Добавить новость
ru24.net
News in English
Декабрь
2023

Human intelligence: how cognitive circuitry, rather than brain size, drove its evolution

0

The human brain uses up 20% of the energy we consume.

wikipedia/Foley, CC BY-SA

It’s one of the great paradoxes of evolution. Humans have demonstrated that having large brains are key to our evolutionary success, and yet such brains are extremely rare in other animals. Most get by on tiny brains, and don’t seem to miss the extra brain cells (neurons).

Why? The answer that most biologists have settled on is that large brains are costly in terms of the energy they require to run. And, given the way natural selection works, the benefits simply don’t exceed the costs.

But is it just a matter of size? Does the way our brains are laid out also affect their costs? A new study, published in Science Advances, has produced some intriguing answers.

All our organs have running costs, but some are cheap and others expensive. Bones, for example, are relatively cheap. Although they make up around 15% of your weight, they only use 5% of your metabolism. Brains are at the other end of the spectrum, and at about 2% of typical human body weight, running them uses around 20% of our metabolism. And this without doing any conscious thinking – it even happens when we’re asleep.

For most animals, the benefits of serious thinking are simply not worth it. But for some reason – the greatest puzzle in human evolution, perhaps – humans found ways to overcome the costs of having a larger brain and reap the benefits.

All this is fairly well known, but there is a more tantalising question. Certainly humans have to bear the greater costs of our brains because they are so large, but are there different costs because of the special nature of our cognition? Does thinking, speaking, being self-conscious or doing sums cost more than typical day-to-day animal activities?

It’s not an easy question to answer, but the team behind the new study, led by Valentin Riedl of the Technical University of Munich, Germany, have risen to the challenge.

The authors had a number of known points to start with. The basic design and structure of neurons is much the same across the brain – and across species. The neuronal density is also the same for humans and other primates, so these are unlikely to be the driver of intelligence. If they were, some animals with large brains such as orcas and elephants would likely be smarter than humans.

Elephant and woman in village Surin Thailand.
Elephants have larger brains than humans. venusvi/Shutterstock

They also knew that across human evolution, the neocortex – the largest part of the outermost layer of the brain, known as cerebral cortex – has expanded at a greater rate than other parts. This region, which involves the prefrontal cortex, is responsible for tasks involving attention, thought, planning, perception and episodic memory – all needed for higher cognitive function.

These two observations led them to investigate whether there are different costs of signalling across different regions of the brain.

The team scanned the brains of 30 people using a technique that could simultaneously measure glucose metabolism (a measure of energy consumption) and the level of signalling across the cortex. They could then look at the correlation between these two elements and see whether different parts of the brain used different levels of energy – and if so how.

Surprising findings

Neurobiologists will surely ponder and explore the fine details of the results, but from an evolutionary point of view, they are thought-provoking. What they found is that the difference in energy consumption between different areas of the brain is big. Not all bits of the brain are equal, energetically speaking.

Not only that, but the parts of the human brain that have expanded most had higher costs than expected. The neocortex in fact demanded around 67% more energy than sensorimotor networks per gram of tissue.

This means that during the course of human evolution, not only did the metabolic costs of our brains go up as they became larger, but they did so at an accelerating rate as the neocortex expanded faster than the rest of the brain.

Why should that be the case? A neuron is a neuron, after all. The neocortex relates directly to higher cognitive function.

The signals sent across this area are mediated through brain chemicals such as serotonin, dopamine and noradrenaline (neuromodulators), which create circuits in the brain to help maintain a general level of excitement (in a neurological sense of the word meaning being awake, not having fun). These circuits, which regulate some brain areas more than others, control and modify the ability of neurons across the brain to communicate with each other.

In other words, they keep the brain active for memory storage and thinking – a generally higher level of cognitive activity. Not surprisingly, perhaps, the higher level of activity involved in our advanced cognition comes at a higher energetic cost.

Ultimately then, it seems the human brain evolved to such advanced levels of cognition not just because we have large brains, nor even just because certain areas of our brain grew disproportionately big, but because – at a cost – the connectivity improved.

Many animals with large brains, such as elephants and orcas, are highly intelligent. But it seems it is possible to have a large brain without developing the “right” circuitry for human-level cognition.

The results help us understand why larger brains are so rare. A larger brain can enable more complex cognition to evolve. It is not just a matter of scaling up brains and energy at the same rate though, but taking on additional costs.

This doesn’t really answer the ultimate question – how did humans manage to break through the brain-energy ceiling? As so often in evolution, the answer must lie in ecology, the ultimate source of energy. To grow and maintain a large brain – whatever social, cultural, technological or other things it is used for – requires a dependable and high quality diet.

