چرا نحوه سیم کشی مغزمان مهم‌تر از اندازه آن است؟
زمانی که به اندازه نسبی مغزمان در مقایسه با نزدیک‌ترین خویشاوندان حیوانی خود نگاه می‌کنیم چندان خاص به نظر نمی‌رسد. برای درک هوش انسانی دانشمندان اکنون نگاهی عمیق‌تر به مغز دارند.
اول صبح؛ «آرتور کیت» یکی از آن محققانی بود که در بسیاری از چیزهایی که گفته بودند اشتباه می‌کردند. کالبدشناس و انسان‌شناس برجسته در اوایل قرن بیستم او طرفدار نژادپرستی علمی و مخالف اختلاط نژادی بود. حداقل تا حدی به دلیل دیدگاه‌های نژادی‌اش او متقاعد شده بود که منشاء انسان‌ها در اروپاست نه آفریقا که اکنون مورد قبول جهانیان است.
کیت هم چنین مفهومی را توصیف کرد که به روبیکون مغزی معروف شد. او با اشاره به این که مغز انسان‌ها نسبت به سایر نخستی‌ها بزرگتر است استدلال کرده بود که هوش انسان تنها زمانی ممکن می‌شود که مغز ما به اندازه آستانه خاصی برسد.
برای «هومو» (Homo) جنسی که ما به آن تعلق داریم او بر این باور بود که حداقل حجم آن حدود ۶۰۰-۷۵۰ سانتی متر مکعب است. برای گونه ما «هوموساپینس» (Homo Sapiens) حداقل حجم مغز حدود ۹۰۰ سانتی متر مکعب بود. مطمئنا درست است که انسان خردمند یا هوموسایپینس به عنوان یک گونه مغز بزرگی دارد. اما معنای این امر به طور فزاینده‌ای مبهم است.
شواهد به دست آمده از دیرین انسان‌شناسی نشان می‌دهند که برخی از گونه‌ها مانند هابیت ها، هومونالدی و هوموفلورسینسیس با وجود داشتن مغز نسبتا کوچک رفتارهای پیچیده‌ای را از خود نشان داده بودند. با این وجود، همچنین شواهد جمع آوری شده از علم ژنتیک و علوم اعصاب وجود دارد که نشان می‌دهد اندازه مغز با هوش تمام و کمال فاصله دارد.
در عوض، تغییرات در نمودار سیم کشی مغز شکل‌های نورون‌ها و حتی زمان و مکان روشن شدن ژن‌های خاص همگی به یک اندازه مهم نیستند. در نتیجه اندازه مغز احتمالا همه چیز و مهم‌ترین ویژگی نیست.
باهوش‌های کوچک مغز
مطمئنا درست است که مغز انسان به طور غیرعادی بزرگ است. حتی اگر به اندازه مغز نسبت به اندازه بدن ما نگاه کنید این موضوع صادق است. انسان‌ها با فاصله بسیار زیادی نخستی‌های با بزرگترین مغز هستند. هم چنین این درست است که اگر به شش میلیون سال اخیر تکامل انسان نگاه کنید روندی به سمت افزایش اندازه مغز وجود دارد. انسان‌های اولیه مانند ساهلانتروپوس و استرالوپیتکوس دارای مغزهای نسبتا کوچکی هستند، اما اولین گونه‌های هومو دارای مغزهای بزرگتر هستند و مغز انسان‌های هوموساپینس هنوز بزرگتر هستند.
با این وجود، وقتی به جزئیات بیش‌تر نگاه کنید داستان چندان ساده نیست. دو گونه به خاطر مغزهای غیرمعمول کوچک‌شان متمایز هستند: هومو فلورسینسیس که به نام هابیت واقعی نیز شناخته می‌شود و هومو نالدی. هر دو اکتشافات قرن بیست و یکمی هستند.
هومو فلورسینسیس اولین بار در سال ۲۰۰۴ میلادی مطرح شد. آنان صرفا ۱ متر قد داشتند و چند هزار سال گذشته در جزیره فلورس در اندونزی زندگی می‌کردند. آنان دست کم ۵ هزار سال پیش از بین رفتند. نمونه اول دارای مغزی به اندازه ۳۸۰ سانتی متر مکعب یا شاید ۴۲۶ سانتی متر مکعب بود که او را همطراز شامپانزه‌ها قرار می‌داد. شواهد محکمی وجود دارد که نشان می‌دهد هومو فلورسینسیس مانند سایر گونه‌های هومو ابزار سنگی ساخته بودند و از آن استفاده می‌کردند.
