La connettività del cervelletto di tipo primitivo rende i pappagalli più intelligenti

Circuiti cerebro-cerebellari straordinari sono collegati all’intelligenza dei pappagalli.

Per la prima volta, i neuroscienziati hanno identificato che la connettività primata tra il cervelletto (latino per “piccolo cervello”) e il cervello può essere collegata all’intelligenza aviaria superiore e alle complesse abilità cognitive nei pappagalli.

Ciò che rende questa scoperta nel regno animale particolarmente significativa è che acquisire una migliore comprensione di come la connettività cerebro-cerebellare funziona negli uccelli e nei primati potrebbe aiutarci a capire meglio le basi neurali dell’intelligenza umana.

Percorsi cortico-cerebellari in uccelli e mammiferi. Nei mammiferi, gli input dalla corteccia al cervelletto vengono instradati attraverso i nuclei pontini. Negli uccelli, gli input dal telencefalo al cervelletto sono anche instradati attraverso due nuclei nella base del ponte (nuclei pontini mediali e laterali, PM e PL) ma anche attraverso un nucleo addizionale nel pretectum, i nuclei spiriformi mediali (SpM) .

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Fonte: Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie (2018) in Scientific Reports / Creative Commons 4.0

Questo articolo, “I pappagalli hanno evoluto un circuito simile al cervello-mesencefalo-cerebellare primitivo”, è stato pubblicato il 2 luglio in rapporti scientifici . Cristián Gutiérrez-Ibáñez, professore di psicologia all’Università dell’Alberta, è stato il primo autore di questo articolo. Per questo studio, Gutiérrez ha collaborato con Douglas Wylie, che dirige il “Bird Brains Lab” basato sulla neuroscienza con il co-autore Andrew Iwaniuk del Canadian Centre for Behavioural Neuroscience (CCBN) dell’Università di Lethbridge.

Una scoperta chiave di questa ricerca è che il percorso del telencephalon-SpM-cerebellare nei pappagalli può giocare un ruolo molto simile alla via cortico-ponto-cerebellare dei primati in termini di controllo delle capacità motorie finemente sintonizzate e facilitazione di determinati processi cognitivi.

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Per questo studio, il team canadese ha avuto accesso alla più grande collezione di cervelli di uccelli al mondo. Dopo aver confrontato le differenze anatomiche nella struttura cerebrale di 98 diversi tipi di uccelli, i ricercatori hanno scoperto che una piccola regione del cervello che collega il cervelletto alla corteccia cerebrale negli uccelli (chiamata “nucleo spiriforme mediale” o SpM) era molto più grande nei pappagalli.

“Un’area del cervello che svolge un ruolo importante nell’intelligenza dei primati è chiamata nuclei pontini, questa struttura trasferisce le informazioni tra le due aree più estese del cervello, la corteccia e il cervelletto, che consente un’elaborazione di ordine superiore e un comportamento più sofisticato, “Gutiérrez ha detto in una dichiarazione. “Negli umani e nei primati, i nuclei pontini sono grandi rispetto ad altri mammiferi. Questo ha senso date le nostre capacità cognitive. ”

La regione SpM svolge la stessa funzione negli uccelli, come la regione dei nuclei pontini nei primati, che è quella di far circolare informazioni tra il cervelletto e la corteccia cerebrale del cervello. “Questo anello tra la corteccia e il cervelletto è importante per la pianificazione e l’esecuzione di comportamenti sofisticati”, ha detto Doug Wylie in una nota.

“Indipendentemente, i pappagalli hanno sviluppato un’area allargata che collega la corteccia e il cervelletto, simile ai primati”, ha detto Gutiérrez. “Questo è un altro affascinante esempio di convergenza tra pappagalli e primati. Inizia con comportamenti sofisticati, come l’uso dello strumento e l’auto-consapevolezza, e può anche essere visto nel cervello. Più guardiamo al cervello, più somiglianze vediamo. Questo potrebbe rappresentare un modo eccellente per studiare come avviene il processo simile, basato sui pontini, nell’uomo “, ha concluso Gutiérrez. “Potrebbe darci un modo per capire meglio come funziona il nostro cervello umano.”