To learn more, we need to explore the last million years, the period when our ancestors’ brains really expanded, to investigate this interface between energy expenditure and cognition.

The Conversation

The authors do not work for, consult, own shares in or receive funding from any company or organisation that would benefit from this article, and have disclosed no relevant affiliations beyond their academic appointment.




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



Финалист шоу “Голос” Сергей Арутюнов остался без голоса. Артист находится в больнице, состояние тяжёлое.

Студия звукозаписи в Москве. Студия звукозаписи цена.

"Матрица" от ShantiOlga активирует изобилие

РОССИЯ ПРОВЕРИТ ЦРУ И СЕКРЕТНУЮ СЛУЖБУ США?!


В СЛД «Абакан» филиала «Красноярский» компании «ЛокоТех-сервис» поступили новые электровозы 3ЭС5К

Финалист шоу “Голос” Сергей Арутюнов остался без голоса. Артист находится в больнице, состояние тяжёлое.

На Велавару - в поисках приключений

Заводы АО "Желдорреммаш" выбирают лучших в своей профессии


Warner will not be considered for 2025 Champions Trophy: Bailey

‘He walked just fine’: Pros react to Abdul Razak Alhassan vs. Cody Brundage ending in controversial no-contest

See the $10M New Orleans mansion with a grisly past that lured a potential new buyer in less than a day

UFC Denver video: Abdul Razak Alhassan vs. Cody Brundage ends in no-contest after illegal blows


Финалист шоу “Голос” Сергей Арутюнов остался без голоса. Артист находится в больнице, состояние тяжёлое.

БМВ слетел с дороги: водитель погиб, четверо в больнице

«Байкал Сервис» почти вдвое увеличил объемы отправок на маркетплейсы

Студия звукозаписи в Москве. Студия звукозаписи цена.


I didn't expect my favorite cozy MMO to do a crossover with a Finnish children's series

Yesterday I ignored 10 tornado warnings to finish a Destiny 2 raid, didn't get the exotic drop, and disappointed my fiancée. Is there some sort of lesson here?

Двадцать пять человек за одним столом под звуки караоке – это было шедеврально!

CD Projekt's Pawel Sasko tells the inspiring tale of how an Estonian beet farmer in Australia became a senior quest designer on The Witcher 4



Заводы АО "Желдорреммаш" выбирают лучших в своей профессии

Судебный процесс над экс-сенатором Сабадашем перенесли из Петербурга в Москву

Рекой подать. Туристы рассказали, куда едут в круизы из Москвы

Агент по организации ПРОДАЖИ КНИГИ в книготорговых организациях.




"Матрица" от ShantiOlga активирует изобилие

Группа «Черкизово» организовала мастер-классы на фестивале «Вкусы России»

Военный штурман из Чебоксар собрал двухместный трехколесный электросамокат и призвал власти и горожан к диалогу

Студия звукозаписи в Москве. Студия звукозаписи цена.


В фильме «Джентльмены удачи» нашли киноляп с татуировками Доцента

Колобков — об Олимпиаде: если бы Игры проводились в России, то были бы готовы наилучшим образом

Аделина Панина: как правильно гадать по книге

Дирижер Дмитрий Лисс — о любимой музыке, публике и самолетах


Надаль, Шаповалов, Опелка, Томлянович сыграют на US Open по защищенному рейтингу, Осака не попала в основу

Крейчикова выиграла второй турнир «Большого шлема» и вернется в топ-10

Олимпиаду в Париже не покажут по ТВ в России

Алькарас – четвертый теннисист, который дважды обыграл Джоковича в финале «Большого шлема»


СК: бывшего главу депкультуры Москвы Кибовского обвинили в получении 8 взяток

Собаке из приюта по кличке Перчик помогут найти дом в Подмосковье

Поликлинику в микрорайоне Ковровый в Котельниках построят к 2025 году

«Семейные центры» Подмосковья помогут в развитии детям с инвалидностью


Музыкальные новости

Командарм Попов из-под следствия убыл // Фигурантов громкого дела освободили из СИЗО

В Оренбургском филиале АО «Желдорреммаш» освоен ремонт нового оборудования для тепловозов «Витязь», работающих на БАМе

Большой театр впервые в новейшей истории побывал в Кирове с гастролями

Иркутский саксофонист стал дипломантом конкурса композиторов «Академии Бутмана»



Общество: Скоростное движение в обход Твери и Тольятти укрепит экономику и логистику России

В Подмосковье подвели промежуточные итоги президентских программ

Рекой подать. Туристы рассказали, куда едут в круизы из Москвы

Заводы АО "Желдорреммаш" выбирают лучших в своей профессии


«ЯРКО» и VK Fest: как прошло одно из самых масштабных событий этого лета

Собянин рассказал, как провести летние каникулы в Москве

Мишустин сообщил о старте работ по строительству высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва — Санкт-Петербург

