Evoluzione del cervello del primate: la dimensione è solo l’inizio

Dalla materia bianca prefrontale alle scanalature superficiali ondulate, il nostro cervello si distingue.

Fonte: Deutsch / Pixabay

Nell’ultimo post, abbiamo lasciato con la consapevolezza che il cervello umano cresce più a lungo nell’età adulta rispetto ai cervelli degli scimpanzè. Ma perché dovrebbe importare? Risulta che il tempo consente un maggiore sviluppo di strutture e tessuti che possono essere alla base dei nostri tratti unicamente umani.

Iniziamo con la corteccia prefrontale.

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La nostra corteccia prefrontale è la regione del nostro cervello situata proprio dietro la nostra fronte, coinvolta in funzioni cognitive di ordine superiore, incluso ma non limitato a decisioni, pianificazione, abilità motorie e pensiero astratto.

Phineas Gage: un case study sui traumi cerebrali

Forse hai conosciuto la corteccia prefrontale attraverso la storia di Phineas Gage, un caposquadra della ferrovia che, nel 1848, aveva un ferro da stiro, una lunga verga che stava usando per riempire la polvere esplosiva in un buco, lungo pochi metri e circa un pollice di diametro – penetrano attraverso la sua guancia sinistra e fuori attraverso il suo cranio, lacerando attraverso la sua corteccia prefrontale.

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Gage era accecato nell’occhio sinistro, ma sopravvisse. La sua personalità, tuttavia, è cambiata radicalmente. Coloro che lo conoscevano riportarono un cambiamento quasi immediato nella sua stabilità emotiva. Cominciò a mostrare una mancanza di autocoscienza, urlando parolacce e guidando quelli che lo conoscevano. Non era più affidabile al lavoro e non poteva più tenere un lavoro. È deceduto per un attacco epilettico a 11 anni dall’incidente, all’età di 36 anni, dopo aver subito una serie di strani lavori sia all’interno che all’esterno degli Stati Uniti.

Questo evento, sebbene sfortunato, diede una sbirciatina sull’importanza delle diverse regioni del cervello e fornì il supporto alla teoria (all’epoca, controversa) che diverse regioni del cervello servivano a funzioni diverse.

La corteccia prefrontale sempre intrigante

Per anni, l’importanza alla base della corteccia prefrontale nei comportamenti umani rispetto a primati non umani è stata una questione di discussione. Nel 2002, i ricercatori dell’Università della California di San Diego hanno utilizzato scansioni a risonanza magnetica (MRI) di umani, scimmie e scimmie per esaminare le differenze nel volume della corteccia frontale e le differenze anatomiche. Scoprirono che le scimmie minori, come i gibboni e le scimmie avevano una corteccia frontale più piccola degli umani, ma che, come gli umani, le grandi scimmie mostravano un ingrandimento della corteccia frontale.

Quindici anni dopo, un gruppo separato di ricercatori ha esaminato la crescita della corteccia prefrontale attraverso diverse specie di primati e ha scoperto che le cortecce prefrontali di grandi scimmie e umani non seguivano un modello di crescita allometrica standard – c’era un cambiamento nella tempistica e nel grado della corteccia prefrontale crescita che non si è allineata con ciò che era stato visto in altri primati. Quando un organismo si allontana da un modello di crescita allometrica comune, può essere un indicatore del cambiamento genetico evolutivo. In questo caso, ha suggerito che i cambiamenti genetici con conseguente funzione cognitiva di ordine superiore emergessero da qualche parte circa 15 milioni di anni fa, all’inizio della stirpe delle grandi scimmie.

Quindi, se il grado di espansione della corteccia prefrontale non è straordinariamente differente, cosa potrebbe essere alla base della variabilità cognitiva tra gli umani e le scimmie? La risposta potrebbe (in parte) trovarsi nei volumi di materia grigia e bianca.

I cervelli vertebrati contengono sia materia grigia che bianca. Recentemente, un gruppo di ricercatori ha riferito che la quantità totale di materia grigia e bianca era sproporzionatamente più grande nella corteccia prefrontale degli umani rispetto ai primati non umani. Ma cosa potrebbe significare per la cognizione umana? Abilità sociali?

