Эволюция сложности и возрастное снижение когнитивных функций

Происхождение и эволюция жизни на Земле описывались с точки зрения появления ускоряющихся иерархических порядков сложности. История жизни на Земле и относительно краткая история биологической и культурной эволюции человека очень увлекательны и имеют глубокие последствия для понимания всех аспектов развития на протяжении всей жизни.

Примечательно, все живое состоит из одной или нескольких клеток, и каждая живая клетка произошла от клеток, живших на планете около 3,5 миллиардов лет назад. В увлекательном описании эволюции Петтерссон определяет девять интегративных уровней природных объектов:

• три в физическом диапазоне (т.е. элементарные частицы, атомы, молекулы),
• три в биологическом диапазоне (т.е. промежуточные объекты, обычные клетки и многоклеточные организмы),
• три в социальном ряду (т.е. одноматеринские семьи, многосемейное общество и общество суверенных государств).

Прослеживая временное появление одного интегративного уровня из уровня ниже и используя массовые оценки для отслеживания количественного времени удвоения инновационных объектов, Петтерссон пришел к следующему выводу:

• Эволюция ускорилась. В частности, период времени до появления сущностей высокого интегративного уровня из нижележащего биологического или социального уровня, как правило, сокращался с течением времени.
• Следующие функции культуры показывают ускоренное изменение: количество различных материалов, используемых человеком, количество занятий, связанных с особыми искусствами и технологиями, максимальная скорость транспорта с помощью механических средств, сложность искусственных объектов и степень мастерства и знаний, необходимых для производства, скорость и разнообразие связи, возможности уничтожения и возможности обработки данных.

Возможно, ускорение, наблюдаемое сейчас в культурной эволюции, может еще больше способствовать адаптивному успеху как виду, если сможем справиться с ускоряющимся увеличением сложности, предполагающую культурную эволюцию. В каждой сфере жизни на Земле степень, где возможно управлять сложностью, будет иметь решающее значение для будущего успеха.

Разберем особенности продолжительности жизни и старения, а также рассмотрим исследование, изучающее биологические маркеры сложности.

Особенности истории человеческой жизни на Земле

История человеческой жизни на Земле – история не только возрастающей сложности, но и история роста и старения населения. Как неандертальцы были захвачены волной популяции Homo sapiens, около 100 000 лет назад, население планеты росло, старело и жило дольше. На рубеже девятнадцатого века население земного шара составляло примерно один миллиард человек.

К 1900 году на планете проживало 1,7 миллиарда человек. В 2000 году численность населения превысила 6 миллиардов человек. Ожидается, что к 2050 году более 9 миллиардов человек будут занимать 148 939 100 км² земли. Здесь они будут сотрудничать и соревноваться, чтобы выжить, адаптироваться и процветать.

Человечество испытало беспрецедентный рост численности в основном в результате развития социальной инфраструктуры и культуры – улучшения санитарии и условий жизни, улучшения медицинских знаний и средств, изменений в семейной, социальной, экономической и политической организации.

Что говорит изучение организмов?

Изучение одноклеточных и многоклеточных организмов говорит, что жизнь действует как тонкая энергетическая система, энергия, частично использующаяся для поддержания самой себя, например, посредством питания, роста, выделения, массового движения ее частей и воспроизводства. Внутри каждой живой системы происходит непрекращающаяся строительная работа всех видов. Энергия должна быть получена таким образом, чтобы работа жизни могла поддерживаться. Работа, компенсирующая продолжающуюся и переменную степень распада внутри системы.

Баланс между приростом и потерей энергии во времени можно описать как динамическое равновесие. Живые системы поддерживают жизнь, используя внешние формы энергии. Собирая энергию и используя ее таким образом, чтобы поддерживать себя, живая система может достичь необходимой стабильности и постоянства моделей функциональных отношений, необходимых для адаптации в изменчивой среде.

Другими словами, система может последовательно преследовать различные системные цели, помогающие поддерживать ее жизнь и здоровье. В данном смысле живые системы можно охарактеризовать как самоорганизующиеся, саморегулирующиеся, динамически стабильные системы.

Когнитивная сложность адаптивная во многих аспектах жизни

В контексте достижения системных целей неудивительно, что когнитивная сложность адаптивна во многих аспектах жизни. Как часть широкой эволюционной динамики, когнитивная сложность, подвижный интеллект, скорость обработки информации и исполнительный контроль у Homo sapiens показывают нормативную закономерность увеличения от младенчества к взрослой жизни и последующего снижения в пожилом возрасте.

