" Tutti gli esseri viventi conosciuti che vivono, crescono e si riproducono su questo pianeta – gli alberi ei fiori, i funghi e i funghi, la straordinaria ricchezza della vita animale, nelle acque, nell'aria e sulla terra, incluso l'uomo gli esseri, insieme al mondo immensamente variegato di batteri e protisti invisibili, tutti mantengono e si propagano con gli stessi meccanismi, senza dubbio ereditati da una forma ancestrale comune. La rivelazione è maestosa. Così è la consapevolezza che l'implacabile desiderio umano di comprendere ha, proprio ai nostri tempi, rivelato i segreti della vita per noi ".
Christian De Duve, Life Evolving .
L'origine e l'evoluzione della vita sulla terra sono stati descritti in termini dell'emergere di ordini di complessità accelerati e gerarchici (Pettersson, 1996). La storia della vita sulla terra e la storia relativamente breve dell'evoluzione biologica e culturale umana è un processo di digiuno, con profonde implicazioni per la comprensione di tutti gli aspetti del nostro sviluppo di vita.
In particolare, tutto ciò che vive è costituito da una o più cellule e ogni cellula vivente si è evoluta dalle cellule che vivevano sul nostro pianeta circa 3,5 miliardi di anni fa (De Duve, 2002). In un affascinante resoconto dell'evoluzione, Pettersson (1996) definisce nove livelli integrativi di entità naturali: tre nel campo fisico (cioè particelle fondamentali, atomi, molecole), tre nel campo biologico (cioè entità intermedie, cellule ordinarie, e organismi multicellulari), e tre nel campo sociale (cioè, una famiglia madre, la società mulifamiglia e la società degli stati sovrani). Tracciando l'emergere temporale di un livello integrativo dal livello sottostante e utilizzando le stime di massa per tracciare il tempo di raddoppio quantitativo di entità innovative, Pettersson ha concluso quanto segue:
Probabilmente, l'accelerazione che ora osserviamo nell'evoluzione culturale può ulteriormente facilitare il nostro successo adattivo come specie, supponendo di poter gestire l'aumento accelerato della complessità che questa evoluzione culturale implica. In ogni regno della nostra vita sulla terra, la misura in cui possiamo gestire la complessità sarà fondamentale per il nostro futuro successo. Di seguito, voglio parlare dello sviluppo e dell'invecchiamento della durata della vita e di uno studio recente in cui abbiamo studiato i marcatori biologici di complessità.
La storia della vita umana sulla terra è una storia non solo di accelerazione della complessità, ma anche una storia di crescita e invecchiamento della popolazione. Da quando i Neanderthal sono stati invasi da un'ondata di popolazione di Homo sapiens circa 100.000 anni fa (Mayr, 2002), la popolazione mondiale di esseri umani è cresciuta, invecchia e vive più a lungo. All'inizio del XIX secolo, la popolazione mondiale era di circa un miliardo di persone. Nel 1900, vivevano sul pianeta 1,7 miliardi di persone. La popolazione umana ha superato i 6 miliardi nell'anno 2000. Entro il 2050, si prevede che oltre 9 miliardi di persone occuperanno 148.939.100 km² di terra. Qui coopereranno e competeranno per sopravvivere, adattarsi e prosperare. Gli esseri umani hanno sperimentato una crescita senza precedenti nel loro numero in gran parte come conseguenza degli sviluppi nelle infrastrutture sociali e nella cultura: migliori condizioni igienico-sanitarie e di vita, migliori conoscenze e strutture mediche, cambiamenti nell'organizzazione familiare, sociale, economica e politica (Moore, 1993) .
Lo studio degli organismi unicellulari e multicellulari ci dice che la vita agisce come un delicato sistema energetico, un sistema la cui energia è parzialmente utilizzata per mantenersi, ad esempio, attraverso la nutrizione, la crescita, l'escrezione, il movimento di massa delle sue parti e la riproduzione (Sherrington , 1955). All'interno di ogni sistema vivente vi è un incessante lavoro di costruzione di ogni tipo che si svolge – l'energia deve essere vinta in modo tale che il lavoro della vita possa essere sostenuto – un lavoro che compensi il continuo e variabile grado di decadimento all'interno del sistema. L'equilibrio tra il guadagno e la perdita di energia nel tempo può essere descritto come un equilibrio dinamico (Bertalanffy, 1968). I sistemi viventi sostengono la loro vita sfruttando le forme energetiche esterne. Raccogliendo energia e usandola in modi che si mantengono, un sistema vivente può raggiungere la necessaria stabilità e coerenza nei modelli di relazioni funzionali necessari per l'adattamento in un ambiente mutevole. In altre parole, il sistema può perseguire coerentemente la varietà di obiettivi del sistema che lo aiutano a mantenerlo vivo e vegeto. In questo senso, i sistemi viventi possono essere descritti come sistemi auto-organizzanti, autoregolatori, dinamicamente stabili (Bertalanffy, 1968; Kauffman, 1993).