“Qualunque cosa stia facendo il cervelletto, ne sta facendo un sacco.”

Per la maggior parte delle persone, imparare che l’intelligenza dei pappagalli può essere collegata alla connettività primata tra il cervello e il cervelletto probabilmente non è stato un momento sbalorditivo, “wow!”. Ma, per me, imparare queste informazioni mi ha quasi fatto cadere dalla sedia.

Nel 2005, il mio defunto padre, Richard Bergland (1932-2007) e io abbiamo creato un modello radicalmente nuovo di split-brain che abbiamo chiamato “cervello cerebrale in su” che ha messo sotto i riflettori la connettività strutturale e funzionale tra il cervelletto e il cervello. (Per ulteriori informazioni, “Il cervello diviso: un’ipotesi in continua evoluzione.”)

Questo diagramma illustra le prime incarnazioni del “Modello del Cervello Spaccato di Bergland” e descrive vari contributi ipotetici del cervello e del cervelletto durante l’interazione cerebro-cerebellare. (Dalla pagina 81 di The Athlete’s Way)

Fonte: foto e illustrazione di Christopher Bergland (Circa 2007)

Mio padre era un neurochirurgo, neuroscienziato e autore di The Fabric of Mind (Viking). Ogni volta che discutevamo del funzionamento interno del cervello, mio ​​padre interveniva: ” Non sappiamo esattamente cosa stia facendo il cervelletto. Ma qualunque cosa stia facendo, ne sta facendo un sacco. ”

All’inizio del XXI secolo, c’erano solo una manciata di neuroscienziati che speculavano sul fatto che il cervelletto fosse coinvolto in qualsiasi tipo di processi cognitivi di ordine superiore. Mio padre era uno di loro. All’epoca, la maggior parte degli esperti pensava che il cervelletto fosse responsabile solo delle funzioni motorie del “non-pensiero”, come la coordinazione dei muscoli di fine-tuning e l’orchestrazione del momento preciso dei movimenti fisici. Poiché il mio background è negli sport professionistici, il cervelletto è sempre stato di particolare interesse per me. Il “piccolo cervello” facilita quella che io chiamo “superfluidità” ed è centrale per il picco delle prestazioni atletiche.

Sfortunatamente, quando ho pubblicato il nostro modello radicale “cervello cerebrale” dieci anni fa in The Athlete’s Way: Sweat and the Biology of Bliss (St. Martin’s Press), il concetto è stato rifiutato dall’istituzione medica e non è riuscito a stuzzicare la curiosità dei lettori generali. Il libro era un flop. Detto questo, mi piacerebbe pensare che papà e io fossimo in anticipo sui tempi … Sulla base del fondamento della ricerca sul cervelletto ultimamente, sono ottimista sul fatto che nel corso di questo secolo il cervelletto otterrà finalmente il pieno riconoscimento e apprezzamento che merita.

Dopo la morte di mio padre, nel 2007, ho fatto voto di tenere le mie antenne su qualsiasi nuova ricerca sul cervelletto in onore del lavoro della sua vita. E, che farei del mio meglio come laico per aiutare a far progredire la nostra comprensione di come funziona il cervelletto e continuare a condividere queste informazioni con i lettori di tutti i giorni.

Un giorno, nel 2009, con il cervelletto in testa, ho avuto un Eureka! momento mentre stavo tornando a casa dalla palestra e sono imbattuto in un mio amico di nome Maria che è un poeta. Mentre stavamo discutendo del possibile legame tra esercizio aerobico e pensiero creativo, ha detto: ” Ogni volta che comincio a muovere le braccia e le gambe avanti e indietro sul trainer ellittico, la poesia mi versa “.

