Co czyni ludzki mózg wyjątkowym? naukowe spojrzenie na nasze połączenia neuronalne

Potrzebujesz wsparcia w analizie złożonych danych naukowych lub przygotowaniu publikacji na temat ewolucji, neurobiologii lub kognitywistyki w ramach swojego doktoratu? Skontaktuj się z nami – pomożemy Ci przekuć badania w wartościowe wnioski!

Mózg ludzki pod lupą: co czyni nas wyjątkowymi w królestwie zwierząt?

Od wieków ludzkość fascynuje się tym, co czyni nas ludźmi, a kluczowym elementem tej zagadki jest nasz mózg. Naukowcy od dawna próbują zrozumieć jego unikalność, porównując go z mózgami naszych najbliższych krewnych ze świata zwierząt. Chociaż wiele już wiemy, wciąż pozostaje mnóstwo pytań. Najnowsze badania, zamiast skupiać się wyłącznie na rozmiarze, przyjęły nowe podejście – analizę wewnętrznej „mapy połączeń” mózgu. Ten temat jest niezwykle ważny, ponieważ zrozumienie ewolucji naszego mózgu może rzucić światło na pochodzenie naszych złożonych zdolności poznawczych, języka i zachowań społecznych.

Poza rozmiarem: dlaczego sama wielkość mózgu to nie wszystko?

W przeszłości wiele badań porównawczych koncentrowało się na rozmiarze mózgu – całkowitym, w stosunku do ciała, czy też poszczególnych jego części. Już wiktoriański paleontolog Richard Owen błędnie twierdził, że unikalność ludzkiego mózgu leży w posiadaniu niewielkiego obszaru zwanego Hippocampus minor. Chociaż jego teoria została obalona, pokazała ona tendencję do poszukiwania pojedynczych, wyróżniających cech.

Jednak same miary rozmiaru nie mówią nam wszystkiego o wewnętrznej organizacji i funkcjonalności. Przykładowo, mózg słonia jest znacznie większy i zawiera trzykrotnie więcej neuronów niż mózg ludzki. Jednak większość tych neuronów zlokalizowana jest w móżdżku, a nie w korze nowej, która jest powszechnie kojarzona z zaawansowanymi zdolnościami poznawczymi u ludzi. To pokazuje, że architektura połączeń może być równie, jeśli nie bardziej, istotna niż sama objętość.

Nowoczesne technologie w służbie neurobiologii: zaglądając do wnętrza mózgu

Badanie wewnętrznej organizacji mózgu było kiedyś niezwykle żmudnym zadaniem. Jednak rozwój technik obrazowania medycznego, takich jak rezonans magnetyczny (MRI), otworzył nowe możliwości. Pozwalają one na szybkie, szczegółowe i – co ważne – nieinwazyjne badanie struktury mózgu u żywych organizmów.

Nasz zespół badawczy wykorzystał publicznie dostępne dane MRI dotyczące istoty białej – włókien nerwowych łączących różne obszary kory mózgowej. Komunikacja między komórkami mózgowymi odbywa się właśnie wzdłuż tych włókien. Co ciekawe, mózg ssaków jest stosunkowo słabo połączony, koncentrując komunikację wzdłuż kilku głównych „autostrad” neuronalnych, co jest związane z kosztami energetycznymi utrzymania tych połączeń.

Każdy obszar mózgu posiada unikalny wzorzec połączeń, swoisty „odcisk palca” konektywności, który wiele mówi o jego funkcji. W naszym badaniu porównaliśmy te „odciski palca” w mózgach:

• Człowieka

• Szympansa (naszego najbliższego żyjącego krewnego, obok bonobo)

• Makaka (naczelnego nieczłowieokształtnego, dobrze poznanego w badaniach naukowych)

Takie porównanie pozwoliło nam nie tylko zidentyfikować unikalne cechy ludzkiego mózgu, ale także te, które prawdopodobnie odziedziczyliśmy po wspólnych przodkach.

