Come si è evoluta l'intelligenza umana? Gli antropologi hanno studiato questa domanda per decenni esaminando gli strumenti trovati negli scavi archeologici, prove dell'uso del fuoco e così via, e cambiamenti nelle dimensioni del cervello misurati da crani fossili.

Però, lavorando con i colleghi dell'Istituto di studi evolutivi dell'Università del Witwatersrand in Sud Africa, abbiamo trovato un nuovo modo per stimare l'intelligenza dei nostri antenati.

Studiando i teschi fossili, abbiamo determinato quanto sangue - e quanta energia - i cervelli degli antichi ominidi avevano bisogno per continuare a funzionare. Questo consumo di energia ci dà una misura di quanto pensassero.

Abbiamo scoperto che la velocità del flusso sanguigno al cervello può essere un'indicazione migliore delle capacità cognitive rispetto alle sole dimensioni del cervello.

Il cervello come supercomputer

I ricercatori hanno spesso ipotizzato che gli aumenti dell'intelligenza negli antenati umani (ominidi) si verificassero quando il cervello cresceva.

Questa non è un'ipotesi irragionevole; per i primati viventi, il numero di cellule nervose nel cervello è quasi proporzionale al volume del cervello. Altri studi sui mammiferi in generale indicano che il tasso metabolico del cervello, quanta energia ha bisogno per funzionare, è quasi proporzionale alle sue dimensioni.

L'elaborazione delle informazioni nel cervello coinvolge le cellule nervose (neuroni) e le connessioni tra di esse (sinapsi). Le sinapsi sono i siti di elaborazione delle informazioni, proprio come gli interruttori a transistor di un computer.

Il cervello umano contiene più di 80 miliardi di neuroni e fino a 1, 000 trilioni di sinapsi. Sebbene occupi solo il 2% del corpo, il cervello utilizza circa il 20% dell'energia di una persona a riposo.

Circa il 70% di tale energia viene utilizzata dalle sinapsi per produrre sostanze neurochimiche che trasferiscono informazioni tra i neuroni.

Per capire quanta energia usavano i cervelli dei nostri antenati, ci siamo concentrati sulla velocità del flusso sanguigno al cervello. Poiché il sangue fornisce ossigeno essenziale al cervello, è strettamente correlato all'uso dell'energia sinaptica.

Il cervello umano richiede circa 10 ml di sangue ogni secondo. Questo cambia notevolmente poco, se una persona è sveglia, addormentato, esercitarsi o risolvere difficili problemi di matematica.

A questo proposito, possiamo vedere il cervello come un supercomputer piuttosto dispendioso in termini di energia. Maggiore è la capacità di un computer, più potenza ha bisogno per rimanere in funzione e più grandi devono essere i suoi cavi di alimentazione elettrica. È lo stesso con il cervello:maggiore è la funzione cognitiva, maggiore è il tasso metabolico, maggiore è il flusso sanguigno e più grandi sono le arterie che forniscono il sangue.

Misurazione delle dimensioni dell'arteria dai teschi

Il flusso sanguigno alla parte cognitiva del cervello, il cervello, passa attraverso due carotidi interne. La dimensione di queste arterie è correlata alla velocità del flusso sanguigno attraverso di esse.

Proprio come un idraulico installerebbe tubi dell'acqua più grandi per adattare una portata maggiore a un edificio più grande, il sistema circolatorio regola le dimensioni dei vasi sanguigni in modo che corrispondano alla velocità del flusso sanguigno in essi. La velocità del flusso è a sua volta correlata alla quantità di ossigeno richiesta da un organo.

Inizialmente abbiamo stabilito la relazione tra la velocità del flusso sanguigno e la dimensione dell'arteria da 50 studi che coinvolgono l'ecografia o la risonanza magnetica dei mammiferi. La dimensione delle arterie carotidi interne può essere trovata misurando la dimensione dei fori che consentono loro di attraversare la base del cranio.

Prossimo, abbiamo misurato questi buchi nei crani di 96 grandi scimmie moderne, compresi gli scimpanzé, oranghi, gorilla. Abbiamo confrontato i crani con 11 di Australopithecus hominins vissuti circa 3 milioni di anni fa.

Il cervello di scimpanzé e orango ha un volume di circa 350 ml, mentre gorilla e Australopithecus sono un po' più grandi a 500 ml. La saggezza popolare suggerisce che l'Australopiteco dovrebbe essere intelligente almeno quanto gli altri.

Però, il nostro studio ha mostrato che un cervello di Australopithecus aveva solo due terzi del flusso sanguigno di uno scimpanzé o di un orango, e metà del flusso di un gorilla.

Gli antropologi hanno spesso posto l'Australopithecus tra le scimmie e gli umani in termini di intelligenza, ma pensiamo che questo sia probabilmente sbagliato.

La traiettoria unica dell'evoluzione del cervello umano

Negli esseri umani e in molti altri primati viventi, la velocità del flusso sanguigno dell'arteria carotide interna sembra essere direttamente proporzionale alle dimensioni del cervello. Ciò significa che se la dimensione del cervello raddoppia, anche la velocità del flusso sanguigno raddoppia.

Questo è inaspettato perché il tasso metabolico della maggior parte degli organi aumenta più lentamente con la dimensione dell'organo. Nei mammiferi, raddoppiare le dimensioni di un organo normalmente aumenterà il suo tasso metabolico solo di un fattore di circa 1,7.

Ciò suggerisce che l'intensità metabolica del cervello dei primati - la quantità di energia che ogni grammo di materia cerebrale consuma ogni secondo - è aumentata più velocemente del previsto all'aumentare delle dimensioni del cervello. Per gli ominidi, la crescita è stata anche più rapida che in altri primati.

Tra l'Ardipithecus e l'Homo sapiens di 4,4 milioni di anni, il cervello è diventato quasi cinque volte più grande, ma la velocità del flusso sanguigno è aumentata di oltre nove volte. Ciò indica che ogni grammo di materia cerebrale utilizzava quasi il doppio di energia, evidentemente a causa di una maggiore attività sinaptica e di elaborazione delle informazioni.

La velocità del flusso sanguigno al cervello sembra essere aumentata nel tempo in tutte le linee di primati. Ma nella stirpe degli ominidi, è aumentato molto più rapidamente che in altri primati. Questa accelerazione è andata di pari passo con lo sviluppo di strumenti, l'uso del fuoco e senza dubbio la comunicazione all'interno di piccoli gruppi.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.