Aivorakenteen kehitystä ohjaavia periaatteita ei tunneta hyvin. Älykkyyden käsitteestä ja sen mittaamisen keinoista keskustellaan, ja huolimatta neurologian merkittävästä kehityksestä viime vuosina, oppimisen ja kognition mekanismeja ja aivojen toimintaa yleisesti ei ymmärretä hyvin.
Aivojen koko ei korreloi ruumiin koon kanssa isometrisesti vaan pikemminkin allometrisesti . Eli aivojen koon ja kehon välillä ei ole lineaarista suhdetta. Esimerkiksi pienillä nisäkkäillä on suhteellisen suuret aivot kehoonsa verrattuna, ja suurilla nisäkkäillä (kuten valailla ) on suhteellisen pienet aivot niiden kokoon nähden. Aivojen ominaisuudet, joiden uskotaan olevan merkityksellisiä älykkyydelle, ovat aivojen suhteellinen koko (sen enkefalisaatioaste) ja aivokuoren, prefrontaalisen aivokuoren ja pikkuaivojen osuus aivojen kokonaistilavuudesta. Itse asiassa aivokuoren hermosolujen määrä ja johtumisnopeus , jotka ovat tietojenkäsittelyn perusta, ovat merkityksellisempiä indikaattoreita.
Jos aivojen paino piirretään kädellisten ruumiinpainoon nähden, näytteenottopisteen regressioviiva voi antaa osoituksen kädellisen lajin kognitiivisesta kyvystä. Esimerkiksi puoliapurilaiset sijaitsevat tämän viivan alapuolella, mikä tarkoittaa, että heidän aivonsa ovat pienempiä kuin keskikokoiset kädelliset. Ihmiset ovat linjan yläpuolella, mikä osoittaa, että heillä on suuremmat aivot kuin vastaavan kokoisten kädellisten keskiarvo. Ihmiset ovat itse asiassa elävien kädellisten käyrän yläpäässä. Neanderthals , nyt sukupuuttoon, oli suurempi aivot kuin modernin ihmisen, mutta kertoimella encephalization vähemmän.
Enkefalisaatiokerroin tai osamäärä on aivojen suhteellisen koon mitta, joka määritellään vastaavan kokoisen nisäkkään todellisen aivopainon ja keskiaivomassan suhteeksi , ja sen oletetaan olevan karkea arvio eläimen älykkyydestä tai kognitiosta. . Kädelliset ovat huipulla tämän tikkaat, ihmisten kanssa saavuttaa korkeimman pistemäärän. Enkefalisaatiokertoimella on korkea korrelaatio eläimen käyttäytymiseen, erityisesti ruoan suhteen.
Eläin | Paino
aivot (g) |
Kerroin
enkefalisaatio |
Lukumäärä
kortikaaliset neuronit (miljoonina) |
---|---|---|---|
Valas | 2 600 - 9 000 | 1.8 | nc |
Norsu | 4200 | 1.3 | 10 500 |
Ihmisen | 1250 - 1450 | 7.4 - 7.8 | 11500 |
Delfiini | 1350 | 5.3 | 5800 |
Gorilla | 430-570 | 1,5 - 1,8 | 4 300 |
Koira | 64 | 1.2 | 160 |
Hiiri | 0,3 | 0.5 | 4 |
Fossiilien ansiosta paleoneurologit pystyivät päättelemään, että ensimmäinen aivorakenne ilmestyi matoihin yli 500 miljoonaa vuotta sitten. Alkeellisin aivot olivat vain muutamia kuin soluryhmät. Näistä fossiileista löytyviä aivotoimintoja ovat hengitys, sykesäätö, tasapaino, perusmoottoriliikkeet ja ravintotaidot. Hiirien, kanojen ja apinoiden aivojen tarkkailu on osoittanut, että monimutkaisemmat lajit säilyttävät rakenteet, jotka ohjaavat peruskäyttäytymistä. Tämä tarkoittaa, että kehittyneemmät toiminnot lisätään perustoimintoihin korvaamatta niitä. Nykyaikaisissa ihmisen aivoissa on myös ns. Primitiivinen takaaivojen alue . Tämän aivojen osan tehtävänä on ylläpitää homeostaasin perustoimintoja. Varole silta tai silta ja pitkänomainen ydin on, esimerkiksi, kaksi tärkeää rakenteet sijaitsevat tällä aivojen osa sijaitsee kaavamaisesti liitoskohdassa selkärangan ja aivot.
