O que as estruturas cerebrais únicas dos elefantes sugerem sobre suas habilidades mentais

A Ciência Libertada | Palestra Rupert Sheldrake 2012 Leg. PT- BR (Julho 2019).

Anonim

Conservacionistas designaram 12 de agosto como o Dia Mundial do Elefante para aumentar a conscientização sobre a conservação desses animais majestosos. Os elefantes têm muitos recursos envolventes, desde seus troncos incrivelmente hábeis até suas habilidades de memória e vidas sociais complexas.

Mas há muito menos discussões sobre seus cérebros, ainda que seja razoável pensar que um animal tão grande tenha um cérebro bem grande (cerca de 12 libras). De fato, até recentemente, muito pouco era realmente conhecido sobre o cérebro do elefante, em parte porque obter um tecido bem preservado adequado para o estudo microscópico é extremamente difícil.

Essa porta foi aberta pelos esforços pioneiros do neurobiólogo Paul Manger, da Universidade de Witwatersrand, na África do Sul, que obteve permissão em 2009 para extrair e preservar os cérebros de três elefantes africanos que deveriam ser abatidos como parte de uma gestão populacional maior. estratégia. Assim, aprendemos mais sobre o cérebro do elefante nos últimos 10 anos do que nunca.

A pesquisa compartilhada aqui foi conduzida no Colorado College em 2009-2011 em cooperação com Paul Manger, o antropólogo Chet Sherwood da Universidade Columbia e o neurocientista Patrick Hof, da Escola de Medicina Icahn, no Monte Sinai. Nosso objetivo era explorar as formas e o tamanho dos neurônios no córtex de elefantes.

Meu grupo de laboratório há muito tempo se interessa pela morfologia ou forma dos neurônios no córtex cerebral de mamíferos. O córtex constitui a fina camada externa de neurônios (células nervosas) que cobrem os dois hemisférios cerebrais. Está intimamente associado a funções cognitivas superiores, como o movimento voluntário coordenado, a integração de informações sensoriais, a aprendizagem sociocultural e o armazenamento de memórias que definem um indivíduo.

O arranjo e a morfologia dos neurônios no córtex é relativamente uniforme entre os mamíferos - ou assim pensamos, depois de décadas de investigações em cérebros de primatas humanos e não-humanos, e nos cérebros de roedores e gatos. Como descobrimos quando fomos capazes de analisar cérebros de elefantes, a morfologia dos neurônios corticais de elefantes é radicalmente diferente de qualquer coisa que já tenhamos observado antes.

Como os neurônios são visualizados e quantificados

O processo de exploração da morfologia neuronal começa com a coloração do tecido cerebral após sua fixação (preservada quimicamente) por um período de tempo. Em nosso laboratório, usamos uma técnica com mais de 125 anos chamada de mancha de Golgi, batizada com o nome do biólogo italiano e ganhador do Prêmio Nobel Camillo Golgi (1843-1926).

Essa metodologia estabeleceu as bases da neurociência moderna. Por exemplo, o neuroanatomista e ganhador do Prêmio Nobel espanhol Santiago Ramon y Cajal (1852-1934) usou essa técnica para fornecer um roteiro de como os neurônios se parecem e como eles estão conectados uns com os outros.

A mancha de Golgi impregna apenas uma pequena porcentagem de neurônios, permitindo que as células individuais pareçam relativamente isoladas com um fundo claro. Isso revela os dendritos, ou ramos, que constituem a área de superfície receptiva desses neurônios. Assim como os ramos de uma árvore trazem luz para a fotossíntese, os dendritos dos neurônios permitem que a célula receba e sintetize informações recebidas de outras células. Quanto maior a complexidade dos sistemas dendríticos, mais informações um neurônio em particular pode processar.

Uma vez que mancharmos os neurônios, podemos localizá-los em três dimensões sob o microscópio, com a ajuda de um computador e software especializado, revelando a complexa geometria das redes neuronais. Neste estudo, traçamos 75 neurônios de elefantes. Cada traçado levou de uma a cinco horas, dependendo da complexidade da célula.

Como são os neurônios dos elefantes

Mesmo depois de fazer esse tipo de pesquisa há anos, é emocionante ver o tecido sob o microscópio pela primeira vez. Cada mancha é um passeio por uma floresta neural diferente. Quando examinamos seções de tecido de elefantes, ficou claro que a arquitetura básica do córtex de elefantes era diferente da de qualquer outro mamífero que tenha sido examinado até agora - incluindo seus parentes vivos mais próximos, o peixe-boi e o rock hyrax.

Aqui estão três grandes diferenças que encontramos entre os neurônios corticais no elefante e aqueles encontrados em outros mamíferos.

Primeiro, o neurônio cortical dominante nos mamíferos é o neurônio piramidal. Estes também são proeminentes no córtex de elefantes, mas eles têm uma estrutura muito diferente. Em vez de ter um dendrito singular que sai do ápice da célula (conhecido como dendrito apical), os dendritos apicais do elefante geralmente ramificam amplamente à medida que sobem à superfície do cérebro. Em vez de um único ramo longo como um pinheiro, o dendrito apical do elefante assemelha-se a dois braços humanos que se erguem para cima.

Em segundo lugar, o elefante exibe uma variedade muito maior de neurônios corticais do que outras espécies. Alguns desses, como o neurônio piramidal achatado, não são encontrados em outros mamíferos. Uma característica desses neurônios é que seus dendritos se estendem lateralmente a partir do corpo celular a longas distâncias. Em outras palavras, como os dendritos apicais das células piramidais, esses dendritos também se estendem como braços humanos erguidos para o céu.

Terceiro, o comprimento total dos dendritos de neurônios piramidais em elefantes é aproximadamente o mesmo que em humanos. No entanto, eles são organizados de forma diferente. Os neurônios piramidais humanos tendem a ter um grande número de ramos mais curtos, enquanto o elefante tem um número menor de ramos muito mais longos. Enquanto os neurônios piramidais de primatas parecem ter sido projetados para amostrar informações muito precisas, a configuração dendrítica em elefantes sugere que seus dendritos fazem uma amostragem muito ampla de informações de várias fontes.

Em conjunto, essas características morfológicas sugerem que os neurônios do córtex de elefantes podem sintetizar uma variedade maior de estímulos do que os neurônios corticais de outros mamíferos.

Em termos de cognição, meus colegas e eu acreditamos que os circuitos corticais integrativos no elefante apóiam a idéia de que eles são essencialmente animais contemplativos. Os cérebros primaz, por comparação, parecem especializados para tomadas de decisão rápidas e reações rápidas a estímulos ambientais.

Observações de elefantes em seu habitat natural por pesquisadores como o Dr. Joyce Poole sugerem que os elefantes são de fato criaturas pensantes, curiosas e pesadas. Seus cérebros grandes, com uma coleção tão diversa de neurônios interconectados e complexos, parecem fornecer a base neural das habilidades cognitivas sofisticadas do elefante, incluindo comunicação social, construção e uso de ferramentas, resolução criativa de problemas, empatia e auto-reconhecimento, incluindo teoria. da mente.

Os cérebros de todas as espécies são únicos. De fato, até mesmo os cérebros de indivíduos dentro de uma determinada espécie são únicos. No entanto, a morfologia especial dos neurônios corticais do elefante nos lembra que há certamente mais de uma maneira de conectar um cérebro inteligente.

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