Velikost mozku - Brain size

Velikost mozku je častým tématem studia v oboru anatomie , biologický antropologie, zvířat vědy a vývoje . Velikost mozku se někdy měří podle hmotnosti a někdy podle objemu (pomocí MRI skenů nebo podle objemu lebky ). Ke studiu objemových měření mozku lze použít testování inteligence neuroimagingu . Pokud jde o „testování inteligence“, často zkoumanou otázkou je vztah mezi velikostí mozku a inteligencí . Tato otázka je docela kontroverzní a bude se jí dále věnovat část o inteligenci. Míra velikosti mozku a lebeční kapacity není důležitá pouze pro lidi, ale pro všechny savce.

Lidé

U lidí je pravá mozková hemisféra obvykle větší než levá, zatímco mozkové hemisféry mají obvykle bližší velikost. Mozek dospělého člověka váží v průměru asi 1,5 kg (3,3 lb). U mužů je průměrná hmotnost asi 1370 g a u žen asi 1200 g. Objem se pohybuje kolem 1260 cm 3 u mužů a 1130 cm 3 u žen, ačkoli tam je značná variabilita. Ještě další studie tvrdila, že hmotnost mozku dospělého člověka je 1300-1400 g pro dospělé lidi a 350-400 g pro novorozence. Existuje řada objemu a hmotností, a ne jen jedno číslo, na které se lze definitivně spolehnout, jako u tělesné hmotnosti. Je také důležité si uvědomit, že rozdíly mezi jednotlivci nejsou tak důležité jako rozdíly v rámci druhů, protože celkově jsou rozdíly mnohem menší. Mechanismy mezidruhové a vnitrodruhové variace se také liší.

Velikost mozku

Od raných primátů k hominidům a nakonec k Homo sapiens je mozek postupně větší, s výjimkou vyhynulých neandertálců, jejichž velikost mozku převyšovala moderní Homo sapiens. Objem lidského mozku se zvýšil, jak se lidé vyvíjeli (viz Homininae ), počínaje od asi 600 cm 3 u Homo habilis až po 1680 cm 3 u Homo neanderthalensis , což byl hominid s největší velikostí mozku. Nárůst velikosti mozku se zastavil u neandertálců. Od té doby se průměrná velikost mozku za posledních 28 000 let zmenšuje. Lebeční kapacita se snížila z přibližně 1 550 cm 3 na přibližně 1 440 cm 3 u mužů, zatímco ženská lebeční kapacita se zmenšila z přibližně 1 500 cm 3 na přibližně 1 240 cm 3 . Jiné zdroje s větší velikostí vzorku moderní Homo sapiens najít přibližně stejný lebeční kapacitu pro muže, ale větší lebeční kapacitou kolem 1330 cm 3 u žen.

Homo floresiensis je hominin z ostrova Flores v Indonésii se zkamenělinami z doby před 60 000 až 100 000 lety. Přes jeho relativně odvozené postavení v hominin fylogenezi , CT jeho lebky ukáže, že jeho objem mozek byl jen 417 cm 3 , méně než to dokonce Homo habilis , který je věřil mít vyhynula mnohem dříve (před asi 1.650.000rok .). Předpokládá se, že důvodem této regrese ve velikosti mozku je ostrovní syndrom, při kterém se mozky ostrovních druhů zmenšují kvůli sníženému riziku predace. To je výhodné, protože snižuje bazální rychlost metabolismu bez významného zvýšení rizika predace.

V posledních letech byly prováděny experimenty vyvozující závěry o velikosti mozku ve spojení s genovou mutací, která způsobuje mikrocefalii , nervovou vývojovou poruchu, která ovlivňuje objem mozkové kůry.

Další informace: Microcephalin , ASPM (gen) a CDK5RAP2
Mozkové velikosti hominidů
název Velikost mozku (cm 3 )
Homo habilis 550–687
Homo ergaster 700–900
Homo erectus 600–1250
Homo heidelbergensis 1100–1400
Homo neanderthalensis 1200–1750
Homo sapiens 1400
Homo floresiensis 417

Biogeografická variace

Snahy najít rasové nebo etnické rozdíly ve velikosti mozku jsou obecně považovány za pseudovědecké úsilí a tradičně byly spojeny s vědeckým rasismem a pokusy demonstrovat rasovou intelektuální hierarchii.

