Evolução do cérebro primata: tamanho é apenas um começo

Da matéria branca pré-frontal às ranhuras irregulares da superfície, nosso cérebro se destaca.

Fonte: Deutsch / Pixabay

No último post, paramos com o conhecimento de que os cérebros humanos crescem por mais tempo na idade adulta em comparação com os cérebros dos chimpanzés. Mas por que isso importaria? Acontece que esse tempo permite um maior desenvolvimento de estruturas e tecidos que podem estar por trás de nossas características exclusivamente humanas.

Vamos começar com o córtex pré-frontal.

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Nosso córtex pré-frontal é a região do cérebro localizada logo atrás de nossa testa, envolvida em funções cognitivas de ordem superior, incluindo, mas não se limitando a tomada de decisões, planejamento, habilidades motoras finas e pensamento abstrato.

Phineas Gage: um estudo de caso de trauma cerebral

Talvez você tenha aprendido sobre o córtex pré-frontal através da história de Phineas Gage, um capataz da ferrovia que, em 1848, tinha um ferro calcador – uma haste longa que ele usava para embalar pó explosivo em um buraco, alguns metros de comprimento e uma polegada. de diâmetro – penetre sua bochecha esquerda e saia pelo crânio, rasgando seu córtex pré-frontal.

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Gage estava cego em seu olho esquerdo, mas sobreviveu. Sua personalidade, no entanto, mudou drasticamente. Aqueles que o conheciam relataram uma mudança quase imediata em sua estabilidade emocional. Ele começou a demonstrar falta de autoconsciência, gritando palavrões e expulsando os que o conheciam. Ele não era mais confiável no trabalho e não podia mais manter um emprego. Ele morreu de uma crise epiléptica 11 anos após o acidente, aos 36 anos, depois de assumir uma série de trabalhos estranhos dentro e fora dos Estados Unidos.

Este evento, embora infeliz, deu uma olhada na importância de diferentes regiões cerebrais, e forneceu suporte para a teoria (na época, uma disputada) de que diferentes regiões do cérebro serviam a diferentes funções.

O sempre intrigante córtex pré-frontal

Por anos, a importância subjacente do córtex pré-frontal no comportamento de primatas humanos versus não-humanos tem sido uma questão para debate. Em 2002, pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego usaram exames de ressonância magnética (MRI) de humanos, macacos e macacos para observar diferenças no volume do córtex frontal, bem como diferenças anatômicas grosseiras. Eles descobriram que macacos menores, como gibões e macacos, tinham um córtex frontal menor do que os humanos, mas que, como os humanos, os grandes símios mostravam o alargamento do córtex frontal.

Quinze anos depois, um grupo separado de pesquisadores analisou o crescimento do córtex pré-frontal em diferentes espécies de primatas e descobriu que os córtices pré-frontais de grandes símios e humanos não seguiam um padrão padrão de crescimento alométrico – houve uma mudança no tempo e no grau do córtex pré-frontal crescimento que não se alinhava com o que havia sido visto em outros primatas. Quando um organismo se afasta de um padrão de crescimento alométrico comum, pode ser um indicador da mudança genética evolutiva. Neste caso, sugeriu que as mudanças genéticas que resultaram em funções cognitivas de ordem superior surgiram em torno de 15 milhões de anos atrás, no início da linhagem dos grandes símios.

Então, se o grau de expansão do córtex pré-frontal não for muito diferente, o que poderia estar por trás da variabilidade cognitiva entre humanos e macacos? A resposta pode (em parte) estar nos volumes de matéria cinzenta e branca.

Cérebros de vertebrados contêm matéria cinzenta e branca. Recentemente, um grupo de pesquisadores relatou que a quantidade total de matéria cinzenta e branca era desproporcionalmente maior no córtex pré-frontal de humanos em comparação com primatas não humanos. Mas o que isso poderia significar para a cognição humana? Habilidades sociais?

Fonte: Colin Behrens / Pixabay

A matéria cinzenta é composta de redes locais de neurônios que incluem dendritos (ramos de células nervosas que transmitem sinais para o corpo celular) e axônios não mielinizados. O aumento da massa cinzenta em regiões do córtex pré-frontal mostrou correlacionar-se positivamente com o autocontrole, um traço um tanto específico para humanos.

A substância branca é composta principalmente de axônios mielinizados de longo alcance (axônios cobertos com uma bainha protetora de mielina) e tem uma aparência esbranquiçada devido ao alto conteúdo lipídico da mielina. Inicialmente, a matéria branca foi considerada um tecido de pouca importância, mas desde então tem se mostrado essencial para a função cognitiva, direcionando a comunicação entre as regiões cerebrais.

Em 2011, um grupo de pesquisadores investigou o volume de matéria branca em chimpanzés e humanos. O desenvolvimento da matéria branca em macacos rhesus , uma espécie bem conhecida de macaco do Velho Mundo, já havia se mostrado diferente daquela em humanos – a matéria branca atinge volumes adultos em macacos em uma idade muito mais precoce do que em humanos. Para investigar o crescimento da matéria branca do córtex pré-frontal ao longo de anos de desenvolvimento em chimpanzés, a equipe de pesquisa coletou imagens de ressonância magnética. Eles descobriram que, nos chimpanzés, o volume da matéria branca pré-frontal permanecia imaturo até a idade adulta, uma característica de desenvolvimento também observada em humanos.

Quando compararam a matéria branca do chimpanzé com a substância branca humana, o volume de matéria branca do chimpanzé aumentou a um ritmo mais lento durante a infância. Embora não seja incrivelmente bem entendido, este aumento rápido é a hipótese subjacente ao aumento da conectividade neural e, portanto, o desenvolvimento de interações e habilidades sociais mais complexas, em humanos.

Humanos mostram maior flexibilidade no desenvolvimento do cérebro

Muitas pesquisas sobre o cérebro que comparam os humanos com seus parentes primatas têm se concentrado na expansão do córtex e no aumento relativo do tamanho do cérebro, mas a flexibilidade no desenvolvimento do cérebro tem sido muito menos estudada. Em 2015, os pesquisadores desenvolveram um sistema para estimar a base genética do tamanho do cérebro, bem como a organização do córtex em humanos e chimpanzés. Para fazer isso, eles usaram exames de ressonância magnética para examinar os cérebros de 218 humanos e 206 chimpanzés, comparando semelhanças fenotípicas entre indivíduos relacionados. Eles não só mediram as diferenças no tamanho do cérebro, mas também na forma e localização dos sulcos (geralmente descritos como “rabiscos” na superfície do cérebro). Sulci aumenta a área da superfície do cérebro, permitindo o crescimento contínuo, uma marca de maior plasticidade. A plasticidade cerebral, ou a capacidade do cérebro de reorganizar seus circuitos em resposta a estímulos ambientais, mostrou-se subjacente a mudanças na memória e no comportamento.

Embora o tamanho do cérebro entre indivíduos relacionados não variasse significativamente, seres humanos intimamente relacionados, por exemplo, irmãos, mostraram consideravelmente mais variações na forma e localização de seus sulcos do que chimpanzés intimamente relacionados. Eles descobriram que a organização do córtex e o tamanho do cérebro são altamente hereditários nos chimpanzés, no entanto, em humanos, esses traços eram menos hereditários. Isso indicou maior plasticidade no desenvolvimento do cérebro humano.

Em outras palavras, os seres humanos seriam mais capazes de se adaptar ao seu ambiente, um traço importante que pode, em parte, estar na base de como os humanos conseguiram prosperar sob circunstâncias tão variadas ao longo do tempo.