ข้อจำกัดของความฉลาด
ในมุมมองทางวิวัฒนาการ ยิ่งสิ่งมีชีวิตมีความฉลาดมากเท่าไรก็ยิ่งดี เนื่องจากความฉลาดกว่าหมายถึงโอกาสการอยู่รอดที่สูงกว่า สัตว์ที่ฉลาดสามารถแก้ปัญหาหรือภัยอันตรายจากสิ่งแวดล้อมได้ดีกว่า และมนุษย์เราดูเหมือนจะเป็นสิ่งมีชีวิตที่ฉลาดที่สุดในโลกนี้ แต่ทุกคนเคยสงสัยกันบ้างไหมครับว่าความฉลาดมีข้อจำกัดหรือไม่ เราจะสามารถฉลาดไปมากกว่าที่เป็นอยู่ได้อีกแค่ไหน และอะไรเป็นตัวกำหนดความฉลาดของเรา
นิตยสาร Scientific American ฉบับล่าสุดได้หยิบยกประเด็นดังกล่าวเป็นบทความหลักประจำเล่ม ซึ่งเขียนออกมาได้น่าสนใจ
แน่นอนว่าสมองเป็นอวัยวะที่รับผิดชอบต่อสติปัญญาและความฉลาด และความฉลาดของสัตว์โลกที่แตกต่างกันก็เป็นผลมาจากวิวัฒนาการทางระบบประสาทที่แตกต่างไม่เท่าเทียมกัน นับตั้งแต่ผึ้งที่มีเพียงปมประสาทจิ๋วบรรจุเซลล์ประสาทไม่ถึงแสนเซลล์ แต่สามารถทำงานซับซ้อนอย่างการจดจำเส้นทางและเป้าหมายได้ (navigation) ไปจนถึงช้างตัวมหึมาที่มีสมองใหญ่กว่ามนุษย์เกือบสี่เท่า เซลล์ประสาทจำนวนมากกว่าถึงสองเท่า แต่มีความฉลาดไม่เท่าและตกเป็นเบี้ยล่างมนุษย์มายาวนานหลายศตวรรษ ความฉลาดไม่ได้ขึ้นกับขนาดสมองที่ใหญ่อย่างเดียว อีกตัวอย่างหนึ่งคือวัวกับหนูซึ่งมีขนาดสมองแตกต่างกันหลายเท่า แต่วัวมีความฉลาดน้อยกว่าหนูเสียอีก
Eugene Dubois นักชีววิทยาชาวเยอรมัน (คนเดียวกับคนที่ค้นพบกะโหลกศีรษะของ Homo erectus ในชวาเมื่อปี 1892) ได้ค้นคว้าศึกษาหาวิธีการประเมินความฉลาดโดยคร่าวของสัตว์จากขนาดกะโหลกศีรษะ โดยสมมติฐานเบื้องต้นว่าสัตว์ที่มีน้ำหนักสมองต่อน้ำหนักตัวมากกว่าจะฉลาดกว่า จากการศึกษาในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม Dubois พบว่าขนาดสมองจะขยายช้ากว่าน้ำหนักตัวประมาณ 3/4 อย่างเช่นตัว muskrat (หนูยักษ์ชนิดหนึ่งรูปร่างคล้ายตัวบีเวอร์) มีขนาดตัวใหญ่กว่าหนูบ้าน 16 เท่า แต่มีขนาดสมองใหญ่กว่า 8 เท่า
จากการประเมินดังกล่าว เขาได้สร้าง กฎ 3/4 ซึ่งเป็นกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักสมองและน้ำหนักตัวของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมโดยเฉลี่ย ซึ่งสัตว์แต่ละชนิดจะมีการเบี่ยงเบน (encephalization quotient) จากค่าทำนายน้ำหนักสมองไม่เท่ากัน โดยพบว่ามนุษย์เบี่ยงเบนสูงกว่าค่าทำนายมากที่สุดคือ 7.5 เท่าของค่าทำนาย หมายความว่ามนุษย์มีสัดส่วนน้ำหนักสมองต่อน้ำหนักตัวมากที่สุดเมื่อเทียบกับสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมอื่นๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งคือ มนุษย์ทุ่มเทให้กับการเจริญเติบโตของสมองมากกว่าสัตว์อื่นๆนั่นเอง
