Trí tuệ loài người tiến hóa ra sao? Các nhà nhân chủng học đã nghiên cứu trong nhiều thập kỷ để tìm câu trả lời thông qua các công cụ lao động tìm thấy trong các cuộc khai quật khảo cổ, qua các bằng chứng cho thấy tổ tiên chúng ta đã sử dụng lửa ra sao và cả những biến đổi về kích thước bộ não của các hộp sọ hóa thạch.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu ở Viện Nghiên cứu tiến hóa thuộc Trường đại học Witwatersrand, Nam Phi, có một cách khác để đánh giá trí thông minh của người tiền sử, tổ tiên loài người ngày nay.
Khi nghiên cứu các hộp sọ hóa thạch, họ còn tìm hiểu xem bộ não của tông người cổ đại cần có bao nhiêu lưu lượng máu, bao nhiêu năng lượng để hoạt động, từ đó họ tính toán được người cổ đại đã suy nghĩ nhiều ít ra sao.
Kết quả cho thấy tốc độ lưu lượng máu lên não có thể là chỉ số chính xác hơn so với kích thước bộ não để đánh giá khả năng nhận thức.
Bộ não là một siêu máy tính
Các nhà nghiên cứu thường đánh giá rằng kích thước bộ não của người cổ đại càng lớn thì người đó càng thông minh.
Cách đánh giá này không phải là không có căn cứ. Đối với bộ linh trưởng, số lượng tế bào thần kinh trong não là yếu tố chính quyết định kích thước bộ não. Các nghiên cứu khác ở thú có vú cho thấy tốc độ trao đổi chất của bộ não, tức là bộ não cần bao nhiêu năng lượng để hoạt động, gần như tỉ lệ thuận với kích thước bộ não.
Quá trình xử lý thông tin trong não cần có sự tham gia của các tế bào thần kinh (nơ-ron) và sự kết nối giữa các tế bào đó (synapse hay thần kinh giao). Thần kinh giao là các điểm, nơi diễn ra quá trình xử lý thông tin, giống như các công tắc transitor của một chiếc máy tính.
Bộ não người chứa hơn 80 tỉ nơ-ron và gần 1 triệu tỉ thần kinh giao. Mặc dù chỉ chiếm khoảng 2% trọng lượng cơ thể nhưng bộ não sử dụng khoảng 20% năng lượng của một người đang ở trạng thái nghỉ ngơi.
Khoảng 70% năng lượng mà bộ não sử dụng là để cho các thần kinh giao sản xuất các hóa chất thần kinh để vận chuyển thông tin giữa các nơ-ron.
Để hiểu được bộ não của tổ tiên chúng ta sử dụng bao nhiêu năng lượng, các nhà nghiên cứu tập trung vào tốc độ lưu lượng máu lên não. Vì máu cung cấp ô xy thiết yếu cho não nên lưu lượng máu có quan hệ mật thiết với việc các thần kinh giao sử dụng bao nhiêu năng lượng.
Bộ não người cần khoảng 10 ml máu mỗi giây. Khi một người chuyển từ trạng thái ngủ sang trạng thái thức giấc, bắt đầu hoạt động, tập thể dục thể thao, hay giải những bài toán khó thì tốc độ luân chuyển máu có thay đổi một chút nhưng một chút này cũng cực kì quan trọng.
Như vậy, chúng ta có thể coi bộ não là một siêu máy tính sử dụng rất nhiều năng lượng. Công suất chiếc máy tính càng lớn thì nó càng cần nhiều năng lượng để hoạt động, và nó càng cần đến những sợi dây điện to hơn. Bộ não cũng tương tự như vậy: chức năng nhận thức càng lớn thì tốc độ trao đổi chất càng cao, lưu lượng máu càng lớn và càng cần có các động mạch lớn hơn để cung cấp được nhiều máu hơn.
Đo kích thước động mạch của các hộp sọ
Lưu lượng máu cần cho phần nhận thức của bộ não, tức là phần đại não, đi qua hai động mạch cảnh trong. Kích thước của hai động mạch này liên quan đến tốc độ lưu lượng máu đi qua.
