¿Cómo afectan las diferentes estructuras cerebrales de las aves y los mamíferos a su cognición y comportamiento?

Absolutamente.

Hay varios investigadores, incluido yo mismo, que estudian este mismo fenómeno. Hay varias formas de medir la actividad directa e indirecta en regiones cerebrales muy específicas mientras los animales realizan tareas cognitivas. Estos incluyen técnicas de resonancia magnética, pulsos electrónicos externos y actividad de genes cerebrales mientras un animal está completando una tarea. Una vez que se ha medido la actividad, se puede inferir el proceso cognitivo y / o la emoción que ocurre a lo largo de la tarea.

Para empezar, ¿cuáles son las diferencias en la estructura del cerebro entre las aves y los mamíferos? La principal diferencia es que los mamíferos (incluso los monotremas) tienen una estructura laminar en su cerebro anterior (corteza). Es decir, encuentra hojas / capas de tipos de celdas específicos, y cada capa es única en el lugar desde donde recibe y envía la entrada. Esta estructura es lo que le da a los humanos y a algunos otros mamíferos su aspecto arrugado característico … ya que todo está organizado en una hoja, debes comenzar a plegarlo si quieres encajar más. Las aves, por otro lado, tienen células organizadas en núcleos, con cada núcleo con entradas y salidas únicas.

¿Cómo afecta esta diferencia a la cognición? La evidencia muestra que no lo hace en absoluto.

Existe un argumento teórico de larga data de que una estructura laminar es “mejor” computacionalmente y, por lo tanto, permite a los mamíferos tener procesos cognitivos más complejos. Pero este argumento se basa en algunas suposiciones que pueden ser ciertas o no. El núcleo del argumento es que la estructura laminar mantiene diferentes capas cercanas entre sí y, por lo tanto, permite que las diferentes capas se conecten de manera eficiente.

¿Pero qué hay de los datos?

Si una estructura laminar coloca a los mamíferos en una ventaja cognitiva y conductual significativa, esperaríamos que todos los no mamíferos tengan un deterioro cognitivo en relación con los mamíferos, lo que ciertamente no es el caso. Aunque los mamíferos tienen en sus filas algunas especies que muestran comportamientos complejos y procesos cognitivos avanzados, hay muchas aves cuyo comportamiento muestra evidencia de procesos cognitivos avanzados. El uso de herramientas de exhibición de los cuervos de Nueva Caledonia (alguna vez se pensó que era exclusivo de los humanos, ver http://www.wired.com/wiredscienc …), los estorninos europeos muestran la capacidad de reconocer la organización recursiva (todavía muchos lingüistas argumentan que exclusivo de los humanos, ver http://www.sciencedaily.com/rele …), y algunos loros grises africanos han aprendido un extenso vocabulario de palabras humanas.

Todo esto con su estructura cerebral nuclear. Y, sin embargo, aunque a menudo pensamos en los primates cuando tratamos de discutir las ventajas cognitivas de una estructura laminar, hay muchos mamíferos que tienen estructuras laminares que no pueden realizar este tipo de comportamientos (como roedores o perros).

¿La estructura del cerebro juega algún papel, entonces? Bueno, sí. Pero no es tan simple como “las estructuras laminares siempre son mejores”. Lo importante para los procesos cognitivos es la conectividad real de las neuronas y las capacidades computacionales que permite la conectividad.

Un buen ejemplo (y quizás el que se ha estudiado más ampliamente en términos de comportamiento en las aves) sería en las estructuras neurales y en el aprendizaje vocal, donde un animal aprende sus vocalizaciones en función de lo que escucha. Esto no es algo trivial que hacer … requiere conectividad entre las áreas auditiva y motora y la capacidad computacional de “escuchar” cuando está equivocado y ajustar su salida vocal en consecuencia. El aprendizaje vocal es particularmente útil como comportamiento comparativo porque solo algunas aves pueden aprender sus vocalizaciones (p. Ej., Pájaros cantores y loros) mientras que otras no (p. Ej., Pollos). Del mismo modo, algunos mamíferos aprenden sus vocalizaciones (p. Ej., Humanos, delfines), mientras que otros no (p. Ej., Chimpancés, perros). Por lo tanto, no se requiere una estructura laminar para hacer esto (porque algunas aves pueden hacerlo) y una estructura laminar no garantiza que uno pueda hacerlo (porque muchos mamíferos no pueden).

En los pájaros cantores, hay ciertas estructuras necesarias para que las aves aprendan sus vocalizaciones … una combinación de estructuras auditivas, premotoras, motoras y de los ganglios basales conocidas colectivamente como la “vía anterior del cerebro anterior”. Estas estructuras (a pesar de ser nucleicas y no laminares) son críticas para el aprendizaje vocal en los pájaros cantores. ( http://jackknife.med.yale.edu/ns …) Las estructuras específicas que los mamíferos utilizan para el aprendizaje vocal no son tan claras, pero ciertamente necesitan tener conectividad entre las áreas auditiva y motora y deben poder usar el auditivo señal como señal de retroalimentación.