Většina snah prokázat to vycházela z nepřímých údajů, které hodnotily měření lebky na rozdíl od přímých pozorování mozku. Ty jsou považovány za vědecky zdiskreditované.

Rozsáhlý průzkum globální variace lebek z roku 1984 dospěl k závěru, že variace ve velikosti lebky a hlavy nesouvisí s rasou, ale spíše se zachováním klimatického tepla, a uvádí: „Nacházíme malou podporu pro použití velikosti mozku v taxonomickém hodnocení (kromě Paleontologické extrémy v průběhu času). Rasové taxonomie, které zahrnují lebeční kapacitu, tvar hlavy nebo jakýkoli jiný znak ovlivněný klimatickými zmatenými ekotypickými a fyletickými příčinami. U pleistocenních hominidů pochybujeme, že objem mozkové schránky je taxonomicky „hodnotnější“ než kterýkoli jiný. jiný rys. "

Sex

Průměrná hmotnost mozku u mužů a žen po celý život. Ze studie Změny v hmotnostech mozku v průběhu lidského života.

Celkově existuje pozadí podobnosti mezi měřením objemu mozku dospělých u lidí různého věku a pohlaví. Základní strukturální asymetrie nicméně existují. Existují rozdíly ve vývoji dítěte ve velikosti různých mozkových struktur mezi jednotlivci a pohlavími. Mozek lidského dítěte při narození má v průměru 369 cm 3 a během prvního roku života se zvětšuje na přibližně 961 cm 3 , poté rychlost růstu klesá. Objem mozku vrcholí v dospívání a po 40 letech začíná klesat o 5% za desetiletí a zrychluje se kolem 70. Průměrná hmotnost mozku dospělého muže je 1 345 gramů, zatímco dospělá žena má průměrnou hmotnost mozku 1 222 gramů. Bylo zjištěno, že muži mají v průměru větší mozkové, mozečkové a mozkové kortikální lobární objemy, s výjimkou možného levého temene. Genderové rozdíly ve velikosti se liší podle konkrétnějších oblastí mozku. Studie mají tendenci naznačovat, že muži mají relativně větší amygdalu a hypotalamus , zatímco ženy mají relativně větší kaudát a hippocampi . Když se mění k intrakraniálnímu objemu , výšce a hmotnosti, Kelly (2007) uvádí, že ženy mají vyšší procento šedé hmoty , zatímco muži mají vyšší procento bílé hmoty a mozkomíšního moku . V těchto studiích je však mezi jednotlivci vysoká variabilita.

Yaki (2011) však nenalezl žádné statisticky významné genderové rozdíly v poměru šedé hmoty u většiny věkových skupin (seskupených podle dekády), s výjimkou 3. a 6. dekády života ve vzorku 758 žen a 702 mužů ve věku 20–69 let. Průměrný muž ve třetím desetiletí (ve věku 20–29 let) měl výrazně vyšší poměr šedé hmoty než průměrná žena stejné věkové skupiny. Naproti tomu u subjektů v jejich šestém desetiletí měla průměrná žena podstatně větší poměr šedé hmoty, ačkoli mezi těmi v jejich sedmém desetiletí nebyl nalezen žádný smysluplný rozdíl.

