Creierul nostru nu pare chiar atat de special cand le compari dimensiunea relativa cu cea a celor mai apropiate rude ale noastre animale. Pentru a intelege inteligenta umana, oamenii de stiinta se adancesc acum in noi domenii de cercetare. Arthur Keith a fost unul dintre acei cercetatori care s-au dovedit a gresi in multe dintre lucrurile pe care le-au spus. Anatomist si antropolog proeminent de la inceputul secolului al XX-lea, a fost un sustinator al rasismului stiintific si s-a opus amestecarii rasiale.
Cel putin partial din cauza opiniilor sale rasiale, el era convins ca oamenii provin din Europa, nu din Africa, asa cum este acum universal acceptat.
Si a fost un sustinator puternic al asa-numitului Om Piltdown, o farsa notorie care implica fosile false.
Keith a descris, de asemenea, o notiune care a devenit cunoscuta sub numele de Rubiconul creierului. Observand ca oamenii au creier mai mare decat alte primate, Keith a sustinut ca inteligenta umana a devenit posibila doar atunci cand creierul nostru a atins un anumit prag.
Pentru Homo, genul caruia ii apartinem, Keith credea ca volumul minim era de aproximativ 600-750 cm cubi. Pentru specia noastra Homo sapiens, a fost de 900 cm cubi. Daca ar fi mai mic, se spune, creierul nu ar avea suficienta putere de calcul pentru a sustine rationamentul uman.
Este adevarat ca Homo sapiens, ca specie, are un creier mare. Dar ceea ce inseamna asta incepe sa fie vazut diferit . Dovezile paleoantropologice sugereaza ca unele specii, cum ar fi Homo floresiensis si Homo naledi, au avut comportamente complexe, in ciuda faptului ca aveau creier destul de mic.
Cu toate acestea, in domeniile geneticii si neurostiintelor apar dovezi ca dimensiunea creierului este departe de singurul factor care determina inteligenta .
Modificarile in schema electrica a creierului, in forma neuronilor si chiar in momentul si unde sunt activate anumite gene sunt toate la fel de importante, daca nu mai mult . Deci, dimensiunea nu este totul.
Cei destepti cu creier mic
Este adevarat ca creierul uman este neobisnuit de mare. Acest lucru ramane adevarat chiar daca comparam dimensiunea creierului cu dimensiunea corpului nostru.
„ Oamenii sunt de departe cele mai mari primate cu creier ”, spune neurologul Martijn van den Heuvel de la Universitatea Libera din Amsterdam din Olanda.
De asemenea, este adevarat ca daca te uiti la ultimele sase milioane de ani de evolutie umana, exista o tendinta de crestere a dimensiunii creierului.
Hominidele timpurii, cum ar fi Sahelanthropus si Australopithecus, aveau creier relativ mic, dar speciile Homo timpurii aveau creier mai mare, iar creierul Homo sapiens este si mai mare.
Cu toate acestea, cand te uiti mai atent la detalii, povestea nu este atat de simpla. Doua specii se remarca prin creierul lor neobisnuit de mic: Homo floresiensis, cunoscut si ca adevaratul „hobbit” si Homo naledi .
Homo floresiensis a fost descris pentru prima data in 2004. Avea doar un metru inaltime si a trait pe insula Flores, Indonezia, in ultimele cateva sute de mii de ani. A disparut cu cel putin 50.000 de ani in urma.
Primul specimen avea un creier care masura doar 380 cm cubi sau poate 426 cm cubi, punandu-l la egalitate cu cimpanzeii .
Exista dovezi puternice ca Homo floresiensis a facut si a folosit unelte de piatra, la fel ca si alte specii de Homo. Studiile timpurii au raportat, de asemenea, dovezi de ardere, sugerand ca acestia au avut controlul asupra incendiului.
Dar analizele ulterioare au indicat ca toate focurile au fost aprinse cu mai putin de 41.000 de ani in urma, sugerand ca au fost produsul oamenilor moderni.
Cu toate acestea, doar uneltele de piatra sunt dovezi ca Homo floresiensis s-a comportat intr-un mod in care cimpanzeii nu ar putea.
Un deceniu mai tarziu, cercetatorii din Africa de Sud au descris Homo naledi.