Uusi aivojen alue ilmestyi noin 250 miljoonaa vuotta sitten takaaivojen ilmestymisen jälkeen . Tätä aluetta kutsutaan paleomammal-aivoiksi. Pääosat ovat hippokampus ja nielurisat, joita usein kutsutaan limbiseksi alueeksi . Limbinen järjestelmä käsittelee monimutkaisempia toimintoja, mukaan lukien emotionaalinen, seksuaalinen ja väkivaltainen käyttäytyminen, muisti ja haju.
Aivorunko ja limbinen järjestelmä koostuvat pääasiassa hermosydämistä, jotka ovat neuroniryhmiä, jotka ovat toisiinsa yhdistäviä aksonikuitujaan läheisesti yhteydessä . Kaksi muuta suurinta aivojen aluetta (aivot ja pikkuaivo) perustuvat aivokuoren arkkitehtuuriin. Aivokuoren ulkokehällä neuronit on järjestetty muutaman millimetrin paksuisiksi kerroksiksi (joiden määrä vaihtelee lajin ja toiminnan mukaan). Kerrosten välillä liikkuu aksoneja, mutta suurin osa aksonien massasta on itse hermosolujen alapuolella. Koska aivokuoren neuronien ja niiden aksonaalisten kuitupakettien ei tarvitse kilpailla avaruudesta, kortikaalirakenteet voivat kehittyä helpommin kuin hermosydämen rakenteessa. Aivokuoren keskeinen piirre on, että koska se kasvaa "pinnalla", sen kokoa voidaan lisätä kallon sisällä ottamalla käyttöön käänteisiä. Kuvallisella tavalla tätä voidaan verrata kankaan asettamiseen lasiin rypistämällä sitä. Konvoluutioaste on yleensä korkeampi kehittyneemmillä lajeilla, jotka hyötyvät sitten aivokuoren pinta-alan kasvusta.
Pikkuaivot , eli "pikku aivot" takana on aivorungon ja alapuolella takaraivolohkossa aivojen ihmisillä. Sen rooliin kuuluu hienojen aistintehtävien koordinointi ja se voi olla mukana tietyissä kognitiivisissa toiminnoissa, kuten kielessä. Ihmisen pikkuaivokuori on hienonnettu, paljon suurempi kuin aivokuori. Sen sisäisiä aksoneja kutsutaan arbor vitaeksi tai elämän puuksi.
Neokorteksi ja aivokuoriAivojen aluetta, joka on kokenut viimeisimmät evoluutiomuutokset, kutsutaan neokorteksiksi . Yhdessä paleocortexin ja archicortexin kanssa ne muodostavat aivokuoren . Matelijoilla ja kaloilla tätä aluetta kutsutaan palliumiksi ja se on pienempi ja yksinkertaisempi ruumiinpainon suhteen kuin nisäkkäillä. Nykyisen tietämyksen mukaan neokorteksi kehittyi ensimmäisen kerran noin 200 miljoonaa vuotta sitten.
Ensimmäiset istukanisäkkäät ilmestyivät noin 125 miljoonaa BP vuotta sitten, eikä niiden morfologia näytä olevan merkittävästi erilainen kuin nykyiset pussieläimet ja opossumit . Ne olivat pieniä, pienillä aivoilla, joilla oli voimakas haju ja vähentynyt neokorteksi. Alkeellinen neokorteksi kehittyi yhdestä kerroksesta pyramidimaisia neuroneja selkäkuoressa kuusikerroksiseksi rakenteeksi, joka löytyy kaikista nykyaikaisista nisäkkäistä. Neokorteksi on jaettu 20-25 kortikaalialueeseen, mukaan lukien primaariset ja jotkut sekundaariset aistialueet, jotka luonnehtivat melkein kaikkien nykyisten nisäkkäiden neokorteksia. Ensimmäiset kädelliset olivat yöllisiä ja hyönteissyöjiä, joiden ajallisen visuaalisen aivokuoren alue oli laajentunut. Nämä kädelliset mukautettiin elämään sademetsän oksilla, ja niillä oli laajennettu visuaalinen järjestelmä, joka mahdollisti heidän tehokkaan esineentunnistuksen tarttua hyönteisiin, pieniin selkärankaisiin tai hedelmiin. Heidän neokorteksinsa oli jo suuri, ja siihen sisältyi joukko kortikaalialueita, joita on nykyään kaikissa elävissä kädellisissä. Kun päivittäiset antropoidit ilmestyivät, visuaalinen järjestelmä erikoistui foveaaliseen näkemykseen .