Fonte: Colin Behrens / Pixabay

La materia grigia è composta da reti di neuroni locali che includono dendriti (rami di cellule nervose che trasmettono segnali al corpo cellulare) e assoni non mielinizzati. L’aumento della sostanza grigia nelle regioni della corteccia prefrontale si è dimostrato correlato positivamente con l’autocontrollo, un tratto un po ‘specifico per l’uomo.

La sostanza bianca è costituita principalmente da assoni mielinici a lungo raggio (assoni coperti da una guaina mielinica protettiva) e ha un aspetto biancastro a causa dell’alto contenuto lipidico di mielina. La materia bianca è stata inizialmente considerata un tessuto di scarsa importanza, ma da allora è stato dimostrato che è essenziale per la funzione cognitiva, dirigendo la comunicazione tra le regioni del cervello.

Nel 2011, un gruppo di ricercatori ha studiato il volume della sostanza bianca negli scimpanzé e negli umani. Lo sviluppo della materia bianca nei macachi Rhesus , una specie ben nota della scimmia del Vecchio Mondo, aveva già dimostrato di differire da quello negli esseri umani: la materia bianca raggiunge i volumi adulti nei macachi molto prima che nell’uomo. Per studiare la crescita della materia bianca della corteccia prefrontale durante anni di sviluppo negli scimpanzé, il team di ricerca ha raccolto scansioni MRI. Scoprirono che, negli scimpanzé, il volume della sostanza bianca prefrontale rimaneva immaturo fino all’età adulta, un tratto evolutivo che si riscontra anche negli umani.

Quando hanno confrontato la materia bianca degli scimpanzé con la sostanza bianca umana, tuttavia, il volume della materia bianca degli scimpanzé è aumentato a un ritmo più lento durante l’infanzia. Sebbene non incredibilmente ben compreso, questo rapido aumento è ipotizzato per sostenere una maggiore connettività neurale, e quindi lo sviluppo di interazioni sociali e abilità più complesse, negli esseri umani.

Gli esseri umani mostrano una maggiore flessibilità nello sviluppo del cervello

Molte ricerche sul cervello che hanno confrontato gli umani con i loro parenti primati si sono concentrati sull’espansione della corteccia e sull’aumento relativo delle dimensioni del cervello, ma la flessibilità nello sviluppo del cervello è stata molto meno studiata. Nel 2015, i ricercatori hanno sviluppato un sistema per stimare la base genetica delle dimensioni del cervello e dell’organizzazione della corteccia negli esseri umani e negli scimpanzé. Per fare questo, hanno usato le scansioni MRI per esaminare il cervello di 218 esseri umani e 206 scimpanzé, confrontando somiglianze fenotipiche tra individui correlati. Non solo hanno misurato le differenze nelle dimensioni del cervello ma anche nei solchi (solchi descritti spesso come “ghirigori” sulla superficie del cervello) forma e posizione. Sulci aumenta la superficie del cervello, consentendo una crescita continua, un segno di maggiore plasticità. La plasticità del cervello, o la capacità del cervello di riorganizzare i suoi circuiti in risposta a stimoli ambientali, ha dimostrato di essere alla base dei cambiamenti nella memoria e nel comportamento.

Sebbene le dimensioni del cervello tra gli individui imparentati non differissero in modo significativo, gli umani strettamente imparentati, per esempio i fratelli, mostravano una variazione considerevolmente maggiore nella forma e nel posizionamento dei loro sulci rispetto agli scimpanzé strettamente imparentati. Hanno scoperto che l’organizzazione della corteccia e la dimensione del cervello sono altamente ereditabili negli scimpanzé, tuttavia nell’uomo questi tratti erano meno ereditabili. Ciò indicava una maggiore plasticità nello sviluppo del cervello umano.

In altre parole, gli esseri umani sarebbero più capaci di adattarsi al loro ambiente, un tratto importante che potrebbe in parte sottostare a come gli esseri umani sono stati in grado di prosperare in circostanze così varie nel tempo.