Cosa c’è nel cervello umano che ci rende più intelligenti degli altri animali? Nuova ricerca

Gli esseri umani non hanno rivali nell’area della cognizione. Dopotutto, nessun’altra specie ha inviato sonde su altri pianeti, prodotto vaccini salvavita o creato poesie. Il modo in cui le informazioni vengono elaborate nel cervello umano per renderlo possibile è una domanda che ha suscitato un fascino infinito, ma senza risposte definitive.

La nostra comprensione della funzione cerebrale è cambiata nel corso degli anni. Ma gli attuali modelli teorici descrivono il cervello come un “sistema di elaborazione delle informazioni distribuito”. Ciò significa che ha componenti distinti che sono strettamente collegati in rete attraverso il cablaggio del cervello. Per interagire tra loro, le regioni si scambiano informazioni attraverso un sistema di segnali di ingresso e di uscita.

Tuttavia, questa è solo una piccola parte di un quadro più complesso. In uno studio pubblicato la scorsa settimana su Neuroscienze della natura, utilizzando prove di specie diverse e molteplici discipline neuroscientifiche, dimostriamo che non esiste un solo tipo di elaborazione delle informazioni nel cervello. Il modo in cui le informazioni vengono elaborate differisce anche tra gli esseri umani e gli altri primati, il che potrebbe spiegare perché le capacità cognitive della nostra specie sono così superiori.

Abbiamo preso in prestito concetti da ciò che è noto come il quadro matematico della teoria dell’informazione – lo studio della misurazione, archiviazione e comunicazione delle informazioni digitali che è fondamentale per tecnologie come Internet e l’intelligenza artificiale – per tracciare come il cervello elabora le informazioni. Abbiamo scoperto che diverse regioni del cervello utilizzano in effetti strategie diverse per interagire tra loro.

Alcune regioni del cervello scambiano informazioni con altre in un modo molto stereotipato, utilizzando input e output. Ciò garantisce che i segnali vengano trasmessi in modo riproducibile e affidabile. Questo è il caso delle aree specializzate per le funzioni sensoriali e motorie (come l’elaborazione di informazioni sonore, visive e di movimento).

Prendi gli occhi, ad esempio, che inviano segnali alla parte posteriore del cervello per l’elaborazione. La maggior parte delle informazioni inviate è duplicata, essendo fornita da ciascun occhio. La metà di queste informazioni, in altre parole, non è necessaria. Quindi chiamiamo questo tipo di elaborazione delle informazioni input-output “ridondante”.

Ma la ridondanza fornisce robustezza e affidabilità; è ciò che ci permette di vedere ancora con un occhio solo. Questa capacità è essenziale per la sopravvivenza. In effetti, è così cruciale che le connessioni tra queste regioni del cervello siano anatomicamente cablate nel cervello, un po’ come una linea telefonica fissa.

Tuttavia, non tutte le informazioni fornite dagli occhi sono ridondanti. La combinazione delle informazioni di entrambi gli occhi consente infine al cervello di elaborare la profondità e la distanza tra gli oggetti. Questa è la base per molti tipi di occhiali 3D al cinema.

Questo è un esempio di un modo fondamentalmente diverso di elaborare le informazioni, in un modo che è maggiore della somma delle sue parti. Chiamiamo questo tipo di elaborazione delle informazioni, quando segnali complessi provenienti da diverse reti cerebrali sono integrati, “sinergico”.

L’elaborazione sinergica è prevalente nelle regioni del cervello che supportano un’ampia gamma di funzioni cognitive più complesse, come l’attenzione, l’apprendimento, la memoria di lavoro e la cognizione sociale e numerica. Non è cablato, nel senso che può cambiare in risposta alle nostre esperienze, collegando reti diverse in modi diversi. Questo facilita la combinazione di informazioni.

Tali aree in cui ha luogo molta sinergia, principalmente nella parte anteriore e centrale della corteccia (lo strato esterno del cervello), integrano diverse fonti di informazioni dall’intero cervello. Sono quindi collegati in modo più ampio ed efficiente con il resto del cervello rispetto alle regioni che si occupano delle informazioni sensoriali primarie e relative al movimento.

Le aree ad alta sinergia che supportano l’integrazione delle informazioni in genere hanno anche molte sinapsi, le connessioni microscopiche che consentono alle cellule nervose di comunicare.

La sinergia è ciò che ci rende speciali?

Volevamo sapere se questa capacità di accumulare e costruire informazioni attraverso reti complesse attraverso il cervello è diversa tra gli esseri umani e gli altri primati, che sono nostri parenti stretti in termini evolutivi.

Per scoprirlo, abbiamo esaminato i dati di imaging cerebrale e le analisi genetiche di diverse specie. Abbiamo scoperto che le interazioni sinergiche rappresentano una percentuale maggiore del flusso totale di informazioni nel cervello umano rispetto al cervello dei macachi. Al contrario, i cervelli di entrambe le specie sono uguali in termini di quanto si basano su informazioni ridondanti.

Tuttavia, abbiamo anche esaminato in modo specifico la corteccia prefrontale, un’area nella parte anteriore del cervello che supporta un funzionamento cognitivo più avanzato. Nei macachi, l’elaborazione ridondante delle informazioni è più diffusa in questa regione, mentre negli esseri umani è un’area ricca di sinergie.

Anche la corteccia prefrontale ha subito un’espansione significativa con l’evoluzione. Quando abbiamo esaminato i dati dal cervello degli scimpanzé, abbiamo scoperto che più una regione del cervello umano si era espansa durante l’evoluzione in termini di dimensioni rispetto alla sua controparte nello scimpanzé, più questa regione faceva affidamento sulla sinergia.

Abbiamo anche esaminato le analisi genetiche di donatori umani. Ciò ha dimostrato che le regioni del cervello associate all’elaborazione di informazioni sinergiche hanno maggiori probabilità di esprimere geni che sono unicamente umani e correlati allo sviluppo e alla funzione del cervello, come l’intelligenza.

Questo ci ha portato alla conclusione che ulteriore tessuto cerebrale umano, acquisito come risultato dell’evoluzione, può essere principalmente dedicato alla sinergia. A sua volta, si è tentati di ipotizzare che i vantaggi di una maggiore sinergia possano, in parte, spiegare le capacità cognitive aggiuntive della nostra specie. La sinergia può aggiungere un tassello importante al puzzle dell’evoluzione del cervello umano, che prima mancava.

In definitiva, il nostro lavoro rivela come il cervello umano naviga nel compromesso tra affidabilità e integrazione delle informazioni; abbiamo bisogno di entrambi. È importante sottolineare che il quadro che abbiamo sviluppato promette nuove intuizioni critiche su un’ampia gamma di questioni neuroscientifiche, da quelle sulla cognizione generale ai disturbi.

Questo articolo è stato ripubblicato da La conversazione con licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.

Credito immagine: Gerrit Bril di Pixabay

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