مطالعات اولیه هم چنین شواهدی از سوختن را گزارش کردند که نشان می‌دهد هابیت‌ها قادر به کنترل آتش بودند. با این وجود، تجزیه و تحلیل‌های بعدی نشان داد که آتش‌ها بیش از ۴۱۰۰۰ سال پیش روشن شده‌اند که نشان می‌دهد آن‌ها توسط انسان‌های مدرن و نه هابیت‌ها ساخته شده اند. با این وجود، ابزارهای سنگی به تنهایی شواهدی هستند که نشان می‌دهند هابیت‌ها به گونه‌ای رفتار می‌کردند که شامپانزه‌ها نمی‌توانستند آن گونه رفتار کنند.
یک دهه پس از آن محققان در آفریقای جنوبی هومو نالدی را توصیف کردند. بقایای آن‌ها در غارها کشف شده بود نقاطی از که صرفا غارنوردان باتجربه می‌توانستند به آن دسترسی پیدا کنند. هومونالدی‌ها نیز مانند هابیت‌ها مغزهای کوچکی داشتند، اما آنان در فاصله ۲۰۰ هزار تا ۳۰۰ هزار سال پیش زندگی می‌کردند. لی برگر و همکاران‌اش آثار دوده را بر روی سقف غار توصیف کرده‌اند که به عنوان شواهدی از کنترل آتش توسط هومونالدی تفسیر می‌شود. گمان می‌رود که آن‌ها مشعل‌هایی را برای حرکت در تاریکی غارهای عمیق روشن کرده باشند.
در سال ۲۰۲۱ میلادی تیم برگر جمجمه یک کودک هومونالدی را کشف کرده و مورد بررسی قرار دادند که به نظر می‌رسید روی یک ساختار قفسه مانند در یک محفظه بسیار غیرقابل دسترس قرار گرفته بود. آنان محل کشف را به عنوان دفن عمدی تعبیر کردند. آنان نتیجه ارزیابی‌ای را منتشر کردند که ادعا می‌کرد چندین اسکلت در کف غار دفن شده‌اند که باعث شد شواهدی تازه در مورد رفتار تشییع جنازه کشف شود.
نتایح مطالعه اخیر باعث خشم دیرین انسان‌شناسان شد تا حدی بدان خاطر که برگر نتایج خود را پیش از آن که مقاله فرآیند علمی معمول بررسی همتایان را طی کند در یک مستند پرمخاطب نتفلیکس به نام «ناشناس: غار استخوان ها» اعلام کرد. هنگامی که سایر محققان این مطالعه را بررسی کردند برخی به شدت انتقاد کردند و گفتند که این مطالعه منطبق با استانداردهای رشته ما نبوده است. آنان استدلال کردند که مقدار قابل توجهی از اطلاعات مفقود شده وجود دارد.
بحث در مورد رفتارها و قابلیت‌های هومو فلورسینسیس و هومونالدی همراه با پیامدهای آن برای نقش اندازه مغز احتمالا برای سال‌های آینده ادامه خواهد داشت. در همین حال، مجموعه دیگری از محققان تکامل مغز انسان را به روشی متفاوت مورد بررسی قرار داده اند: آنان به جای بررسی استخوان‌های فسیل شده مغزهای واقعی را مورد بررسی قرار می‌دهند.
آناتومی ذهن
اولین چیزی که باید به آن توجه کرد این است که اگرچه به طور میانگین انسان‌ها مغزهای غیرعادی بزرگی دارند، اما اندازه آن‌ها متفاوت است. «دبرا سیلور» عصب بیولوژیست از دانشگاه دوک در کارولینای شمالی می‌گوید: «بیمارانی هستند که اندازه مغز کوچک‌تری دارند. افراد مبتلا به میکروسفالی که سرشان به طور غیر طبیعی کوچک است اغلب دارای ناتوانی‌های ذهنی و سایر علائم هستند». با این وجود، سیلور می‌گوید: «آنان هنوز انسان هستند». هم چنین، مواردی وجود دارد که افراد بخش‌های بزرگی از مغز خود را از دست داده و عوارض نسبتا کمی از خود نشان می‌دهند.
