Hvor smarte var vores forfædre? Det viser sig, at svaret ikke er i hjernestørrelse, men blodgennemstrømning

Hvordan udviklede menneskelig intelligens sig? Antropologer har studeret dette spørgsmål i årtier ved at se på værktøjer fundet i arkæologiske udgravninger, bevis for brug af ild og så videre, og ændringer i hjernestørrelse målt fra fossile kranier.

Imidlertid, arbejder sammen med kolleger ved Evolutionary Studies Institute ved University of the Witwatersrand i Sydafrika, vi har fundet en ny måde at vurdere vores forfædres intelligens på.

Ved at studere fossile kranier, vi bestemte, hvor meget blod – og hvor meget energi – hjernen fra gamle homininer krævede for at blive ved med at køre. Dette energiforbrug giver os et mål for, hvor meget de tænkte.

Vi fandt, at hastigheden af ​​blodgennemstrømning til hjernen kan være en bedre indikation af kognitiv evne end hjernestørrelse alene.

Hjernen som en supercomputer

Forskere har ofte antaget, at stigninger i intelligens hos menneskelige forfædre (homininer) opstod, efterhånden som hjerner blev større.

Dette er ikke en urimelig antagelse; for levende primater, antallet af nerveceller i hjernen er næsten proportionalt med hjernens volumen. Andre undersøgelser af pattedyr generelt indikerer, at hjernens stofskifte - hvor meget energi den skal bruge for at køre - er næsten proportional med dens størrelse.

Informationsbehandling i hjernen involverer nerveceller (neuroner) og forbindelserne mellem dem (synapser). Synapserne er steder for informationsbehandling, meget ligesom transistorkontakterne på en computer.

Den menneskelige hjerne indeholder mere end 80 milliarder neuroner og op til 1, 000 billioner synapser. Selvom det kun fylder 2% af kroppen, hjernen bruger omkring 20 % af energien fra en hvilende person.

Omkring 70 % af denne energi bruges af synapserne til at producere neurokemikalier, der overfører information mellem neuroner.

For at forstå, hvor meget energi vores forfædres hjerner brugte, vi fokuserede på hastigheden af ​​blodgennemstrømningen til hjernen. Fordi blod tilfører essentiel ilt til hjernen, det er tæt forbundet med synaptisk energiforbrug.

Den menneskelige hjerne kræver omkring 10 ml blod hvert sekund. Dette ændrer sig bemærkelsesværdigt lidt, om en person er vågen, i søvn, at træne eller løse vanskelige matematikopgaver.

I denne forbindelse vi kan se hjernen som en ret energi-dyr supercomputer. Jo større en computers kapacitet, jo mere strøm skal den forblive kørende – og jo større skal dens elektriske forsyningskabler være. Det er det samme med hjernen:jo højere kognitiv funktion, jo højere stofskifte, jo større blodgennemstrømning og jo større arterier, der forsyner blodet.

Måling af arteriestørrelse fra kranier

Blodstrømmen til den kognitive del af hjernen, storhjernen, kommer gennem to indre halspulsårer. Størrelsen af ​​disse arterier er relateret til hastigheden af ​​blodgennemstrømning gennem dem.

Ligesom en blikkenslager ville installere større vandrør for at rumme en højere strømningshastighed til en større bygning, kredsløbssystemet justerer størrelsen af ​​blodkar til at matche hastigheden af ​​blodgennemstrømningen i dem. Strømningshastigheden er til gengæld relateret til, hvor meget ilt et organ kræver.

Vi etablerede oprindeligt forholdet mellem blodgennemstrømningshastighed og arteriestørrelse fra 50 undersøgelser, der involverede ultralyd eller magnetisk resonansbilleddannelse af pattedyr. Størrelsen af ​​de indre halspulsårer kan findes ved at måle størrelsen af ​​de huller, der tillader dem gennem bunden af ​​kraniet.

Næste, vi målte disse huller i kranierne på 96 moderne menneskeaber, inklusive chimpanser, orangutanger, gorillaer. Vi sammenlignede kranierne med 11 fra Australopithecus homininer, der levede for cirka 3 millioner år siden.

Chimpanse og orangutang hjerner er cirka 350 ml i volumen, mens gorilla og Australopithecus er lidt større med 500 ml. Konventionel visdom antyder, at Australopithecus bør være mindst lige så intelligent som de andre.

Imidlertid, vores undersøgelse viste, at en Australopithecus-hjerne kun havde to tredjedele af blodgennemstrømningen fra en chimpanse eller orangutang, og halvdelen af ​​flowet af en gorilla.

Antropologer har ofte placeret Australopithecus mellem aber og mennesker med hensyn til intelligens, men vi mener, at det sandsynligvis er forkert.

Den unikke bane for menneskelig hjerneudvikling

Hos mennesker og mange andre levende primater, hastigheden af ​​blodgennemstrømningen i halspulsåren ser ud til at være direkte proportional med hjernestørrelsen. Det betyder, at hvis hjernens størrelse fordobles, hastigheden af ​​blodgennemstrømningen fordobles også.

Dette er uventet, fordi stofskiftet i de fleste organer stiger langsommere med organstørrelsen. Hos pattedyr, en fordobling af størrelsen af ​​et organ vil normalt kun øge dets stofskiftehastighed med en faktor på omkring 1,7.

Dette tyder på, at primathjernenes metaboliske intensitet - mængden af ​​energi, hvert gram hjernestof forbruger hvert sekund - steg hurtigere end forventet, efterhånden som hjernestørrelsen steg. For homininer, væksten var endnu hurtigere end hos andre primater.

Mellem den 4,4 millioner år gamle Ardipithecus og Homo sapiens, hjerner blev næsten fem gange større, men blodgennemstrømningen blev mere end ni gange større. Dette indikerer, at hvert gram hjernestof brugte næsten dobbelt så meget energi, åbenbart på grund af større synaptisk aktivitet og informationsbehandling.

Hastigheden af ​​blodgennemstrømning til hjernen ser ud til at være steget over tid i alle primatslægter. Men i hominin-slægten, det steg meget hurtigere end hos andre primater. Denne acceleration gik side om side med udviklingen af ​​værktøjer, brugen af ​​ild og uden tvivl kommunikation inden for små grupper.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.