Είναι ένα από τα μεγάλα παράδοξα της εξέλιξης. Οι άνθρωποι έχουν δείξει ότι οι μεγάλοι εγκέφαλοι είναι το κλειδί για την εξελικτική μας επιτυχία, και ωστόσο τέτοιοι εγκέφαλοι είναι εξαιρετικά σπάνιοι σε άλλα ζώα. Οι περισσότεροι τα καταφέρνουν με μικροσκοπικούς εγκεφάλους και δεν φαίνεται να χάνουν τα επιπλέον εγκεφαλικά κύτταρα (νευρώνες).
Γιατί; Οι περισσότεροι βιολόγοι έχουν συμφωνήσει στην απάντηση ότι οι μεγάλοι εγκέφαλοι είναι ακριβοί όσον αφορά την ενέργεια που χρειάζονται για να λειτουργήσουν. Και δεδομένου του τρόπου λειτουργίας της φυσικής επιλογής, τα οφέλη απλά δεν υπερτερούν του κόστους.
Είναι όμως μόνο θέμα μεγέθους; Ο τρόπος που είναι χτισμένος ο εγκέφαλός μας επηρεάζει και το κόστος του; Μια νέα μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Science Advances έδωσε μερικές ενδιαφέρουσες απαντήσεις.
Όλα τα όργανά μας έχουν συνεχές κόστος, αλλά άλλα είναι φθηνά και άλλα ακριβά. Τα οστά, για παράδειγμα, είναι σχετικά φθηνά. Αν και αποτελούν περίπου το 15% του βάρους σας, χρησιμοποιούν μόνο το 5% του μεταβολισμού σας. Ο εγκέφαλος βρίσκεται στο άλλο άκρο του φάσματος και στο 2% περίπου του τυπικού ανθρώπινου σωματικού βάρους, η λειτουργία του καταναλώνει περίπου το 20% του μεταβολισμού μας. Και αυτό συμβαίνει χωρίς συνειδητή σκέψη – συμβαίνει ακόμη και όταν κοιμόμαστε.
Για τα περισσότερα ζώα, τα οφέλη της σοβαρής σκέψης απλά δεν αξίζουν τον κόπο. Αλλά για κάποιο λόγο -ίσως το μεγαλύτερο μυστήριο της ανθρώπινης εξέλιξης- οι άνθρωποι έχουν βρει τρόπους να ξεπεράσουν το κόστος ενός μεγαλύτερου εγκεφάλου και να αποκομίσουν τα οφέλη.
Όλα αυτά είναι αρκετά γνωστά, αλλά υπάρχει μια πιο συναρπαστική ερώτηση. Σίγουρα οι άνθρωποι πρέπει να επωμιστούν το μεγαλύτερο κόστος του εγκεφάλου μας επειδή είναι τόσο μεγάλοι, αλλά υπάρχουν διαφορετικά κόστη λόγω της ιδιαίτερης φύσης της γνωστικότητάς μας; Η σκέψη, η ομιλία, η αυτοσυνείδηση ή η αριθμητική κοστίζουν περισσότερο από τις τυπικές καθημερινές δραστηριότητες με ζώα;
Δεν είναι εύκολη η απάντηση, αλλά η ομάδα πίσω από τη νέα μελέτη, με επικεφαλής τον Valentin Riedl από το Τεχνικό Πανεπιστήμιο του Μονάχου, ανταποκρίθηκε στην πρόκληση.
Οι συγγραφείς είχαν αρχικά μια σειρά από γνωστά σημεία. Η βασική σύνθεση και δομή των νευρώνων είναι σε μεγάλο βαθμό η ίδια σε όλο τον εγκέφαλο – και σε όλα τα είδη. Η νευρική πυκνότητα είναι επίσης η ίδια στους ανθρώπους και σε άλλα πρωτεύοντα θηλαστικά, επομένως αυτά είναι απίθανο να είναι ο οδηγός της νοημοσύνης. Αν ήταν, κάποια ζώα με μεγάλο εγκέφαλο όπως οι όρκες και οι ελέφαντες θα ήταν πιθανώς πιο έξυπνα από τους ανθρώπους.
Γνώριζαν επίσης ότι ο νεοφλοιός – το μεγαλύτερο μέρος του εξωτερικού στρώματος του εγκεφάλου, γνωστό ως εγκεφαλικός φλοιός – έχει επεκταθεί ταχύτερα από άλλα μέρη κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης εξέλιξης. Αυτή η περιοχή, η οποία περιλαμβάνει τον προμετωπιαίο φλοιό, είναι υπεύθυνη για εργασίες που περιλαμβάνουν την προσοχή, τη σκέψη, τον προγραμματισμό, την αντίληψη και την επεισοδιακή μνήμη—όλα απαραίτητα για ανώτερες γνωστικές λειτουργίες.
Αυτές οι δύο παρατηρήσεις τους οδήγησαν να διερευνήσουν εάν συμβαίνουν διαφορετικά κόστη σηματοδότησης σε διαφορετικές περιοχές του εγκεφάλου.
Η ομάδα σάρωσε τους εγκεφάλους 30 ατόμων χρησιμοποιώντας μια τεχνική που μπορούσε να μετρήσει ταυτόχρονα τον μεταβολισμό της γλυκόζης (ένα μέτρο της ενεργειακής δαπάνης) και την ισχύ του σήματος στον φλοιό. Στη συνέχεια, θα μπορούσαν να εξετάσουν τη συσχέτιση μεταξύ αυτών των δύο στοιχείων και να ανακαλύψουν εάν διαφορετικά μέρη του εγκεφάλου χρησιμοποιούν διαφορετικά επίπεδα ενέργειας – και αν ναι, πώς.
