สมองใหญ่ซีกขวาปกติจะใหญ่กว่าซีกซ้าย สมองน้อยทั้งสองซีกปกติจะเท่ากันมากกว่าสมองมนุษย์ผู้ใหญ่หนักโดยเฉลี่ยราว 1.5 กก.[3]ในชาย น้ำหนักเฉลี่ยอยู่ที่ 1,370 ก. เทียบกับหญิงที่ 1,200 ก.[4]ปริมาตรอยู่ที่ราว ๆ 1,260 ซม3 ในชายและ 1,130 ซม3 ในหญิงแม้จะต่างกันมากในระหว่างบุคคล[5]

วิวัฒนาการ

เริ่มจากไพรเมตยุคต้น ๆ แล้วต่อมาเป็นสัตว์สายพันธุ์มนุษย์ที่เรียกว่า โฮมินิด จนมาเป็นมนุษย์ปัจจุบันคือ Homo sapiens สมองก็ได้โตเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ ในลำดับวิวัฒนาการ ปริมาตรสมองมนุษย์ได้เพิ่มขึ้นเริ่มตั้งแต่ 600 ซม3 ใน Homo habilis จนถึง 1,600 ซม3 ใน Homo neanderthalensis ซึ่งเป็นโฮมินิดที่มีสมองขนาดใหญ่สุด[6]แต่ก็ไม่ได้ขยายขนาดเกินกว่านั้นต่อจากนั้น ขนาดสมองโดยเฉลี่ยได้ลดลงใน 28,000 ปีที่ผ่านมา[7]คือความจุของกะโหลกศีรษะได้ลดลงจากราว ๆ 1,550 ซม3 เหลือราว ๆ 1,440 ซม3 ในชายในขณะที่ลดลงจาก 1,500 ซม3 เหลือราว ๆ 1,240 ซม3 ในหญิง[8]ส่วนงานวิจัยในทหารสหรัฐ 6,235 คนได้พบความจุกะโหลกของชายราว ๆ เช่นกัน แต่พบของหญิงที่ราว ๆ 1,330 ซม3 ซึ่งใหญ่กว่า[9]

มีงานวิจัยต่าง ๆ ที่สัมพันธ์ขนาดสมองกับยีน เช่น ยีน ASPM ที่ถ้ากลายพันธุ์จะมีผลเป็นโรคพัฒนาการทางประสาท คือ microcephaly ที่มีผลต่อปริมาตรสมอง[10]

ความแตกต่างทางชีวภูมิศาสตร์

งานศึกษาจำนวนหนึ่งได้พบว่า ขนาดสมองและสัณฐานของกะโหลกศีรษะมนุษย์มีสหสัมพันธ์กับบรรพบุรุษตามภูมิภาค[12][13]ความต่าง ๆ ของความจุกะโหลกเชื่อว่า มีเหตุจากการปรับตัวให้เข้ากับภูมิอากาศซึ่งคัดเลือกศีรษะที่ใหญ่กลมในอากาศอันหนาวกว่าเพราะสงวนความร้อนได้ดีกว่า และคัดเลือกศีรษะที่เรียวกว่าในเขตอากาศร้อนใกล้กับเส้นศูนย์สูตร (ตาม Bergmann's rule และ Allen's rule)[14]

งานศึกษาใหญ่สุดเท่าที่เคยทำในเรื่องความต่าง ๆ ของขนาดสมองตามเขตภูมิภาคเป็นงานในปี 1984ซึ่งพบว่า ขนาดสมองมนุษย์ต่างกันไปตามละติจูดที่บรรพบุรุษอาศัยอยู่[12]งานศึกษาอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างละติจูดกับขนาดกะโหลกศีรษะว่าเป็นตัวอย่างของ Bergmann's rule คือ กะโหลกจะกลมกว่าในอากาศหนาวเพราะมวลจะเพิ่มขึ้นได้มากกว่าเทียบกับพื้นที่ผิว ซึ่งสงวนอุณหภูมิแกนในร่างกาย นี่มีผลโดยไม่ขึ้นกับเชื้อชาติ

