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Quantidade de neurônios explica a superioridade da inteligência humana

O que é a pesquisa?

O que torna os seres humanos tão superiores intelectualmente em relação a outros animais? Um dos possíveis motivos é que humanos simplesmente possuem mais neurônios do que outros animais, e possuir mais dessas unidades de processamento no cérebro seria um passo necessário para o desenvolvimento de habilidades complexas, como linguagem e matemática. Mas será que humanos realmente possuem mais neurônios?

Para responder a essa pergunta, a equipe de neurocientistas da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), liderada pela pesquisadora Suzana Herculano-Houzel, investigou o cérebro de um elefante. Se o cérebro do gigante trombudo tiver mais neurônios que o cérebro humano, a hipótese de sermos mais inteligentes por termos mais neurônios cairia por terra.

O estudo mostra que a história é um pouco mais complicada. O cérebro de elefante tem, sim, mais neurônios que o de humanos. À primeira vista, isso iria contra a hipótese inicial. Mas o que os pesquisadores notaram foi que a maioria dos neurônios do elefante está concentrada em uma estrutura chamada cerebelo, que também está presente no homem e é responsável pelo controle fino de nossos movimentos. Quando os pesquisadores avaliaram o córtex cerebral – área mais superficial do cérebro, responsável por funções mentais superiores, como atenção e raciocínio –, notaram que o número de neurônios de elefante nessas áreas é menor que em humanos.

O estudo da equipe de Herculano-Houzel traz evidências de que o número de neurônios poderia de fato explicar a diferença entre as capacidades mentais dos humanos em relação a outros animais. A diferença crucial, no entanto, estaria no número de neurônios no córtex cerebral e não no total de neurônios em todo o cérebro.

Como é feita a pesquisa?

Um elefante africano Loxodonta africana foi abatido no Zimbábue, país localizado no sul da África, com permissão das autoridades locais e de acordo com rigorosos protocolos éticos de pesquisa. O cérebro do animal foi preservado em formaldeído por 3 dias e em substância anticongelante a –20 ºC. O cérebro foi dividido em 381 fatias e estruturas específicas, como cerebelo, bulbo cerebral e o cérebro propriamente dito, foram identificadas visualmente e separadas entre si.

Áreas de córtex cerebral (figuras A e B) foram identificadas e dissecadas em fatias menores. Contagem e identificação de células nessas fatias (isto é, a determinação de quantas células eram neurônios e quantas não eram) foram realizadas por meio do fracionador isotrópico, método simples e rápido de contagem celular desenvolvido por Suzana Herculano-Houzel e Roberto Lent.
 

Figuras. (A) Desenhos ilustrativos de um cérebro humano e de um cérebro de elefante africano. (B) Ilustração mostrando interior do cérebro, com destaque para o córtex cerebral, região mais externa relacionada a habilidades cognitivas superiores, como linguagem e raciocínio. (C). Núcleos de células cerebrais observadas com microscópio de fluorescência. Os núcleos em azul foram marcados com uma substância que se liga ao material genético (presente em neurônios e outros tipos de células). Os núcleos em vermelho foram marcados com um anticorpo que se liga especificamente a neurônios [(A) adaptado de Herculano-Houzel, 2009; (B) e (C) adaptados de Azevedo et al., 2009)].


Nesse método, fatias de tecido cerebral são primeiramente tratadas com um detergente que dissolve a parede das células, mas mantém intactos seus núcleos. A solução resultante é centrifugada, e os núcleos celulares são separados do restante da solução. Essa “sopa de núcleos” é agitada até formar uma solução homogênea de tal forma que diferentes amostras dessa solução contenham, em média, o mesmo número de núcleos.

Amostras da “sopa” são então coletadas e submetidas a dois tratamentos químicos. No primeiro, adiciona-se uma substância fluorescente que se liga ao material genético (DNA) das células. Como todos os núcleos de célula possuem DNA, esse marcador identifica todas as células presentes na solução, sejam neurônios ou não neurônios. Os núcleos são contados visualmente pelos pesquisadores, que conseguem vê-los claramente usando um microscópio de fluorescência (em azul na figura C).

No segundo tratamento, adiciona-se à “sopa de núcleos” um anticorpo também fluorescente. Esse anticorpo, no entanto, só se liga a neurônios; ele não gruda em outros tipos de células cerebrais, como oligodendrócitos ou astrócitos. Quando vistos sob o microscópio de fluorescência, os núcleos de neurônios aparecem em vermelho (figura C), e os núcleos de outros tipos de células não aparecem. Para se obter uma estimativa do número de células não neuronais, basta subtrair o número de neurônios (vermelho) do número total de células cerebrais na amostra (azul).

Usando esse método fracionador isotrópico, os pesquisadores descobriram que o cérebro do elefante africano possui 257 bilhões de neurônios, cerca de três vezes o número de neurônios observados em um cérebro humano típico (86 bilhões). A maioria dos neurônios do elefante (98%) concentra-se no cerebelo, o que pode estar relacionado ao complexo controle de movimentos de sua tromba. Apesar de ter um número total maior de neurônios, o elefante perde para os humanos quando a contagem se restringe ao nobre córtex cerebral: enquanto um humano típico possui cerca de 16 bilhões de neurônios no córtex, o elefante possui apenas 6 bilhões.

Qual a importância da pesquisa?

Esse estudo mostrou que o cérebro de elefante possui três vezes mais neurônios que um cérebro humano típico. No entanto, o número de neurônios em áreas de córtex – responsáveis por funções mentais complexas – é menor no elefante do que em humanos. O resultado apoia a hipótese de que a superioridade cognitiva dos humanos se deve ao maior número de neurônios no córtex e não ao número total de neurônios no cérebro (ou à maior relação entre massa do cérebro e do corpo), como se pensava anteriormente.

Além disso, os resultados desse trabalho são importantes porque estão ajudando a reescrever os livros-textos de neuroanatomia. Até recentemente, acreditava-se que o número de células cerebrais não neuronais era muito maior que o número de células neuronais (estimava-se uma relação de 10 para 1). Mas esse estudo e estudos recentes da mesma equipe de pesquisadores mostraram que a proporção entre células neuronais e não neuronais, como astrócitos e oligodendrócitos, é de aproximadamente 1 para 1.

 Publicado em 15 de julho de 2014.