Aivot Darwinin insinööritoimistosta

Usein ajatellaan, että suuret aivot tarjoavat eloonjäämisedun, ja ihmiskunnan menestys eläinkunnan muiden lajien joukossa johtuu tehokkaista aivoista. Asiassa voi olla perää, mutta etu ei välttämättä ole niin merkittävä kuin ajatellaan. Aivojen koon kasvaminen ei välttämättä ole evoluution johtoajatus, vaan ehkä sittenkin toisarvoinen ilmiö, jonka takana on muita tekijöitä. Vai olisiko sittenkin toisin? Tuottaako evoluutio jatkuessaan yhä älykkäämpiä lajeja?

Jotta tähän voisi vastata, pitäisi ehkä koko älykkyyden käsite määritellä uudelleen, sellaisella tavalla, joka olisi riippumaton ihmisnäkökulmasta. Tuntuu vaikealta. Otetaanpa hieman toinen tarkastelukulma. Ajatellaan evoluutiota ja luonnonvalintaa insinöörinä, jonka tehtävä on suunnitella uusia lajeja, ja pohditaan erityisesti, miten suunnitella mahdollisimman tehokkaat aivot. Rajoitamme myös insinöörimme toimintavapautta. Hän ei voi tehdä radikaaleja teknologian päivityksiä, vaan on tultava toimeen sillä teknologialla, jonka evoluutio on jo tuottanut. Insinöörimme metodina on oltava vähittäinen muuntelu ja skaalaus.

Mutta aluksi pieni vilkaisu selkärankaisten keskushermostoteknologiaan. Sopikaamme, että aivojen suorituskyky riippuu kahdesta asiasta: rakenteiden monimutkaisuudesta ja hermoston toimintanopeudesta. Aivot koostuvat hermosoluista, jotka ovat mutkikkaasti kytkeytyneet toisiinsa. Hermosolut toimivat tuottamalla hermoimpulsseja. Ne siis tikittävät jatkuvasti, kukin solu synnyttää muutamasta impulssista aina satoihin impulsseihin sekunnissa. Impulssien tuottaminen vaatii energiaa. Aivojemme miljardit solut käyttävät sitä paljon, noin 20% koko elimistön tuottamasta energiasta, ja lopulta se muuttuu lämmöksi. Vilkas verenkierto tuo aivosoluille ravintoa, ja jäähdyttää ne samalla. Vastoin yleistä luuloa ajatteluksi kutsumamme toiminta ei kuormita aivoja paljoakaan. Aivot tikittävät jatkuvasti melko suurella teholla, jopa nukkuessamme. Koko elämämme ajan.

Aivoja kehittävän insinöörimme ilmeinen strategia on saada aivoihin enemmän soluja, eli kasvattaa aivojen kokoa. Aivot on herkkä elin, ja tarvitsee hyvän suojan, eli kovan kallon ja nesteiskunvaimennuksen. Aivojen koon kehitys onkin sidoksissa pään koon kasvattamiseen. Yleisesti ainakin nisäkkäille näyttää pätevän sääntö: mitä isompi eläin, sitä suurempi pää ja suuremmat aivot. Ja näyttää myös siltä, että suuret eläimet ovat älykkäämpiä kuin pienet. Mutta norsu ei kuitenkaan ole ihmistä fiksumpi. Ehkä yhteys ei olekaan täysin mekaaninen.

Tässä kohdataankin insinöörityölle hyvin tyypillinen ilmiö. Tietyn hyväksi havaitun suunnitteluperiaatteen noudattaminen ei välttämättä pitkän päälle johda toivottuun lopputulokseen. Usein tällaisella periaatteella on vain tietty vaikutusalue. Ihmisen aivojen koko saattaa olla lähellä optimia, norsun tai valaan aivot ovat jo liian suuret ollakseen tehokkaat. Mistä se johtuu?