واضح است که موضوع دیگری در جریان است. یک احتمال، نمودار سیم کشی مغز یا «کانکتوم» است. کانکتوم می‌تواند از حد ریز که بیان کامل اتصالات یک سلول عصبی است شروع شده و تا سطح کلان که اتصالات کل مغز و نخاع است ادامه یابد. اتصالات در سطح کلان تمامی نواحی قشری و زیر قشری را شامل می‌شوند. مغز انسان دارای حدود ۸۶ میلیارد سلول تخصصی به نام نورون است که به یکدیگر متصل می‌شوند و سیگنال‌ها را به عقب و جلو می‌فرستند. بسیاری از عصب‌شناسان گمان می‌کنند که تغییرات در الگوی ارتباطات برای رشد شناخت انسان از هر چیزی به اندازه حجم مغز مهم‌تر است. «نناد سستان» عصب‌شناس از دانشگاه ییل اشاره می‌کند که حتی تغییرات کوچک در اتصال به ویژه در اتصال دوربرد واقعا به تغییرات شناختی و رفتاری عمیق منجر می‌شود.
به طور خاص، برخی از بخش‌های مغز انسان ورودی‌های بسیاری از مناطق دیگر را دریافت می‌کنند. این ویژگی به آنان اجازه می‌دهد تا چندین بخش از اطلاعات را ادغام کنند و بر اساس آن تصمیم بگیرند. قشر جلوی مغز در بیرونی‌ترین قسمت جلویی مغز یکی از این نواحی است. سستان آن را «مدیر عامل مغز» می‌نامد. در مطالعه‌ای که نتیجه آن در ماه مه منتشر شد مشخص شده بود که مغز انسان و شامپانزه الگوهای ارتباطی زیادی دارند، اما انسان‌ها ارتباط قوی‌تری بین مناطق درگیر در زبان دارند. این نواحی یکپارچه مغز با اختلالات روانپزشکی نیز مرتبط است. برای مثال، نتیجه پژوهشی در سال ۲۰۱۹ میلادی نشان داد که الگوهای ارتباطی که در انسان ها، اما نه در شامپانزه‌ها یافت می‌شود اغلب با خطر بالاتر ابتلا به اسکیزوفرنی مرتبط هستند. این نشان می‌دهد که انسان‌ها یک معامله تکاملی انجام داده اند: هوش بیش‌تر در ازای خطر بالاتر سلامت روانی ضعیف. شواهدی مانند این نشان می‌دهد که کانکتوم مهم است، اما در مورد نورون‌ها وضعیت چگونه است؟ آیا نورون‌های انسان متفاوت از نورون‌های شامپانزه‌ها است؟
سلول‌های تغییر یافته
سابقه‌ای طولانی در جستجوی نورون‌های منحصربفرد خاص در مغز انسان وجود دارد. یکی از اولین تلاش‌ها توسط «کنستانتین فون اکونومو» یک متخصص اعصاب اتریشی فعال در اوایل قرن بیستم انجام شد. او نورون‌های دوکی شکل را در قشر مغز انسان شناسایی کرد: این نورون‌ها گاهی اوقات «نورون‌های فون اکونومو» نامیده می‌شوند. در ابتدا تصور می‌شد که این نورون‌ها منحصر به انسان هستند، اما بعدا نورون‌های فون اکونومو را در مغزهای دیگر پیدا کردند.
سستان و همکاران‌اش اخیرا در سال ۲۰۲۲ میلادی سلول‌های بخشی از مغز به نام قشر جلوی پیشانی پشتی جانبی انسان، شامپانزه و میمون را مورد مطالعه قرار دادند. آنان فقط یک نوع سلول را پیدا کردند که منحصر به انسان بود. این یک نورون نبود بلکه یک سلول میکروگلیا بخشی از سیستم ایمنی مغز بود. سلول‌ها ظاهرا طبیعی به نظر می‌رسیدند، اما مجموعه‌ای منحصر بفرد از ژن‌های خود را فعال کرده بودند.
