Мозг сравнили со смятой бумагой, чтобы объяснить количество извилин
Почему мозг испещрён извилинами, в то время как у некоторых животных главный мыслительный орган выглядит достаточно гладким? Последняя научная работа бразильских неврологов показала: это зависит от площади поверхности и толщины коры головного мозга — внешнего слоя мозга, также известного как серое вещество.
Мозги разных видов животных весьма существенно отличаются друг от друга и не только по размерам: у таких существ, как крысы и мыши, мозги относительно гладкие, а вот мозги людей, свиней, собак, кошек и многих других млекопитающих полны гребней, бороздок и извилин.
Учёные выдвинули несколько теорий, пытающихся объяснить эти различия. Моделирование бразильских учёных показало: так как кора прикреплена к белому веществу под ней, то и сморщивается она по мере расширения этого белого вещества. Благодаря новому исследованию биологи вывели математическую формулу, которая прогнозирует, как будет "сморщиваться" почти любой мозг млекопитающего.
В течение последних 10 лет невролог Сюзана Эркулано-Хузель (Suzana Herculano-Houzel) из Федерального университета Рио-де-Жанейро и её коллеги дотошно изучали и записывали все параметры мозга десятков млекопитающих, в том числе сумчатых, приматов и дельфинов. Они задокументировали объём мозга, площадь поверхности и толщину, а также степень извилистости и даже количество корковых нейронов.
Некоторые учёные предполагали, что некоторые из этих нервных клеток как раз руководят процессом сморщивания: по мере того как появляется больше нейронов, мозг нуждается в большем количестве складок, чтобы позволить им связываться друг с другом. Однако это оказалось не совсем так: у слонов, например, извилин на мозге в два раза больше, чем у людей, и при этом нужных нейронов в три раза меньше.
Эркулано-Хузель поискала причины в другом месте. Она решила, что за извилистость мозгов отвечает та же физика, что действует, когда мы сминаем лист бумаги в шарик, а именно – принятие наиболее стабильной конфигурации с наименьшей свободной энергией.
"Я провела целый день, как в детском саду, сминая различные листы бумаги и измеряя их, – рассказывает исследовательница. – В конце концов, мы создали формулу, которая всё объясняет. Оказалось, есть две переменные, важные при расчёте того, как будет смята бумага – и как много извилин будет на мозге".
Первая – это поверхностная область коры: чем она больше, тем больше "складывается" мозг. Вторая – толщина коры, которая ограничивает количество возможных складок. Учитывая эти два фактора, учёные теперь могут спрогнозировать, как должен выглядеть мозг того или иного животного.
В своей статье, вышедшей в журнале Science, исследователи делают вывод, что множество различных форм мозгов животных определяется не эволюционным развитием, а процессом, скорее, физическим.
