როგორ განვითარდა ადამიანური ინტელექტი? ანთროპოლოგები ამ საკითხს არქეოლოგიური გათხრების დროს აღმოჩენილი ხელსაწყოების, ცეცხლის გამოყენების მტკიცებულებითა თუ თავის ქალების მიხედვით ტვინის ზომის დადგენით უკვე ათწლეულებია, რაც შეისწავლიან.

თუმცა, სამხრეთ აფრიკის ვიტვატერსანდის უნივერსიტეტის ევოლუციური კვლევების ინსტიტუტის მკვლევრებმა წინაპართა ინტელექტის გასაზომად ახალი გზა აღმოაჩინეს. ნამარხი თავის ქალების შესწავლით მათ დაადგინეს, რა რაოდენობის სისხლსა და, შესაბამისად, ენერგიას მოითხოვდა უძველესი ჰომინინების ტვინი. მერე კი მათ ეს მაჩვენებელი იმის საზომად გამოიყენეს, თუ რამდენს ფიქრობდნენ ჩვენი წინაპრები.

გუნდმა მიიჩნია, რომ კოგნიტური უნარების დასადგენად ტვინში სისხლის მიმოქცევა უკეთესი ინდიკატორია, ვიდრე მხოლოდ ტვინის ზომა.

ტვინი როგორც სუპერკომპიუტერი

მკვლევრებს ხშირად უვარაუდიათ, რომ ადამიანთა წინაპრებში (ჰომინინებში) ინტელექტი ტვინის ზომის ზრდასთან ერთად იმატებდა.

ეს ლოგიკას მოკლებული ვარაუდი სულაც არ არის — თანამედროვე პრიმატებში ნერვული უჯრედების რაოდენობა ტვინის მოცულობის თითქმის პროპორციულია. ზოგადად ძუძუმწოვართა სხვა კვლევები კი მიუთითებენ, რომ ტვინის მეტაბოლიზმის დონე — ანუ ის, თუ რამდენ ენერგიას საჭიროებს ტვინი მუშაობისთვის — მისი ზომის თითქმის პროპორციულია.

ტვინში ინფორმაციის გადამუშავებაში ნერვული უჯრედები (ნეირონები) და მათ შორის არსებული კავშირები (სინაფსები) არიან ჩართულნი. სინაფსები ინფორმაციის გადამუშავებაში დაახლოებით იმავე ფუნქციას ასრულებენ, რასაც — ტრანზისტორის ჩამრთველები კომპიუტერში.

ადამიანის ტვინში მოთავსებულია 80 მილიარდზე მეტი ნეირონი და ათას ტრილიონამდე სინაფსი. და, მართალია, ტვინი ადამიანის ორგანიზმის მხოლოდ 2%-ს იკავებს, მოსვენებულ მდგომარეობაში ის ენერგიის 20%-ს იყენებს. ამ ენერგიის 70%-ს სინაფსები მოიხმარენ იმ ნეიროქიმიკატების წარმოსაქმნელად, რომელთაც ნეირონებს შორის ინფორმაცია გადააქვთ.

იმის დასადგენად, თუ რა რაოდენობის ენერგიას იყენებდა ჩვენი წინაპრების ტვინი, მკვლევრებმა ყურადღება სისხლის მიმოქცევაზე გაამახვილეს. რადგან სისხლი ტვინს სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანი ჟანგბადით ამარაგებს, ეს პროცესი ახლო კავშირშია სინაფსური ენერგიის გამოყენებასთან.

ადამიანის ტვინი ყოველ წამში დაახლოებით 10 მილილიტრამდე სისხლს მოითხოვს. ეს მაჩვენებელი საოცრად ოდნავ იცვლება იმის მიხედვით, ადამიანს სძინავს, ღვიძავს, ვარჯიშობს თუ რთულ მათემატიკურ ამოცანას ხსნის.

ამ მხრივ, ტვინი ენერგოხარჯიან სუპერკომპიუტერს შეგვიძლია შევადაროთ. რამდენად ძლიერიცაა კომპიუტერის შესაძლებლობები, იმდენად მეტ ელექტროენერგიას და ენერგიის გამტარ დიდ კაბელებს მოითხოვს ის მუშაობისთვის. მსგავსად იმართება ტვინიც: როცა მაღალგანვითარებულია კოგნიტური ფუნქცია, იმატებს მეტაბოლიზმის დონე, იზრდება სისხლის მიმოქცევის სიხშირე და ფართოვდება არტერიები, რომელშიც სისხლი გადაადგილდება.

არტერიის ზომის დადგენა თავის ქალის მიხედვით

სისხლის ნაკადი ტვინის კოგნიტურ ნაწილში, დიდ ტვინში, ორი შიდა საძილე არტერიის გავლით მიედინება და მათ ზომასაც სწორედ მათში გამდინარე სისხლის რაოდენობა განსაზღვრავს. ისევე, როგორც უფრო დიდ მილებს ამონტაჟებენ მოზრდილ შენობებში წყლის გაზრდილი ნაკადის უზრუნველსაყოფად, ასევე ადგენს სისხლის მიმოქცევის სისტემა სისხლძარღვების ზომას იმის მიხედვით, თუ რა რაოდენობის სისხლი უნდა დაიტიონ მათ. სისხლის მიმოქცევის დონეს კი, თავის მხრივ, ის განაპირობებს, თუ რამდენ ჟანგბადს საჭიროებს ორგანო.