Neokorteksi vastaa korkeampista kognitiivisista toiminnoista - esimerkiksi kielestä, ajattelusta ja siihen liittyvistä tietojenkäsittelymuodoista. Se on vastuussa myös aistien syötteiden prosessoinnista (yhdessä talamuksen kanssa, joka on osa limbistä järjestelmää ja joka toimii tietoreitittimenä). Suurin osa sen toiminnoista ei ole tietoista, ja tietoinen mieli ei siksi ole niitä tarkastettavissa tai puutettavissa. Neokorteksi on limbisen järjestelmän rakenteiden laajennus tai kasvu, johon se on tiukasti integroitunut.
IhmisaivotIhmisen neokorteksi muodostaa noin 80% aivoista. Se on jaettu suureen määrään erikoistuneita alueita: aivokuoren alueet. Vaikka todisteita on vain vähän, aivokuoren alueiden, aivokuoren perustoimintojen jako, määrä on kasvanut dramaattisesti ihmisen aivojen kehittyessä. Ensimmäisten nisäkkäiden neokorteksilla oli noin 20 erillistä aivokuoren aluetta, kun taas ihmisillä niitä on noin 200, mikä on kerroin kymmenen.
Etuaivokuoren , erityisesti alueeseen 10, on suhteellisesti suurempi ihmisillä. Se osallistuu korkeampiin kognitiivisiin toimintoihin, kuten tulevien toimien, aloitteiden ja huomion suunnitteluun. Paitsi, että ihmisen rakeinen etu aivokuori on suuri, sillä on pyramidimaisia neuroneja, joissa on monimutkaisempia dendriittisoluja ja enemmän piikkejä synapseja varten.
Toinen erityisesti kasvanut alue on takana oleva parietaalinen aivokuori . Kädellisten muilla kuin kädellisillä esi-isillä oli paljon pienempi posteriorinen parietaalinen aivokuori, mutta kaikilla kädellisillä on suuri posteriorinen parietaalinen alue, jossa somatosensoriset ja visuaaliset ärsykkeet vaikuttavat aivokuoren alueisiin tai alueisiin, jotka liittyvät suunnitteluun, matkimiseen, esineiden sieppaamiseen, itsepuolustukseen ja silmiin liikkeet niiden projektioiden kautta motorisessa ja premotorisessa aivokuoressa . Takana oleva parietaalinen aivokuori on ihmisillä epätavallisen suuri. Se mahdollisti uusien toimintojen syntymisen, kuten monen tyyppisten työkalujen tarkan käytön, joka on ainutlaatuinen nykyaikaiselle ihmiselle.
Ihmisen aivojen koko johtaa huomattaviin ruokavaliovaatimuksiin. Ihmisen aivot kuluttavat lähes 20% perusmetaboliasta (lepotilassa olevan henkilön aineenvaihdunta), kun taas sen osuus on vain 2% ihmiskehon painosta. Nämä tarpeet täyttävät proteiinia, rasvaa ja hiilihydraatteja sisältävät elintarvikkeet.
Kaksisuuntaisuuden ilme ja lämpösääntelyn rooli ( Allenin säännön mukaan Afrikkalainen Homo-ergaster olisi ollut hoikka) on usein esitetty selittämään uusien kognitiivisten valmiuksien syntymistä. Kaksijalkainen liikkuminen ja kapea profiili olisivat todellakin pienentäneet syntymäkanavan kokoa (lyhentämällä lantion korkeutta ja leveyttä ) samalla kun luonnollinen valinta työnsi kohti suurempia aivoja, mikä mahdollisti työkalujen käytön. Tämä synnytysongelma olisi ratkaistu syntymällä sikiö paljon aikaisemmassa kehitysvaiheessa pehmeällä pääkallolla , fontanellien avulla pään muodonmuutos sopeutua lantion kanavan läpi. Toisen tuoreemman analyysin mukaan suurempi äidin lantio ei kuitenkaan olisi asettanut kyseenalaiseksi kaksisuuntaisuutta eikä vaikeuttanut kävelyä. Aivojen kypsymättömyyden syntymän (kutsutaan toissijaiseksi maataloudeksi) uskotaan liittyvän äidin aineenvaihduntaan, josta on tullut kykenemätön tukemaan suurten aivojen jälkeläisten pidempää raskautta (tämän jälkeläisen kohdunsisäinen ravintotarve on liian suuri). Olipa syy mikä tahansa, tämä pitkä aivojen kypsyminen syntymän jälkeen antaa ihmislapselle - ja sen aivokapasiteetille - mahdollisuuden kehittyä vahvassa yhteydessä ympäristöönsä, ja pitkään.
