Увеличение объема визуальной информации позволило развиться мозгу приматов

Фото из открытых источников

Исследование опровергает преобладающую гипотезу об эволюции мозга у приматов и рассматривает зрение как основной фактор развития неокортекса, сводя роль лобной доли к простому пропорциональному росту.

Исследование, опубликованное в журнале Science, было проведено под руководством Ричарда Ф. Кея, почетного профессора эволюционной антропологии Тринити-колледжа искусств и наук и Школы окружающей среды имени Николаса при Университете Дьюка.

В работе, в которой использовалась уникальная коллекция черепов, в основном из Музея естественной истории Центра изучения лемуров Дьюка, ставилась задача разгадать загадку, которая оставалась практически неразрешимой для палеонтологии из-за недолговечной природы нервной ткани.

Неокортекс — внешний, складчатый слой головного мозга, образующий анатомическую основу сенсорного восприятия, познания и сложных функций, — у приматов непропорционально больше, чем у других млекопитающих.

Определить, как и почему происходило это расширение ареала за последние 56 миллионов лет, оказалось непросто из-за невозможности окаменения мозга.

Для решения этой задачи исследователи обратились к созданию виртуальных моделей внутренней части черепных полостей, известных как эндоформы или эндокасты, используя микрокомпьютерную томографию высокого разрешения в Центре совместного использования материалов и приборов Университета Дьюка.

Эти трехмерные цифровые модели позволили команде сравнить объемы и соответствующие площади поверхности различных областей неокортекса у широкого спектра видов приматов, как вымерших, так и ныне живущих.

Количественный анализ этих ископаемых, проведенный с внутренней стороны, дал результаты, прямо противоречащие одному из наиболее распространенных предположений в области нейроэволюции. Популярное и научное убеждение о том, что лобная доля — область мозга, наиболее тесно связанная с развитым мышлением и высшими когнитивными способностями, — претерпела независимый и ускоренный рост в нескольких линиях приматов, было опровергнуто.

Исследование показывает, что размер лобной доли увеличивался постепенно и предсказуемо, следуя общей закономерности масштабирования, характерной для всех основных групп приматов на протяжении всей их эволюционной истории. Не было обнаружено никаких доказательств резкого и автономного расширения, о котором предполагали некоторые предыдущие исследования, основанные на визуальном осмотре ископаемых.

Все организмы, от людей до тупай, подчиняются одной и той же закономерности: по отношению к размеру мозга доля лобной доли остается постоянной, объясняет Кей.

Таким образом, истинный главный герой этой эволюционной истории кроется в других областях мозга. Затылочная, теменная и височная области, которые в основном обрабатывают зрительную информацию, пережили быстрый и непропорциональный рост у долгопятов и человекообразных, группы, включающей обезьян, человекообразных человекообразных обезьян и людей.

Этот ускоренный рост, что особенно важно, происходил в тех же ветвях филогенетического дерева приматов, где увеличивался диаметр зрительного нерва, что является явным признаком того, что в мозг поступал больший поток визуальной информации.

Для количественной оценки объема зрительных стимулов, поступающих в мозг древних приматов, команда использовала размер зрительного отверстия — костного отверстия, через которое проходит нерв, — в качестве надежного показателя. Две группы с самыми большими, наиболее важными для зрения неокортексами — долгопяты и антропоиды — также имели самые большие зрительные отверстия.

Исследователи также наблюдали феномен усиления: области обработки визуальной информации, по-видимому, росли даже быстрее, чем сам нерв, который их питает, усиливая небольшие увеличения входного сигнала до тех пор, пока они не трансформировались в обширные участки мозговой ткани.

Это открытие позволяет предположить, что большие размеры мозга, характерные для антропоидов и появившиеся не менее 33 миллионов лет назад, берут свое начало в эволюции зрения высокой четкости, включая анатомические адаптации, такие как центральная ямка сетчатки и костная перегородка, защищающая глаз, а не в отборе, благоприятствующем только гипертрофированной лобной коре.

Исследование дает ответ на вопрос о том, что же послужило движущей силой естественного отбора: Кей выдвигает две основные гипотезы. Одна указывает на увеличение сложности социальной коммуникации, а другая предполагает, что движущей силой могла быть эффективность в поиске пищи и ее добыче, причем оба фактора могут оказать существенное влияние на эволюцию приматов.

«Ископаемые мозги долгое время досадно молчали по этому вопросу», — говорит Кей. «Когда мы позволяем ископаемым говорить количественно, а не полагаться на впечатления от их формы, в результате оказывается, что увеличенный мозг обезьян, человекообразных обезьян и людей гораздо больше связан со зрением, чем с лобной долей, которая просто соответствовала общему размеру мозга».