Celkový objem mozkové a šedé hmoty vrcholí ve věku od 10 do 20 let (dříve u dívek než u chlapců), zatímco objemy bílé hmoty a komor se zvyšují. Existuje obecný vzorec v nervovém vývoji dětských vrcholů, po kterém následuje pokles dospívajících (např. Synaptické prořezávání ). V souladu s nálezy u dospělých je průměrný mozkový objem přibližně o 10% větší u chlapců než dívek. Tyto rozdíly by však neměly být interpretovány jako poskytování jakékoli funkční výhody nebo nevýhody; hrubá strukturální opatření nemusí odrážet funkčně relevantní faktory, jako je neuronová konektivita a hustota receptorů, a pozoruhodná je vysoká variabilita velikosti mozku i v úzce definovaných skupinách, například děti stejného věku mohou mít až 50% rozdíly v celkový objem mozku. Mladé dívky mají v průměru relativně větší hippocampální objem, zatímco amygdaly jsou větší u chlapců. Několik studií však zjistilo vyšší synaptickou hustotu u mužů: Studie z roku 2008 uvádí, že muži měli výrazně vyšší průměrnou synaptickou hustotu 12,9 × 108 na krychlový milimetr, zatímco u žen to bylo 8,6 × 108 na krychlový milimetr, což je rozdíl 33% . Jiné studie zjistily v průměru o 4 miliardy více neuronů v mužském mozku, což tento rozdíl potvrzuje, protože každý neuron má v průměru 7 000 synaptických spojení s jinými neurony.

Významné dynamické změny ve struktuře mozku probíhají v dospělosti a stárnutí, s výraznými rozdíly mezi jednotlivci. V pozdějších desetiletích muži vykazují větší ztrátu objemu v celém objemu mozku a ve frontálních lalocích a temporálních lalocích , zatímco u žen dochází ke zvýšené ztrátě objemu v hippocampi a parietálním laloku . Muži vykazují prudší pokles globálního objemu šedé hmoty, ačkoli u obou pohlaví se liší podle regionů, přičemž některé oblasti vykazují malý nebo žádný věkový efekt. Zdá se, že celkový objem bílé hmoty s věkem neklesá, i když mezi oblastmi mozku existují rozdíly.

Genetický přínos

Studie dvojčat dospělých naznačily vysoké odhady dědičnosti pro celkovou velikost mozku v dospělosti (mezi 66% a 97%). Účinek se v rámci regionu liší regionálně, s vysokou dědičností objemů frontálního laloku (90–95%), mírnými odhady v hippocampi (40–69%) a faktory prostředí ovlivňujícími několik mediálních oblastí mozku. Kromě toho se zdá, že objem laterální komory je hlavně vysvětlen faktory prostředí, což naznačuje, že tyto faktory také hrají roli v okolní mozkové tkáni. Geny mohou způsobit asociaci mezi strukturou mozku a kognitivními funkcemi, nebo ty druhé mohou během života ovlivňovat ty první. Byla identifikována nebo navržena řada kandidátských genů, ale čekají na replikaci.

inteligence

Viz také: Neurověda a inteligence § Velikost mozku

Studie prokazují korelaci mezi velikostí mozku a inteligencí, větší mozky předpovídají vyšší inteligenci. Není však jasné, zda je korelace příčinná. Většina studií MRI uvádí mírné korelace kolem 0,3 až 0,4 mezi objemem mozku a inteligencí. Nejkonzistentnější asociace jsou pozorovány ve frontálním, temporálním a parietálním laloku, hippocampu a mozečku, ale představují pouze relativně malé množství rozptylu v IQ, což naznačuje, že zatímco velikost mozku může souviset s lidskou inteligencí, jiné faktory také hrají svou roli. Objemy mozku navíc silně nekorelují s jinými a konkrétnějšími kognitivními opatřeními. U mužů koreluje IQ více s objemem šedé hmoty ve frontálním laloku a parietálním laloku , který se zhruba podílí na senzorické integraci a pozornosti, zatímco u žen koreluje s objemem šedé hmoty ve frontálním laloku a Brocově oblasti , která je zapojena do jazyka .

Výzkum měření objemu mozku, sluchově evokovaných potenciálů P300 a inteligence ukazuje disociaci, takže jak objem mozku, tak rychlost P300 korelují s měřenými aspekty inteligence, ale ne navzájem. Konflikty důkazů v otázce, zda variace velikosti mozku také předpovídá inteligenci mezi sourozenci, protože některé studie shledávají mírné korelace a jiné nenacházejí žádné. Nedávný přehled Nesbitta, Flynna a kol. (2012) poukazují na to, že hrubá velikost mozku pravděpodobně nebude dobrým měřítkem IQ, například velikost mozku se také liší mezi muži a ženami, ale bez dobře zdokumentovaných rozdílů v IQ.

