En termodynamisk gräns för hjärnstorlek

Under de senaste åren har chiptillverkarna kommit fram till att kapplöpningen att producera allt snabbare kretsar är ett dumspel. När klockhastigheten ökar blir mängden energi som går förlorad när värmen blir för stor för att försvinna effektivt och i alla fall är avfallet oförsvarligt.

Det väcker några intressanta frågor om den mänskliga hjärnan, säger Jan Karbowski vid Sloan-Swartz Center for Theoretical Neurobiology vid California Institute of Technology. Karbowski påpekar att problemet med värmeöverföring kan vara en allvarlig faktor som formar hjärnans utveckling och har därför påbörjat ett program för att bestämma förhållandet mellan hjärnans temperatur, dess storlek, genererad hjärnkraft och neural aktivitet.

Frågan som Karbowski tänker på är om det finns någon termodynamisk gräns för hjärnstorlek. Och i så fall, närmar sig 5 kg, som Karbowski säger är massan av den största däggdjurshjärnan, den gränsen?

Karbowski påpekar att hjärnkylning inte är ett klassiskt problem av yta till volym. Istället är hjärnkylning mer jämförbar med den i en förbränningsvärmemotor där en flytande kylvätska tar bort värme.

I hjärnan spelas kylvätskans roll av hjärnblodet, men bara i det djupa området eftersom där har blod en något lägre temperatur än hjärnvävnaden, säger Karbowski.

Men i områdena närmare ytan är det tvärtom: hjärnvävnaden är kallare än hjärnblodet som värmer hjärnan.

Detta innebär att termodynamiken i värmebalansen inte begränsar hjärnans storlek. Och det tyder i sin tur på att hjärnor kan vara tyngre än 5 kg, säger Karbowski.

(Och naturligtvis blir de större än så här. Kaskelotens hjärna kan väga 9 kilo).

Det lämnar gott om växtutrymme för människor som har hjärnor på bara 1,5 kilo i genomsnitt.

Ref: http:// arxiv.org/abs/0905.3690 : Termodynamiska begränsningar för neurala dimensioner, avfyringshastigheter, hjärntemperatur och storlek

Dölj