เพศ

ปริมาตรสมองผู้ใหญ่สำหรับบุคคลอายุและเพศต่าง ๆ คล้ายกันโดยพื้นฐาน้นมี

พัฒนาการของโครงสร้างต่าง ๆ ในสมองของเด็กจะต่างกันในทั้งระหว่างบุคคลและระหว่างเพศ[15]สมองทารกมนุษย์เมื่อคลอดมีปริมาตร 369 ซม3 โดยเฉลี่ย และเพิ่มในปีแรกไปถึงราว ๆ 961 ซม3 หลังจากนั้นอัตราการเพิ่มจะลดลงปริมาตรสมองจะมากสุดเมื่อถึงอายุ 40 ปี หลังจากนั้นจะเริ่มลดลงที่อัตรา 5% ต่อทศวรรษ โดยเร่งลดเร็วขึ้นเมื่อถึงอายุราว ๆ 70 ปี[16]

น้ำหนักสมองผู้ใหญ่ชายโดยเฉลี่ยอยู่ที่ 1,345 ก. เทียบกับหญิงที่ 1,222 ก.[17]ผู้ชายมีปริมาตรของสมองทั้งหมด ของสมองน้อย และกลีบสมองโดยเฉลี่ยมากกว่า ยกเว้นน่าจะสมองกลีบข้างซีกซ้าย[18]

เขตสมองโดยเฉพาะ ๆ ก็ยังมีขนาดต่างกันระหว่างเพศงานศึกษาทั่วไปมักบ่งว่า ชายมีอะมิกดะลาและไฮโปทาลามัสที่ใหญ่กว่า หญิงมี caudate nucleus และฮิปโปแคมปัสที่ใหญ่กว่าเมื่อตรวจดูกับความแปรปรวนร่วมเกี่ยวเทียบกับปริมาตรในกะโหลกศีรษะ ความสูง และน้ำหนัก งานศึกษาปี 2007 พบว่า หญิงมีสัดส่วนเนื้อเทาที่สูงกว่า เทียบกับชายผู้มีสัดส่วนเนื้อขาวและน้ำหล่อสมองไขสันหลังที่สูงกว่าแต่ก็มีความแตกต่างระหว่างบุคคลสูงมากในงานศึกษาต่าง ๆ[1]ส่วนงานศึกษาปี 2011 กลับไม่พบความแตกต่างระหว่างเพศที่มีนัยสำคัญทางสถิติสำหรับสัดส่วนเนื้อเทาสำหรับคนอายุต่าง ๆ ซึ่งจัดกลุ่มเป็นทศวรรษ ๆ ยกเว้นคนอายุในทศวรรษที่ 3 และ 6 โดยมีตัวอย่างหญิง 758 คนและชาย 702 คนอายุระหว่าง 20-69 ปี[19]ผู้ชายอายุระหว่าง 20-29 ปี (ทศวรรษที่ 3) โดยเฉลี่ยมีอัตราเนื้อเทาสูงกว่าหญิงอายุรุ่นเดียวกันเทียบกับกลุ่มทศวรรษที่ 6 ซึ่งหญิงโดยเฉลี่ยมีอัตราเนื้อเทาสูงกว่าอย่างสำคัญ แม้จะไม่พบความแตกต่างในกลุ่มทศวรรษที่ 7