В частности, возрастные заболевания, такие как слабоумие, сопровождаются снижением когнитивного функционирования, и некоторые исследователи утверждают, что снижение может быть частично объяснено общей потерей сложности со старением и болезнями.

Исследователи были заинтересованы в выявлении потенциальных биологических маркеров сложности, чтобы лучше понять траектории развития продолжительности жизни, и недавно специалисты рассмотрели показатели энтропии ЭЭГ в качестве потенциальных маркеров-кандидатов биологической сложности.

Показатели энтропии ЭЭГ (Электроэнцефалография)

ЭЭГ – метод визуализации мозга, при котором электроды размещаются в определенных точках на коже головы. Электроды позволяют измерять электрическую активность в различных областях мозга. Энтропия сигналов ЭЭГ является показателем характеристик нерегулярности или непредсказуемости таких сигналов. Утверждалось, что наиболее сложные или непредсказуемые биосигналы указывают на адаптируемую, гибкую биологическую систему, являющуюся наиболее здоровой, устойчивой и обладает большими общими возможностями для достижения различных системных целей.

Специалисты провели исследование, где измеряли энтропию ЭЭГ у молодых и пожилых людей с когнитивными нарушениями, показавшими на 1 стандартное отклонение меньше, чем их сверстники того же возраста и уровня образования. Специалисты измерили электрофизиологическую энтропию каждого человека в четырех экспериментальных условиях: с закрытыми глазами (5 минут), с открытыми глазами (5 минут), при изучении списка слов, представленного на экране компьютера, а затем во время теста распознавания памяти.

Показатели энтропии рассчитывались для шести различных областей коры: лобной левой, лобной правой, височной левой, височной правой, теменной левой и теменной правой.

Результаты исследования показали значительное увеличение энтропии от закрытых глаз к глазам, открытым для выполнения задачи, что согласуется с идеей, что показатели энтропии чувствительны к увеличению требований к обработке информации. Также наблюдалась тенденция, согласно которой пожилые люди с ослабленным здоровьем демонстрировали низкую энтропию, чем пожилые люди, в лобной доле, причем разница была самой большой в левом полушарии во время фазы кодирования эксперимента.

Молодые люди показали большую полушарную асимметрию, точнее, высокую энтропию в правом полушарии по сравнению с левым в височной доле. Также показали высокую энтропию в левом полушарии по сравнению с правым в теменной доле. У контрольной группы старшего возраста наблюдалась пограничная разница между обоими полушариями в височной доле в том же направлении, что и у молодых взрослых снова предполагая образец полушарной асимметрии в измерениях энтропии.

Однако у пожилых людей с ослабленными когнитивными способностями не было обнаружено существенных различий между энтропией левого и правого полушарий. Результаты показывают, что снижение когнитивных функций в пожилом возрасте связано не просто с низкими уровнями энтропии в ключевых областях мозга, а скорее с комбинацией как уровня, так и дифференцированного диапазона состояний энтропии по всему мозгу.

Важно понимать механизмы, помогающие объяснить снижение когнитивных функций, связанных с возрастом и болезнью, и связанную потерю адаптивного функционирования. Специалисты считают, что измерения энтропии могут дать уникальное представление о природе снижения когнитивных функций, связанного с возрастом и болезнью. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять динамические связи между биологической сложностью и адаптивным успехом и благополучием на протяжении всей жизни. Понимание факторов, способствующих и поддерживающих сложность и защищающих от снижения когнитивных функций, связанного с возрастом и болезнью, станет важным направлением будущих исследований.

Заключение

Более важный вопрос интересующий многих людей заключается в том, может ли ускорение, наблюдаемое сейчас в культурной эволюции, способствовать глобальному адаптивному успеху, устойчивому здоровью и благополучию растущего пожилого взрослого населения. Надеемся, что к 2050 году возможно увидим не только 9 миллиардов человек, занимающих 148 939 100 км² земли, но и глобальное сообщество, где люди проживут долгую, счастливую и здоровую жизнь. Сообщество, где люди все больше поддерживают друг друга и работают совместно, чтобы способствовать дальнейшему выживанию, адаптации и процветанию.

В результате развития социальной инфраструктуры и культуры произошло беспрецедентное увеличение численности людей, но следующая фаза культурной эволюции, несомненно, должна включать значительные и сбалансированные инвестиции в развитие жизни, а также в здоровье и благополучие растущего пожилого взрослого населения.