Людський мозок зменшив щільність іонних каналів у нейронах - ймовірно, для того, щоб заощадити на них енергію.
Нейрон генерує електричний імпульс за допомогою іонних каналів - особливих білків, які сидять у клітинній мембрані і пропускають через себе ті чи інші іони. Під впливом якогось стимулу - механічного тиску, хімічної речовини, або імпульсу, що прибіг від іншого нейрона - іонні канали відкриваються або закриваються, концентрація іонів по обидва боки мембрани змінюється і електричні властивості самої мембрани, відповідно, теж змінюються.
Нейрони відрізняються один від одного розмірами, довжиною і гілковістю відростків, за допомогою яких вони приймають і передають імпульси. У великого нейрона іонних каналів буде більше, ніж у маленького, якщо ці канали рахувати поштучно. Але якщо взяти великий нейрон слона і маленький нейрон миші, то, незважаючи на відмінність в абсолютній кількості каналів, вони повинні працювати однаково.
Для більшості звірів це так і є, але все змінюється, коли мова заходить про людину. Кілька років тому співробітники Массачусетського технологічного інституту виявили, що нейрони щура і людини відрізняються за електрофізіологічними властивостями, і ці відмінності обумовлені якимись особливостями в дендритах - розгалужених нейронних відростках, які відіграють роль антен, збираючи сигнали від безлічі інших нервових клітин. Подальші дослідження показали, що щільність іонних каналів на мембрані людських нейронів нижча, ніж на мембрані нейронів щура.
У новій статті в Nature порівнюються нейрони вже десяти видів звірів: карликової багатозубки (найменшого ссавця на землі), піщанки, миші, щури, морської свинки, тхора, кролика, ігрункових мавп, макак і людини (людські зразки брали у пацієнтів з епілепсією, на яку належала операція на мозку). Дослідники порівнювали щільність двох видів іонних каналів, що пропускають іони калію і натрію, в мембранах пірамідальних нейронів п'ятого шару кори півкуль. Товщина кори і розміри нейронів збільшуються від багатозубки до приматів, і одночасно збільшувалася щільність іонних каналів у кожного окремого нейрона. При цьому якщо розглядати не окремий нейрон, а якийсь обсяг мозку, то виявляється, що щільність іонних каналів в обсязі мозку у багатозубки і макаки однакова. Нейрони багатозубки невеликі порівняно з нейронами макаки, тому в заданому «кубику» мозкової тканини нейронів багатозубки, грубо кажучи, буде більше, а нейронів макаки - менше. Однак через різницю в щільності іонних каналів у великого і маленького нейрона щільність тих же каналів в «кубику» мозку буде однаковою. І якщо дивитися на кору півкуль, не розбираючи її на окремі нейрони, то вийде, що електричні властивості будуть однакові що у миші, що у кролика, що у мавпи - тому що у них у всіх буде одна і та ж щільність іонних каналів на одиницю обсягу кори.
З цього правила випадає людина: у нього щільність іонних каналів у «кубику» кори виявилося менше, ніж можна було очікувати - тому що і на нейронах нашої кори щільність іонних каналів менша, ніж належало б порівняно з маками і відповідно до наших розмірів. Іонні канали вимагають енергії, і чим їх більше, тим більше енергії йде на те, щоб їх синтезувати, і на те, щоб вони працювали. Якщо мозок відмовився від частини іонних каналів, у нього з'явилася можливість направити зайву енергію на щось інше - наприклад, на формування більш складних синапсів між нейронами. Крім того, ті іонні канали, які у людського мозку і так є, могли б навчитися більш ефективно використовувати енергію для збудження електричного потенціалу.
Так чи інакше, мозок людини - принаймні, наскільки ми можемо судити по клітинах одного з шарів кори - відрізняється від мозку інших ссавців на рівні окремих нейронів, і ця відмінність має позначатися на якихось особливостях функціонування мозку в цілому. У перспективі автори роботи хочуть точно так само вивчити мозок людиноподібних мавп, які найбільш близько стоять до людини в еволюційному плані - так вдасться зрозуміти, коли саме в мозку зменшилася щільність іонних каналів і які генетичні зміни цьому сприяли.