น้ำหนักสมองต่อน้ำหนักตัวที่มากกว่าสัตว์ชนิดอื่นเป็นปัจจัยหนึ่งที่ทำให้มนุษย์ฉลาดกว่า และความฉลาดดังกล่าวนั้นเองที่ทำให้เราก้าวหน้าเหนือสัตว์ชนิดอื่น ดำรงชีวิตอยู่รอดได้และก้าวขึ้นมาครองโลก ในส่วนนี้เราต้องขอบคุณอวัยวะสีเทา-ขาวที่เรียกว่าสมอง สมองที่มีขนาดใหญ่หมายถึงพื้นที่สำหรับเซลล์ประสาทที่มาก เซลล์ประสาทคือหน่วยทำงานย่อยของระบบประสาท เซลล์จำนวนมากย่อมส่งผลให้การทำงานของสมองมีประสิทธิภาพขึ้น และยิ่งจำนวนเซลล์ประสาทมากขึ้น ความซับซ้อนของสมองก็เพิ่มขึ้นเนื่องจากการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทที่มากขึ้น
หมายเหตุ เซลล์ประสาทนั้นประกอบด้วยตัวเซลล์ (soma) เดนไดรท์ (dendrite) และเอ็กซอน (axon) เดนไดรท์เป็นแขนงที่ยื่นออกจากตัวเซลล์เพื่อรับข้อมูล และส่งต่อไปยังตัวเซลล์เพื่อทำการประมวลผล ส่วนเอ็กซอนเป็นแขนงยาวที่ส่งต่อข้อมูลไปยังเซลล์อื่น การส่งสัญญาณของเซลล์ประสาทนั้นใช้หลักการทางเคมีไฟฟ้าคือการไหลเวียนของไอออนระหว่างนอกและในเซลล์ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้า การติดต่อระหว่างเซลล์ประสาทนั้นเกิดขึ้นบริเวณไซแนปส์ (synapse) ซึ่งคือบริเวณที่เซลล์ประสาทมีการเชื่อมต่อกัน และส่งสัญญาณระหว่างกันโดยใช้สารเคมี (สารสื่อประสาท) หรือกระแสไฟฟ้า (การไหลผ่านของไอออน)
ถ้าเช่นนั้น วิวัฒนาการก็น่าจะนำเราไปสู่ขนาดสมองที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ (เทียบกับน้ำหนักตัวที่ค่อนข้างคงที่) เพื่อเพิ่มความฉลาดอันไม่สิ้นสุด แต่การเพิ่มขนาดดังกล่าวดูจะมีข้อจำกัดหลายประการ ประการที่หนึ่งคือขนาดกะโหลกศีรษะที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งจะเป็นอุปสรรคในการคลอดและเพิ่มความเสี่ยงหรืออัตราการตายระหว่างคลอด (ณ ปัจจุบัน ขนาดศีรษะของทารกก็ยังเป็นปัญหาในการคลอดของมนุษย์ดังที่เคยเขียนในบล็อกที่แล้ว) แต่หากเราสมมติว่าในอนาคตข้างหน้า วิวัฒนาการสามารถแก้ปัญหาความเสี่ยงในการคลอดนี้ได้ในที่สุด จะยังคงมีข้อจำกัดในการขยายขนาดของสมองหรือไม่
จากการศึกษาชีววิทยาระบบประสาทของสัตว์ต่างๆ ขนาดของสมองที่ใหญ่ขึ้นโดยทั่วไปจะสัมพันธ์กับขนาดของเซลล์ประสาทที่ใหญ่ขึ้น ร่วมกับการเกิดที่ว่างระหว่างเซลล์มากขึ้น ซึ่งต้องการเอ็กซอนที่ยาวขึ้นเพื่อให้เกิดการเชื่อมต่อระหว่างกัน เอ็กซอนที่ยาวขึ้นหมายความว่าระยะทางที่ใช้ในการสื่อสารที่มากขึ้น หากสมองไม่มีการปรับให้ความเร็วในการส่งสัญญาณนั้นเพิ่มขึ้นขนานกับระยะทางที่เพิ่มขึ้น สิ่งที่เกิดขึ้นคือความล่าช้าในการทำงาน อันกลายเป็นผลเสียที่เกิดขึ้นจากขนาดสมองที่ใหญ่ขึ้นในที่สุด