Älylle ei ole universaalia määritelmää. Se voidaan määritellä ja mitata nopeudella ja onnistumisella ongelmien ratkaisemisessa. Henkistä ja käyttäytymisjoustavuutta pidetään usein hyvänä älykkyyden mittarina. Tämä joustavuus mahdollistaa uusien, aikaisempaan tietoon perustuvien ratkaisujen syntymisen. Ihmiset ovat eläimiä, joilla on suurin kyky löytää uusia ratkaisuja. Corvid linnut ovat yllättävän älykkäitä näkökulmasta työkalun käytön, joustavuutta ja toiminnan suunnittelu. Ne voivat jopa kilpailla kädellisten kanssa jossain määrin. Eri eläinten älykkyyttä verrataan vain vähän tietoja.
Ihmisen aivojen kehitys on ollut monimutkainen sarja vaihteluita kooltaan, lähinnä kasvaa, ja niiden välissä on aivokuoren uudelleenjärjestelyjaksoja. Fossiilisten aivojen tutkimista kutsutaan paleoneurologiaksi .
Laji | Endokraniaalinen tilavuus | Aloituspäivä |
---|---|---|
Sahelanthropus tchadensis | 350 cm 3 | 7 miljoonaa vuotta sitten |
Australopithecus afarensis | 400-550 cm 3 | 3,9 miljoonaa vuotta sitten |
Homo habilis | 550-700 cm 3 | 2,3 miljoonaa vuotta sitten |
Homo ergaster | 750 - 1050 cm 3 | 2 miljoonaa vuotta sitten |
Homo neanderthalensis | 1300 - 1700 cm 3 | 450 000 vuotta AP |
Homo sapiens | 1300-1500 cm 3 | 300 000 vuotta AP |
Ihmisen ja simpanssien sukutaulu erosi yli 7 miljoonaa vuotta sitten. Heidän viimeisellä yhteisellä esi-isällään oli aivot, joiden tilavuus oli todennäköisesti alle kolmasosa nykyajan ihmisen tilavuudesta. Ulkonäkö bipedalism , vähintään 7 miljoonaa vuotta sitten, ja Sahelanthropus tchadensis , olisi johtanut uudelleenkeskittäminen niskakyhmyä , kun se kallistus taaksepäin ihmisapinoiden ja uudelleenjärjestämistä aivojen rakenteessa.
Kahden viimeisen miljoonan vuoden aikana Homo- suvun aivot ovat kasvaneet huomattavasti, erityisesti prefrontaaliset, posterioriset parietaaliset, lateraaliset ajalliset ja saarialueet. Kahden aivopuoliskon erikoistuminen vastaaviin, mutta erilaisiin toimintoihin korostui, kieli ja muut edistyneet kognitiiviset kyvyt syntyivät. Päinvastoin, tietyt aivokuoren osat eivät ole muuttuneet kooltaan huolimatta ihmisen aivojen tilavuuden kasvusta, etenkin primaariset aistinvaraiset ja motoriset alueet.
Ensimmäisenä arvioina , koska kykenemättömät analysoimaan yksityiskohtaisesti aivoja, jotka eivät fossiilisoitu, paleoneurologit muodostavat yleensä enemmän tai vähemmän lineaarisen korrelaation aivojen koon ja kognitiivisten kykyjen välillä. Ihmisen evoluution eri vaiheissa suurempien aivojen tarjoaman lisääntyneen kognitiivisen kyvyn edut olisivat ylittäneet ylimääräisen energiantarpeen haitan. Paremmilla kognitiivisilla kyvyillä olisi ollut etu erityisesti selviytymiselle ja lisääntymiselle, ja yksilöt, joiden geenit koodaavat korkeampia kognitiivisia kykyjä, olisivat voineet välittää enemmän geneettisestä perinnöstään seuraaville sukupolville.
