Соотношение массы мозга и тела , также известное как соотношение веса мозга и тела , представляет собой отношение массы мозга к массе тела, которое предположительно является грубой оценкой интеллекта животного , хотя во многих случаях довольно неточной. Более сложное измерение , коэффициент энцефализации , учитывает аллометрические эффекты сильно различающихся размеров тела в нескольких таксонах . [1] [2] Однако грубое соотношение массы мозга и тела получить проще, и оно по-прежнему является полезным инструментом для сравнения энцефализации внутри видов или между довольно близкородственными видами.
Размер мозга обычно увеличивается с размером тела у животных (т.е. крупные животные обычно имеют больший мозг, чем мелкие); [4] однако эта связь не линейна. Мелкие млекопитающие, такие как мыши, могут иметь соотношение мозга к телу, похожее на человеческое, в то время как слоны имеют сравнительно более низкое соотношение мозга к телу. [4] [5]
Считается, что у животных чем больше мозг, тем больше веса мозга будет доступно для более сложных когнитивных задач. Однако крупным животным нужно больше нейронов, чтобы представлять их собственные тела и управлять определенными мышцами; [ необходимо уточнение ] [ необходима цитата ] таким образом, относительный, а не абсолютный размер мозга позволяет ранжировать животных, лучше совпадая с наблюдаемой сложностью поведения животных. Связь между соотношением массы мозга к массе тела и сложностью поведения не идеальна, поскольку на интеллект влияют и другие факторы, такие как эволюция современной коры головного мозга и различные степени складчатости мозга, [6] , которые увеличивают поверхность коры, что положительно коррелирует у людей с интеллектом. Замеченным исключением из этого, конечно, является отек мозга, который, хотя и приводит к большей площади поверхности, не изменяет интеллект тех, кто страдает от него. [7]
Связь между весом мозга и весом тела всех живых позвоночных следует двум совершенно отдельным линейным функциям для холоднокровных и теплокровных животных. [8] У холоднокровных позвоночных мозг намного меньше, чем у теплокровных позвоночных того же размера. Однако, если принять во внимание метаболизм мозга , то связь мозга с телом как у теплокровных, так и у холоднокровных позвоночных становится похожей, при этом большинство использует от 2 до 8 процентов своего основного метаболизма для головного и спинного мозга. [9]
У дельфинов самое высокое соотношение веса мозга к телу среди всех китообразных . [11] Вараны , тегу и анолисы , а также некоторые виды черепах имеют самое большое соотношение среди рептилий. [ требуется ссылка ] Среди птиц самое высокое соотношение веса мозга к телу обнаружено у попугаев , ворон , сорок , соек и воронов . Среди амфибий исследования все еще ограничены. Как осьминоги [12], так и пауки-скакуны [13] имеют одни из самых высоких показателей среди беспозвоночных , хотя некоторые виды муравьев имеют 14–15% своей массы в мозге, самое высокое значение, известное для любого животного. Акулы имеют одно из самых высоких значений среди рыб наряду со скатами манта (хотя у электрогенной слоновой рыбы это соотношение почти в 80 раз выше — около 1/32, что немного выше, чем у людей). [14] У тупайи соотношение массы мозга к массе тела выше, чем у любого другого млекопитающего, включая человека . [15] У тупайи около 10% массы тела приходится на мозг. [16]
Вообще говоря, чем крупнее животное, тем меньше соотношение массы мозга к массе тела. Таким образом, у крупных китов мозг очень маленький по сравнению с их весом, а у мелких грызунов, таких как мыши , мозг относительно большой, что дает соотношение массы мозга к массе тела, похожее на человеческое. [4] Одним из объяснений может быть то, что по мере того, как мозг животного становится больше, размер нервных клеток остается прежним, и большее количество нервных клеток приведет к тому, что размер мозга увеличится в меньшей степени, чем размер остального тела. Это явление можно описать уравнением вида E = CS r , где E и S — это масса мозга и тела, r — константа, которая зависит от семейства животных (но близка к 2/3 у многих позвоночных [17] ), а C — это коэффициент цефализации. [12]
Утверждалось, что экологическая ниша животного , а не его эволюционная семья, является основным фактором, определяющим его фактор энцефализации C. [ 17] В эссе «Щедрость Блая» [18] Стивен Джей Гулд отметил, что если посмотреть на позвоночных с очень низким коэффициентом энцефализации, то их мозг будет немного менее массивным, чем спинной мозг. Теоретически интеллект может коррелировать с абсолютным объемом мозга у животного после вычитания веса спинного мозга из веса мозга. Эта формула бесполезна для беспозвоночных, поскольку у них нет спинного мозга или, в некоторых случаях, центральной нервной системы.
Недавние исследования показывают, что у нечеловеческих приматов общий размер мозга является лучшим показателем когнитивных способностей, чем соотношение массы мозга к массе тела. Общий вес вида больше, чем прогнозируемый образец, только если лобная доля скорректирована с учетом пространственного соотношения. [19] Однако было обнаружено, что соотношение массы мозга к массе тела является отличным предиктором вариаций в способностях решения проблем среди плотоядных млекопитающих . [20]
У людей соотношение веса мозга и тела может значительно варьироваться от человека к человеку; оно будет намного выше у человека с недостаточным весом, чем у человека с избыточным весом, и выше у младенцев, чем у взрослых. Та же проблема возникает при работе с морскими млекопитающими, которые могут иметь значительную массу жира в организме. Поэтому некоторые исследователи предпочитают массу тела без жира массе мозга в качестве лучшего предиктора. [21]