อย่างไรก็ตาม สมองเพิ่มความเร็วในการส่งสัญญาณประสาทผ่านเอ็กซอนด้วยสองวิธีหลัก (ทั้งสองวิธีนี้ถูกใช้ควบคู่กันไป) คือการสร้างไขมันซึ่งเป็นฉนวนไฟฟ้าหุ้มเอ็กซอนเป็นปล้องๆโดยกระบวนการที่มีชื่อเรียกว่า myelination ฉนวนดังกล่าวจะทำให้การส่งสัญญาณไฟฟ้าเกิดขึ้นแบบกระโดด (propagate by saltation) ซึ่งเร็วกว่าการส่งสัญญาณแบบปกติอย่างมาก ในขณะเดียวกันเส้นผ่านศูนย์กลางหรือความหนาของเอ็กซอนที่เพิ่มขึ้นก็เพิ่มความเร็วในการส่งสัญญาณเช่นกัน เนื่องจากขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางที่เพิ่มขึ้นจะช่วยลดความต้านทานทางไฟฟ้าให้น้อยลง ซึ่งนอกจากสมอง ในระบบประสาทส่วนปลายก็มีเซลล์ประสาทหลากหลายขนาดจำเพาะต่อหน้าที่แตกต่างกันไป
ดังนั้น หากเพิ่มขนาดสมองให้ใหญ่ขึ้นโดยเพิ่มความหนาของเอ็กซอนเพื่อการส่งสัญญาณในระยะทางไกลอย่างมีประสิทธิภาพ ราคาแสนแพงที่ต้องจ่ายคือพลังงานแคลอรี่ที่เพิ่มขึ้น ด้วยสมองมนุษย์วัยผู้ใหญ่ขนาดปัจจุบัน 1.4 กิโลกรัมหรือราว 2% ของน้ำหนักตัวทั้งหมดต้องการพลังงานถึง 20% ของพลังงานทั้งหมดที่ใช้ในขณะพัก (ข้อเท็จจริงที่น่าตกใจกว่าคือในกรณีของทารก สมองต้องการพลังงานถึง 65% ในสภาวะเดียวกัน) สมองกระหายพลังงานจำนวนมากเพื่อนำไปเลี้ยงเซลล์ประสาท และการเพิ่มขนาดของเซลล์ประสาทย่อมหมายถึงความต้องการพลังงานอันมากขึ้น นอกเหนือจากนั้นพลังงานที่ต้องการมากขึ้นก็ไม่ได้เท่าเทียมกับการทำงานที่เพิ่มขึ้นด้วย นักประสาทวิทยาพบว่าการเพิ่มขนาดของเอ็กซอนสองเท่าต้องการพลังงานหล่อเลี้ยงมากขึ้นสองเท่าเช่นกัน แต่ความเร็วในการส่งสัญญาณประสาทที่ได้นั้นเพิ่มขึ้นเพียง 40%
อีกหนทางหนึ่งที่เป็นไปได้คือการเพิ่มจำนวนเซลล์ประสาทให้รวมกลุ่มกันหนาแน่นและเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ด้วยระยะทางสั้นๆ ซึ่งเป็นการเพิ่มการทำงานของสมองโดยไม่สูญเสียความเร็วในการส่งสัญญาณประสาท ซึ่งในปี 2005 นักประสาทวิทยาชาวเยอรมัน Gerhard Roth และ Urusula Dicke ได้เสนอว่าความฉลาดนั้นขึ้นกับ จำนวนเซลล์ประสาทในสมองและความเร็วในการส่งสัญญาณประสาท โดยสมมติฐานดังกล่าวนั้นมีหลักฐานสนับสนุนจากการศึกษาในมนุษย์ นักวิจัยพบว่าในคนที่ฉลาดจะมีเส้นทางในการส่งสัญญาณประสาทในสมองที่สั้นกว่าและเร็วกว่า อย่างไรก็ตามหนทางดังกล่าวก็ยังเผชิญกับอุปสรรคเดียวกันคือความต้องการพลังงานจำนวนมากในการรองรับการเชื่อมต่อของเซลล์ประสาทที่เพิ่มขึ้น