Εκπληκτικά ευρήματα
Οι νευροβιολόγοι σίγουρα θα προβληματιστούν και θα εξετάσουν τις λεπτές λεπτομέρειες των αποτελεσμάτων, αλλά από εξελικτική προοπτική προκαλούν σκέψη. Διαπίστωσαν ότι η διαφορά στην κατανάλωση ενέργειας μεταξύ διαφορετικών περιοχών του εγκεφάλου είναι μεγάλη. Από ενεργειακή άποψη, δεν είναι όλα τα μέρη του εγκεφάλου ίσα.
Επιπλέον, τα μέρη του ανθρώπινου εγκεφάλου που έχουν επεκταθεί περισσότερο επιβαρύνθηκαν με υψηλότερο κόστος από το αναμενόμενο. Στην πραγματικότητα, ο νεοφλοιός απαιτούσε περίπου 67% περισσότερη ενέργεια ανά γραμμάριο ιστού από τα αισθητηριοκινητικά δίκτυα.
Αυτό σημαίνει ότι κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης εξέλιξης, όχι μόνο το μεταβολικό κόστος του εγκεφάλου μας αυξήθηκε καθώς μεγαλώναμε, αλλά επιταχύνθηκε καθώς ο νεοφλοιός επεκτάθηκε ταχύτερα από τον υπόλοιπο εγκέφαλο.
Γιατί να είναι έτσι; Άλλωστε, ένας νευρώνας είναι ένας νευρώνας. Ο νεοφλοιός σχετίζεται άμεσα με ανώτερες γνωστικές λειτουργίες.
Τα σήματα που στέλνονται μέσω αυτής της περιοχής διαμεσολαβούνται από χημικές ουσίες του εγκεφάλου όπως η σεροτονίνη, η ντοπαμίνη και η νορεπινεφρίνη (νευροτροποποιητές), οι οποίες δημιουργούν κυκλώματα στον εγκέφαλο που βοηθούν στη διατήρηση ενός γενικού επιπέδου διέγερσης (με τη νευρολογική έννοια της λέξης, το να είσαι ξύπνιος δεν σημαίνει να έχω). Διασκέδαση). Αυτά τα κυκλώματα, τα οποία ρυθμίζουν ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου περισσότερο από άλλες, ελέγχουν και τροποποιούν την ικανότητα των νευρώνων σε όλο τον εγκέφαλο να επικοινωνούν μεταξύ τους.
Με άλλα λόγια, διατηρούν τον εγκέφαλο ενεργό για αποθήκευση μνήμης και σκέψη – ένα γενικά υψηλότερο επίπεδο γνωστικής δραστηριότητας. Ίσως δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι τα υψηλότερα επίπεδα δραστηριότητας της προηγμένης γνωστικής μας ικανότητας έχουν υψηλότερο ενεργειακό κόστος.
Τελικά, φαίνεται ότι ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει εξελιχθεί σε τόσο προηγμένο επίπεδο γνώσης όχι μόνο επειδή έχουμε μεγάλους εγκεφάλους, ούτε επειδή ορισμένες περιοχές του εγκεφάλου μας έχουν γίνει δυσανάλογα μεγάλες, αλλά επειδή – με κόστος – η συνδεσιμότητα έχει βελτιωθεί.
Πολλά ζώα με μεγάλο εγκέφαλο, όπως οι ελέφαντες και οι όρκες, είναι ιδιαίτερα έξυπνα. Αλλά φαίνεται πιθανό να έχουμε μεγάλο εγκέφαλο χωρίς να αναπτύξουμε τα «κατάλληλα» κυκλώματα για την αντίληψη σε ανθρώπινο επίπεδο.
Τα αποτελέσματα μας βοηθούν να καταλάβουμε γιατί οι μεγαλύτεροι εγκέφαλοι είναι τόσο σπάνιοι. Ένας μεγαλύτερος εγκέφαλος μπορεί να επιτρέψει την ανάπτυξη πιο περίπλοκων γνωστικών γνώσεων. Ωστόσο, αυτό δεν αφορά μόνο την αύξηση του εγκεφάλου και της ενέργειας εξίσου, αλλά και για την αποδοχή πρόσθετου κόστους.
Αυτό δεν απαντά πραγματικά στο απόλυτο ερώτημα: Πώς κατάφεραν οι άνθρωποι να σπάσουν το όριο ενέργειας του εγκεφάλου; Όπως συμβαίνει συχνά στην εξέλιξη, η απάντηση πρέπει να βρίσκεται στην οικολογία, την απόλυτη πηγή ενέργειας. Η ανάπτυξη και η διατήρηση ενός μεγάλου εγκεφάλου – ανεξάρτητα από τους κοινωνικούς, πολιτιστικούς, τεχνολογικούς ή άλλους σκοπούς που χρησιμοποιείται – απαιτεί αξιόπιστη, υψηλής ποιότητας διατροφή.
Για να μάθουμε περισσότερα, πρέπει να εξερευνήσουμε τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια, την εποχή που ο εγκέφαλος των προγόνων μας επεκτάθηκε πραγματικά, για να μελετήσουμε αυτή τη διεπαφή μεταξύ χρήσης ενέργειας και γνώσης.
Αυτό το άρθρο αναδημοσιεύεται από το The Conversation με άδεια Creative Commons. Διαβάστε το αρχικό άρθρο.
Οι συγγραφείς δεν εργάζονται, δεν συμβουλεύουν, δεν κατέχουν μετοχές ή δεν λαμβάνουν χρηματοδότηση από οποιαδήποτε εταιρεία ή οργανισμό που θα επωφεληθεί από αυτό το άρθρο και δεν έχουν αποκαλύψει σχετικές σχέσεις πέρα από την ακαδημαϊκή τους απασχόληση.