سستان می‌گوید: «فکر نمی‌کنم این کلیدی باشد. دلیلی وجود ندارد که فکر کنیم میکروگلیا به ما توانایی‌های شناختی می‌دهد. شاید یافتن نورون‌های خاص انسان سخت باشد، اما واضح است که نسبت انواع سلول‌های مختلف در طول تکامل ما تغییر کرده است».
سیلور می‌گوید نورون‌های فون اکونومو در انسان‌ها و میمون‌های بزرگ در مقایسه با دیگر نخستی‌ها شایع‌تر هستند. او اشاره می‌کند که وجود این نورون‌ها ممکن است به انجام وظایف جدید کمک کنند.
درک نورون‌های اصلاح شده در مغز انسان نیازمند درک چگونگی رشد سلول‌ها است. ما به دلایل واضح نمی‌توانیم این موضوع را در جنین‌های زنده مطالعه کنیم، اما محققان می‌توانند نورون‌هایی را که در آزمایشگاه رشد می‌کنند مطالعه کنند. در سالیان اخیر ارگانوئیدها نیز رشد کرده اند: خوشه‌هایی از سلول‌ها که ساختار و رفتار بخشی از مغز در حال رشد را تقلید می‌کنند.
«باربارا تروتلین» زیست‌شناس اعصاب در زوریخ در سوئیس می‌گوید: «یک الگو به وضوح خودنمایی می‌کند. ساختن نورون‌ها در انسان و بالغ شدن نورون‌ها به زمان بیش‌تری نیاز دارد». در شامپانزه‌ها سلول‌های عصبی سریع‌تر از انسان بالغ می‌شوند. او به طور آزمایشی این بلوغ آهسته نورون‌ها را با زمان نسبتا طولانی‌تری که برای رشد نوزادان انسان در مقایسه با شامپانزه‌ها به طول می‌انجامد مرتبط می‌داند. با این وجود، او هم چنین می‌گوید که ما هنوز نمی‌توانیم بین مطالعات او در مورد نورون‌های در حال رشد که هرگز چیزی فراتر از سه ماهه دوم بارداری را تقلید نمی‌کنند و رفتار انسان‌های بالغ پیوند محکمی ایجاد کنیم. عامل دیگری نیز وجود دارد که باید در نظر گرفت: ژنوم انسان و اثرات آن بر مغز مان.
ژن‌های بیانگر
مشهور است که انسان و شامپانزه ۹۹ درصد از DNAمان را به اشتراک می‌گذارند. سستان می‌گوید: «با این وجود، نکته اینجاست که ما ۱ درصد با شامپانزه‌ها تفاوت نداریم. تفاوت ظاهرا چشمگیرتر از آن است». متخصصان ژنتیک تکه‌هایی از ژنوم را شناسایی کرده‌اند که منحصر به انسان است و به نظر می‌رسد که بسیاری از آن‌ها در مغز نقش دارند. برای مثال، نتیجه مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۹ به بخش‌های DNA اختصاصی انسان پرداخت و نتیجه نشان داد که بسیاری از آن‌ها بر سلول‌هایی که در انبساط مغز نقش دارند تاثیر می‌گذارند.
به طور مشابه، ژنی به نام SRGAP۲C منحصر به جنس هومو است. در مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۹ میلادی محققان این ژن هومینین را در موش‌ها بیان کردند و دریافتند که کانکتوم آن‌ها را تغییر داده و اتصالات بیش‌تری بین لایه‌های خاصی از قشر مغز ایجاد می‌کند. سیلور می‌گوید: "این فعالیت عصبی و مورفولوژی (ریخت شناسی) نورون‌ها را در سطح مدار تغییر می‌دهد. در طول دوره طولانی تکامل انسان بسیاری از ژن‌ها تغییر کرده اند. نتیجه مطالعه‌ای که در ماه فوریه منتشر شد از ۱۳.۵ میلیون جهش خاص انسان خبر می‌داد که پیشینه آن به پنج میلیون سال گذشته به پیش از پیدایش شاخه هومو در درخت تکاملی باز می‌گردد. محققان دو انفجار جهش خاص انسان را پیدا کردند. اولین مورد حدود ۱.۹ میلیون سال پیش یعنی زمانی که گونه هومو ارکتوس تکامل یافت رخ داد و دومی در فاصله ۶۲ هزار تا ۱۵۰۰ سال پیش رخ داده بود. جهش‌های مرتبط با شناخت اغلب نسبتا جوان بودند.