เมื่อตอนต้น ผมได้พูดถึงการส่งสัญญาณของเซลล์ประสาทโดยอาศัยหลักการทางเคมีไฟฟ้า การเคลื่อนที่ของไอออนระหว่างนอกและในเซลล์ การเคลื่อนที่ของไอออนดังกล่าวถูกควบคุมโดยโปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์ประสาทซึ่งทำหน้าที่เหมือน ประตู เปิดให้ไอออนเข้า-ออก (ion channel) แต่ประตูดังกล่าวมีความจำเพาะเจาะจงต่อไอออนและเปิด-ปิดขึ้นกับสถานการณ์ซึ่งในที่นี้คือการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ บนเยื่อหุ้มเซลล์มีประตูดังกล่าวจำนวนมากและมันทำงานโดยการ โหวต กล่าวคือการเปลี่ยนแปลงของประตูข้างมากจะกำหนดเหตุการณ์ทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นกับเซลล์ประสาท
เมื่อนักชีววิทยาแยกโปรตีนบนเยื่อหุ้มเซลล์ดังกล่าวมาศึกษาเดี่ยวๆ และทำให้เกิดความต่างศักย์ที่จะกระตุ้นการเปิดของ ion channel นักชีววิทยาพบว่า ion channel จะมีความแปรผันในการตอบสนองอย่างมาก กล่าวคือบางครั้งมันปิดในเวลาที่ควรจะเปิด หรือเปิดขึ้นเองในขณะพักไม่มีสิ่งใดกระตุ้น การให้ความต่างศักย์เข้าไปเป็นเพียงการเพิ่มโอกาสหรือความน่าจะเป็นในการเปิดของ ion channel เดี่ยวๆ เท่านั้น
สิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อเซลล์ประสาทมีขนาดเล็กลงคือพื้นที่บนเยื่อหุ้มเซลล์ที่น้อยลงและ ion channel ที่ลดลงด้วย (ส่งผลให้เกิดการโหวตเพื่อเปลี่ยนแปลงสถานะของเซลล์ประสาทด้วยจำนวนเสียงที่น้อยลง อ๊ะ! ตรงนี้ไม่เกี่ยวกับการเมืองนะครับ ) ผลที่ตามมาคือการ เปิดขึ้นเอง ของ ion channel ทำให้เกิดการส่งสัญญาณกระแสไฟฟ้าแบบสุ่มบ่อยครั้ง หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือ สัญญาณรบกวน นั่นเอง ยิ่งเซลล์ประสาทมีขนาดเล็กลงเท่าไร สัญญาณรบกวนก็จะยิ่งเพิ่มขึ้น โดยนักวิจัยคำนวณว่าหากเอ็กซอนมีขนาดเล็กลงไปถึง 150-200 นาโนเมตร สัญญาณรบกวนจำนวนมากจะปรากฏอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ สมองอาจแก้ปัญหาโดยเพิ่มกลไกกำจัดสัญญาณรบกวน แต่นั่นก็หมายถึงโมดูลการทำงานของสมองที่เพิ่มขึ้น ซึ่งนำไปสู่การเพิ่มขนาดสมองและความต้องการพลังงานที่มากขึ้นในที่สุด
