Individuare il motivo per cui gli esseri umani sono cognitivamente più avanzati a livello neurologico rispetto ad altri mammiferi è complicato e, ad oggi, gli studi non hanno trovato differenze significative tra il cervello dei mammiferi. Almeno fino ad oggi. Un team di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha infatti scoperto che, rispetto ad altri mammiferi, il cervello umano ha un numero molto più basso di canali neuronali che consentono il flusso di ioni come calcio, potassio e sodio.
Questo flusso produce gli impulsi elettrici che permettono ai neuroni di comunicare tra loro; averne meno potrebbe significare che il cervello umano può operare in modo più efficiente, deviando le risorse verso funzioni cognitive più complesse. "Precedenti studi comparativi hanno stabilito che il cervello umano è costruito come altri cervelli di mammiferi, quindi siamo rimasti sorpresi di trovare forti prove che i neuroni umani sono speciali", ha affermato il neuroscienziato Lou Beaulieu-Laroche del MIT.
I semi della scoperta sono stati piantati nel 2018, quando Beaulieu-Laroche e il suo collega Mark Harnet del MIT hanno condotto uno studio confrontando il cervello di ratto con il cervello umano. Una delle loro scoperte riguardava i dendriti, le strutture ramificate sulle punte delle cellule nervose attraverso le quali gli impulsi elettrici del cervello vengono ricevuti attraverso i canali ionici. Da qui, il dendrite genera quello che chiamiamo un potenziale d'azione, che trasferisce il segnale in avanti. Confrontando il cervello delle due specie, i ricercatori hanno scoperto che i dendriti umani avevano una densità marcatamente inferiore di questi canali ionici rispetto ai dendriti di ratto. Valeva la pena indagare ulteriormente.
La nuova ricerca è stata ampliata per includere 10 specie: toporagno, topo, gerbillo, ratto, furetto, cavia, coniglio, uistitì, macaco e, naturalmente, umano, utilizzando campioni di tessuto asportato da pazienti epilettico durante la chirurgia cerebrale. Un'analisi della struttura fisica di questi cervelli ha rivelato che la densità del canale ionico aumenta con le dimensioni dei neuroni, con una notevole eccezione: il cervello umano. Questo, hanno concluso i ricercatori, era quello di mantenere la densità del canale ionico in una gamma di dimensioni del cervello; quindi, sebbene il toporagno avesse un numero maggiore di neuroni rispetto al coniglio o al macaco in un dato volume di cervello, la densità dei canali ionici in quel volume era coerente.
"Questo piano di costruzione è coerente tra nove diverse specie di mammiferi", ha detto Harnett. "Quello che sembra che la corteccia stia cercando di fare è mantenere il numero di canali ionici per unità di volume lo stesso in tutte le specie. Ciò significa che per un dato volume di corteccia, il costo energetico è lo stesso, almeno per i canali ionici. La densità eccezionalmente bassa del canale ionico nel cervello umano era lampante, se confrontata con tutti gli altri cervelli. Tutti gli animali di confronto erano significativamente più piccoli degli umani, ovviamente, quindi potrebbe valere la pena testare i campioni di animali ancora più grandi. Tuttavia, il macaco è spesso usato nella ricerca come modello per il cervello umano. I ricercatori sospettano che un compromesso evolutivo sia possibile per gli esseri umani – questo è quando un sistema biologico perde o diminuisce un tratto per un'ottimizzazione altrove.
Ad esempio, ci vuole energia per pompare ioni attraverso i dendriti. Riducendo al minimo la densità dei canali ionici, il cervello umano potrebbe essere stato in grado di distribuire il risparmio energetico altrove, forse in connessioni sinaptiche più complesse o potenziali d'azione più rapidi. "Se il cervello può risparmiare energia riducendo la densità dei canali ionici, può spendere quell'energia su altri processi neuronali o circuitali", ha spiegato Harnett.
"Pensiamo che gli esseri umani si siano evoluti da questo piano di costruzione che in precedenza limitava le dimensioni della corteccia, e hanno trovato un modo per diventare più efficienti dal punto di vista energetico, in modo da spendere meno ATP [molecole di energia] per volume rispetto ad altre specie".
Questa scoperta rivela, hanno detto i ricercatori, una strada intrigante per ulteriori indagini. Nella ricerca futura, il team spera di esplorare le pressioni evolutive che potrebbero aver portato a questa differenza e isolare dove, esattamente, sta andando quell'energia cerebrale in più.