მეცნიერებმა საწყის ეტაპზე სისხლის მიმოქცევასა და არტერიის ზომას შორის კავშირი დაადგინეს ძუძუმწოვრებზე ჩატარებული 50 კვლევის საფუძველზე, რომელშიც ულტრაბგერითი გამოკვლევა და მაგნიტურ-რეზონანსული ტომოგრაფია იყო გამოყენებული. საძილე არტერიების ზომის განსაზღვრა თავის ქალაში არსებული იმ ხვრელების მიხედვით გახდა შესაძლებელი, რომლებითაც ეს არტერიები თავის ქალის შიგნით აღწევდნენ.

შემდეგ მკვლევრებმა თავის ქალაში არსებული ეს ხვრელები 96 თანამედროვე პრიმატში — მათ შორის, შიმპანზეებში, ორანგუტანებსა და გორილებში — გაზომეს და შედეგები შეადარეს 11 ავსტრალოპითეკ ჰომინინს, რომლებიც დაახლოებით 3 მილიონი წლის წინ ცხოვრობდნენ.

შიმპანზეებისა და ორანგუტანების ტვინი მოცულობით დაახლოებით 350 მლ-ია მაშინ, როცა გორილასა და ავსტრალოპითეკისთვის ეს მაჩვენებელი ოდნავ დიდი — 500 მლ-მდეა. ეს მონაცემები გვიბიძგებს დავასკვნათ, რომ ავსტრალოპითეკი სულ მცირე ისეთივე გონიერი უნდა ყოფილიყო, როგორიც თანამედროვე პრიმატები არიან.

თუმცა, კვლევამ აჩვენა, რომ ავსტრალოპითეკის ტვინში სისხლის მიმოქცევის მოცულობა შიმპანზეებისა და ორანგუტანების იმავე მაჩვენებლის ორ მესამედსა და გორილების ნახევარს წარმოადგენდა.

ანთროპოლოგები ავსტრალოპითეკს, როგორც წესი, ინტელექტის თვალსაზრისით პრიმატებსა და ადამიანებს შორის მოიაზრებენ, თუმცა ამ სტატიაში განხილული კვლევა ამ დაშვების სისწორეს კითხვის ნიშნის ქვეშ სვამს.

ადამიანის ტვინის ევოლუციის უნიკალური ტრაექტორია

ადამიანებსა და სხვა თანამედროვე პრიმატებში საძილე არტერიებში გამავალი სისხლის ნაკადის მოცულობა ტვინის ზომის პირდაპირპროპორციულია. ეს იმას ნიშნავს, რომ თუ ტვინის ზომა გაორმაგდება, ეს სისხლის მიმოქცევის მაჩვენებელსაც გააორმაგებს.

ეს უცნაური გარემოებაა, რადგან მეტაბოლიზმის დონე თითქმის ყველა ორგანოს ზომის ზრდასთან შედარებით უფრო ნელა იმატებს. ძუძუმწოვრებში ორგანოს ზრდა მეტაბოლიზმს მხოლოდ დაახლოებით 1.7 ნიშნულით წევს მაღლა.

ეს იმას ნიშნავს, რომ პრიმატებში მეტაბოლიზმის ინტენსივობამ (ანუ ენერგიის რაოდენობამ, რომელსაც ტვინის ნაცრისფერი ნივთიერების თითოეული გრამი ყოველ წამს მოიხმარს) ტვინის ზომის ზრდის პარალელურად იმაზე სწრაფად მოიმატა, ვიდრე მოსალოდნელი იყო. ჰომინინებში კი, სხვა პრიმატებთან შედარებით, ეს პროცესი კიდევ უფრო დაჩქარებულად წარიმართა.

4.4 მილიონი წლის წინ მცხოვრები არდიპითეკიდან ჰომო საპიენსამდე ტვინის ზომა დაახლოებით ხუთჯერ, სისხლის მიმოქცევის მოცულობა კი ცხრაჯერ გაიზარდა. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ტვინის ნაცრისფერი ნივთიერების თითოეული გრამი ორმაგ ენერგიას იყენებდა, რისი მიზეზიც სინაფსური აქტივობის და ინფორმაციის გადამუშავების გაძლიერება უნდა ყოფილიყო.

როგორც ჩანს, სისხლის მიმოქცევის ხარისხმა ტვინში დროთა განმავლობაში ყველა სახეობის პრიმატში მოიმატა, მაგრამ ჰომინინებში ცვლილება გაცილებით სწრაფად განხორციელდა. აქსელერაცია ხელსაწყოების განვითარების, ცეცხლის გამოყენებისა და პატარა ჯგუფებში კომუნიკაციის კვალდაკვალ მიმდინარეობდა.