Pero el hecho de que este tipo de comportamientos y procesos cognitivos se puedan ver tanto en las aves como en los mamíferos, a pesar de la distancia evolutiva entre las dos especies y las diferencias en la estructura del cerebro, indica que el aspecto importante probablemente no son las medidas aproximadas de la estructura, sino detalles de la conectividad neuronal. Un trabajo reciente de Harvey Karten y otros argumenta que, a pesar de la diferencia nuclear-laminar, la conectividad subyacente se conserva entre los aviares y los mamíferos y que los núcleos aviares son homólogos a la lámina de mamíferos ( http://www.sciencedaily.com/rele … http: //www.pnas.org/content/107/ …). Ciertamente no es la última palabra, pero los procesos y comportamientos cognitivos avanzados en los que pueden participar algunas aves indican que la estructura nuclear no es tan limitante como sugiere la teoría.

Todas las citas e imágenes tomadas de las páginas 108 a 115 en Cerebros en evolución

Entonces, ¿qué sabemos sobre los mamíferos?

En la transición de los cinodontes a los mamíferos, el tamaño relativo de
El prosencéfalo se expandió. La neocorteza, la sábana, de seis capas.
la estructura en el techo del prosencéfalo que se encuentra en todos los mamíferos y solo en los mamíferos , probablemente estuvo presente en los primeros mamíferos verdaderos;

Y pájaros?

Harvey Karten y sus colegas y Jack Pettigrew descubrieron que el wulst contiene un único mapa de campo altamente topográfico en búhos. Pettigrew también observó que el wulst no contiene neuronas piramidales, sino células estrelladas o en forma de estrella que carecen de una gran dendrita apical que se extiende hacia la superficie del cerebro; Las dendritas se extienden en todas las direcciones. La arquitectura de la célula estrellada es una especialización de la caza de pájaros. La arquitectura básica de la célula piramidal cortical es más primitiva ya que está presente en las estructuras telencefálicas homólogas en anfibios y reptiles.

Estas observaciones implican que hubo un cambio fundamental en el cableado de esta región del cerebro en la línea evolutiva [de los reptiles a las aves. La arquitectura del wulst no está limitada por las dendritas apicales, y esta es quizás la razón por la cual el wulst se expande a un grosor mucho mayor que la neocorteza en los mamíferos. Así, en ambas aves y mapas de mamíferos se formaron parte de la telencefalia dorsolateral; sin embargo, los principales componentes neuronales y la arquitectura de la neocorteza y la wulst son bastante diferentes. En el neocortex hay múltiples mapas visuales dispuestos en una hoja relativamente delgada, mientras que en el wulst hay un solo mapa en una estructura mucho más gruesa.

Una consecuencia de los mapas múltiples en mamíferos es que las conexiones entre los mapas deben atravesar distancias relativamente largas y, por lo tanto, en cerebros más grandes se debe dedicar una mayor cantidad de espacio a la materia blanca neocortical que transporta los “cables” que conectan los mapas. La arquitectura aviar es mucho más económica en términos de cableado porque involucra solo un único mapa grande en la tormenta .

Sorprendentemente, el cerebro aviar es aún más eficiente que el cerebro de los mamíferos. ¿Y qué implicaciones tiene esto? Bueno, la cognición de los cuervos y los loros (con sus pequeños cerebros) es comparable a los cerebros mucho más grandes de los chimpancés y otros grandes simios. Si bien podría atribuir esto a la relación cerebro / cuerpo (o cociente de encefalización), la verdad es que la relación cerebro / cuerpo de estas aves todavía no es tan drásticamente diferente de la de muchos mamíferos de su tamaño; vea el diagrama a continuación ( musarañas de los árboles, Por ejemplo, ¡tenga relaciones cerebro-cuerpo que sean incluso más grandes que las relaciones cerebro / cuerpo humano! Pero nunca hemos visto nada particularmente inteligente que salga de las musarañas de los árboles). De hecho, sería difícil identificar a cualquier mamífero pequeño que sea capaz de las mismas hazañas cognitivas que un cuervo.

La relación cerebro-cuerpo sí importa, pero el tamaño absoluto del cerebro sigue siendo importante para la cognición (Fuente: Principios de evolución cerebral)

De hecho, incluso hay un artículo de 2009 titulado ¿Por qué hay tan pocos mamíferos inteligentes (pero tantas aves inteligentes)! ( http://dx.doi.org/10.1098/rsbl.2 …)

Puede encontrar más información buena en http://www.pigeon.psy.tufts.edu/ …, http://people.eku.edu/ritchisong …, y http://people.eku.edu/ritchisong …

Además, en palabras de MT Owens en http://www.quora.com/Dinosaurs/W … …

En realidad, se podría argumentar que la estructura del cerebro aviar (muchos núcleos compactos) es más eficiente con el cableado neuronal que la estructura del mamífero (lámina cortical grande y plana) y, por lo tanto, que un pájaro podría ser más inteligente que un mamífero del mismo tamaño del cerebro, especialmente esos tamaños cerebrales se hacen más grandes. Los cuervos de Nueva Caledonia son fabricantes de herramientas en cautiverio y en la naturaleza, a pesar de no tener pulgares oponibles y tener cerebros mucho más pequeños que los ejemplos mamíferos de fabricantes de herramientas (los simios y posiblemente los delfines). Los loros grises africanos pueden contar hasta 5, al menos en cautiverio. Las aves pueden recordarte a los reptiles, y eso es justo porque se separaron de los reptiles más tarde que los mamíferos, pero eso no significa que no puedan ser conductualmente complejos o inteligentes.