Российские аналитики оценили состояние отечественного рынка ЦФА


СК РФ: число отравившихся шаурмой на севере Москвы выросло до 17

В Подмосковье сотрудники Росгвардии задержали нетрезвого водителя

В Москве нельзя ездить пьяным на электросамокате - заставят бесплатно работать

Общество: Скоростное движение в обход Твери и Тольятти укрепит экономику и логистику России


Путин на Lada Aura дал старт движению по новым трассам в обход Твери и Тольятти

Названа стоимость проезда из Москвы в Петербург по М-11

Представители муниципалитетов Псковской области окончили федеральную «Школу мэров»

Воронежские выпускники «Школы мэров» разработали системные проекты по улучшению качества жизни в муниципалитетах


Число заболевших коронавирусом в России увеличилась на 3,1 процента




Случайно упал, сломал рёбра. Врачи две недели пытались спасти экс-главреда "Ведомостей"

Сервис SMS-оповещений из реанимации стал доступен в 19 московских больницах

Восстановление запястья после неправильной репозиции костей за 1 прием

Врач дерматолог-косметолог Мадина Байрамукова: как уберечь себя от укусов комаров и ос


МИД РФ: Вашингтон дал Киеву карт-бланш на удары по российской территории

Зеленский поставил крест на последней надежде Киева: попытки Рады развернуть соратника Трампа в свою сторону обречены на провал

Зеленский намерен отобрать государственные награды у Азарова, Табачника, Ефремова. Напуганный Бойко - за

Сам придумал наступление, сам отразил: пресс-конференция Зеленского превратилась в сеанс одновременного вранья, шантажа и гипноза


Соревнования по мини-футболу в честь 30-летия Центра подготовки Росгвардии прошли в Москве

Трусова и Игнатов сыграют свадьбу 17 августа

Росгвардия обеспечила безопасность на футбольном матче в Москве

Многодетные мамы, олимпийская чемпионка и мастер кунг-фу: новые герои на «Пути чемпиона»


Будем дипломатичными, пока сапог не ступит на нашу землю — Лукашенко

Олег Кожемяко и Александр Лукашенко обсудили создание морского порта в Приморье

Лукашенко: Минск нацелен решать проблемы с соседями дипломатией, а не войной

Минск предлагает урегулировать отношения с Варшавой и Вильнюсом, но не видит ответных шагов



Сергей Собянин рассказал о развитии производства промоборудования в Москве

Собянин рассказал о завершающем этапе строительства Южной рокады

Собянин поддержал проведение 37-й Московской международной книжной ярмарки

Собянин рассказал, как провести летние каникулы в Москве


В Москве построят еще 200 зарядных станций для электромобилей

Карта дня: как изменится климат вашего города через 60 лет

На биостанции в «Лосином острове» родился Бэмби

В Москве и Подмосковье на треть увеличен темп строительства фиксированной сети


В Петербурге сотня скаутов-штрафферов будут следить за использованием электросамокатов

«Семейные центры» Подмосковья помогут в развитии детям с инвалидностью

Сертификаты Wildberries в подписке от Инго Экосистемы

Роль гастрономической критики в развитии ресторанной индустрии


Многолетнюю мерзлоту будут изучать в Амурской области

АО «Транснефть - Север» в I полугодии 2024 года выполнило диагностику более 1 тыс. км трубопроводов в 4 регионах

ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный

Гребцы Архангельской области выступают на Всероссийских соревнованиях


«Падает цена там, где она уже перегрета». В Симферополе цена на квартиры-малютки снизилась, в Севастополе — стабильно высокая

В рейтинге городов России по объемам ввода жилья Севастополь на 29 месте, Симферополь — 73

Дорогу, в провале которой в 2014 году погибли 6 человек, снова закрыли

Люди в тюрьмах на жару в Крыму не жалуются


Суд арестовал замначальника транспортной полиции Махачкалы по делу о взятках

Колобков — об Олимпиаде: если бы Игры проводились в России, то были бы готовы наилучшим образом

РБК: силовики задержали экс-главу департамента культуры Москвы Кибовского по делу о мошенничестве и взятке

Муфтий призвал наказать глумившегося над православным крестом блогера












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Рафаэль Надаль

Надаль, Шаповалов, Опелка, Томлянович сыграют на US Open по защищенному рейтингу, Осака не попала в основу






Колобков — об Олимпиаде: если бы Игры проводились в России, то были бы готовы наилучшим образом

В Кремле исключили связь слов Трампа о Путине и заявления России после покушения

Аделина Панина: как правильно гадать по книге

Дирижер Дмитрий Лисс — о любимой музыке, публике и самолетах