потребления энергии.

Таблица 9.1. Потребление энергии головным мозгом разных видов млекопитающих

Среднее значение потребления энергии на 1 нейрон, которое, как я установила, является равным у грызунов и приматов, позволяет вычислить метаболическую цену мозга других млекопитающих, исходя из числа нейронов, используя константу 5,79 × 10^–9 микромоль глюкозы в 1 минуту на 1 нейрон, поскольку мозг подчиняется правилу, согласно которому на четыре нейрона мозжечка приходится один нейрон мозговой коры. Эта цена эквивалентна 5,79 микромоль глюкозы в минуту на миллиард нейронов в сутки, или 6 килокалорий на миллиард нейронов в сутки – очень легкое для запоминания целое число и очень удобное для оценки энергетической стоимости мозга у разных видов, как показано в приведенной выше таблице.

У таких видов, как африканский слон, в мозжечке содержится чрезвычайно большое число нейронов, энергетическую стоимость коры и мозжечка надо рассчитывать раздельно, используя среднее потребление глюкозы каждой из этих структур. При том, что мозговая кора человека потребляет приблизительно 50 % энергии, которая расходуется всем мозгом (как у подавляющего большинства других млекопитающих), чрезвычайно большое число нейронов мозжечка у слона, как легко можно предсказать, будет стоить в три раза дороже, чем все нейроны коры. При такой высокой метаболической стоимости надо думать, что мозжечок, на самом деле, очень важен для слона.

Таким образом, мозг человека не является особенным ни по абсолютной энергетической стоимости его нейронов (они потребляют ровно столько энергии, сколько требует число нейронов), ни по относительной стоимости его коры (которая содержит такую же долю мозговых нейронов, что и у других видов, исключая слона). Но почему тогда так высока относительная энергетическая стоимость человеческого мозга, достигающая 25 % всей энергии, потребляемой организмом, хотя у других видов этот показатель не превышает 10 %?

Ответ очевиден: дело в том, что человек принадлежит к отряду приматов и как таковой располагает большим числом нейронов по отношению к массе тела, чем животные, к отряду приматов не относящиеся. На рис. 9.12 показано отношение между числом мозговых нейронов и массой тела, переведенное в относительную энергетическую стоимость мозга (при использовании среднего показателя 6 килокалорий на миллиард нейронов в сутки) в сравнении с потреблением энергии целым организмом (по правилу Клейбера)[210]. При сходной массе тела, которое стоит у грызунов столько же, сколько и у приматов, мозг приматов более дорог в сравнении с мозгом неприматов просто потому, что в мозге приматов больше нейронов.

Рис. 9.12. Тотальное суточное потребление энергии головным мозгом (в килокалориях), которое, как предсказано, варьирует между видами по закону простой линейной функции в зависимости от общего числа нейронов в мозге (при средней энергетической стоимости в 6 килокалорий на миллиард нейронов в сутки), у приматов изменяется по другому закону в зависимости от суточного потребления энергии организмом (тоже в килокалориях) (треугольники), с показателем степени +1,0, то есть линейно, а у неприматов (квадраты, светлые и темные кружки) по закону степенной функции с показателем +0,6