Ramasitele au fost gasite adanc in sistemul de pesteri Rising Star, la care nu pot ajunge decat speologii experimentati. La fel ca hobbitii, Homo naledi avea un creier mic si a trait si recent, intre 200.000 si 300.000 de ani in urma.
Cercetatorul principal Lee Berger si colegii sai au descris urme de funingine pe tavanele pesterilor, pe care le interpreteaza ca o dovada ca Homo naledi detinea controlul asupra focului . Se crede ca au aprins torte pentru a se misca in intunericul pesterilor adanci.
In 2021, echipa lui Berger a descris craniul unui copil Homo naledi care parea sa fi fost plasat pe o formatiune asemanatoare unui raft intr-o camera extrem de inaccesibila.
Aceasta a fost interpretata ca o inmormantare deliberata. In iulie acelasi an, Berger si colegii sai au declarat intr-o alta publicatie ca mai multe schelete au fost ingropate in podeaua pesterii, pe care le-au interpretat ca o dovada suplimentara a comportamentului funerar.
Acest ultim studiu a provocat furori in randul paleoantropologilor, in parte pentru ca Berger si-a anuntat rezultatele inainte ca lucrarea sa treaca prin procesul obisnuit de evaluare stiintifica, inclusiv intr-un documentar Netflix de mare profil numit Unknown: Cave of Bones . the Cave of Bones).
Cand alti cercetatori au analizat studiul, unii au fost extrem de critici, spunand ca studiul „nu indeplineste standardele domeniului nostru” si ca „lipseste o cantitate semnificativa de informatii”.
Dezbaterea asupra comportamentelor si capacitatilor H. floresiensis si H. naledi, impreuna cu semnificatia lor in ceea ce priveste rolul marimii creierului, va continua probabil in anii urmatori.
Intre timp, un alt grup de cercetatori abordeaza evolutia creierului uman intr-un mod diferit: in loc sa examineze oasele fosilizate, ei studiaza creierul real .
Anatomia mintii
Primul lucru de retinut este ca, desi, in medie, oamenii au creier neobisnuit de mare, dimensiunea variaza.
„Exista pacienti care au creierul de dimensiuni mai mici”, spune neurobiologul Debra Silver de la Universitatea Duke din Durham, Carolina de Nord. Persoanele cu microcefalie (un cap care este anormal de mic) au adesea dizabilitate intelectuala si alte simptome. Cu toate acestea, Silver spune ca „sunt inca oameni”.
Exista, de asemenea, cazuri de persoane carora le lipsesc portiuni mari din creier, dar prezinta relativ putine efecte negative.
- Cu o greutate de aproximativ 1,5 kg, creierul uman este de doua pana la trei ori mai mic decat cel al unui elefant.
- Este de pana la sase ori mai mic decat creierul unor balene si delfini.
- Creierul uman contine 86 de miliarde de neuroni si 85 de miliarde de celule non-neuronale.
- In ciuda faptului ca reprezinta aproximativ 2% din masa corporala medie a unui adult, creierul uman arde in jur de 20% din caloriile pe care le folosim.
E clar ca se intampla altceva. O posibilitate este schema de cablare a creierului sau „conectomul”.
Creierul uman contine aproximativ 86 de miliarde de celule specializate numite neuroni, care se conecteaza intre ele si trimit semnale inainte si inapoi.
Multi oameni de stiinta in neurostiinta banuiesc ca schimbarile in modelul conexiunilor sunt mai importante pentru dezvoltarea cunoasterii umane decat ceva atat de grosolan precum volumul creierului .
„Chiar si schimbarile mici in conectivitate, in special conectivitatea pe distanta lunga, conduc intr-adevar la schimbari cognitive si comportamentale profunde”, spune neurologul Nenad Sestan de la Universitatea Yale din New Haven, Connecticut.
In special, unele parti ale creierului uman primesc informatii din multe alte regiuni. Acest lucru le permite sa integreze mai multe informatii si sa ia decizii in consecinta.
Cortexul prefrontal, in partea frontala cea mai exterioara a creierului, este una dintre aceste regiuni. Sestan o numeste „CEO-ul creierului ” .
„Un pic mai mult din acest circuit de integrare este cu adevarat benefic pentru abilitatile cognitive umane”, este de acord Van den Heuvel.
Intr-un studiu publicat in mai, echipa sa a aratat ca creierul uman si cel al cimpanzeului impartasesc multe modele de conectivitate, dar oamenii au conectivitate mai puternica intre regiunile implicate in limbaj .
