Мидың өлшем коэффициенті

Кіріспе

Мидың салыстырмалы өлшемі

Энцефализация коэффициенті (EQ), энцефализация деңгейі (EL) немесе жай ғана энцефализация – бұл белгілі бір дене мөлшеріне ие жануардың күтілетін ми массасына шаққандағы нақты ми массасының арақатынасымен анықталатын ми өлшемдерінің салыстырмалы көрсеткіші. Бұл көрсеткіш түрлердің кең ауқымындағы сынамалар бойынша жасалған бейсызық регрессияға негізделген. Ол интеллекттің шамамен бағалаушысы ретінде және әртүрлі түрлердің интеллект деңгейін салыстырудың мүмкін жолы ретінде қолданылып келеді. Осы мақсатта, ол ми мен дене массасының қарапайым арақатынасына қарағанда әлдеқайда нақты өлшем болып табылады, себебі ол аллометриялық эффектілерді ескереді. Формула түрінде көрсетілген бұл қатынас сүтқоректілер үшін жасалған және осы топтан тыс қолданғанда дұрыс нәтиже бермеуі мүмкін.

Ақпараттық-зерттеу шараларына қатысты көзқарас

Энцефализация коэффициенті жануардың физикалық ерекшеліктерін оның интеллектуалдық қабілеттерімен байланыстыруға талпыныс жасағанда жасалды. Бұл, ми мен дене массасының арақатынасын есептеуге жасалған бұрынғы тыраштан жақсырақ болды, сондықтан қолданылып келеді. Кейінірек жасалған жұмыстар, әсіресе Роттың зерттеулері, ЭК-нің кемшіліктері бар екенін көрсетті және мидың көлемі жақсы көрсеткіш екенін ұсынды, бірақ ол да өз қиындықтарын тудырды. Қазіргі таңдағы ең жақсы көрсеткіш – барлық жануарларда мидың алдыңғы бөлігіндегі нейрондардың саны. Бұрын бұл байқалмаған, себебі көптеген жануарларда нейрондардың саны тура емес еді. Мысалы, Геркулано-Хоузел ми жасушаларын санаудың сенімді әдісін тапқанша, адам миындағы нейрондардың саны ондаған жылдар бойы 100 миллиард деп есептелді. ЭК-нің қолданыстан шығуы мүмкін екенін болжауға болады, себебі оның көптеген ерекшеліктері бар және қолданылатын формулалары күрделене түсті. (Осы мақаланың қалған бөлігін қараңыз.) Нейрондарды санаудың қарапайымдығы оны ығыстырды. ЭК-дегі мидың дене сезімі мен қозғалыс қабілетіне қажеттіден артық сыйымдылығын салыстыру идеясы болашақта интеллектті одан да жақсы болжау үшін пайдалы болуы мүмкін, бірақ бұл жұмыс әлі атқарылмады.

Сүтқоректілердің ЭК және интеллектісі

Жануарлардың интеллектын анықтау қиын, бірақ мидың денеге шаққандағы көлемі үлкен болса, соғұрлым күрделі танымдық міндеттерге жұмсалатын ми салмағы артық болуы мүмкін. Мидың салмағын немесе ми салмағын дене салмағына қарағанда өлшеудің қарапайым әдісіне қарастырылған EQ формуласы, жануарлардың мінез-құлқының байқалатын күрделілігімен үлкен сәйкестік беретін рейтинг жасауға мүмкіндік береді. EQ-ны ми мен дене массасының қарапайым қатынасының орнына пайдаланудың басты себебі – кішкентай жануарлардың пропорционалды ми массасы жоғарырақ болады, бірақ олардың танымдық қабілеттері жоғары EQ-ға ие жануарлар сияқты жоғары деңгейде болмайды.

Сұр еден

ЭК-ті дамытудың теориялық негізінде жануардың белгілі бір мөлшеріне негізгі қызмет ету үшін ең аз мөлшерде нейрондар қажеттілігі жатыр, бұл кейде «сұр еден» деп аталады. Сонымен қатар, жануардың миының дене мөлшеріне байланысты өсуінің шегі бар – жүктілік мерзімі, энергетика және даму кезеңінде ми аймағын физикалық түрде қолдау қажеттігі сияқты факторларға байланысты. Жануарлар тобының стандартты ми өлшемін нормалдағанда, түрдің күтілетін ми-дене массасының қатынасын көрсету үшін еңіс анықталады. Ми-дене массасының қатынасы осы стандарттан төмен болған түрлер «сұр еденге» жақындап, қосымша сұр затқа мұқтаж болмайды. Ал осы стандарттан жоғары көрсеткен түрлердегі сұр заттың мөлшері негізгі функциялар үшін қажетті мөлшерден артық болады. Дегенмен, осы артық нейрондар жоғары когнитивтік процестер үшін қолданылады.