สิ่งที่น่าสนใจคือ การลดขนาดของเซลล์ประสาทประสบปัญหาเดียวกับการลดขนาดของตัวรับสัญญาณ-ส่งข้อมูลในเชิงวิศวกรรมไฟฟ้า เป็นที่ทราบกันว่าการลดขนาดทรานซิสเตอร์นั้นมีข้อจำกัด เมื่อลดขนาดของทรานซิสเตอร์ลงไปในระดับนาโน ปัญหาทางควอนตัมจะเกิดขึ้น อะตอมเดี่ยวของโบรอนมีโอกาสที่จะดำรงอยู่หรือหายไปและทำให้การทำงานของทรานซิสเตอร์นั้นไม่สามารถทำนายได้
ดูเหมือนว่ามนุษย์เราจะเผชิญข้อจำกัดในการเพิ่มความฉลาดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่มันเป็นข้อจำกัดที่แท้จริงหรือไม่ แน่นอนว่าสมองนั้นรับผิดชอบความฉลาดอย่างที่กล่าวมาในต้นกระทู้ แต่ความฉลาดอาจถูกควบคุมโดยกลไกที่นอกเหนือไปจากสมองเดี่ยวๆ
ในบรรดาสัตว์โลกทั้งหลาย ผึ้งได้ปรับใช้วิธีดังกล่าว นักชีววิทยาเชื่อว่าความฉลาดของผึ้ง (และแมลงอื่นที่มีรูปแบบสังคมคล้ายคลึงเช่น มด ปลวก) เกิดจากการอยู่รวมกลุ่มเป็นสังคม อาณาจักรผึ้งดูเหมือนเป็นสิ่งมีชีวิตเดี่ยวโดยมีผึ้งแต่ละตัวเป็นหน่วยทำงานย่อย ด้วยเหตุนั้นเราอาจเปรียบเทียบผึ้งแต่ละตัวเป็นเซลล์ประสาท ในขณะที่รังผึ้งทั้งมวลเป็นสมอง มนุษย์เราก็อาจทำได้เช่นกันเพราะเราอยู่รวมกันเป็นสังคมอย่างซับซ้อน ร่วมกับเทคโนโลยีและเครื่องมือที่เราประดิษฐ์ ภาษาทำให้เราสามารถเก็บข้อมูลไว้นอกสมอง อินเตอร์เน็ตก็อาจเป็นเครื่องมือที่เชื่อมต่อระหว่างสมองคนหนึ่งกับสมองคนอื่นๆ ในมุมมองดังกล่าวอินเตอร์เน็ตอาจทำให้คนๆหนึ่งโง่ลงแต่สังคมโดยรวมฉลาดขึ้นก็เป็นไปได้นะครับ
เรียบเรียงจาก Fox D. The limits of intelligence. Scientific American. 2011 Jul;305(1):36-43.
ที่มาภาพประกอบ
Fox D. The limits of intelligence. Scientific American. 2011 Jul;305(1):36-43. //schools-wikipedia.org/2006/wp/b/Brain.htm //biomedicalengineering.yolasite.com/neurons.php //alexandria.healthlibrary.ca/documents/notes/bom/unit_6/Lec%2024%20Peripheral%20mechanisms.xml Alberts B, Bray D, Lewis J, et al. Molecular Biology of the Cell. 3rd edition. New York: Garland Science; 1994.
Create Date : 10 กรกฎาคม 2554 |
Last Update : 10 กรกฎาคม 2554 13:13:24 น. |
|
3 comments
|
Counter : 10150 Pageviews. |
|
|
|
โดย: 即日出荷 特別割引価格 IP: 192.99.14.34 วันที่: 3 กันยายน 2558 เวลา:17:01:18 น. |
|
|
|
โดย: Carlosinvip IP: 188.166.241.143 วันที่: 20 มิถุนายน 2560 เวลา:14:15:56 น. |
|
|
|
โดย: O IP: 223.24.115.246 วันที่: 22 ตุลาคม 2560 เวลา:15:13:37 น. |
|
|
|
| |
|
มีชีวิตบนดาวอังคารหรือเปล่านะ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[url=//iitin.com]即日出荷 特別割引価格[/url]