Creierul uman, diferit de al altor specii. De ce a apărut gândirea

Neuronii din creierul uman primesc semnale electrice din mii de alte celule, iar extensiile lungi neurale, numite dendrite, joacă un rol critic în încorporarea tuturor acelor informații astfel încât celulele să poată răspunde în mod corespunzător.

Folosind probe greu de obținut din țesutul creierului uman, neurologii au descoperit acum că dendritele umane au proprietăți electrice diferite de cele ale altor specii. Studiile lor arată că semnalele electrice slăbesc mai mult pe măsură ce curg de-a lungul dendritelor umane, ducând la un grad mai mare de compartimentalizare electrică, ceea ce înseamnă că secțiuni mici de dendrite se pot comporta independent de restul neuronului.

Aceste diferențe pot contribui la creșterea puterii de calcul a creierului uman, spun cercetătorii.

"Nu numai că oamenii sunt inteligenți, deoarece avem mai mulți neuroni și un cortex mai mare. De jos în sus, neuronii se comportă diferit", spune Mark Harnett, profesor de dezvoltare a carierei în domeniul creierului și al științelor cognitive.

Calcularea neuronală

Dendritele pot fi considerate ca fiind analoage tranzistoarelor unui calculator, efectuând operații simple folosind semnale electrice. Dendriții primesc informații de la mulți alți neuroni și transportă acele semnale către corpul celular. Dacă este stimulat suficient, un neuron declanșează un impuls electric care stimulează apoi alți neuroni. Rețelele mari ale acestor neuroni comunică între ei pentru a genera gânduri și comportamente.

Structura unui neuron unic seamănă adesea cu un copac. Studiile anterioare au descoperit că forța semnalelor electrice care ajung la corpul celulei depinde, în parte, de cât de departe se deplasează de-a lungul dendritei pentru a ajunge acolo. Pe măsură ce semnalele se propagă, ele devin mai slabe, astfel încât un semnal care ajunge departe de corpul celular are un impact mai mic decât cel care ajunge în apropierea corpului celular.

Dendritele din cortexul creierului uman sunt mult mai lungi decât cele ale șobolanilor, deoarece cortexul uman a evoluat mult mai mult decât cel al altor specii. La om, cortexul reprezintă aproximativ 75% din volumul total al creierului, comparativ cu aproximativ 30% din creierul șobolanului.

Deși cortexul uman este de două, până la trei ori mai gros decât cel al șobolanilor, acesta menține aceeași organizare generală, constând din șase straturi distincte de neuroni. Neuronii din stratul 5 au dendriți suficient de lungi încât să ajungă până la nivelul 1, ceea ce înseamnă că dendritele umane au trebuit să se alungească pe măsură ce creierul uman a evoluat.

În noul studiu, echipa MIT a vrut să investigheze modul în care aceste diferențe de lungime ar putea afecta proprietățile electrice ale dendritelor. Ei au reușit să compare activitatea electrică în dendritele umane și ale șobolanilor, folosind mici bucăți de țesut cerebral îndepărtate de la pacienții cu epilepsie, supuși îndepărtării chirurgicale a unei părți a lobului temporal. Pentru a ajunge la partea bolnavă a creierului, chirurgii trebuie să scoată și o mică bucată din lobul temporal anterior.

Dovezile sugerează că lobul temporal anterior nu este afectat de epilepsie, iar țesutul pare normal atunci când este examinat prin tehnici neuropatologice, spune Harnett. Această parte a creierului pare a fi implicată într-o varietate de funcții, inclusiv în procesarea limbajului și a imaginii.

Odată ce țesutul a fost îndepărtat, cercetătorii l-au plasat într-o soluție foarte asemănătoare cu lichidul cefalorahidian. Acest lucru le-a permis să pastreze tesutul în viață timp de până la 48 de ore. Aceștia au folosit o tehnică pentru a măsura modul în care semnalele electrice se deplasează de-a lungul dendritelor neuronilor piramidali, care sunt cel mai frecvent tip de neuroni excitatori din cortex.

Caracteristici unice

Cercetătorii au descoperit că, datorită faptului că dendritele umane acoperă distanțe mai lungi, un semnal care curge de-a lungul unui dendrit uman de la stratul 1 la celula celulară din stratul 5 este mult mai slab atunci când ajunge decât un semnal care curge de-a lungul unui dendrit de șobolan din stratul 1 până la stratul 5.

Ei au arătat, de asemenea, că dendritele umane și de șobolani au același număr de canale ionice care reglează fluxul curent, dar aceste canale apar la o densitate mai scăzută în dendrite umane, ca urmare a alungirii dendritei. Ei, de asemenea, au dezvoltat un model biofizic detaliat care arată că această schimbare de densitate poate explica unele dintre diferențele în activitatea electrică văzută între dendritele umane și cele ale șobolanilor, spune Harnett.

Întrebarea rămâne: cum aceste diferențe afectează inteligența umană? Ipoteza lui Harnett este că, din cauza acestor diferențe, care permit mai multor regiuni ale unui dendrit să influențeze puterea unui semnal de intrare, neuronii individuali pot efectua calcule mai complexe.