Aivojen evoluutio ei olisi tapahtunut lineaarisesti, vaan vaiheittain. Ensimmäisten Australopithecines- aivojen aivot olivat hieman suuremmat kuin nykypäivän simpanssien aivot. Australopithecus afarensisin endokraniaalinen tilavuus on välillä 400-550 cm 3 , kun taas nykyään elävien simpanssien kallojen sisätilavuus on alle 400 cm 3 . Aivojen koko kasvoi sitten vähitellen ruumiin kokoon nähden 3 miljoonan vuoden aikana. Homo habilis , Homo- suvun ensimmäinen tunnettu edustaja , joka ilmestyi 2,3 miljoonaa vuotta sitten, osoittaa aivojen koon vaatimattoman kasvun. Erityisesti hän esitteli laajennuksen osasta etulohkoa, joka liittyy Brocan alueeksi kutsuttuun kieleen . Homo ergasterin ensimmäisten fossiilisten kallojen , päivätty 2 miljoonaa vuotta sitten, keskimääräinen tilavuus oli hieman yli 750 cm 3 . Sieltä kallon tilavuus kasvoi hitaasti saavuttaen 1000 cm 3 noin miljoona vuotta sitten. Homo ergaster on erityisesti väitetty keksijä Acheulean teollisuudesta .
Homo neanderthalensis ilmestyi noin 450 000 vuotta sitten . Sen aivojen huippu on välillä 1500 ja 1700 cm 3 . Hän on ihminen, jolla on suurimmat aivot. Vastasyntyneiden neandertalalaisten fossiileja koskevien analyysien mukaan näyttää kuitenkin siltä, että syntymähetkellä heidän päänsä ei ollut suurempi kuin nykypäivän miesten, mutta neandertalilaisten lasten kasvu oli nopeampaa, mikä antoi heille mahdollisuuden saavuttaa suurempi pään tilavuus kuin Homo sapiens . Neandertalalaisilla oli vähemmän kehittyneitä ja vähemmän monimutkaisia parietaalilohkoja ja verisuoniverkostoja kuin Homo sapiensilla , mutta laajempia etulohkoja. Lisäksi nykyaikaisissa aivoissa tapahtuu suuri muodonmuutos lapsen ensimmäisen vuoden aikana, kun taas tämä varhaisen kehityksen vaihe puuttui neandertalilaisista.
Ihmisen aivojen kasvava energiantarve olisi täytetty parantamalla ruoan energiatehokkuutta ensin noin kaksi miljoonaa vuotta sitten käsittelemällä ruokaa alustavasti jauhamalla ruoansulatuksen helpottamiseksi, sitten noin 400 000 vuotta sitten yleistämällä ruoanlaitto, kiitos tulen kesyttämisen .
Homo sapiens ilmestyi noin 300 000 vuotta sitten . Hänen aivot saavutti 1500 cm 3 aikana paleoliittikaudella . Viimeisten 20 000 vuoden aikana miespuoliset aivot ovat kutistuneet 1 500–1 350 cm 3 (tai −10%) ja naisten aivot samassa suhteessa. Ravitsemukselliset puutteet ja ruumiin koon väheneminen maatalouspopulaatioissa ovat tekijöitä, joita jotkut tutkijat toisinaan esittävät selittääkseen tätä suuntausta. Nykypäivän ihmiset ovat myös hoikkaampia kuin ylemmän paleoliitin Homo sapiens . Viimeisen sadan vuoden teollisuusyhteiskunnat ovat kuitenkin nähneet aivojen koon nousevan. Parempi imeväisruokavalio ja sairauksien määrän väheneminen voivat olla syy tai yksinkertaisesti keskimääräisen kehon koon kasvu. Loppujen lopuksi nykyaikaisen ihmisen aivojen tilavuus on noin 3,5 kertaa nykyisen simpanssin tilavuus.
Tämän aivokoon pienenemisen seurauksia ylemmän paleoliittisen ajan jälkeen ei ole selvästi osoitettu. Ei ole poissuljettua, että neandertalalaisilla oli paremmat kognitiiviset kyvyt tietyillä alueilla. Jotkut tutkijat uskovat, että hänen näkemyksensä oli parempi kuin nykyajan ihmisillä. Jotkut tutkijat uskovat, että neandertalilaisten kognitiiviset kyvyt olivat ainakin samanlaiset kuin nykyajan ihmisillä. Muu työ teorioi nykyajan miesten aivojen suuremman tehokkuuden, joka kompensoi pienemmän koon. Vuodesta Ylä pleistoseenikauden , Homo sapiens ensin, sitten Neanderthals hautasivat kuolleet, mikä on osoitus metafyysinen ajattelun. He molemmat käyttivät joukkoa enemmän tai vähemmän monimutkaisia työkaluja, ja heillä oli taiteellinen tuotos, vaikkakin rajoitettu neandertalaisille. Viimeaikaiset 2017 tutkimukset neandertalilaisten hampaista löydetyistä hammasplakkeista viittaavat siihen, että neandertalalaiset käyttivät kasviperäisiä lääkkeitä itselleen, mukaan lukien kipulääkkeet ( salisyylihappo poppeli silmuista ) ja luonnolliset antibiootit ( Penicillium ).