Таксономиялық үрдістер

Емшектілердің орташа ЭК шамамен 1-ге жуық, ал етқоректілер, китқоректілер және маймылдар 1-ден жоғары, ал жәндікқоректілер мен шөпқоректілер 1-ден төмен. Ірі емшектілердің ЭК көрсеткіші барлық жануарлардың ішінде ең жоғары, ал кішкентай емшектілер мен құстардың ЭК көрсеткіштері шамамен бірдей. Қоректік заттарға бай тамақтанатын жануарлардың ЭК көрсеткіші жоғары болады, себебі ми материясының өсуіне және күтіміне көп энергия қажет. Мидың дамуы ұрықтық және туғаннан кейінгі кезеңде де метаболизмдік талаптарға сай болуымен қатар, оны сақтау да қымбатқа түседі. Кейбір етқоректілердің ЭК көрсеткіші олардың байытылған рационы мен жемтігін тиімді аңдауға қажетті танымдық қабілеттерінің арқасында жоғары болуы мүмкін деген пікірлер айтылады. Мысалы, қасқырдың миы ұқсас өлшемдегі үй итінен шамамен 30%-ға үлкен, бұл олардың өмір салтындағы әртүрлі қажеттіліктердің нәтижесі болуы мүмкін.

Тамақ ішуге қатысты өзгерістер

ЭК көрсеткіші ең жоғары жануарлардың көпшілігі негізінен жеміс-жидек жейтіндер, оның ішінде маймылдар, макакалар және сопақшалар. Бұл диеталық жіктеу жоғары ЭК-ні тудыратын факторларды анықтау үшін маңызды. Атап айтқанда, жеміс-жидек жеушілер піскен жемістерді табу және жинау үшін визуалды кеңістіктің күрделі, үш түсті картасын пайдаланады және ми массасының артуымен байланысты жоғары энергетикалық қажеттілікті қамтамасыз ете алады. Тамақ тізбегіндегі трофикалық деңгей – сүтқоректілердің ЭК-сімен байланысты тағы бір фактор. Абсолютті ми массасы (АБ) немесе ЭК жоғары еутериялар жоғары трофикалық деңгейлерде орналасады. Тамақ тізбегінің төменгі буынындағы еутериялар дене массасы кішкентай болған жағдайда ғана жоғары шамалы ми массасы (RB) дамыта алады. Бұл ақылды ұсақ жануарлар үшін қызықты мәселе тудырады, олардың мінез-құлқы ақылды ірі жануарлардан күрт өзгеше. Steinhausen және авторлар (2016) бойынша: шамалы ми массасы (RB) жоғары жануарлар әдетте (1) қысқа ғұмыр сүреді, (2) ерте жыныстық жарақатқа жетеді және (3) қысқа және жиі жүктілікке ұшырайды. Сонымен қатар, RB жоғары түрлердің еркектерінде жыныстық серіктестердің саны аз. Ал ЭК жоғары жануарларда (1) көптеген жыныстық серіктестерге ие болу мүмкіндігі бар, (2) жыныстық жарақат мерзімі кешіктіріледі және (3) аз балалы жүктілік сирек кездеседі. Бұл теория ұзақ жылдар бойы сақталды, бірақ жеміс-жидек жеу мен ЭК арасындағы байланыстың статистикалық маңыздылығы дәлелденгенге дейін. Жоғары ЭК үшін таңдау қысымына қатысты басты түсінік енді болмаса да, әлеуметтік ми гипотезасы әлі де қолдауға ие, әсіресе өте үлкен қоғамдары мен күрделі әлеуметтік өмірі бар адамдар тізімде алдыңғы орында тұр. Омыртқасыз жануарлар арасында ең жоғары көрсеткішті сегіз аяқты жәндіктер (осьминогтар) немесе секіретін өрмекшілер көрсетеді. Сегіретін өрмекшінің миы өлшеміне қатысты үлкен болғанымен, абсолюттік тұрғыдан өте кішкентай, ал адамның ЭК-сі ми мен дене салмағының арақатынасы төмен болғанына қарамастан, әлдеқайда жоғары. Археоптерикстің (құстардың ең көне ата-бабаларының бірі) ми өлшемін бағалау, оның ЭК-сінің рептилиялық диапазоннан жоғары, ал қазіргі құстардың деңгейінен төмен екенін көрсетті. Биолог Стивен Джей Гулд омыртқалы жануарларды миының азайып бара жатқан көрсеткіштерімен қарастырғанда, олардың миы омыртқа мойнынан сәл кішкентай болатынын атап өтті. Теориялық тұрғыдан алғанда, интеллект жануардың миының абсолютті мөлшерімен байланысты болуы мүмкін, омыртқа миының салмағын ескергеннен кейін. Бұл формула омыртқасыз жануарлар үшін қолданыссыз, өйткені оларда омыртқа немесе кейбір жағдайларда орталық жүйке жүйесі жоқ.

