¿Es la estructura cerebral aviar (de muchos núcleos compactos) más eficiente que la estructura cerebral de mamíferos?

Es difícil llegar a una conclusión sobre la “eficiencia” sin saber cuál es el objetivo.

Cada especie ha desarrollado un cerebro máximamente eficiente (hasta ahora) para el nicho ambiental particular de ese animal.

Partes del cerebro humano se organizan en núcleos (grupos 3D de neuronas), por ejemplo, los ganglios basales y el sistema límbico, mientras que otras partes se organizan en láminas corticales 2D, por ejemplo, la corteza cerebral, el cerebelo y el hipocampo.

El patrón del circuito repetitivo 2D en la corteza de los mamíferos está tan interconectado localmente que el mismo circuito probablemente no podría estructurarse como núcleo sin una pérdida sustancial de velocidad de procesamiento y eficiencia. Y el hecho de que el área superficial de la corteza cerebral se haya expandido tanto en la evolución reciente muestra que, sea lo que sea que haga este patrón de circuito, debe conferir una ventaja evolutiva sustancial.

Por otro lado, las aves y los insectos pueden volar en terreno desconocido utilizando cerebros extremadamente pequeños organizados como núcleos. Las aves son únicas entre los que no son mamíferos en el sentido de que son sociales (incluida la unión de parejas) y están conectadas para aprender patrones de secuencia complejos (canciones). ¿La organización en núcleos es buena o mala para esto? Es difícil de decir. Puede ser bueno para soportar un tamaño cerebral más pequeño, pero menos escalable en términos de aprendizaje de patrones complejos. Y, sin embargo, la capacidad aviar para aprender canciones es lo suficientemente impresionante como para convertirse en el modelo animal para estudiar el lenguaje.

Para hacer una analogía con los humanos, los ganglios basales son la región del cerebro con la estructura organizativa más similar al cerebro aviar, y parece estar limitada al aprendizaje procesal, mientras que la corteza cerebral puede soportar una visión compleja y abstracción de razonamiento. ¿Es esto debido a la geometría? ¿O es simplemente el resultado del patrón de circuito que descubrió la evolución?

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Existe un análisis teórico publicado recientemente que cuantifica el número de patrones de entrada dendríticos coincidentes discriminables a través de la morfología del árbol dendrítico donde los investigadores intentaron caracterizar la eficiencia de los cálculos neurales realizados por diferentes tipos de células cerebrales en muchas especies, principalmente mediante la medición de su patrón de entrada capacidad de discriminación: una función alojada en sus ramas dendríticas.

Una de las conclusiones del estudio fue que las neuronas humanas, y generalmente las primates, son menos capaces de discriminar una gran cantidad de patrones de entrada que las neuronas de otras especies. Los autores sugirieron la siguiente explicación posible para ese sorprendente hallazgo contraintuitivo: “… los resultados de esta sección indican estrategias evolutivas específicas adoptadas en primates para aumentar su memoria (es decir, la capacidad de distinguir patrones), lo que resulta en un aumento en el número de neuronas con reducción concurrente de la capacidad de memoria de una sola neurona “.

PD: Cualquier objeción sobre la métrica que usan para examinar la eficiencia funcional de las células neurales es más que bienvenida.