O que há no cérebro humano que nos torna mais inteligentes do que outros animais?

Os seres humanos são incomparáveis ​​na área da cognição. Afinal, nenhuma outra espécie enviou sondas para outros planetas, produziu vacinas que salvam vidas ou criou poesia. Como a informação é processada no cérebro humano para tornar isso possível é uma questão que atraiu fascínio sem fim, mas sem respostas definitivas.

Nossa compreensão da função cerebral mudou ao longo dos anos. Mas os modelos teóricos atuais descrevem o cérebro como um "sistema distribuído de processamento de informações". Isso significa que ele tem componentes distintos, que estão fortemente ligados em rede através de uma fiação. Para interagir umas com as outras, as regiões trocam informações por meio de um sistema de sinais de entrada e saída.

No entanto, esta é apenas uma pequena parte de um quadro mais complexo. Em um estudo publicado na Nature Neuroscience, usando evidências de diferentes espécies e múltiplas disciplinas neurocientíficas, foi mostrado que não existe apenas um tipo de processamento de informação no cérebro. A forma como a informação é processada também difere entre humanos e outros primatas, o que pode explicar por que as habilidades cognitivas de nossa espécie são tão superiores.

Pegando emprestados conceitos do que é conhecido como a estrutura matemática da teoria da informação – o estudo da medição, armazenamento e comunicação de informações digitais que são cruciais para tecnologias como a internet e a inteligência artificial – para rastrear como o cérebro processa informações. Foi descoberto que diferentes regiões do cérebro de fato usam estratégias diferentes para interagir umas com as outras.

Algumas regiões do cérebro trocam informações com outras de uma maneira muito estereotipada, usando entrada e saída. Isso garante que os sinais sejam transmitidos de maneira reproduzível e confiável. É o caso de áreas especializadas em funções sensoriais e motoras (como processamento de informações sonoras, visuais e de movimento).

Pegue os olhos, por exemplo, que enviam sinais para a parte de trás do cérebro para processamento. A maioria das informações enviadas é duplicada, sendo fornecida por cada olho. Metade dessa informação, em outras palavras, não é necessária. Assim, chamamos esse tipo de processamento de informações de "redundante".

Mas a redundância fornece robustez e confiabilidade – é o que nos permite ainda ver com apenas um olho. Essa capacidade é essencial para a sobrevivência. Na verdade, é tão crucial que as conexões entre essas regiões do cérebro sejam anatomicamente conectadas no cérebro, um pouco como um telefone fixo.

No entanto, nem todas as informações fornecidas pelos olhos são redundantes. A combinação de informações de ambos os olhos permite que o cérebro processe a profundidade e a distância entre os objetos. Esta é a base para muitos tipos de óculos 3D no cinema.

Este é um exemplo de uma forma fundamentalmente diferente de processar informações, de uma forma que é maior que a soma de suas partes. Chamamos esse tipo de processamento de informações - quando sinais complexos de diferentes redes cerebrais são integrados - "sinérgicos".

O processamento sinérgico é mais prevalente em regiões do cérebro que suportam uma ampla gama de funções cognitivas mais complexas, como atenção, aprendizado, memória de trabalho, cognição social e numérica.

O cérebro humano é extremamente complexo.

Essas áreas onde ocorre muita sinergia — principalmente na parte frontal e central do córtex (a camada externa do cérebro) — integram diferentes fontes de informação de todo o cérebro. Eles são, portanto, mais ampla e eficientemente conectados com o resto do cérebro do que as regiões que lidam com informações sensoriais primárias e relacionadas ao movimento.

As áreas de alta sinergia que suportam a integração de informações também costumam ter muitas sinapses, as conexões microscópicas que permitem que as células nervosas se comuniquem.

A sinergia é o que nos torna especiais?

Queríamos saber se essa capacidade de acumular e construir informações por meio de redes complexas no cérebro é diferente entre humanos e outros primatas, que são parentes próximos dos nossos em termos evolutivos.

Para descobrir, analisamos dados de imagens cerebrais e análises genéticas de diferentes espécies. Descobrimos que as interações sinérgicas são responsáveis ​​por uma proporção maior do fluxo total de informações no cérebro humano do que nos cérebros de macacos. Em contraste, os cérebros de ambas as espécies são iguais em termos de quanto dependem de informações redundantes.

No entanto, também analisamos especificamente o córtex pré-frontal, uma área na frente do cérebro que suporta um funcionamento cognitivo mais avançado. Em macacos, o processamento de informações redundantes é mais prevalente nessa região, enquanto em humanos é uma área de muita sinergia.

O córtex pré-frontal também sofreu expansão significativa com a evolução. Quando examinamos dados de cérebros de chimpanzés, descobrimos que quanto mais uma região do cérebro humano se expandiu durante a evolução em tamanho em relação à sua contraparte no chimpanzé, mais essa região dependia da sinergia.

Também analisamos análises genéticas de doadores humanos. Isso mostrou que as regiões do cérebro associadas ao processamento de informações sinérgicas são mais propensas a expressar genes que são exclusivamente humanos e relacionados ao desenvolvimento e função do cérebro, como a inteligência.

Isso nos levou à conclusão de que tecido cerebral humano adicional, adquirido como resultado da evolução, pode ser dedicado principalmente à sinergia. Por sua vez, é tentador especular que as vantagens de uma maior sinergia podem, em parte, explicar as capacidades cognitivas adicionais de nossa espécie. A sinergia pode adicionar uma peça importante ao quebra-cabeça da evolução do cérebro humano, que estava faltando anteriormente.

Em última análise, o trabalho revela como o cérebro humano navega no trade-off entre confiabilidade e integração de informações – precisamos de ambos. É importante ressaltar que a estrutura que desenvolvemos traz a promessa de novos insights críticos em uma ampla gama de questões neurocientíficas, desde aquelas sobre cognição geral até distúrbios.