Of the animals demonstrating the highest EQ's (see associated table), many are primarily frugivores, including apes, macaques, and proboscideans. This dietary categorization is significant to inferring the pressures which drive higher EQ's. Specifically, frugivores must utilize a complex, trichromatic map of visual space to locate and pick ripe fruits and are able to provide for the high energetic demands of increased brain mass. Trophic level—"height" on the food chain—is yet another factor that has been correlated with EQ in mammals. Eutheria with either high AB (absolute brain mass) or high EQ occupy positions at high trophic levels. Eutheria low on the network of food chains can only develop a high RB (relative brain mass) so long as they have small body masses. This presents an interesting conundrum for intelligent small animals, who have behaviors radically different from intelligent large animals. According to Steinhausen et al. (2016): <blockquote>Animals with high RB [relative brain mass] usually have (1) a short life span, (2) reach sexual maturity early, and (3) have short and frequent gestations. Moreover, males of species with high RB also have few potential sexual partners. In contrast, animals with high EQs have (1) a high number of potential sexual partners, (2) delayed sexual maturity, and (3) rare gestations with small litter sizes. This was a long standing theory until the correlation between frugivory and EQ was shown to be more statistically significant. While no longer the predominant inference as to selection pressure for high EQ, the social brain hypothesis still has some support. and humans with their extremely large societies and complex social life topping the list by a good margin. and either octopuses or jumping spiders have the highest among invertebrates. Despite the jumping spider having a huge brain for its size, it is minuscule in absolute terms, and humans have a much higher EQ despite having a lower raw brain to body weight ratio. Estimation of brain size in Archaeopteryx (one of the oldest known ancestors of birds), shows it had an EQ well above the reptilian range, and just below that of living birds. Biologist Stephen Jay Gould has noted that if one looks at vertebrates with very low encephalization quotients, their brains are slightly less massive than their spinal cords. Theoretically, intelligence might correlate with the absolute amount of brain an animal has after subtracting the weight of the spinal cord from the brain. This formula is useless for invertebrates because they do not have spinal cords or, in some cases, central nervous systems.

Палеоневрологиядағы ЭК

Тірі жануарлардың мінез-құлқының күрделілігін белгілі бір дәрежеде тікелей бақылауға болады, бұл энцефализация коэффициентінің болжамдық күшін азайтады. Дегенмен, ол палеоневрологияда маңызды рөл атқарады, онда ми қуысының эндокасты және жануардың шамамен дене салмағы – жұмыс үшін қолданылатын жалғыз деректер. Құрып кеткен сүтқоректілер мен динозаврлардың мінез-құлқы көбінесе ЭК формулаларын қолдану арқылы зерттеледі. Мысалы, Қытайдың солтүстігіндегі Джинниушан провинциясынан табылған орта плейстоцен дәуіріндегі адам қазбасының қалдықтары ғалымдарға ми мен дене мөлшері арасындағы байланысты Энцефализация коэффициентін пайдаланып зерттеуге мүмкіндік берді. Мысалы, эндокасттар мидың ішкі құрылымы туралы ешқандай ақпаратты қамтамайды. Сонымен қатар, эндокасттар көбінесе шекараларын сақтау жағынан нашар сақталған, сондықтан нақты құрылымның қай жерден басталып, қай жерде аяқталуын өлшеу қиын. Егер эндокасттардың өзі сенімді болмаса, ЭК есептеуге қолданылған ми көлемі де сенімсіз болуы мүмкін. Бұдан өзге, бұрынғы зерттеулер неандертальдердің энцефализация коэффициентінің қазіргі адамдармен бірдей болуы мүмкін екенін көрсеткен, бірақ олардың дене бітімі қазіргі адамдардан ауыр болған. ЭК дене және мидан алынған мәндерге сүйенгендіктен, палеоневрологияда осы проксиге сенудің қателіктері артады, себебі қазбалардан ми мен дене массасының нақты өлшемдерін алу өте қиын.

Мал шаруашылығы жануарларының ЭК

Үй шошқасы сияқты мал шаруашылығы жануарларының ми салмағының коэффициенті (ЭК) олардың сырттай көрінетін интеллектуалдық деңгейіне қарағанда айтарлықтай төмен болуы мүмкін. Minervini et al (2016) мәліметінше, үй шошқасының миы дене массасына шаққанда салыстырмалы түрде кішкентай. Өнеркәсіптік мал шаруашылығының нәтижесінде дене салмағының күрт өсуі ми мен дене салмағы арақатынасына, соның ішінде ЭК-ге елеулі әсер етеді. Сондай-ақ, шошқалар көптеген басқа да жоғары интеллектілі жануарлармен салыстырылатын әлеуметтік күрделілікке ие екенін көрсететін дәлелдер бар, және олар әлеуметтік күрделілікпен байланысты бірқатар танымдық қабілеттерді бөліседі деуге болады.

Тарих

Энцефализация ұғымы адам эволюциясының барысындағы маңызды эволюциялық тенденция болғандықтан, осы себепті зерттеудің маңызды саласы болып табылады. Гоминидтер эволюциясы кезеңінде мидың көлемі жалпы алғанда 400 см³-ден 1400 см³-ге дейін артқан. Ежелгі грек философтарының арасында, әсіресе Аристотель, жүректен кейін ми – денедегі екінші ең маңызды орган деп есептеген. Ол адам миының көлеміне де назар аударды, б.з.д. 335 жылы: «Барлық жануарлардың ішінде адамның миы өз денесінің өлшеміне пропорционалды ең үлкен» деп жазған. 1861 жылы француз неврологы Поль Брока мидың көлемі мен интеллект арасында байланыс орнатуға тырысты.