Nel momento in cui Maria pronunciò queste parole, una immagine di tutti e quattro gli emisferi cerebrali che interagivano come un “ciclo infinito di super-8” balenò nella mia mente. Così, mi sono precipitato a casa e ho cercato di ottenere una rappresentazione artistica di questi feedforward e feedback su carta, il più rapidamente possibile. Questo frettoloso tentativo ha provocato il graffio colorato di pollo visualizzato nella mappa del cervello sottostante. (Per ulteriori informazioni su questo, “Eureka! Decostruendo i meccanismi del cervello di” Aha! “Momenti.”)

Questo schizzo illustra una versione aggiornata dell’originale “cervello cerebrale in su”, modello di cervello diviso creato da Christopher Bergland con suo padre.

Fonte: foto e illustrazione di Christopher Bergland (Circa 2009)

Il “super 8” giallo e verde con frecce bidirezionali nella figura “sopra i vuoti tra tutti e quattro gli emisferi cerebrali” sopra rappresenta un feedback e un’interazione feedforward tra varie regioni di entrambi gli emisferi cerebrali ed entrambi gli emisferi cerebellari. Come potete vedere, mi riferisco colloquialmente al mesencefalo come “il ponte” che collega il cervello e il cervelletto. Dopo aver letto l’ultimo lavoro di Gutiérrez-Ibáñez et al., So che quest’area è tecnicamente chiamata “nucleo pontino” nei mammiferi e nei primati.

Quando ho disegnato la mappa del cervello di cui sopra nel 2009, non ero a conoscenza della rivoluzionaria ricerca basata sull’atassia di Jeremy Schmahmann sul cervelletto presso la MGH della Harvard Medical School. Negli ultimi anni, ho avuto la fortuna di comunicare regolarmente con Schmahmann e ora mi rendo conto di quale pioniere del cervelletto sia stato dalla fine del 20 ° secolo. (Per ulteriori informazioni sui suoi documenti di riferimento, “The Cerebrocerebellar System” (1997) e “Dysmetria of Thought: Clinical Consequences of Cerebellar Dysfunction on Cognition and Affect.” (1998))

Poiché non sono un neuroscienziato, il layout della rudimentale mappa cerebro-cerebellare di cui sopra è stato principalmente ispirato a pensare molto a un possibile collegamento tra il cervelletto e la cognizione basato su conversazioni stimolanti con mio padre.

Negli ultimi dieci anni sono stato alla ricerca di prove empiriche e di ricerche basate sulla neuroscienza che mi avrebbero aiutato a capire e comunicare meglio il significato di questa mappa, che ho disegnato per un capriccio. Basti dire che quando ho letto delle ultime ricerche del “Bird Brains Lab” e ho visto le loro illustrazioni della connettività cortico-cerebellare nei primati e negli uccelli, ero al settimo cielo.

Abbiamo ancora molta strada da fare prima di sapere “cosa fa il cervelletto”. Fortunatamente, ricerche pionieristiche come il nuovo studio su un collegamento cerebellare all’intelligenza dei pappagalli di Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew Iwaniuk e Douglas Wylie ci avvicina di un passo alla soluzione di questo enigma.

Riferimenti

Cristián Gutiérrez-Ibáñez, Andrew N. Iwaniuk, Douglas R. Wylie. “I pappagalli hanno evoluto un circuito cerebrale-mesencefalo-cerebellare simile a un primate”. Rapporti scientifici (Prima pubblicazione: 2 luglio 2018) DOI: 10.1038 / s41598-018-28301-4

Jeremy D. Schmahmann e Deepak N.Pandyat. “The Cerebrocerebellar System.” (1997) International Review of Neurobiology DOI: 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3

Jeremy D. Schmahmann. “Dysmetria of Thought: Clinical Consequences of Cerebellar Dysfunction on Cognition and Affect.” (1998) Tendenze in Scienze cognitive DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2