Aceste zone integrate ale creierului au fost, de asemenea, asociate cu tulburari psihiatrice.
De exemplu, in 2019, echipa lui Van den Heuvel a aratat ca modelele de conexiune gasite la oameni, dar nu la cimpanzei, au fost adesea asociate cu un risc crescut de schizofrenie. Acest lucru sugereaza ca oamenii au facut un compromis evolutiv: o inteligenta mai mare in schimbul unui risc mai mare de sanatate mintala precara.
Dovezi ca aceasta sugereaza ca conectomul este important. Dar cum ramane cu neuronii insisi? Sunt neuronii umani diferiti de cei ai cimpanzeilor?
Celulele alterate
„Exista o istorie lunga de oameni care cauta neuroni specifici, unici in creierul uman”, spune Van den Heuvel.
Una dintre primele incercari a fost facuta de Constantin von Economo, un neurolog austriac activ la inceputul secolului al XX-lea.
Acest om de stiinta a identificat neuronii in forma de fus in cortexul cerebral uman: uneori sunt numiti „neuroni von Economo”.
La inceput se credea ca sunt unici pentru oameni, spune van den Heuvel, „dar mai tarziu au gasit neuroni von Economo in alte creiere”.
Mai recent, in 2022, Sestan si colegii sai au studiat celulele dintr-o parte a creierului cunoscuta sub numele de cortexul prefrontal dorsolateral al oamenilor, cimpanzeilor si maimutelor.
Au putut gasi doar un tip de celula care era unic pentru oameni. Nu a fost un neuron, ci o celula microgliala: o parte a sistemului imunitar al creierului . Celulele pareau aparent normale, dar activasera un set unic de gene.
Sestan avertizeaza ca importanta acestor constatari nu trebuie exagerata. „Nu cred ca acest lucru este cheia”, spune el. „Nu exista niciun motiv sa credem ca celulele microgliale ar oferi abilitati cognitive.”
Neuronii specifici omului pot fi dificil de gasit, dar este clar ca proportiile diferitelor tipuri de celule s-au modificat in timpul evolutiei noastre.
Silver spune ca neuronii von Economo sunt mai des intalniti la oameni si la maimute mari, in comparatie cu alte primate. „Ei va pot ajuta sa va ocupati de noi sarcini”, sugereaza el.
Intelegerea neuronilor modificati din creierul uman necesita intelegerea modului in care celulele se dezvolta si cresc. Nu putem studia acest lucru in embrioni vii din motive evidente, dar cercetatorii pot studia neuronii care cresc in laborator.
In ultimii ani, au crescut si „organoide”: grupuri de celule care imita structura si comportamentul unei parti a creierului in curs de dezvoltare.
Acest domeniu a produs o avalansa de descoperiri, dintre care majoritatea nu sunt inca pe deplin intelese, spune Barbara Treutlein, neurobiolog de dezvoltare la ETH Zurich din Elvetia.
Cu toate acestea, un model iese in evidenta clar. „ La oameni, este nevoie de mai mult timp pentru a produce neuroni si pentru ca acestia sa se maturizeze cu adevarat ”, spune el.
„La cimpanzei, neuronii se maturizeaza mai repede decat la oameni.”
Treutlein leaga in mod provizoriu aceasta maturare lenta a neuronilor cu timpul relativ mai lung necesar pentru ca bebelusii umani sa se dezvolte in comparatie cu cimpanzeii.
Totusi, el mai spune ca inca nu putem face legaturi puternice intre studiile sale despre dezvoltarea neuronilor (care nu imita niciodata dezvoltarea dincolo de al doilea trimestru de sarcina) si comportamentul oamenilor adulti.
Mai este un factor de luat in considerare: genomul uman si efectele acestuia asupra creierului nostru.
Gene expresive
Se stie ca oamenii si cimpanzeii au in comun 99% din ADN-ul lor. „Dar chestia este ca nu suntem cu 1% diferiti de cimpanzei”, spune Sestan. Diferenta este evident mai dramatica decat atat.
Geneticienii au identificat parti ale genomului care sunt unice pentru oameni si multe dintre ele par sa joace roluri in creier .
De exemplu, un studiu din 2019 a analizat anumite portiuni de ADN de la oameni si a constatat ca multe dintre ele au avut efecte asupra celulelor despre care se stie ca sunt implicate in expansiunea creierului.
