Введение

Относительный размер мозга — это показатель, определяющий размер мозга относительно тела, как отношение между фактической и прогнозируемой массой мозга животного данного размера, рассчитанное на основе нелинейной регрессии по ряду эталонных видов. Он используется в качестве косвенного показателя интеллекта и, следовательно, как возможный способ сравнения интеллектуальных способностей разных видов. В этой связи он является более точным показателем, чем простое отношение массы мозга к массе тела, поскольку учитывает аллометрические эффекты. Формула для расчета этого показателя была разработана для млекопитающих и может давать нерелевантные результаты при применении к другим группам животных.

Перспектива на разведывательные мероприятия

Коэффициент энцефализации был разработан в попытке найти способ соотнести физические характеристики животного с его предполагаемым интеллектом. Он оказался лучше предыдущей попытки – отношения массы мозга к массе тела, и поэтому сохранился в использовании. Последующие исследования, в частности работы Рота, показали, что коэффициент энцефализации имеет недостатки, и предложили использовать размер мозга в качестве более точного показателя, однако и этот подход имеет свои проблемы. В настоящее время наиболее надежным предиктором интеллекта у всех животных является количество нейронов в переднем мозге. Ранее это не было замечено, поскольку подсчет нейронов для большинства животных был неточным. Например, количество нейронов в человеческом мозге десятилетиями оценивалось в 100 миллиардов, пока Геркулано-Оузел не разработал более надежный метод подсчета клеток мозга. Можно было предположить, что коэффициент энцефализации будет заменен, учитывая количество исключений и растущую сложность используемых формул. (См. остальную часть статьи.) Его заменил простой подсчет нейронов. Концепция коэффициента энцефализации, сравнивающая мозговой потенциал, превышающий тот, что необходим для обеспечения сенсорной и двигательной активности тела, может в будущем быть использована для еще более точного прогнозирования интеллекта, но эта работа пока не проведена.

ЭК и интеллект у млекопитающих

Интеллект животных сложно установить, но чем больше размер мозга по отношению к телу, тем больше массы мозга может быть задействовано для выполнения более сложных когнитивных задач. Формула ЭК, в отличие от простого измерения абсолютной массы мозга или соотношения массы мозга к массе тела, позволяет составить рейтинг животных, который лучше соответствует наблюдаемой сложности их поведения. Основная причина использования ЭК вместо простого соотношения массы мозга к массе тела заключается в том, что у мелких животных, как правило, более высокая пропорциональная масса мозга, однако они не демонстрируют таких же признаков развитого интеллекта, как животные с высоким ЭК.

Серый пол

Теоретическое обоснование разработки ЭК заключается в том, что животному определенного размера требуется минимальное количество нейронов для базового функционирования, иногда называемое "серым дном". Существует также предел, до которого может увеличиваться размер мозга животного, учитывая размер его тела – из-за ограничений, таких как период вынашивания, энергетические затраты и необходимость физической поддержки энцефализированной области на протяжении всего периода созревания. При нормализации стандартного размера мозга для группы животных можно определить наклон, показывающий ожидаемое соотношение массы мозга к массе тела для данного вида. Виды с соотношением массы мозга к массе тела ниже этого стандарта приближаются к "серому дну" и не нуждаются в дополнительном сером веществе. Виды, соотношение которых выше этого стандарта, имеют больше серого вещества, чем необходимо для базовых функций. Вероятно, эти дополнительные нейроны используются для высших когнитивных процессов.

Таксономические тенденции

Средний ЭК для млекопитающих составляет около 1, при этом у хищных, китообразных и приматов он выше 1, а у насекомоядных и травоядных – ниже. Крупные млекопитающие, как правило, обладают самым высоким ЭК среди всех животных, в то время как у мелких млекопитающих и птиц ЭК сопоставим. Животные, потребляющие богатую питательными веществами пищу, обычно имеют более высокий ЭК, что необходимо для энергетически затратной ткани мозга. Рост мозга требует значительных метаболических затрат как в эмбриональном и постнатальном периодах развития, так и для его поддержания. Существуют предположения, что у некоторых хищников ЭК может быть выше из-за их относительно богатого рациона, а также когнитивных способностей, необходимых для эффективной охоты. Примером может служить размер мозга волка, который примерно на 30% больше, чем у домашней собаки схожих размеров, что, вероятно, связано с различными потребностями, обусловленными их образом жизни.