Aivojen nopein kasvu tapahtuu kolmen ensimmäisen elinvuoden aikana. Ihmisen imetyksen kesto korreloi nykyaikaisen ihmisen ( Homo- suku ) esi-isien aivojen kehityksen kanssa koon ja koon mukaan . Äskettäinen aivojen koon pieneneminen voi siis johtua imetyksen keston pienenemisestä.
Vaikka teknologinen kehitys ja lisääntynyt älykkyysosamäärä tarkoittaa älykkyyttä, ei tarkoita, että nykyajan ihmisen kognitiiviset kyvyt paranevat. Tämä kehitys liittyy sosiaalisiin ja väestörakenteen muutoksiin, kuten tiedon siirtämiseen. Jotkut primitiivisten heimojen, kuten Nambikwaran , modernit miehet , vaikka heillä onkin samat aivot, elivät muutama vuosikymmen sitten täydellisessä kurjuudessa ilman vaatteita tai työkaluja. Elämäntapa vähän erilainen kuin ensimmäiset miehet. Kriteerit, jotka objektiivisemmin heijastavat kognitiivisia valmiuksia ja jotka eivät liity koulutukseen, kuten reaktioaika , osoittavat päinvastoin kognitiivisten valmiuksien vähenemistä vähintään sadan vuoden ajan.
Joillekin tutkijoille hermokudoksen ja hermotiedon käsittelykapasiteetin kvantitatiivinen kasvu on ollut tärkein ihmisen älykkyyden määrittelijä. Muille se on pikemminkin ihmisen aivojen uudelleenjärjestely, joka on ollut tärkein tekijä henkisen kapasiteetin kasvussa. Tutkijat pääsivät äskettäin eräänlaiseen yksimielisyyteen, kun huomasivat, että kvantitatiivinen muutos ja hermosolujen uudelleenorganisointi eivät ole toisiaan poissulkevia ilmiöitä. Itse asiassa nisäkkäissä aivojen koon kasvu korreloi tai ennustaa aivojen uudelleenjärjestäytymisen eri muotoja, mukaan lukien hermosolujen tiheyden lasku, hermoyhteyksien määrän kasvu, useita kouristuksia ja halkeamia. Lisääntynyt hermosolujen erikoistuminen ja lopulta kasvu neokorteksin, pikkuaivojen, hippokampuksen ja muiden hermorakenteiden koossa.
Nisäkäslajeista suurimmat suhteelliset aivot ovat yleensä niitä, joilla on suurin henkinen suorituskyky. Monissa tapauksissa korkeaan suhteelliseen kokoon liittyy paitsi suurempi prosessointikapasiteetti, myös hermomoduulien määrän kasvu, neokorteksin koon kasvu ja muut prosessoinnin ylemmät alueet. .
Käytön in vivo magneettikuvaus ( MRI ) ja kudoksen näytteitä, aivokuoren eri näytteitä raajojen kustakin hominid lajeista analysoitiin. Tiettyjen aivojen alueiden koko vaihteli havaittujen lajien mukaan. Nämä erot voivat olla merkki kunkin lajin hermosolujen spesifisyydestä. Aivokuoren koon vaihtelut voivat näyttää erityisiä mukautuksia, toiminnallisia erikoistumisia ja / tai evoluutiotapahtumia hominidien aivojen organisaatiossa. Aluksi uskottiin, että etulohkon (tärkeä aivojen osa, joka on vastuussa käyttäytymisestä ja sosiaalisesta vuorovaikutuksesta) analysointi voisi ennustaa hominidien ja nykyajan ihmisten käyttäytymiseroja. Uskotaan nyt, että evoluutio tapahtui aivojen muissa osissa, jotka liittyvät tiukasti tiettyyn käyttäytymiseen.
