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O elevado consumo de energia do cérebro humano é um paradoxo da evolução?

A maioria dos animais tem cérebros pequenos e não parece precisar de mais neurônios. O elefante tem cérebro maior, mas não é mais inteligente que o humano. O que a ciência sabe até agora?


Robert Foley
professor emérito de evolução humana, Universidade de Cambridge, no Reino Unido

Marta Mirazón Lahr
professora de biologia evolutiva humana e diretora Coleção Duckworth, Universidade de Cambridge

The Conversation
plataforma de informação e análise produzida por acadêmicos e jornalistas

Este é um dos grandes paradoxos da evolução. Os humanos demonstraram que ter um cérebro grande é a chave para o seu sucesso evolutivo, mas esse tipo de cérebro é extremamente raro em outros animais. A maioria deles sobrevive com cérebros pequenos e não parece precisar de mais neurônios.

Por quê?

A resposta com a qual a maioria dos biólogos concorda é que cérebros grandes são caros em termos da energia necessária para operá-los. E, dada como a seleção natural funciona, os benefícios simplesmente não compensariam os custos.

Mas é apenas uma questão de tamanho? Como os nossos cérebros estão organizados afeta o seu custo energético? Um novo estudo, publicado na Science Advances, fornece algumas respostas interessantes.

Todos os nossos órgãos têm custos de energia para funcionar, mas alguns são baixos e outros muito altos. Os ossos, por exemplo, requerem relativamente pouca energia.

Embora representem cerca de 15% do nosso peso, os ossos utilizam apenas 5% do nosso metabolismo. 

Os cérebros estão no outro extremo do espectro e, com cerca de 2% do peso do corpo humano típico, o seu funcionamento utiliza cerca de 20% do nosso consumo total de energia. E isto sem qualquer pensamento particularmente intenso — isso acontece mesmo quando dormimos.

Para a maioria dos animais, os benefícios de ter um cérebro que consome tanta energia simplesmente não valeria a pena. Mas por alguma razão ainda desconhecida — talvez o maior enigma da evolução humana — os humanos encontraram formas de superar os custos de um cérebro maior e colher os benefícios.

Responsável por atividades
cognitivas, o córtex é a
região do cérebro que
mais exige energia

Os humanos deram um jeito de "pagar" custos mais elevados dos seus cérebros devido à natureza particular da sua cognição? Pensar, falar, autoconsciência ou adição custam mais do que as atividades diárias típicas dos animais?

Esta questão não é fácil de responder, mas a equipe responsável pelo novo estudo, liderada por Valentin Riedl, da Universidade Técnica de Munique, na Alemanha, aceitou o desafio.

Os autores tinham vários elementos conhecidos para começar. A estrutura básica dos neurônios é praticamente a mesma em todo o cérebro e em todas as espécies. A densidade neuronal também é a mesma em humanos e outros primatas, portanto é improvável que os neurônios impulsionem a inteligência. Se fosse esse o caso, alguns animais com cérebros grandes, como orcas e elefantes, seriam provavelmente mais “inteligentes” que os humanos.

Os pesquisadores também sabiam que durante a evolução humana, o neocórtex — a maior parte da camada externa do cérebro, conhecida como córtex cerebral — cresceu mais rapidamente do que outras partes. Essa região, que inclui o córtex pré-frontal, é responsável por tarefas que envolvem atenção, pensamento, planejamento, percepção e memória episódica, todas necessárias para funções cognitivas superiores.

Estas duas observações levaram os pesquisadores a questionar se os custos energéticos do funcionamento variam entre regiões do cérebro.

A equipe escaneou o cérebro de 30 pessoas usando uma técnica para medir simultaneamente o metabolismo da glicose (uma medida do consumo de energia) e a quantidade de trocas entre os neurônios no córtex. Eles foram então capazes de examinar a correlação entre esses dois elementos e ver se diferentes partes do cérebro usavam diferentes níveis de energia.

Resultados surpreendentes

Os neurobiólogos certamente analisarão e explorarão os mínimos detalhes desses resultados, mas, do ponto de vista evolutivo, já dá o que pensar. Os pesquisadores descobriram que a diferença no consumo de energia entre as diferentes áreas do cérebro é significativa. 

As partes do cérebro humano que mais se desenvolveram têm custos mais elevados do que o esperado. O neocórtex requer cerca de 67% mais energia do que as redes que controlam os nossos movimentos.

Isto significa que, ao longo da evolução humana, não só os custos metabólicos dos nossos cérebros aumentaram à medida que cresceram, como também o fizeram a um ritmo acelerado, com o neocórtex a desenvolver-se mais rapidamente do que o resto do cérebro.

Por que foi assim? Afinal, um neurônio é um neurônio. O neocórtex está diretamente ligado às funções cognitivas superiores.

Os sinais enviados através desta área são mediados por substâncias químicas cerebrais, como serotonina, dopamina e norepinefrina (neuromoduladores), que criam circuitos no cérebro para ajudar a manter um nível geral de excitação (no sentido neurológico do termo, ou seja, despertar). Esses circuitos, que regulam certas áreas do cérebro mais do que outras, controlam e modificam a capacidade dos neurônios de se comunicarem entre si.

Por outras palavras, mantêm o cérebro ativo para armazenamento de memória e pensamento — um nível geralmente mais elevado de atividade cognitiva. Talvez não seja surpreendente que o nível mais elevado de atividade envolvido na nossa cognição avançada tenha um custo energético mais elevado.

Em última análise, parece que o cérebro humano evoluiu para níveis tão avançados de cognição, não só porque temos cérebros grandes, nem apenas porque certas áreas do nosso cérebro cresceram desproporcionalmente, mas também porque a conectividade melhorou.

Muitos animais com cérebros grandes, como elefantes e orcas, são muito inteligentes. Mas parece que é possível ter um cérebro grande sem desenvolver os circuitos “corretos” para a cognição ao nível humano.

Estes resultados ajudam-nos a compreender porque é que cérebros grandes são tão raros. Um cérebro maior pode permitir a evolução de uma cognição mais complexa. Contudo, não se trata simplesmente de aumentar o tamanho e a energia do cérebro ao mesmo ritmo, mas de incorrer em custos adicionais.

Isto não responde realmente à questão fundamental: como é que o homem conseguiu romper o limite energético cerebral? 

Como muitas vezes acontece na evolução, a resposta está na ecologia, a principal fonte de energia. Desenvolver e manter um cérebro grande — independentemente das atividades sociais, culturais, tecnológicas ou outras a que se destina — requer uma dieta confiável e de qualidade.

Para saber mais sobre a interface entre o gasto energético e a cognição, precisamos de explorar o último milhão de anos, o período em que os cérebros dos nossos antepassados ​​realmente se desenvolveram, 

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