Objevem posledních let je, že struktura mozku dospělého člověka se změní, když se naučíte nové kognitivní nebo motorické dovednosti, včetně slovní zásoby. Strukturální neuroplasticita (zvýšený objem šedé hmoty ) byla prokázána u dospělých po třech měsících tréninku vizuálně-motorické dovednosti, protože kvalitativní změna (tj. Učení se novému úkolu) se jeví jako důležitější pro to, aby mozek změnil svou strukturu, než pokračující trénink již naučeného úkolu. Ukázalo se, že takové změny (např. Revize pro lékařské prohlídky) trvají nejméně 3 měsíce bez dalšího cvičení; další příklady zahrnují učení se novým řečovým zvukům, hudební schopnosti, navigačním schopnostem a učení se číst slova zrcadlená.

Ostatní zvířata

Největší mozky jsou spermie velryby o hmotnosti asi 8 kg (18 liber). Slon je mozek váží jen více než 5 kg (11 lb), je skákavý je 1,5 až 1,7 kg (3/03-07/3 lb), zatímco lidský mozek je kolem 1,3 až 1,5 kg (09.2.-3.03. lb). Velikost mozku se obvykle liší podle velikosti těla . Vztah však není proporcionální: poměr hmotnosti mozku a těla se liší. Největší nalezený poměr je v rejsku . Průměruje hmotnost mozku napříč všemi řády savců a řídí se mocninným zákonem s exponentem asi 0,75. Existují dobré důvody očekávat mocninový zákon: například vztah velikosti těla k délce těla se řídí mocninným zákonem s exponentem 0,33 a vztah velikosti těla k povrchu se řídí mocninným zákonem s exponentem 0,67. Vysvětlení pro exponent 0,75 není zřejmé; je však třeba poznamenat, že několik fyziologických proměnných se zdá být spojených s velikostí těla přibližně stejným exponentem - například bazálním metabolickým tempem .

Tento vzorec mocenského zákona platí pro „průměrný“ mozek savců jako celek, ale každá rodina (kočky, hlodavci, primáti atd.) Se od něj do určité míry odchýlí způsobem, který obecně odráží celkovou „důmyslnost“ chování . Primáti pro danou velikost těla mají mozky 5 až 10krát větší, než předpovídá vzorec. Predátoři mívají relativně větší mozky než zvířata, která loví; placentální savci (velká většina) mají relativně větší mozky než vačnatci , jako je vačice. Standardní měřítko pro hodnocení velikosti mozku zvířete ve srovnání s tím, co by se dalo očekávat od jeho velikosti těla, je známé jako kvocient encefalizace . Kvocient encefalizace pro lidi je mezi 7,4-7,8.

Když se mozek savců zvětší, ne všechny části se zvětší stejným tempem. Zejména čím větší je mozek druhu, tím větší je frakce zachycená kůrou . U druhů s největším mozkem je tedy většina jejich objemu vyplněna kůrou: to platí nejen pro lidi, ale také pro zvířata, jako jsou delfíni, velryby nebo sloni. Vývoj Homo sapiens za poslední dva miliony let byl poznamenán neustálým zvyšováním velikosti mozku, ale velkou část lze vysvětlit odpovídajícím zvýšením velikosti těla. Existuje však mnoho odchylek od trendu, které je obtížné systematicky vysvětlit: zejména vzhled moderního člověka asi před 100 000 lety byl poznamenán zmenšením velikosti těla současně se zvětšením velikosti mozku . I tak je pozoruhodné, že neandertálci , kteří vyhynuli asi před 40 000 lety, měli větší mozek než moderní Homo sapiens .

Ne všichni vyšetřovatelé jsou spokojeni s množstvím pozornosti, která byla věnována velikosti mozku. Roth a Dicke například tvrdili, že jiné faktory než velikost více korelují s inteligencí, jako je počet kortikálních neuronů a rychlost jejich spojení. Kromě toho poukazují na to, že inteligence nezávisí pouze na množství mozkové tkáně, ale také na podrobnostech její struktury. Je také dobře známo, že vrány , havrani a afričtí šedí papoušci jsou docela inteligentní, přestože mají malý mozek.