Vaikka ihmisen aivojen suhteelliset tilavuudet pysyivät suhteellisen vertailukelpoisin paleoliittisen ajanjakson aikana , joidenkin pinta-anatomisten ominaisuuksien erityisten maamerkkien, esimerkiksi puolilunar sulcus, sijainti viittaa siihen, että aivot ovat läpikäyneet neurologisen uudelleenjärjestelyn.
Varhaisista ihmisistä peräisin olevat fossiiliset hampaat ja hominiinit osoittavat, että lasten hammaskehitys oli pidossa, mukaan lukien Australopithecines. Nämä lepoajat ovat jaksoja, jolloin aikuisten hampaiden purkauksia ei ole. Tässä kehitysvaiheessa lapsi tottuu sosiaaliseen rakenteeseen ja kulttuuriin. Tämä ajanjakso, jota ei ole muissa hominideissa, antaisi lapselle edun antamalla lapselle omistaa useita vuosia kognitiiviseen kehitykseen, esimerkiksi puheen tai yhteistyön kehittämiseen yhteisössä. Simpansseilla ei ole tätä neutraalia hammasjaksoa. Tutkimukset viittaavat tämän lepojakson alkamiseen hyvin varhaisessa vaiheessa hominiineissa.
Ihmisen älykkyys näyttää johtuvan sellaisten ominaisuuksien yhdistelmästä ja parantamisesta, joita esiintyy myös kädellisillä, eikä ainutlaatuisista ominaisuuksista, kuten mielen teoria, jäljitelmä ja kieli.
Kaksosiin ja perheisiin perustuvat perintökelpoisuusarviot osoittavat, että 50-80% älykkyyseroista voidaan selittää geneettisillä tekijöillä. Nature Genetics -lehdessä julkaistu vuoden 2017 tutkimus osoittaa, että geneettisten tekijöiden ja älykkyyden korrelaatiokerroin saavuttaa r = 0,89 .
Tutkijat Edinburghin yliopistosta ja Harvardin yliopistosta julkaisevattammikuu 2018julkaisussa Molecular Psychiatry , Nature Publishing Groupin julkaisemassa lehdessä , joka on tähän mennessä suurin tutkimus genetiikan ja älykkyyden välisistä yhteyksistä. Tutkijat ovat löytäneet satoja uusia aivovoimaan liittyviä geenejä (187 riippumatonta lokusta, joihin sisältyy 538 geeniä). Tutkimuksen tekijöiden mukaan neurogeneesi ja myelinaatio sekä synapseissa ilmaistut geenit ja hermoston säätelyyn osallistuvat geenit voivat selittää joitain älyllisyyteen liittyviä biologisia eroja. Näiden tulosten ansiosta tutkijat ovat ensimmäistä kertaa osoittaneet, että yksilön älykkyys on mahdollista ennustaa DNA-testillä.
Bruce Lahn ja hänen kollegansa Howard Hughes Medical Centeristä Chicagon yliopistossa ovat ehdottaneet tiettyjen geenien olemassaoloa, jotka säätelevät ihmisen aivojen kokoa. Näillä geeneillä olisi voinut olla merkitys aivojen evoluutiossa. Tutkimus alkoi arvioimalla 214 aivojen kehitykseen osallistuvaa geeniä. Nämä geenit saatiin ihmisiltä, makakkeilta, rotilta ja hiiriltä.
Lahn ja muut ovat löytäneet DNA-sekvenssit, jotka ovat vastuussa proteiinien muuttumisesta evoluution aikana. Sitten arvioitiin näiden muutosten ilmestymiseen tarvittava aika. Tulokset viittaavat siihen, että nämä ihmisen aivojen kehitykseen liittyvät geenit kehittyivät ihmisissä paljon nopeammin kuin muilla lajeilla. Kun tämä genominen todiste on saatu, Lahn ja hänen tiiminsä päättivät löytää geenin tai geenit, jotka ovat vastuussa tästä erityisestä nopeasta evoluutiosta. Kaksi geeniä on tunnistettu. Nämä geenit säätelevät ihmisen aivojen kokoa. Nämä geenit ovat mikrokefaliini (MCPH1) ja epänormaali karanmuotoinen mikrokefalia ( ASPM ). Mikrokefaliinimutaatiot ja epänormaali karanmuotoinen mikrokefalia aiheuttavat aivotilavuuden pienenemisen vastaavaan kokoon kuin varhaiset hominidit. Chicagon yliopiston tutkijat pystyivät määrittämään, että luonnollisen valinnan paineessa näiden geenien DNA-sekvensseissä on tullut merkittäviä vaihteluita. Aikaisemmat Lahnin tutkimukset osoittavat, että mikrokefaliini kehittyi nopeasti, mikä lopulta johti Homo sapiensin esiintymiseen . Ihmisten ilmestymisen jälkeen mikrokefaliini näyttää osoittaneen hitaampaa evoluutiota. Päinvastoin, ASPM osoitti nopeinta kehitystä simpanssien ja ihmisten välisen eron jälkeen.
