Il cervello umano è più efficiente grazie ai canali ionici

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Scoperta differenza “sorprendente” tra cervello umano e quello dei mammiferi. È definita come una “nuova sorprendente scoperta” quella effettuata da un team di scienziati del MIT che concludono, in un nuovo studio pubblicato su Nature, che i neuroni degli esseri umani mostrano un numero di canali ionici minore se rapportato con quello di altri mammiferi, un numero che sarebbe più piccolo di quanto calcolato in precedenza.

Secondo i ricercatori il più basso numero di canali ionici sarebbe stato un vantaggio evolutivo. Il cervello umano, infatti, probabilmente funziona più efficientemente anche grazie ad un numero più basso di canali ionici in quanto le risorse usate per questi ultimi possono essere indirizzate ad altre funzioni, in particolare a quelle cognitive che sono le più complesse.

Struttura sinaptica: i canali ionici sono quelli in arancione. Credito: Veronika By, Shutterstock, 1654240756
Struttura sinaptica: i canali ionici sono quelli in arancione. Credito: Veronika By, Shutterstock, 1654240756

Riducendo canali ionici si risparmia energia

Mark Harnett, un professore di scienze cognitive del McGovern Institute for Brain Research (MIT), autore senior dello studio, spiega che effettivamente riducendo la densità di canali ionici si può risparmiare un certo quantitativo di energia il quale può essere utilizzato, per esempio, nei processi circuitali o neuronali. In effetti più canali ionici ci sono, più ci vuole energia per pompare gli ioni fuori e dentro le cellule.

Cosa sono i canali ionici

I canali ionici sono proteine che permettono a specifici ioni di entrare o di uscire dalle cellule. È grazie ai canali ionici che si generano i potenziali d’azione, piccole scariche elettriche che viaggiano lungo la membrana delle cellule e che sono fondamentali per la comunicazione tra gli stessi neuroni.

Analizzati neuroni di 10 mammiferi

I ricercatori hanno analizzato i neuroni di 10 mammiferi scoprendo che, effettivamente, con l’aumentare delle dimensioni dei neuroni aumenta anche la densità dei canali ionici. Gli esseri umani, però, sembrano rappresentare un’eccezione sorprendente alla regola. L’eccezione è sorprendente perché, come spiega Lou Beaulieu-Laroche, ex studente laureato del MIT e altro autore dello studio, le ricerche precedenti hanno sempre suggerito che il cervello umano, per quanto riguarda la struttura neuronale, è simile a quello degli altri mammiferi ma questi risultati mostrano che, evidentemente, i neuroni degli umani sono un po’ speciali.

Stesso numero di canali ionici per unità di volume in tutte le specie

“Ciò che sembra che la corteccia stia cercando di fare è mantenere lo stesso numero di canali ionici per unità di volume in tutte le specie. Ciò significa che per un dato volume di corteccia, il costo energetico è lo stesso, almeno per i canali ionici”, spiega Harnett.

Ciò vuol dire che in un dato volume di cervello, il costo energetico per farlo funzionare è lo stesso.

Cervello umano più efficiente

Nel cervello umano, invece, c’è una deviazione da questo schema strutturale in quanto i ricercatori hanno scoperto una diminuzione drastica della densità dei canali ionici rispetto a quanto dovrebbe essere se il nostro schema cerebrale seguisse quello degli animali analizzati.

Probabilmente si tratta di un processo evolutivo: gli esseri umani hanno trovato un metodo per avere un cervello più efficiente utilizzando meno ATP (adenosina trifosfato, l’unità di base dell’energia per far funzionare le cellule) per un dato volume rispetto alle altre specie di mammiferi.

Note e approfondimenti:
Study finds a striking difference between neurons of humans and other mammals | MIT News | Massachusetts Institute of Technology (IA)
Allometric rules for mammalian cortical layer 5 neuron biophysics | Nature (IA) (DOI: 10.1038/s41586-021-04072-3)

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