I když mají lidé největší podíl encefalizace na existujících zvířatech, u primátů to není mimo řadu. Některé další anatomické trendy korelují v lidské evoluční cestě s velikostí mozku: basicranium se s rostoucí velikostí mozku v poměru k základníraniální délce stává více ohebným.

Lebeční kapacita

Lebeční kapacita je měřítkem objemu vnitřku lebky těch obratlovců, kteří mají mozek . Nejčastěji používanou měrnou jednotkou je kubický centimetr (cm 3 ). Objem lebky se používá jako hrubý ukazatel velikosti mozku a ten zase jako hrubý indikátor potenciální inteligence organismu. Lebeční kapacita se často testuje vyplněním lebeční dutiny skleněnými perličkami a měřením jejich objemu nebo zobrazením pomocí CT vyšetření. Přesnější způsob měření kraniální kapacity je vytvořit endokraniální odlitek a změřit množství vody, které litý výtlak vytlačí. V minulosti byly provedeny desítky studií pro odhad lebeční kapacity na lebkách. Většina těchto studií byla provedena na suché lebce pomocí lineárních rozměrů, metod balení nebo příležitostně radiologických metod.

Znalost objemu lebeční dutiny může být důležitou informací pro studium různých populací s různými rozdíly, jako je geografický, rasový nebo etnický původ. Kraniální kapacitu mohou ovlivnit i další věci, jako je výživa. Používá se také ke studiu korelace mezi lebeční kapacitou s jinými lebečními měřeními a při porovnávání lebek od různých bytostí. Běžně se používá ke studiu abnormalit velikosti a tvaru lebky nebo aspektů růstu a vývoje objemu mozku. Mozková kapacita je nepřímý přístup k testování velikosti mozku. Bylo provedeno několik studií o lebeční kapacitě na živých bytostech prostřednictvím lineárních dimenzí.

Větší lebeční kapacita však nemusí vždy svědčit o inteligentnějším organismu, protože k ovládání většího těla jsou zapotřebí větší kapacity, nebo jsou v mnoha případech adaptivní vlastností pro život v chladnějším prostředí. Například mezi moderními Homo sapiens mají severní populace o 20% větší zrakovou kůru než populace v populacích jižní šířky, což potenciálně vysvětluje rozdíly v populacích ve velikosti lidského mozku (a zhruba lebeční kapacitě). Neurologické funkce jsou dány spíše organizací mozku než objemem. Individuální variabilita je také důležité při zvažování lebeční kapacity, například průměrná neandrtálský lebeční kapacita pro ženy bylo 1300 cm 3 a 1600 cm 3 u mužů. Neandertálci měli vzhledem k jejich výšce větší oči a těla, a tak nepřiměřeně velká oblast jejich mozku byla věnována somatickému a vizuálnímu zpracování, funkcím, které normálně nejsou spojeny s inteligencí. Když byly tyto oblasti upraveny tak, aby odpovídaly anatomicky moderním lidským proporcím, bylo zjištěno, že neandertálci měli mozky o 15-22% menší než u AMH. Když je neandertálská verze genu NOVA1 vložena do kmenových buněk, vytvoří neurony s méně synapsemi než kmenové buňky obsahující lidskou verzi.

Ve snaze využít lebeční kapacitu jako objektivní ukazatel velikosti mozku byl encefalizační kvocient (EQ) vyvinut v roce 1973 Harry Jerisonem. Porovnává velikost mozku vzorku s předpokládanou velikostí mozku zvířat se zhruba stejnou hmotností. Tímto způsobem lze objektivněji posoudit lebeční kapacitu jednotlivého zvířete. Holloway sestavil velkou vědeckou sbírku mozkových endocastů a měření lebeční kapacity.

Příklady lebeční kapacity

Lidoopi

  • Orangutani : 275–500 cm 3 (16,8–30,5 cu v)
  • Šimpanzi : 275–500 cm 3 (16,8–30,5 cu v)
  • Gorily : 340–752 cm 3 (20,7–45,9 cu in)

Raní hominidi

Viz také

Reference

Další čtení