211service.com
Een thermodynamische limiet op hersengrootte
De afgelopen jaren hebben chipmakers geconcludeerd dat de race om steeds snellere circuits te produceren een dwaasheid is. Naarmate de kloksnelheid toeneemt, wordt de hoeveelheid energie die verloren gaat als warmte te groot wordt om efficiënt af te voeren en in ieder geval is de verspilling niet te rechtvaardigen.
Dat roept een aantal interessante vragen op over het menselijk brein, zegt Jan Karbowski van het Sloan-Swartz Center for Theoretical Neurobiology van het California Institute of Technology. Karbowski wijst erop dat het probleem van warmteoverdracht een serieuze factor zou kunnen zijn die de hersenevolutie vormgeeft en is daarom begonnen aan een programma om de relatie tussen hersentemperatuur, de grootte, gegenereerde hersenkracht en neurale activiteit te bepalen.
De vraag die Karbowski bezighoudt, is of er een thermodynamische limiet is voor de hersengrootte. En zo ja, komt 5 kg, waarvan Karbowski zegt dat het de massa is van het grootste zoogdierbrein, in de buurt van die limiet?
Karbowski wijst erop dat hersenkoeling geen klassiek probleem is van oppervlakte tot volume. In plaats daarvan is hersenkoeling meer vergelijkbaar met die in een verbrandingswarmtemotor waarbij een vloeibaar koelmiddel warmte afvoert.
In de hersenen wordt de rol van de koelvloeistof gespeeld door het hersenbloed, maar alleen in de diepe regio omdat daar bloed een iets lagere temperatuur heeft dan het hersenweefsel, zegt Karbowski.
Maar in de gebieden dichter bij het oppervlak is het andersom: hersenweefsel is kouder dan het hersenbloed dat de hersenen verwarmt.
Dit houdt in dat de thermodynamica van de warmtebalans de hersengrootte niet beperkt. En dit suggereert op zijn beurt dat hersenen zwaarder kunnen zijn dan 5 kg, zegt Karbowski.
(En natuurlijk worden ze ook groter. Het brein van de potvis kan wel 9 kilogram zijn).
Dat laat voldoende groeiruimte over voor mensen die gemiddeld maar 1,5 kilogram hersenen hebben.
Referentie: http:// arxiv.org/abs/0905.3690 : Thermodynamische beperkingen op neurale afmetingen, vuursnelheden, hersentemperatuur en -grootte