این صرفا به خود توالی DNA مربوط نمی‌شود. همان گونه که مطالعه میکروگلیالی انجام شده توسط سستان نشان داد این موضوع نیز در مورد ژن‌هایی است که در هر سلول روشن می‌شوند. تغییرات در «بیان ژن» می‌تواند به سلول‌ها شکل‌ها و رفتارهای اساسی متفاوتی بدهد حتی اگر ژنوم یکسانی داشته باشند.
پیچیدگی در اینجا سرگیجه‌آور است. نتیجه مطالعه‌ای در سال ۲۰۲۱ میلادی در مورد بیان ژن نشان داد که برخی از ژن‌هایی که در مغز مهم هستند بسته به نحوه بیان آن‌ها ممکن است هر کدام ۱۰۰ پروتئین بسازند. یک ژن که در انسان‌های در حال رشد، اما نه در شامپانزه‌ها بیان می‌شود شبکه کاملی از ژن‌های دیگر را کنترل می‌کند که تصور می‌شود در رشد مغز انسان نقش دارند. برخی تغییرات در بیان ژن وسوسه‌انگیز هستند.
در یک مطالعه در سال ۲۰۱۷ میلادی تیم سستان بیان ژن را در مغز انسان، شامپانزه و میمون مقایسه کرد. آنان دریافتند که برخی از نورون‌ها در یک ناحیه از مغز انسان ژن‌هایی را بیان می‌کنند که در ساختن دوپامین یک ماده شیمیایی مغز که در احساس پاداش به ایفای نقش می‌پردازد نقش دارند. سلول‌های معادل در شامپانزه‌ها و میمون‌ها این ژن‌ها را بیان نمی‌کردند. سستان می‌گوید: «ما این نورون‌ها را پرورش دادیم. آن نورون‌ها می‌توانند در شرایط آزمایشگاهی دوپامین بسازند». او می‌افزاید: «اگر این در یک مغز واقعی صادق باشد ما انسان‌ها می‌توانیم دوپامین را در داخل قشر مغز بسازیم». او حدس و گمان جالبی درباره معنای این موضوع دارد. انسان‌ها می‌توانند صرفا از فکر کردن و حل مشکلات لذت ببرند که ممکن است منحصر به فرد باشد. اگر نورون‌های قشری داشته باشیم که دوپامین می‌سازند آن‌ها می‌توانند یک سیستم پاداش برای فکر کردن باشند. با این وجود، او تاکید می‌کند که این موضوع در حال حاضر صرفا یک حدس و گمان است.
ما از مقایسه‌ی ساده اندازه‌های مغز پستانداران مختلف فاصله زیادی گرفته ایم. دانشمندان اکنون در حال بررسی تغییرات در توالی ژنوم، تغییر در بیان ژن، تغییر در شکل و رفتار سلول و تغییرات در نمودار سیم کشی مغز هستند. آن چه هنوز به آن دست نیافته‌ایم درک این موضوع که چگونه تمام این عناصر به عنوان یک تعامل به یک سیستم تبدیل می‌شوند و این سیستم رفتار ما را شکل می‌دهد.
تروتلین و همکاران‌اش در سال ۲۰۱۹ گام بزرگی در این راستا برداشتند و یک «اطلس» از هر سلول مغز انسان در مراحل اولیه رشد منتشر کردند. در سال ۲۰۲۳ میلادی تیمی متشکل از ۵۰۰ محقق از سراسر اروپا از تکمیل پروژه مغز انسان پروژه‌ای ۱۰ساله برای بررسی ساختار و عملکرد پیچیده مغز خبر دادند.
یک پروژه بزرگ در حال انجام به نام اطلس سلول انسانی با هدف ایجاد بینش‌هایی که تاکنون به دست آمده است. هدف اعضای آن پروژه ترسیم هر نوع سلول در بدن انسان است: موقعیت، شکل، بیان ژن و موارد دیگر. تروتلین می‌گوید: «انواع سلول زیادی در مغز وجود دارد. چالش این خواهد بود که مجموعه داده گسترده را معنا کنیم.»
در حالی که این پروژه چندین دهه به طول می‌انجامد در حال حاضر می‌توان در مورد اندازه مغز نتیجه گیری کرد و می‌توان گفت صرفا یکی از عوامل متعدد است.