Se l’uomo si è evoluto è merito del suo cervello, caratterizzato da grandi dimensioni. Eppure la maggior parte degli animali se la cava anche con cervelli piccoli e, secondo gli scienziati, non mancano le cellule cerebrali in più (neuroni). Perché? La risposta su cui si è basata la maggior parte dei biologi è che i cervelli di grandi dimensioni sono costosi in termini di energia, necessaria per funzionare. E, dato il modo in cui funziona la selezione naturale, i benefici semplicemente non superano i costi.

Un nuovo studio, pubblicato su Science Advances, ha approfondito questo affasciante tema ed ha scoperto che tutti gli organi hanno costi di gestione, ma alcuni sono economici e altri costosi. Le ossa, ad esempio, sono relativamente economiche. Sebbene costituiscano circa il 15% del tuo peso, utilizzano solo il 5% del tuo metabolismo. Il cervello si trova all’estremità opposta dello spettro e, rappresentando circa il 2% del peso corporeo tipico di un essere umano, il suo funzionamento utilizza circa il 20% del tuo metabolismo. E questo senza pensare in modo cosciente: succede anche quando dormiamo.

La domanda che si sono posti i ricercatori è più precisa: i costi sono così elevati solo perché il cervello è grande o pensare, parlare, sentirsi a proprio agio o fare di conto costa più delle tipiche attività quotidiane degli animali? Hanno provato a dare una risposta gli esperti guidata da Valentin Riedl dell'Università Tecnica di Monaco, in Germania.

La progettazione e la struttura di base dei neuroni sono più o meno le stesse in tutto il cervello e in tutte le specie. La densità neuronale è la stessa per gli esseri umani e per gli altri primati, quindi è improbabile che questi siano il motore dell’intelligenza. Se lo fossero, alcuni animali con cervelli grandi come le orche e gli elefanti sarebbero probabilmente più intelligenti degli umani.

Sapevano anche che nel corso dell’evoluzione umana, la neocorteccia – la parte più grande dello strato più esterno del cervello, nota come corteccia cerebrale – si è espansa a un ritmo maggiore rispetto ad altre parti. Queste due osservazioni li hanno portati a indagare se ci fossero costi diversi di segnalazione nelle diverse regioni del cervello.

Il team ha scansionato il cervello di 30 persone utilizzando una tecnica in grado di misurare simultaneamente il metabolismo del glucosio (una misura del consumo di energia) e il livello di segnalazione attraverso la corteccia. Ciò che hanno scoperto è che la differenza nel consumo di energia tra le diverse aree del cervello è grande. Non tutte le parti del cervello sono uguali, energeticamente parlando.

Non solo, ma le parti del cervello umano che si sono espanse maggiormente hanno avuto costi più alti del previsto. La neocorteccia infatti richiedeva circa il 67% di energia in più rispetto alle reti sensomotorie per grammo di tessuto.

Ciò significa che nel corso dell’evoluzione umana, non solo i costi metabolici del nostro cervello sono aumentati man mano che diventava più grande, ma lo hanno fatto a un ritmo accelerato poiché la neocorteccia si espandeva più velocemente del resto del cervello.

I segnali inviati attraverso quest'area sono mediati da sostanze chimiche cerebrali come serotonina, dopamina e noradrenalina (neuromodulatori), che creano circuiti nel cervello per aiutare a mantenere un livello generale di eccitazione (nel senso neurologico della parola significa essere svegli). Questi circuiti, che regolano alcune aree cerebrali più di altre, controllano e modificano la capacità dei neuroni di comunicare tra loro in tutto il cervello.

In altre parole, mantengono il cervello attivo per l’immagazzinamento della memoria e il pensiero, un livello generalmente più elevato di attività cognitiva. Sembra quindi che il cervello umano si sia evoluto fino a livelli cognitivi così avanzati non solo perché abbiamo cervelli grandi, e nemmeno solo perché alcune aree del nostro cervello sono diventate sproporzionatamente grandi, ma perché, a caro prezzo, la connettività è migliorata.

Molti animali dotati di cervelli grandi, come gli elefanti e le orche, sono molto intelligenti. Ma sembra che sia possibile avere un cervello grande senza sviluppare i circuiti “giusti” per la cognizione a livello umano.I risultati ci aiutano a capire perché i cervelli più grandi sono così rari. Un cervello più grande può consentire l’evoluzione di cognizioni più complesse. Non si tratta solo di aumentare allo stesso ritmo cervelli ed energia, ma anche di farsi carico di costi aggiuntivi.

Fonte | An Energy Costy Architecture of Neuromodulators for Human Brain Evolution and Cognition pubblicato su Science Advances il 13 dicembre 2023.