Gdzie leżą kluczowe różnice? nie tylko kora przedczołowa

Wiele wcześniejszych badań nad wyjątkowością ludzkiego mózgu skupiało się na korze przedczołowej, obszarze związanym ze złożonym myśleniem i podejmowaniem decyzji. I rzeczywiście, nasze analizy potwierdziły, że pewne aspekty ludzkiej kory przedczołowej wykazują unikalny „odcisk palca” konektywności, szczególnie w porównaniu z makakiem.

Jednak najbardziej uderzające różnice odkryliśmy nie w korze przedczołowej, lecz w płacie skroniowym – dużej części kory mózgowej zlokalizowanej mniej więcej za uchem. U naczelnych obszar ten odpowiada za zaawansowane przetwarzanie informacji z naszych dwóch kluczowych zmysłów: wzroku i słuchu.

Pęczek łukowaty: więcej niż tylko język

Jednym z najbardziej spektakularnych odkryć była rola pęczka łukowatego (arcuate fasciculus) – pasma istoty białej łączącego korę czołową i skroniową. U ludzi jest on tradycyjnie kojarzony z przetwarzaniem języka i jest znacznie większy niż u innych naczelnych, które również go posiadają.

Nasze badania pokazały jednak, że skupianie się wyłącznie na języku może być zbyt wąskim podejściem. Obszary mózgu połączone przez pęczek łukowaty są również zaangażowane w inne funkcje poznawcze, takie jak:

• Integrowanie informacji sensorycznych.

• Przetwarzanie złożonych zachowań społecznych.

To odkrycie podkreśla złożoność ewolucji ludzkiego mózgu. Sugeruje, że nasze zaawansowane zdolności poznawcze nie wynikają z pojedynczej zmiany, jak kiedyś sądzono, ale z kilku powiązanych ze sobą modyfikacji w konektywności mózgu.

Mózg społeczny: połączenie skroniowo-ciemieniowe

Oprócz kluczowej roli pęczka łukowatego, zidentyfikowaliśmy również istotne różnice międzgatunkowe w obszarze zlokalizowanym bardziej z tyłu kory skroniowej – na połączeniu skroniowo-ciemieniowym (temporoparietal junction). Region ten odgrywa krytyczną rolę w przetwarzaniu informacji o innych, takich jak rozumienie ich przekonań i intencji, co jest fundamentem ludzkich interakcji społecznych.

U ludzi ten obszar mózgu posiada znacznie bardziej rozbudowane połączenia z innymi częściami mózgu przetwarzającymi złożone informacje wizualne, takie jak mimika twarzy czy wskazówki behawioralne. To sugeruje, że nasz mózg jest ewolucyjnie „zaprogramowany” do obsługi bardziej złożonych procesów społecznych niż mózgi naszych krewnych. Jesteśmy istotami wysoce społecznymi, a architektura naszego mózgu to odzwierciedla.

Ewolucja etapami: nowa perspektywa

Te odkrycia podważają ideę pojedynczego, wielkiego „skoku” ewolucyjnego, który doprowadził do powstania ludzkiej inteligencji. Zamiast tego, nasze badania sugerują, że ewolucja mózgu przebiegała etapami. Wygląda na to, że zmiany w organizacji kory czołowej pojawiły się u małp człekokształtnych, a następnie, w linii ewolucyjnej prowadzącej do ludzi, doszło do znaczących modyfikacji w korze skroniowej.

Podsumowanie: mózg naczelnych, ale wyjątkowo społeczny

Richard Owen miał rację co do jednego – nasze mózgi różnią się od mózgów innych gatunków, przynajmniej do pewnego stopnia. Posiadamy mózg typowy dla naczelnych, ale jego wewnętrzna organizacja, szczególnie w płacie skroniowym, jest tak zmodyfikowana, że czyni nas istotami jeszcze bardziej społecznymi niż inne naczelne. To właśnie ta wyjątkowa architektura połączeń neuronalnych prawdopodobnie umożliwiła nam rozwój tak złożonych zdolności jak język mówiony i zaawansowane interakcje społeczne. Zrozumienie tych subtelnych różnic w „okablowaniu” mózgu przybliża nas do odpowiedzi na fundamentalne pytanie: co sprawia, że jesteśmy ludźmi?

Napisano na podstawie: https://theconversation.com/what-makes-the-human-brain-unique-we-compared-it-with-monkeys-and-apes-to-find-out-252331