Kun aivojen koko kasvaa, myös solujen väliset hermoyhteydet pidentyvät. Ovathan solut keskimäärin kauempana toisistaan. Hermoista tulee myös paksumpia. Tarvitaan suurempia hermosoluja tuottamaan riittävän vahvoja impulsseja, jolloin solutiheys pienenee ja energian kulutus kasvaa. Ja signaalien kulkuaika kasvaa joka tapauksessa, eli aivot hidastuvat. Aivojen kehityspolku on yrittänyt kompensoida tilannetta keskittämällä toimintoja eriytyneisiin keskuksiin, mutta luultavasti myös siitä koituu toiminnallisia ongelmia.

Eläinten käyttäytymisen tutkijoiden havainnot vahvistavat, että aivojen koon ja älykkyyden yhteys ei ole suoraviivainen. Pienet eläimet, kuten rotat ja linnut, voivat olla yllättävän älykkäitä. Vaikka pienissä aivoissa on vähemmän hermosoluja, ne toimivat tavattoman paljon nopeammin, mikä pienentää eroa.

Näyttää siis siltä, että ihmisen aivojen suorituskyky on lähes paras mahdollinen. Ja kannattaa huomata, että Darwinin laboratoriossa radikaalit tekniset innovaatiot on kielletty. Esimerkiksi rakenteeltaan samankaltaiset mutta sähköisesti toimivat aivot olisivat jopa miljoonia kertoja tehokkaammat. Mutta evoluution työkalupakissa ei ole mitään sen tapaistakaan.*)

Väite ihmisen ylivertaisesta älykkyydestä ansaitsee vielä yhden kriittisen huomautuksen. Ihminen oli pitkään vain eräs levinneisyydeltään rajoittunut ja yksilömäärältään vähäinen laji. Hyvin marginaalinen tapaus muiden lajien joukossa. Itse asiassa koko laji oli tuhoutua kokonaan, ja moneen kertaan. Tehokkaat aivot eivät näytä tarjonneet kerrassaan mitään eloonjäämisetua niiden vajaan kahdensadantuhannen vuoden aikana, jona nykyisen kaltainen ihminen eli ja vaikutti. Monet sen aikaiset ihmisapinalajit pärjäilivät paljon paremmin.

Ja sitten tapahtui jotain tavatonta. Ihmisestä tuli hyvin nopeasti planeetan mahtilaji. Ja tähän tavattomaan muutokseen on oikeastaan tarjolla vain yksi selitys. Jonkinlaisena aivojen kapasiteetin satunnaisena sivutuotteena syntyi kulttuuri, ja se sai alkunsa, kun syntyi kieli, piirustustaito ja kirjoitustaito. Kulttuurin avulla ihminen pystyi ylittämään lyhyen elinikänsä ja suppean perhe- ja heimoyhteisönsä rajat.

Voidaan vetää vastaansanomaton johtopäätös, jonka kauaskantoisuutta ei mielestäni vieläkään oikein ymmärretä. Yksilön älykkyyden merkitys on suuresti yliarvioitu. Ja kulttuurin merkitys on suuresti aliarvioitu.


*)  Hermoimpulssin tuottaminen aivoissa vie noin viisi tuhannesosasekuntia. Elektroniikan mikropiirien logiikkaelinten toiminta-aika on parhaimmillaan jo alle sekunnin miljardisosa.  Hermoimpulssit perustuvat solukalvon ioniläpäisevyyden äkilliseen muutokseen. Se ei etene sähkön nopeudella, vaikka näkyykin ulospäin jänniteheilahduksena. Hermoimpulssin etenemisnopeus hermosäikeessä on 10 - 100 metriä sekunnissa. Mikropiirin johtimessa signaali etenee yli 200 miljoonaa metriä sekunnissa. Aivojen toimintamekanismi on erilainen kuin tietokoneilla - aivoissa ei ole keskitettyä muistia, ei kekusyksikköä, ei keskitettyjä tietoväyliä eikä yhteistä kellosignaalia. Elektroniikassa tällainen rakenne tunnetaan myös: asynkroninen logiikka. Toistaiseksi sen sovaltaminen on vähäistä, siitä ei ole tullut tekniikan valtavirtaa.

(kirjoitus sai herätteen Douglas Foxin artikkelista, Tiede 2 / 2012)