Giống như một chiếc máy bơm có đường ống to hơn để cung cấp lưu lượng nước lớn hơn cho một tòa nhà lớn hơn, hệ thống tuần hoàn điều chỉnh kích thước các mạch máu để phù hợp với tốc độ lưu lượng máu đi qua mạch máu. Tốc độ lưu lượng lại liên quan đến lượng ô xy mà các bộ phận trong cơ thể cần.
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu thiết lập mối quan hệ giữa tốc độ lưu lượng máu và kích thước mạch máu của 50 nghiên cứu có sử dụng chụp siêu âm và chụp cộng hưởng từ các loài thú có vú. Họ có thể biết được kích thước của các động mạch cảnh trong bằng cách đo kích thước các lỗ của đáy sọ.
Các hộp sọ giải mã trí thông minh (theo chiều kim đồng hồ từ trái sang phải: người vượn phương Nam, đười ươi, khỉ đột, tinh tinh)
Tiếp theo, họ đo các lỗ này ở hộp sọ của 96 con vượn họ người, bao gồm tinh tinh, đười ươi, khỉ đột và so sánh với hộp sọ của 11 con khác thuộc chi người vượn phương Nam sống cách đây khoảng 3 triệu năm.
Bộ não của tinh tinh và đười ươi có lưu lượng máu khoảng 350 ml, còn khỉ đột và người vượn phương Nam có lưu lượng lớn hơn một chút, khoảng 500 ml. Theo lẽ thường thì người vượn phương Nam ít nhất cũng phải thông minh như hai loài kia.
Tuy nhiên, nghiên cứu mới này lại cho thấy bộ não của người vượn phương Nam chỉ có lưu lượng máu bằng 2/3 so với tinh tinh và đười ươi và ½ so với khỉ đột.
Từ trước đến nay, các nhà nhân chủng học thường xếp hạng trí thông minh của người vượn phương Nam ở giữa vượn và người, nhưng nghiên cứu mới này không đồng tình như vậy.
Ở người và nhiều loài linh trưởng còn sống khác, tốc độ lưu lượng máu trong động mạch cảnh tỉ lệ thuận trực tiếp với kích thước bộ não, tức là nếu kích thước bộ não lớn gấp đôi thì tốc độ lưu lượng máu cũng gấp đôi.
Đây là một bất ngờ, bởi vì tốc độ chuyển hóa của hầu hết các bộ phận có kích thước nhỏ lại tăng chậm hơn. Ở thú có vú, kích thước một bộ phận to gấp đôi thường cũng chỉ tăng tốc độ chuyển hóa lên khoảng 1,7 lần.
Điều đó cho thấy cường độ trao đổi chất của bộ não của loài linh trưởng (tức là năng lượng mà mỗi gam của bộ não tiêu thụ trong 1 giây) tăng nhanh hơn chúng ta vẫn nghĩ khi mà kích thước bộ não tăng lên. Đối với họ người, sự tăng trưởng này còn nhanh hơn ở các loài linh trưởng khác.
Từ vượn đất đến người có khoảng thời gian tiến hóa 4,4 triệu năm, bộ não to lên gấp gần 5 lần nhưng tốc độ lưu lượng máu tăng lên hơn 9 lần. Điều này cho thấy mỗi gam của bộ não đã sử dụng gần gấp đôi năng lượng, hiển nhiên là do hoạt động thần kinh giao lớn hơn và xử lý thông tin nhiều hơn.
Các động mạch đưa máu lên não qua các lỗ nhỏ của đáy sọ. Lỗ to hơn nghĩa là động mạch lớn hơn và não được cung cấp nhiều máu hơn.
Tốc độ lưu lượng máu lên não cũng đã tăng lên theo thời gian ở tất cả các loài linh trưởng, nhưng ở loài người thì tốc độ này tăng nhanh hơn nhiều. Sự tăng tốc này đi cùng với sự phát triển của các công cụ lao động, việc sử dụng lửa và tất nhiên là cả sự giao tiếp giữa các nhóm người với nhau.
* Mời quý độc giả theo dõi các chương trình đã phát sóng của Đài Truyền hình Việt Nam trên TV Online!