Cosa sa fare, il cervello umano, lo sappiamo bene: controlla i movimenti, le emozioni, i pensieri, ma anche i riflessi viscerali e, come un direttore d’orchestra, regola la funzionalità e la coordinazione armonica di tutte le parti del nostro organismo. Ci sono alcune funzioni però – fra cui il pensiero astratto, e la consapevolezza spaziotemporale di sé – che rendono gli esseri umani diversi da altri animali. Ma in cosa è diverso il cervello umano? Le dimensioni contano, ad esempio, e se confrontiamo ad esempio quelle del nostro cervello con quelle degli altri primati ne usciamo vincitori. Ma non è tutto: gli scienziati dell’Mit hanno trovato una differenza più sottile, ma significativa, che riguarda i neuroni umani. Secondo lo studio pubblicato su Nature nel cervello umano il numero di canali che regola il flusso di ioni e, con esso, la trasmissione del segnale nervoso da un neurone all’altro, sarebbe più basso rispetto agli animali.
Come comunicano le cellule nervose
Per capire come mai questa scoperta sia inattesa, bisogna aver presente come funzionano i neuroni e come comunicano fra loro. Un neurone è composto da un corpo centrale (detto soma, dove si trova il nucleo), dai prolungamenti che ricevono il segnale proveniente dai neuroni vicini (i dendriti) e da un prolungamento che trasmette il segnale ai neuroni vicini (assone). La particolarità, rispetto alle altre cellule dell’organismo, sta nel fatto che i neuroni sono eccitabili: significa che possono cambiare il proprio potenziale elettrico consentendo il passaggio di ioni e trasformare poi questo flusso di ioni in una corrente che trasporta e trasmette l’informazione. Tutto questo avviene grazie ai canali ionici, proteine che si trovano sulla membrana cellulare e creano un vero e proprio varco attraverso cui gli ioni possono passare.
La particolarità dei neuroni umani
“Precedenti studi comparativi hanno stabilito che il cervello umano è costruito come gli altri cervelli dei mammiferi” dice Lou Beaulieu-Laroche, studente del Mit e autore dello studio. “Siamo stati sorpresi di trovare forti prove che i neuroni umani sono speciali”.
Nello studio sono stati prelevati neuroni della corteccia di 10 specie di mammiferi: toporagni etruschi (uno dei più piccoli mammiferi conosciuti), gerbilli, topi, ratti, porcellini d’India, furetti, conigli, uistitì e macachi, e tessuto cerebrale umano rimosso da pazienti con epilessia durante la chirurgia cerebrale. La varietà di campioni ha permesso ai ricercatori di coprire una gamma di spessori corticali e dimensioni dei neuroni rappresentativa di tutto il regno dei mammiferi.
In tutte le specie analizzate, si trova che all’aumentare delle dimensioni dei neuroni aumenta anche il numero di canali ionici sulla loro superficie. In tutte le specie, tranne negli esseri umani, che si sottraggono a questa regola e mostrano un numero di canali ionici inferiore a quello atteso.
Neuroni a basso consumo energetico
Considerando solo l’aumento nel numero di canali ionici, il risultato sorprende, scrivono gli autori, perché più ce ne sono, più energia è necessaria per pompare gli ioni dentro e fuori la cellula. Tuttavia, questo aspetto assume un significato diverso se si considera il numero complessivo di canali nel volume della corteccia. Nel minuscolo cervello del toporagno etrusco, pieno di neuroni molto piccoli, ad esempio, ci sono più neuroni per unità di volume rispetto al cervello di un coniglio, che ha neuroni molto più grandi. Ma poiché i neuroni del coniglio hanno un numero maggiore di canali ionici, la densità dei canali in un dato volume di tessuto è la stessa in entrambe le specie. In altre parole, la densità di canali ionici in una data regione spaziale della corteccia rimane costante, e con essa anche il costo energetico dei processi chimici coinvolti.
Considerando il bilancio energetico, quindi, i ricercatori hanno ipotizzato che la controtendenza riscontrata nella specie umana possa aver indotto il cervello a funzionare in modo più efficiente, permettendogli di deviare le risorse risparmiate verso altri processi che richiedono energia per eseguire compiti cognitivi complessi.
Il prossimo passo sarà capire come viene spesa questa energia extra, se l’efficienza energetica sia indotta da specifiche mutazioni genetiche dei neuroni e, infine, indagare se vi siano specie di primati più vicine agli esseri umani che presentano analoghe diminuzioni nella densità dei canali ionici.
Riferimenti: Nature
Credits immagine: Fakurian Design on Unsplash