Jokainen geenisekvenssi kävi läpi erityisiä muutoksia, jotka johtivat ihmisten esi-isien ulkonäköön. Näiden muutosten määrittämiseksi Lahn ja hänen kollegansa käyttivät useiden kädellisten DNA-sekvenssejä ja vertasivat sitten näitä sekvenssejä ihmisistä. Tämän tutkimuksen jälkeen tutkijat analysoivat tilastollisesti kädellisten ja ihmisen DNA: n tärkeimmät erot päätyäkseen siihen johtopäätökseen, että erot johtuivat luonnollisesta valinnasta. Kertyneet muutokset näiden geenien DNA-sekvensseissä ovat antaneet ihmisille kilpailuedun ja parantaneet fyysistä kuntoa. Nämä edut yhdistettynä suurempaan aivokoon mahdollistivat lopulta ihmismielen paremman kognitiivisen kapasiteetin.
FOXP2- geeni häiritsee kielen kehityksestä vastaavaa aivojen osaa . Tämä geeni kontrolloi hermosolujen kasvua ja niiden yhteyksiä oppimisen ja kehityksen aikana. Se säätelee lisäksi monia muita geenejä. Heillä on myös tärkeä rooli ihmisen lisääntymisessä ja immuniteetissa . FOXP2-geeni on erittäin konservoitunut lajien välillä. Kehitys näyttää suosinut alalaji vaihtelut etenkin eurooppalaisten .
Aivovauriot ja kehityshäiriöt, kuten autismihäiriöt , voivat häiritä nykyajan ihmisen viestintää ja sosiaalisia taitoja.
Neandertalilaisten on yleensä kuvattu olevan vähäisiä sosiaalisia tai kulttuurisia kykyjä. Tosiasia, että heillä oli sama FOXP2-geeni kuin nykypäivän ihmisillä, viittaa siihen, että neandertalilaisilla oli jonkin verran kommunikaatiokykyä.
Kaikilla ihmisillä on kaksi kopiota Huntingtin (HTT) -geenistä, joka koodaa Huntingtin (HTT) -proteiinia . Geeniä kutsutaan myös HD: ksi ja IT15: ksi. Osa tästä geenistä on toistuva CAG-nukleotiditripletti. Tämä geeni on löydetty ameboista. Se olisi ilmestynyt 800 miljoonaa vuotta sitten. In Deuterostomians geeni näyttää olevan yhteydessä aivojen monimutkaisuutta. Suuri määrä CAG-kolmikoita (välillä 27-35) ihmisillä korreloisi korkeamman kognitiivisen ja aistikapasiteetin kanssa. Huntingtin-proteiinilla on keskeinen rooli ihmisten aivojen kehityksessä. Yli 35 lukumäärä on vastuussa Huntingtonin taudin laukaisemisesta .
KLOTHO-geeni on geeni, joka on vastuussa ikääntymiseen osallistuvan Klotho-proteiinin synteesistä. Se sijaitsee ihmisen kromosomissa 13 . Tietyt tämän geenin variantit ihmisissä ja hiirissä lisäävät glutamaattireseptorin NMDAR (en) -aktivaatiota . Teoriassa tämä muunnos lisäisi älykkyysosuutta noin 6 pisteellä , mikä tekisi Klothosta tunnetun geenin, jolla on tähän mennessä eniten vaikutuksia älykkyyteen, ennen NPTN (en) - ja HMGA2 (en) -geenejä .
Ihmisen aivojen integrointi edelleen geenitekniikan tarjoamaan tekniikkaan ja mahdollisuuksiin voi antaa ihmisen aivojen evoluutiolle arvaamattoman tulevaisuuden.
" Nopein aivojen kasvuvauhti tapahtuu elämän kolmen ensimmäisen vuoden aikana "