ปริมาตรสมองและเนื้อเทาจะถึงจุดสูงสุดในระหว่างอายุ 10-20 ปี (ในหญิงก่อนกว่าชาย) เทียบกับปริมาตรเนื้อขาวและโพรงสมองที่ยังเพิ่มอยู่รูปแบบทั่วไปเป็นการเพิ่มขนาดในช่วงวัยเด็กที่ถึงจุดสูงสุดแล้วตามด้วยการลดขนาดในช่วงวัยรุ่น (เช่น เพราะ synaptic pruning)ปริมาตรสมองโดยเฉลี่ยในเด็กชายจะใหญ่กว่าเด็กหญิงประมาณ 10% โดยสมกับที่พบในผู้ใหญ่แต่ก็ไม่ควรตีความว่ามีผลให้ทำอะไรได้ดีกว่าหรือแย่กว่าเพราะค่าวัดคร่าว ๆ ของโครงสร้างต่าง ๆ อาจไม่สะท้อนถึงปัจจัยที่ให้ทำกิจได้อย่างแตกต่าง ปัจจัยเช่นการเชื่อมต่อกันระหว่างเซลล์ประสาทและความหนาแน่นของหน่วยรับ (receptor) อนึ่ง กลุ่มเด็กโดยเฉพาะ ๆ ก็ยังมีความแตกต่างของขนาดสมองสูง เช่น เด็กอายุเดียวกันอาจมีปริมาตรสมองโดยรวมต่างกันถึง 50%[20]เด็กหญิงโดยเฉลี่ยมีปริมาตรฮิปโปแคมปัสที่ใหญ่กว่า และเด็กชายมีอะมิกดะลาที่ใหญ่กว่า[1]

โครงสร้างสมองก็เปลี่ยนแปลงไปแบบพลวัตตลอดวัยผู้ใหญ่และวัยชรา โดยแตกต่างอย่างสำคัญในระหว่างบุคคลในทศวรรษหลัง ๆ ชายเสียปริมาตรสมองทั้งหมด ปริมาตรสมองกลีบหน้า และสมองกลีบขมับมากกว่า เทียบกับหญิงที่เสียฮิปโปแคมปัสและสมองกลีบข้างมากกว่า[1]ชายเสียปริมาตรของเนื้อเทาทั้งหมดมากกว่า แม้จะต่าง ๆ กันตามเขตในทั้งสองเพศ โดยบางเขตไม่ปรากฏว่าเสื่อมไปเลยเนื้อขาวโดยทั้งหมดไม่ปรากฏว่าลดลงตามอายุ แม้จะมีความต่างกันในเขตสมองต่าง ๆ[21]

ปัจจัยทางยีน

งานศึกษาในแฝดเหมือนได้แสดงความสืบทอดได้ทางยีนของขนาดสมองทั่วไปในผู้ใหญ่โดยเป็นค่าระหว่าง 66-97%แต่ก็ต่าง ๆ กันแล้วแต่บริเวณสมอง โดยมีค่าสูงสำหรับขนาดสมองกลีบหน้า (90-95%) ค่าปานกลางสำหรับฮิปโปแคมปัส (40-69%) และปัจจัยทางสิ่งแวดล้อมจะมีอิทธิพลต่อบริเวณสมองด้านใน (medial) ส่วนต่าง ๆ อนึ่ง ปริมาตรของโพรงสมองข้างโดยหลักอธิบายได้ด้วยปัจจัยทางสิ่งแวดล้อม ซึ่งแสดงนัยว่า ปัจจัยเช่นนี้ก็มีผลต่อเนื้อสมองรอบ ๆ ด้วยยีนอาจมีผลให้โครงสร้างสมองสัมพันธ์กับหน้าที่ทางประชาน หรือหน้าที่ทางประชานอาจมีอิทธิพลต่อโครงสร้างสมองในชั่วชีวิตมีการระบุหรือเสนอยีนที่อาจมีบทบาท แต่ก็ยังต้องรอการทำซ้ำผลงานวิจัย[22][23]

เชาวน์ปัญญา

งานศึกษาได้แสดงสหสัมพันธ์ระหว่างขนาดสมองกับเชาวน์ปัญญา คือสมองที่ใหญ่กว่าเป็นตัวพยากรณ์ว่าจะฉลาดกว่าแต่ก็ไม่ชัดเจนว่า ชี้ความเป็นเหตุหรือไม่[24]

