(Derek Berwin/The Image Bank/Getty Images) Wenn es um die Welt der Säugetiere geht, ragt der Mensch deutlich heraus.
Obwohl viele Tiere einige Aspekte unserer Intelligenz teilen, erreichen sie nicht das gleiche Niveau wie wir. Es war jedoch schwierig herauszufinden, warum wir auf neurologischer Ebene kognitiv weiter fortgeschritten sind. Bisher konnten in Studien keine signifikanten Unterschiede zwischen den Gehirnen von Säugetieren festgestellt werden. Jetzt haben wir endlich einen Vorsprung.
Ein Forscherteam des Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat herausgefunden, dass das menschliche Gehirn im Vergleich zu anderen Säugetieren über eine viel geringere Anzahl neuronaler Kanäle verfügt, die den Fluss von Ionen wie Kalzium, Kalium und Natrium ermöglichen.
Dieser Fluss erzeugt die elektrischen Impulse, die es den Neuronen ermöglichen, miteinander zu kommunizieren. Weniger davon könnten bedeuten, dass das menschliche Gehirn effizienter arbeiten und Ressourcen auf komplexere kognitive Funktionen umlenken kann.
„Frühere Vergleichsstudien ergaben, dass das menschliche Gehirn wie das Gehirn anderer Säugetiere aufgebaut ist. Daher waren wir überrascht, starke Beweise dafür zu finden, dass menschliche Neuronen etwas Besonderes sind.“ sagt der Neurowissenschaftler Lou Beaulieu-Laroche des MIT.
Der Grundstein für diese Entdeckung wurde 2018 gelegt, als Beaulieu-Laroche und sein Kollege Mark Harnet vom MIT eine Studie durchführten, in der sie Rattengehirne mit menschlichen Gehirnen verglichen.
Eine ihrer Erkenntnisse Betroffene Dendriten, die verzweigten Strukturen an den Spitzen von Nervenzellen, durch die die elektrischen Impulse des Gehirns über Ionenkanäle empfangen werden. Von hier aus erzeugt der Dendrit ein sogenanntes Aktionspotential, das das Signal weiterleitet.
Beim Vergleich der Gehirne der beiden Arten stellten die Forscher fest, dass die menschlichen Dendriten im Vergleich zu Rattendendriten eine deutlich geringere Dichte dieser Ionenkanäle aufwiesen. Dies war eine weitere Untersuchung wert.
Die neue Forschung wurde auf 10 Arten ausgeweitet: Spitzmaus, Maus, Rennmaus, Ratte, Frettchen, Meerschweinchen, Kaninchen, Krallenaffen, Makaken und natürlich Menschen, wobei Gewebeproben verwendet wurden, die Epilepsiepatienten während einer Gehirnoperation entnommen wurden.
Eine Analyse der physikalischen Struktur dieser Gehirne ergab, dass die Ionenkanaldichte mit der Neuronengröße zunimmt, mit einer bemerkenswerten Ausnahme: dem menschlichen Gehirn.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass dies dazu diente, die Ionenkanaldichte über eine Reihe von Gehirngrößen hinweg aufrechtzuerhalten; Obwohl also die Spitzmaus in einem bestimmten Gehirnvolumen eine höhere Anzahl an Neuronen hatte als das Kaninchen oder der Makak, war die Dichte der Ionenkanäle in diesem Volumen konsistent.
„Dieser Bauplan ist für neun verschiedene Säugetierarten einheitlich.“ sagte Harnett . „Es sieht so aus, als ob der Kortex versucht, die Anzahl der Ionenkanäle pro Volumeneinheit bei allen Spezies gleich zu halten.“ „Das bedeutet, dass für ein gegebenes Kortexvolumen der energetische Aufwand zumindest für Ionenkanäle gleich ist.“
Die außergewöhnlich niedrige Ionenkanaldichte im menschlichen Gehirn war im Vergleich zu allen anderen Gehirnen auffällig.
Natürlich waren alle Vergleichstiere deutlich kleiner als Menschen, daher könnte es sich lohnen, die Proben noch größerer Tiere zu testen. Allerdings ist der Makaken oft in der Forschung als Modell verwendet für das menschliche Gehirn.
Die Forscher vermuten einen evolutionärer Kompromiss ist für den Menschen möglich – dabei verliert oder verringert ein biologisches System eine Eigenschaft für eine Optimierung an anderer Stelle.
Beispielsweise wird Energie benötigt, um Ionen durch Dendriten zu pumpen. Durch die Minimierung der Ionenkanaldichte könnte das menschliche Gehirn die Energieeinsparungen an anderer Stelle nutzen können – vielleicht in komplexeren synaptischen Verbindungen oder schnelleren Aktionspotentialen.
„Wenn das Gehirn Energie sparen kann, indem es die Dichte der Ionenkanäle verringert, kann es diese Energie für andere neuronale oder Schaltkreisprozesse verwenden.“ Harnett erklärt .
„Wir glauben, dass sich der Mensch aus diesem Bauplan heraus entwickelt hat, der zuvor die Größe der Großhirnrinde einschränkte, und einen Weg gefunden hat, energieeffizienter zu werden, sodass man weniger ausgibt.“ ATP [Energiemoleküle] pro Volumen im Vergleich zu anderen Arten.'
Dieser Befund zeige, so die Forscher, einen interessanten Ansatz für weitere Untersuchungen auf. In zukünftigen Forschungen hofft das Team, den evolutionären Druck zu erforschen, der zu diesem Unterschied geführt haben könnte, und herauszufinden, wohin genau diese zusätzliche Gehirnenergie fließt.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Natur .