Hur utvecklades mänsklig intelligens? Antropologer har studerat denna fråga i årtionden genom att titta på verktyg som finns i arkeologiska utgrävningar, bevis på användning av eld och så vidare, och förändringar i hjärnstorlek mätt från fossila skallar.

Dock, arbeta med kollegor vid Evolutionary Studies Institute vid University of the Witwatersrand i Sydafrika, vi har hittat ett nytt sätt att uppskatta våra förfäders intelligens.

Genom att studera fossila skallar, vi bestämde hur mycket blod – och hur mycket energi – hjärnorna hos forntida homininer som krävdes för att fortsätta köra. Denna energianvändning ger oss ett mått på hur mycket de tänkte.

Vi fann att blodflödet till hjärnan kan vara en bättre indikation på kognitiv förmåga än enbart hjärnstorlek.

Hjärnan som en superdator

Forskare har ofta antagit ökningar av intelligens hos mänskliga förfäder (homininer) inträffade när hjärnorna växte sig större.

Detta är inte ett orimligt antagande; för levande primater, antalet nervceller i hjärnan är nästan proportionell mot hjärnans volym. Andra studier av däggdjur i allmänhet indikerar att hjärnans ämnesomsättning - hur mycket energi den behöver för att köra - är nästan proportionell mot dess storlek.

Informationsbehandling i hjärnan involverar nervceller (neuroner) och kopplingarna mellan dem (synapser). Synapserna är platserna för informationsbearbetning, ungefär som transistoromkopplarna på en dator.

Den mänskliga hjärnan innehåller mer än 80 miljarder neuroner och upp till 1, 000 biljoner synapser. Även om det bara upptar 2% av kroppen, hjärnan använder cirka 20 % av energin hos en vilande person.

Cirka 70 % av den energin används av synapserna för att producera neurokemikalier som överför information mellan neuroner.

För att förstå hur mycket energi våra förfäders hjärnor använde, vi fokuserade på blodflödet till hjärnan. Eftersom blod levererar viktigt syre till hjärnan, det är nära relaterat till synaptisk energianvändning.

Den mänskliga hjärnan kräver cirka 10 ml blod varje sekund. Detta förändras anmärkningsvärt lite, om en person är vaken, sovande, träna eller lösa knepiga matteproblem.

I detta avseende vi kan se hjärnan som en ganska energidyr superdator. Ju större en dators kapacitet, desto mer ström behöver den för att hålla igång — och desto större måste dess elkablar vara. Det är samma sak med hjärnan:ju högre kognitiva funktioner, ju högre ämnesomsättning, ju större blodflöde och desto större artärer som försörjer blodet.

Mätning av artärstorlek från skallar

Blodflödet till den kognitiva delen av hjärnan, storhjärnan, kommer genom två inre halspulsåder. Storleken på dessa artärer är relaterad till hastigheten på blodflödet genom dem.

Precis som en rörmokare skulle installera större vattenrör för att tillgodose en högre flödeshastighet till en större byggnad, cirkulationssystemet justerar storleken på blodkärlen för att matcha hastigheten på blodflödet i dem. Flödeshastigheten är i sin tur relaterad till hur mycket syre ett organ kräver.

Vi etablerade initialt sambandet mellan blodflödeshastighet och artärstorlek från 50 studier som involverade ultraljud eller magnetisk resonanstomografi av däggdjur. Storleken på de inre halspulsådrorna kan hittas genom att mäta storleken på hålen som tillåter dem genom basen av skallen.

Nästa, vi mätte dessa hål i skallarna på 96 moderna människoapor, inklusive schimpanser, orangutanger, gorillor. Vi jämförde skallarna med 11 från Australopithecus homininer som levde för cirka 3 miljoner år sedan.

Schimpans- och orangutanghjärnor är cirka 350 ml i volym, medan gorilla och Australopithecus är lite större vid 500 ml. Konventionell visdom antyder att Australopithecus bör vara minst lika intelligent som de andra.

Dock, vår studie visade att en Australopithecus-hjärna bara hade två tredjedelar av blodflödet från en schimpans eller orangutang, och halva flödet av en gorilla.

Antropologer har ofta placerat Australopithecus mellan apor och människor när det gäller intelligens, men vi tror att detta troligen är fel.

Den unika banan för mänsklig hjärnans evolution

Hos människor och många andra levande primater, hastigheten för blodflödet i halspulsådern verkar vara direkt proportionell mot hjärnans storlek. Det betyder att om hjärnans storlek fördubblas, hastigheten på blodflödet fördubblas också.

Detta är oväntat eftersom metabolismen i de flesta organ ökar långsammare med organstorleken. Hos däggdjur, en fördubbling av storleken på ett organ ökar normalt dess ämnesomsättning endast med en faktor på cirka 1,7.

Detta tyder på att den metaboliska intensiteten hos primats hjärnor - mängden energi som varje gram hjärnmaterial förbrukar varje sekund - ökade snabbare än förväntat när hjärnans storlek ökade. För homininer, tillväxten var ännu snabbare än hos andra primater.

Mellan den 4,4 miljoner år gamla Ardipithecus och Homo sapiens, hjärnorna blev nästan fem gånger större, men blodflödet blev mer än nio gånger större. Detta indikerar att varje gram hjärnmaterial använde nästan dubbelt så mycket energi, uppenbarligen på grund av större synaptisk aktivitet och informationsbehandling.

Hastigheten av blodflödet till hjärnan verkar ha ökat med tiden i alla primatlinjer. Men i homininlinjen, den ökade mycket snabbare än hos andra primater. Denna acceleration gick sida vid sida med utvecklingen av verktyg, användandet av eld och utan tvekan kommunikation inom små grupper.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.