Quantifiquen per primera vegada el nombre de neurones de 111 espècies d'ocells per investigar la relació entre mida del cervell i intel·ligència

Barcelona, 14 de juliol de 2022. Què fa que un animal sigui més intel·ligent que un altre? Des de fa temps s'argumenta la intel·ligència està relacionada amb la mida del cervell. Aquesta teoria, anomenada “teoria de l’encefalització”, defensa que el teixit cerebral “extra” d’un cervell més gran permet dedicar més neurones a tasques cognitives. No obstant això, fins ara no disposàvem d’evidències científiques que ho recolzessin. Una raó ha estat la dificultat de comptabilitzat la densitat neuronal en diferents espècies animals.

El treball compta amb la participació de l’investigador Joan Garcia-Porta, membre del Grup de Recerca de Genòmica Evolutiva i Bioinformàtica -integrat en la plataforma Bioinformatics Barcelona (BIB)- del Departament de Genètica, Microbiologia i Estadística de la Facultat de Biologia i l’Institut de Recerca de la Biodiversitat (IRBio) de la UB. L'estudi està codirigit per l'investigador Daniel Sol, membre del CSIC i del CREAF, i ha estat possible gràcies al desenvolupament d’un nou mètode per comptar neurones -el fraccionador isotròpic- per part de l’equip de la neurobiòloga Suzana Herculano-Houzel, un equipament que fa possible comptar neurones de moltes espècies en poc temps i de forma acurada.  

Per a fer l’estudi, els investigadors han partit de l’estimació del nombre de neurones al telencèfal pal·lial, àrea cerebral dels ocells on tenen lloc funcions superiors (sensorials, associatives i pre-motores) i que ens els mamífers correspondria al neocòrtex. Pel present article s’ha mesurat la densitat neuronal de 81 individus de 46 espècies. Això ha estat possible gràcies a la participació de Pavel Němec, neurobiòleg de la Charles University de Praga (República Txeca) que ha co-liderat l’estudi i que és un dels pocs experts mundials en la quantificació de neurones amb la tècnica del fraccionador isotròpic. Com a controls, a més del pàl·lium també s’han quantificat les neurones en el cerebel (implicat en moviments voluntaris) i en el tronc encefàlic (no directament implicat en funcions cognitives). Sumats a les 65 espècies mesurades en estudis previs, el nombre total d’espècies analitzat (111) representa la mostra més gran de número de neurones mai utilitzada en un mateix estudi.

Les dades del nombre de neurones han estat comparades amb informació de la capacitat d’innovació basada en 4.400 observacions que descriuen comportaments innovadors d’ocells en els seus hàbitats naturals. Aquesta informació és el resultat de dues dècades de treball de Louis Lefebvre, psicòleg de la McGill University (Montreal, Canada) i co-lider de l’estudi, i comprèn observacions entre 1960 i 2020 de comportaments innovadors tant en l’adopció de de nous aliments com en l’ús de tècniques noves. Exemples d’aquestes observacions inclouen gralles trencant la closca de nous llençant-les sobre el paviment, pardals bloquejant els sensors de les portes de supermercats per robar menjar o mallerengues obrint els pots de llet que el repartidor deixa a les portes de les cases.

Els resultats demostren que el nombre de neurones en el pàl·lium, i no pas les del cerebel ni del tronc encefàlic, són un predictor acurat de la capacitat cognitiva d’una espècie: més nombre de neurones en el pàl·lium implica una major capacitat d’innovació. Al seu torn, l’acumulació de neurones al pàl·lium fa que el cervell creixi tant en termes absoluts com en termes relatius. Així, doncs, d’entre totes les espècies i llinatges estudiats, els científics destaquen que són els còrvids i els lloros les aus que tenen un cervell més gran en relació al cos i també més neurones en el pàl·lium. Són, també, les que tenen un temps de maduració més llarg.

“Aquests resultats són consistents amb la hipòtesi que l’acumulació de neurones al pàl·lium té lloc en fases tardanes del desenvolupament”, apunta Daniel Sol. “Els nostres resultats suggereixen que en còrvids i lloros l’acumulació de neurones al pàl·lium és el resultat d’allargar el temps que necessita el poll per desenvolupar-se, una vegada a sortit de l’ou”.

En canvi, apunta, “en grups com els faisans i els coloms l’etapa de desenvolupament post-natal és més curta, el que no els permet acumular tantes neurones al pàl·lium. Això pot explicar per què tenen un cervell relatiu petit i són poc innovadores en el seu comportament”.

A més, tant els còrvids com els lloros tenen una vida més llarga. “Viure més temps augmenta el valor de resoldre problemes mitjançant la innovació perquè el temps que dediques a aprendre un nou comportament es compensa si el comportament ofereix beneficis durant més temps".

El treball demostra, així doncs, que no importa tant el nombre de neurones en total sinó com s’organitzen les neurones dins del cervell, i que es més important la grandària del cervell en relació al cos que en termes absoluts.

I és que fins ara, hi havia controvèrsia sobre si era més important la grandària del cervell en termes absoluts o en termes relatius. “Els elefants tenen un cervell més gran que els humans en termes absoluts”, indica Lefebvre. “Vol dir això que són més intel·ligents que els humans? No necessàriament si el que més importa és la mida relativa del cervell. El cervell dels humans conté més neurones al pàl·lium, i això fa que sigui més gran en proporció a la nostra mida que el dels elefants”.

Segons Louis Lefevbre, “Els nostres resultats ajuden a unificar les mesures neuro-anatòmiques en múltiples nivells, reconciliant les opinions contradictòries sobre el significat biològic de l’expansió del cervell”. En opinió de Daniel Sol, “Els resultats també posen de manifest el valor de la perspectiva de la història vital per avançar en la nostra comprensió de les bases evolutives de les connexions entre el cervell i la cognició”.

Daniel Sol, Seweryn Olkowicz, Ferran Sayol, Martin Kocourek, Yicheng Zhang,Lucie Marhounová, Christin Osadnik, Eva Corssmit, Joan Garcia-Porta, Thomas E. Martin, Louis Lefebvre and Pavel Němec. Nature Ecology and Evolution. https://doi.org/10.1038/s41559-022-01815-x