งานศึกษาทาง MRI ส่วนใหญ่รายงานว่ามีค่าสหสัมพันธ์พอสมควรคือ 0.3-0.4 ระหว่างปริมาตรสมองกับเชาวน์ปัญญา[25][26]ความสัมพันธ์ที่สม่ำเสมอสุดพบที่สมองกลีบหน้า กลีบขมับ กลีบข้าง ฮิปโปแคมปัส และสมองน้อย แต่ก็อธิบายความแปรปรวนของระดับเชาวน์ปัญญา (IQ) ได้ค่อนข้างน้อย ซึ่งแสดงนัยว่า แม้ขนาดสมองอาจสัมพันธ์กับเชาวน์ปัญญา แต่ปัจจัยอื่น ๆ ก็อาจมีส่วน[26][27]อนึ่ง ขนาดสมองยังไม่สัมพันธ์อย่างมีกำลังกับค่าวัดประสิทธิภาพทางประชานอื่น ๆ แม้ที่เฉพาะเจาะจงกว่า[2]ในชาย ระดับเชาวน์ปัญญาสัมพันธ์กับปริมาตรเนื้อเทาในสมองกลีบหน้าและกลีบข้างมากกว่า เป็นส่วนที่คร่าว ๆ มีหน้าที่รวบรวมข้อมูลประสาทสัมผัสและควบคุมการใส่ใจ เทียบกับหญิงที่สัมพันธ์กับสมองกลีบหน้าและบริเวณโบรคา (Broca's area) ซึ่งมีหน้าที่ทางภาษา[1]งานวิจัยที่วัดปริมาตรสมอง, ค่าศักย์ไฟฟ้าแบบ P300 auditory evoked potentials และระดับเชาวน์ปัญญาแสดงข้อมูลที่ขัดแย้งกัน คือทั้งปริมาตรสมองและความเร็วการเกิดค่า P300 มีสหสัมพันธ์กับลักษณะทางเชาวน์ปัญญาต่าง ๆ ที่วัด แต่ทั้งสองกลับไม่มีสหสัมพันธ์กับกันและกัน[28][29]

หลักฐานยังไม่ตรงกันว่า ความแตกต่างของขนาดสมองสามารถพยากรณ์ระดับเชาวน์ปัญญาระหว่างพี่น้องได้หรือไม่ งานบางงานพบสหสัมพันธ์ระดับพอสมควร แต่งานอื่น ๆ ก็ไม่พบ[24]งานทบทวนวรรณกรรมปี 2012 ชี้ว่า ขนาดสมองคร่าว ๆ ไม่น่าจะเป็นวิธีการวัดระดับเชาวน์ปัญญาที่ดี เช่น ขนาดสมองก็ต่างกันระหว่างหญิงกับชายโดยไม่ปรากฏความต่างของระดับเชาวน์ปัญญา[30]

โครงสร้างสมองของผู้ใหญ่ยังเปลี่ยนไปเมื่อเรียนรู้ทักษะทางประชานหรือทางการเคลื่อนไหวใหม่ ๆ ด้วย[31]คือ สภาพพลาสติกของระบบประสาท (neuroplasticity) เป็นการเพิ่มปริมาตรเนื้อเทา ได้พบในผู้ใหญ่หลังจากฝึกทักษะทางตา-การเคลื่อนไหวโดยการเปลี่ยนแปลงทางคุณภาพ (เช่น เรียนรู้ทักษะใหม่ ๆ) ปรากฏกว่าสำคัญต่อการเปลี่ยนแปลงของโครงสร้างสมองยิ่งกว่าการฝึกเพื่อปรับปรุงทักษะที่มีอยู่แล้วความเปลี่ยนแปลงที่เกิดพบว่าจะคงยืนอย่างน้อย 3 เดือนโดยไม่ต้องฝึกอย่างต่อเนื่องตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงที่มีผลอื่น ๆ รวมการเรียนรู้เสียงคำพูดใหม่ ๆ ดนตรี ทักษะในการหาหนทาง และเรียนรู้คำเขียนที่สะท้อนจากกระจก[32][33]