Hoe is de menselijke intelligentie geëvolueerd? Antropologen hebben deze vraag decennialang bestudeerd door te kijken naar gereedschappen gevonden in archeologische opgravingen, bewijs van het gebruik van vuur enzovoort, en veranderingen in hersengrootte gemeten aan de hand van fossiele schedels.

Echter, werken met collega's van het Evolutionary Studies Institute van de Universiteit van de Witwatersrand in Zuid-Afrika, we hebben een nieuwe manier gevonden om de intelligentie van onze voorouders te schatten.

Door fossiele schedels te bestuderen, we bepaalden hoeveel bloed - en hoeveel energie - de hersenen van oude mensachtigen nodig hadden om te blijven draaien. Dit energieverbruik geeft ons een maat voor hoeveel denken ze deden.

We ontdekten dat de snelheid van de bloedstroom naar de hersenen een betere indicatie kan zijn van het cognitieve vermogen dan alleen de hersengrootte.

Het brein als supercomputer

Onderzoekers hebben vaak aangenomen dat de intelligentie van menselijke voorouders (homininen) toenam naarmate de hersenen groter werden.

Dit is geen onredelijke veronderstelling; voor levende primaten, het aantal zenuwcellen in de hersenen is bijna evenredig met het hersenvolume. Andere studies van zoogdieren in het algemeen geven aan dat de stofwisselingssnelheid van de hersenen - hoeveel energie het nodig heeft om te rennen - bijna evenredig is met de grootte ervan.

Informatieverwerking in de hersenen omvat zenuwcellen (neuronen) en de verbindingen daartussen (synapsen). De synapsen zijn de plaatsen van informatieverwerking, net als de transistorschakelaars van een computer.

Het menselijk brein bevat meer dan 80 miljard neuronen en maximaal 1, 000 biljoen synapsen. Hoewel het slechts 2% van het lichaam inneemt, de hersenen gebruiken ongeveer 20% van de energie van een rustend persoon.

Ongeveer 70% van die energie wordt door de synapsen gebruikt om neurochemicaliën te produceren die informatie tussen neuronen overbrengen.

Om te begrijpen hoeveel energie de hersenen van onze voorouders gebruikten, we concentreerden ons op de snelheid van de bloedstroom naar de hersenen. Omdat bloed de hersenen van essentiële zuurstof voorziet, het is nauw verwant aan synaptisch energieverbruik.

Het menselijk brein heeft elke seconde ongeveer 10 ml bloed nodig. Dit verandert opmerkelijk weinig, of iemand wakker is, in slaap, oefenen of lastige wiskundeproblemen oplossen.

In dit verband, we kunnen de hersenen zien als een nogal energie-intensieve supercomputer. Hoe groter de capaciteit van een computer, hoe meer vermogen het nodig heeft om te blijven draaien - en hoe groter de elektrische voedingskabels moeten zijn. Zo is het ook met de hersenen:hoe hoger de cognitieve functie, hoe hoger de stofwisseling, hoe groter de bloedstroom en hoe groter de slagaders die het bloed leveren.

Het meten van de slagadergrootte van schedels

De bloedstroom naar het cognitieve deel van de hersenen, de grote hersenen, komt door twee interne halsslagaders. De grootte van deze slagaders is gerelateerd aan de snelheid van de bloedstroom er doorheen.

Net zoals een loodgieter grotere waterleidingen zou installeren om een ​​hoger debiet naar een groter gebouw te accommoderen, de bloedsomloop past de grootte van bloedvaten aan aan de snelheid van de bloedstroom erin. De stroomsnelheid is op zijn beurt gerelateerd aan hoeveel zuurstof een orgaan nodig heeft.

We hebben in eerste instantie de relatie tussen de bloedstroomsnelheid en de slagadergrootte vastgesteld uit 50 onderzoeken met echografie of magnetische resonantiebeeldvorming van zoogdieren. De grootte van de interne halsslagaders kan worden gevonden door de grootte van de gaten te meten waardoor ze door de basis van de schedel kunnen.

Volgende, we maten deze gaten in de schedels van 96 moderne mensapen, inclusief chimpansees, orang-oetans, gorilla's. We vergeleken de schedels met 11 van Australopithecus hominins die ongeveer 3 miljoen jaar geleden leefden.

De hersenen van chimpansees en orang-oetans hebben een volume van ongeveer 350 ml, terwijl gorilla en Australopithecus iets groter zijn met 500 ml. Conventionele wijsheid suggereert dat Australopithecus minstens zo intelligent zou moeten zijn als de anderen.

Echter, onze studie toonde aan dat een Australopithecus-brein slechts tweederde van de bloedstroom van een chimpansee of orang-oetan had, en de helft van de stroom van een gorilla.

Antropologen hebben Australopithecus vaak tussen apen en mensen geplaatst in termen van intelligentie, maar we denken dat dit waarschijnlijk verkeerd is.

Het unieke traject van de evolutie van het menselijk brein

Bij mensen en vele andere levende primaten, de snelheid van de interne halsslagaderbloedstroom lijkt recht evenredig te zijn met de hersengrootte. Dit betekent dat als de grootte van de hersenen verdubbelt, de snelheid van de bloedstroom verdubbelt ook.

Dit is onverwacht omdat de stofwisseling van de meeste organen langzamer toeneemt met de orgaangrootte. Bij zoogdieren, een verdubbeling van de grootte van een orgaan zal normaal gesproken de stofwisselingssnelheid slechts met een factor van ongeveer 1,7 verhogen.

Dit suggereert dat de metabole intensiteit van de hersenen van primaten - de hoeveelheid energie die elke gram hersenstof elke seconde verbruikt - sneller toenam dan verwacht naarmate de hersengrootte toenam. Voor mensachtigen, de groei was zelfs sneller dan bij andere primaten.

Tussen de 4,4 miljoen jaar oude Ardipithecus en Homo sapiens, hersenen werden bijna vijf keer groter, maar de bloedstroomsnelheid werd meer dan negen keer groter. Dit geeft aan dat elke gram hersenmaterie bijna twee keer zoveel energie verbruikte, duidelijk te wijten aan een grotere synaptische activiteit en informatieverwerking.

De snelheid van de bloedstroom naar de hersenen lijkt in de loop van de tijd te zijn toegenomen bij alle primatenlijnen. Maar in de mensachtige lijn, het nam veel sneller toe dan bij andere primaten. Deze versnelling ging hand in hand met de ontwikkeling van tools, het gebruik van vuur en ongetwijfeld communicatie binnen kleine groepen.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.