In mod similar, o gena numita SRGAP2C este unica pentru genul Homo. Intr-un studiu din 2019, cercetatorii au exprimat aceasta gena de hominid la soareci si au descoperit ca le-a modificat conectomul, creand conexiuni suplimentare intre anumite straturi ale cortexului.
„Modifica activitatea neuronala si morfologia neuronilor la nivel de circuit”, spune Silver.
Pe parcursul lung al evolutiei umane, multe gene s-au schimbat.
In februarie, echipa lui van den Heuvel a publicat o cronologie de 13,5 milioane de mutatii specifice omului care acopera ultimele cinci milioane de ani, care se intind pana inainte de originea ramurii Homo a arborelui evolutiv.
Oamenii de stiinta au descoperit doua explozii de mutatii specifice omului .
Prima a avut loc acum aproximativ 1,9 milioane de ani, in jurul perioadei in care a evoluat specia Homo erectus. Al doilea a fost acum intre 62.000 si 1.500 de ani. Mutatiile legate de cognitie au fost adesea relativ tinere, spune van den Heuvel.
Nu este vorba doar de secventa de ADN in sine. Dupa cum a sugerat studiul microglial al lui Sestan, este vorba si despre ce gene sunt activate in fiecare celula.
Modificarile in „expresia genelor” pot da celulelor forme si comportamente fundamental diferite , chiar daca au acelasi genom.
Complexitatea de aici este ametitoare. Un studiu din 2021 privind expresia genelor a constatat ca unele gene care sunt importante in creier pot produce 100 de proteine fiecare, in functie de modul in care sunt exprimate.
O gena exprimata in dezvoltarea oamenilor, dar nu in cimpanzei, controleaza o intreaga retea de alte gene despre care se crede ca sunt implicate in dezvoltarea creierului uman.
Intr-un studiu din 2017, echipa lui Sestan a comparat expresia genelor in creierul oamenilor, cimpanzeilor si maimutelor.
Cercetatorii au descoperit ca unii neuroni dintr-o regiune a creierului uman exprimau gene implicate in producerea de dopamina, o substanta chimica a creierului implicata in sentimentele de recompensa. Celulele echivalente la cimpanzei si maimute nu au exprimat aceste gene.
„Noi crestem acesti neuroni.” spune Sestan. „Pot produce dopamina in vitro.”
„ Daca acest lucru este adevarat intr-un creier real, oamenii ar putea produce dopamina intern in cortex ”, spune Sestan.
Omul de stiinta indica o speculatie intriganta despre ce ar putea insemna aceasta. Fiintele umane pot simti placere pur si simplu prin gandirea si rezolvarea problemelor, ceva care poate fi unic.
Daca avem neuroni corticali care produc dopamina, ei ar putea fi „un sistem de recompensa pentru pur si simplu gandire ” . Cu toate acestea, Sestan subliniaza ca deocamdata sunt speculatii.
Am parcurs un drum lung de la simpla comparare a dimensiunilor creierului diferitelor primate. Oamenii de stiinta investigheaza acum schimbarile in secventele genomului, in expresia genelor, in forma si comportamentul celulelor si in schema electrica a creierului.
Ceea ce ne lipseste este „intelegerea modului in care toate aceste elemente, in interactiune, devin un sistem si acest sistem ne modeleaza comportamentul ”, spune van den Heuvel.
Treutlein si colegii sai au facut un pas mare in aceasta directie in 2019, publicand un „atlas” al fiecarei celule din creierul uman intr-un stadiu incipient de dezvoltare.
In 2023, o echipa de 500 de cercetatori din toata Europa a anuntat finalizarea Proiectului Creierului Uman , o initiativa de zece ani pentru a aprofunda structura si functia complexa a creierului.
Un proiect urias aflat in derulare, numit Atlasul celulelor umane , isi propune sa profite de cunostintele acumulate pana acum.
Membrii sai urmaresc sa cartografieze fiecare tip de celula din corpul uman: pozitia sa, forma, expresia genetica si multe altele. „Exista atat de multe tipuri de celule in creier”, spune Treutlein. Provocarea va fi de a da un sens vastului set de date.
Desi acel proiect va dura zeci de ani, este deja posibil sa tragem cateva concluzii despre dimensiunea creierului. „Cred ca este doar unul dintre multi factori”, spune Silver.