Nel contesto del perseguimento degli obiettivi del sistema, non sorprende che la complessità cognitiva sia adattabile in molti aspetti della vita. Come parte della dinamica evolutiva più ampia, la complessità cognitiva, l'intelligenza fluida, la velocità dell'elaborazione e il controllo esecutivo in Homo sapiens mostrano un modello normativo che va dall'infanzia all'età adulta e successivamente alla vecchiaia (Fischer, 2006; Hogan, 2004). In particolare, le malattie legate all'età come la demenza sono accompagnate da decrementi nel funzionamento cognitivo (Anderson e Craik, 2000; Grady e Craik, 2000; Hogan, 2004; Hogan et al., 2003) e alcuni ricercatori hanno sostenuto che questo declino può essere spiegato in parte da una generale perdita di complessità con l'invecchiamento e la malattia (Goldberger et al., 2002; Kaplan et al., 1991; Lipsitz, 2002). I ricercatori sono stati interessati ad identificare potenziali marcatori biologici di complessità nel tentativo di comprendere meglio le traiettorie dello sviluppo della vita e recentemente abbiamo esaminato le misure dell'entropia EEG come potenziali marker candidati di complessità biologica.
L'EEG è un metodo di imaging cerebrale che consiste nel posizionare gli elettrodi in determinati punti del cuoio capelluto. Questi elettrodi consentono di misurare l'attività elettrica su diverse regioni del cervello. L'entropia dei segnali EEG è un indice delle caratteristiche di irregolarità o imprevedibilità di tali segnali. È stato argomentato che i biosegnali più complessi o non redditizi sono indicativi di un sistema biologico più flessibile e adattabile che è più sano, più resistente e ha una grande capacità complessiva di perseguire una varietà di obiettivi del sistema (Goldberger et al., 2002; Kaplan et al., 1991; Lipsitz, 2002).
Abbiamo condotto uno studio in cui abbiamo misurato l'entropia EEG in giovani adulti, adulti più anziani e adulti con declino cognitivo più anziani che hanno eseguito 1 DS al di sotto di età e pari livello di istruzione (Hogan et al., 2012). Abbiamo misurato ogni persona entropia elettrofisiologica in quattro condizioni sperimentali: gli occhi chiusi (5 minuti), gli occhi aperti (5 minuti), mentre imparava un elenco di parole presentate sullo schermo di un computer e, successivamente, durante un test di riconoscimento della memoria. Le metriche dell'entropia sono state calcolate su sei diverse regioni corticali: frontale sinistro, frontale destro, temporale sinistro, temporale destro, parietale sinistro e parietale destro.
I risultati dello studio hanno rivelato un aumento significativo dell'entropia dagli occhi chiusi agli occhi aperti al compito, in linea con l'idea che gli indici di entropia siano sensibili all'aumento delle richieste di elaborazione delle informazioni. C'è stata anche una tendenza in cui gli adulti declinati più anziani hanno mostrato un'entropia inferiore rispetto agli adulti più anziani nel lobo frontale, questa differenza è maggiore nell'emisfero sinistro durante la fase di codifica dell'esperimento. Inoltre, i giovani adulti mostravano una maggiore asimmetria emisferica, più precisamente, un'entropia più elevata nella destra relativa all'emisfero sinistro nel lobo temporale e un'entropia maggiore nella sinistra rispetto all'emisfero destro nel lobo parietale. I controlli più vecchi mostravano anche una differenza borderline tra entrambi gli emisferi nel lobo temporale nella stessa direzione degli adulti più giovani, suggerendo ancora un pattern di asimmetria emisferica nelle misure di entropia. Tuttavia, gli adulti con declino cognitivo più anziani non hanno mostrato differenze significative tra l'entropia dell'emisfero sinistro e destro. I nostri risultati suggeriscono che il declino cognitivo in età avanzata non è semplicemente legato a livelli più bassi di entropia nelle regioni chiave del cervello, ma piuttosto una combinazione di entrambi i livelli e la gamma differenziata di stati entropici attraverso il cervello (vedi anche O'Hora et al., 2013 ).
È importante comprendere i meccanismi che aiutano a spiegare il declino cognitivo legato all'età e alla malattia e la conseguente perdita di funzionamento adattivo. Riteniamo che le misure di entropia possano fornirci una visione unica della natura del declino cognitivo legato all'età e alla malattia. Sono necessarie ulteriori ricerche per comprendere i legami dinamici tra la complessità biologica e il nostro successo adattivo e il nostro benessere nel corso della vita. Comprendere i fattori che promuovono e sostengono la complessità e proteggono dal declino cognitivo correlato all'età e alla malattia sarà un obiettivo importante per la ricerca futura.
La più grande domanda per tutti noi è se l'accelerazione che ora osserviamo nell'evoluzione culturale possa facilitare il nostro successo adattivo globale e la salute e il benessere sostenuti della nostra crescente popolazione adulta. La nostra speranza è che entro il 2050 non vedremo solo 9 miliardi di persone che occupano 148.939.100 km² di terra, ma vedremo una comunità globale in cui le persone vivono vite più lunghe, più felici e più salutari – una comunità in cui le persone si sostengono sempre più e lavorano cooperativamente per promuovere la nostra continua sopravvivenza, adattamento e prosperità. Sebbene gli esseri umani abbiano sperimentato una crescita senza precedenti nel loro numero come conseguenza degli sviluppi nelle infrastrutture sociali e nella cultura, la prossima fase della nostra evoluzione culturale deve sicuramente coinvolgere un investimento più grande e più equilibrato nello sviluppo della nostra vita e nella salute e il benessere dei nostri crescente popolazione adulta anziana. Forse c'è un decimo livello integrativo di entità naturali oltre le nove che Pettersson definisce. Come pensi che dovrebbe apparire il decimo livello?
Michael Hogan (Twitter) e Nicola Hohensee (Twitter).
Riferimenti
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