Диетические тенденции

Из животных, демонстрирующих наивысший ЭК (см. сопутствующую таблицу), многие являются преимущественно фруктоядными, включая обезьян, макак и хоботных. Эта диетическая категоризация важна для понимания факторов, способствующих повышению ЭК. В частности, фруктоядные должны использовать сложную трихроматическую карту визуального пространства для поиска и сбора спелых плодов, а также способны обеспечить высокие энергетические потребности увеличенной массы мозга. Трофический уровень – «высота» в пищевой цепи – является еще одним фактором, коррелирующим с ЭК у млекопитающих. Эутерии с высокой АБ (абсолютной массой мозга) или высоким ЭК занимают позиции на высоких трофических уровнях. Эутерии, находящиеся в нижней части пищевой цепи, могут развить высокую RB (относительную массу мозга) только при небольшой массе тела. Это представляет собой интересную дилемму для умных мелких животных, поведение которых радикально отличается от поведения умных крупных животных. Согласно Steinhausen et al. (2016): <blockquote>Животные с высокой RB [относительной массой мозга] обычно (1) имеют короткую продолжительность жизни, (2) рано достигают половой зрелости и (3) характеризуются короткими и частыми периодами беременности. Кроме того, самцы видов с высокой RB имеют небольшое количество потенциальных половых партнеров. В отличие от этого, животные с высоким ЭК (1) имеют большое количество потенциальных половых партнеров, (2) достигают половой зрелости позже и (3) редко размножаются, при этом размер помета невелик. Эта теория долгое время была общепринятой, пока не было показано, что корреляция между фруктоядением и ЭК статистически более значима. Хотя в настоящее время это уже не основное объяснение давления отбора в пользу высокого ЭК, гипотеза социального мозга все еще имеет определенную поддержку, особенно если учитывать людей с их огромными обществами и сложной социальной жизнью, которые с большим отрывом лидируют в этом списке, а также осьминогов или прыгающих пауков, демонстрирующих самые высокие показатели среди беспозвоночных. Несмотря на то, что у прыгающего паука относительно большой мозг для его размера, он ничтожно мал в абсолютном выражении, а у людей ЭК значительно выше, несмотря на более низкое соотношение массы мозга к массе тела. Оценка размера мозга у археоптерикса (одного из древнейших известных предков птиц) показывает, что его ЭК значительно превышал рептильный диапазон и был лишь немного ниже, чем у современных птиц. Биолог Стивен Джей Гулд отметил, что у позвоночных с очень низким коэффициентом энцефализации мозг немного меньше спинного мозга. Теоретически, интеллект может коррелировать с абсолютным объемом мозга животного после вычитания веса спинного мозга. Эта формула неприменима к беспозвоночным, поскольку у них отсутствует спинной мозг или, в некоторых случаях, центральная нервная система.

ЭК в палеоневрологии

Сложность поведения живых животных в некоторой степени может наблюдаться непосредственно, что снижает значимость прогностической силы коэффициента энцефализации. Тем не менее, он играет центральную роль в палеоневрологии, где эндокаст полости мозга и оценка массы тела животного – это всё, с чем приходится работать. Поведение вымерших млекопитающих и динозавров обычно изучается с использованием формул ЭК. Например, останки ископаемого человека среднего плейстоцена из провинции Цзиньюшань на севере Китая позволили ученым исследовать взаимосвязь между размером мозга и тела, используя коэффициент энцефализации. Например, эндокасты не предоставляют никакой информации о внутренней организации мозга. Более того, эндокасты часто нечетки в плане сохранности границ, что затрудняет определение точного начала и конца определенной структуры. Если сами эндокасты не являются надежными, то и значение размера мозга, используемое для расчета ЭК, может быть ненадежным. Кроме того, предыдущие исследования показали, что неандертальцы имели такой же коэффициент энцефализации, как и современные люди, хотя их посткраниальные останки указывают на то, что они весили больше. Поскольку ЭК опирается на данные как посткраниальных, так и краниальных костей, погрешность при использовании этого метода в палеоневрологии возрастает из-за сложности получения точных измерений массы мозга и тела по ископаемым останкам.

ЭК животных

ЭК сельскохозяйственных животных, таких как домашняя свинья, может быть значительно ниже, чем можно было бы предположить, исходя из их очевидного интеллекта. Согласно Minervini et al (2016), мозг домашней свиньи относительно невелик по сравнению с массой тела животного. Значительное увеличение веса тела, обусловленное интенсивным животноводством, оказывает существенное влияние на соотношение массы мозга к массе тела, включая ЭК, и есть данные, свидетельствующие о том, что свиньи столь же социально сложны, как и многие другие высокоинтеллектуальные животные, возможно, обладая рядом когнитивных способностей, связанных с социальной сложностью.

История

Концепция энцефализации была ключевой эволюционной тенденцией на протяжении всей эволюции человека и, следовательно, важной областью изучения. В ходе эволюции гоминидов размер мозга в целом увеличился с 400 см³ до 1400 см³. Среди древнегреческих философов, особенно Аристотель, полагал, что после сердца мозг является вторым по важности органом в теле. Он также уделял внимание размеру человеческого мозга, написав в 335 г. до н.э., что «из всех животных у человека мозг наиболее велик по отношению к его телу». В 1861 году французский невролог Поль Брока попытался установить связь между размером мозга и интеллектом.