C'erano poche possibilità di perdere l'elefante nella stanza. Circa una dozzina di anni dopo la morte di Simba allo zoo di Cleveland Metroparks, una lastra di mezzo pollice del suo cervello giallastro, rugoso, di dimensioni da pallacanestro fu posata davanti a John Allman, neuroscienziato del California Institute of Technology di Pasadena.
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Conservato in formaldeide, sembrava mezzo pancake, congelato solido su un letto appannato di ghiaccio secco. Allman lo affettò con cura usando l'equivalente di laboratorio di un tritacarne. Prendendo più di un'ora, ha tagliato 136 sezioni sottili di carta.
Allman era alla ricerca di un tipo peculiare di cellula cerebrale che sospetta sia la chiave di come l'elefante africano - come un essere umano - riesca a rimanere in sintonia con le sfumature sempre mutevoli dell'interazione sociale. Queste cellule cerebrali a forma di fuso, chiamate neuroni di von Economo, che prendono il nome dall'uomo che le ha descritte per prime, si trovano solo negli esseri umani, nelle grandi scimmie e in una manciata di altre creature particolarmente gregarie. Allman, 66 anni, confronta il cervello delle persone e di altri animali per ottenere informazioni sull'evoluzione del comportamento umano.
"La neuroscienza sembra davvero riluttante ad affrontare la questione di ciò che riguarda i nostri cervelli che ci rendono umani, e John sta facendo esattamente questo", afferma Todd Preuss, neuroanatomista e antropologo del Yerkes National Primate Research Center di Atlanta. "Sappiamo molto, molto poco di come i nostri cervelli differiscono da quelli di altri animali, tranne per il fatto che i nostri cervelli sono più grandi."
I neuroni von Economo sono la scoperta più sorprendente degli ultimi anni nella ricerca comparativa sul cervello, in cui gli scienziati prendono in giro le sottili differenze tra le specie. Il neuroanatomista Patrick Hof e i suoi colleghi della Mount Sinai School of Medicine di Manhattan si sono imbattuti per la prima volta nei neuroni negli esemplari del cervello umano nel 1995, in una regione verso la parte anteriore del cervello chiamata corteccia cingolata anteriore. La maggior parte dei neuroni ha corpi conici o a forma di stella con diverse proiezioni ramificate, chiamate dendriti, che ricevono segnali dalle cellule vicine. Ma i neuroni di von Economo sono sottili e allungati, con un solo dendrite ad ogni estremità. Sono quattro volte più grandi della maggior parte delle altre cellule cerebrali e anche nelle specie che hanno le cellule, sono rare.
Si scoprì che il team di Manhattan aveva riscoperto un tipo di cellula oscura identificato per la prima volta nel 1881. Hof chiamò le cellule in onore di un anatomista di Vienna, Constantin von Economo, che nel 1926 descrisse con precisione i neuroni nel cervello umano; successivamente le cellule sono scivolate nell'oscurità. Hof iniziò a cercare nel cervello dei primati deceduti, tra cui scimmie macaco e grandi scimmie - scimpanzé, bonobo, gorilla e oranghi - donate da giardini zoologici e santuari. Contattò Allman, che aveva una collezione di cervelli di primati, e gli chiese di collaborare. Nel 1999, gli scienziati hanno riferito che tutte le grandi specie di scimmie avevano cellule von Economo, ma i primati minori, come macachi, lemuri e tarsier, non lo erano. Ciò significava che i neuroni si sono evoluti in un antenato comune di tutte le grandi scimmie circa 13 milioni di anni fa, dopo che si sono discostati dagli altri primati ma ben prima che i lignaggi umani e di scimpanzé divergessero circa sei milioni di anni fa.
Sebbene Allman sia famoso come neuroanatomista, non è sorprendente trovarlo mentre approfondisce le domande più grandi su cosa significhi essere umani. Il suo dottorato, all'Università di Chicago, era in antropologia ed è stato a lungo affascinato da come si è evoluto il cervello dei primati. Ha condotto studi di riferimento con il suo collega Jon Kaas, identificando le parti del cervello della scimmia gufo che analizzano le informazioni visive e rendono possibile la vista. Nel 1974, Allman si trasferì a Caltech, dove studiò visione per 25 anni. Ma aveva anche il desiderio di scoprire come il funzionamento di base del cervello umano modellasse il comportamento sociale. I neuroni von Economo hanno immediatamente catturato il suo interesse.
Allman, che è divorziato, vive in una casa di mattoni di 150 anni a San Marino che condivide con due cani da pastore australiani, Luna e Lunita. Sul muro del soggiorno sono appese le foto in tonalità seppia della nonna suffragista. Essendo "notoriamente notturno", come dice Allman, raramente arriva in laboratorio prima delle 13:00, lascia la sera per continuare a lavorare a casa e di solito rimane sveglio fino alle 2 del mattino. Il suo ufficio Caltech è debolmente illuminato da un'unica finestra e una piccola lampada da scrivania; sembra una caverna invasa da libri e documenti. In fondo al corridoio, vetrate di gorilla, tessuto cerebrale di bonobo ed elefante, macchiate di blu e marrone, giacciono ad asciugare su tavoli e banconi.
Dal lavoro di von Economo, Allman ha appreso che le insolite cellule sembravano risiedere solo nella corteccia cingolata anteriore (ACC) e in un'altra nicchia del cervello umano, l'insula frontale (FI). Studi di scansione del cervello hanno stabilito che ACC e FI sono particolarmente attivi quando le persone provano emozione. Entrambe le aree sembrano anche essere importanti per l '"auto-monitoraggio", come notare sensazioni corporee di dolore e fame o riconoscere che si è commesso un errore. L'ACC sembra ampiamente coinvolto in quasi ogni sforzo mentale o fisico.
Al contrario, l'insula frontale può svolgere un ruolo più specifico nel generare emozioni sociali come empatia, fiducia, senso di colpa, imbarazzo, amore, persino un senso dell'umorismo. Secondo esperimenti che misurano il funzionamento di varie regioni del cervello, l'area diventa attiva quando una madre sente un bambino che piange, per esempio, o quando qualcuno scruta un viso per determinare le intenzioni dell'altra persona. L'IF è il luogo in cui il cervello monitora e reagisce ai "sentimenti intestinali" derivanti da sensazioni corporee o interazioni all'interno di un social network, afferma Allman. È il legame tra l'autocontrollo e la consapevolezza degli altri che ci consente di comprendere i sentimenti degli altri. "La proposizione di base che sto avanzando", afferma, "è l'idea che l'autocoscienza e la consapevolezza sociale fanno parte dello stesso funzionamento, e le cellule von Economo ne fanno parte."
Allman pensa che i neuroni accelerino la comunicazione dall'ACC e dal FI al resto del cervello. Le cellule sono insolitamente grandi e nel sistema nervoso le dimensioni sono spesso correlate alla velocità. "Sono grandi neuroni, che penso leggano molto velocemente qualcosa e poi trasmettono rapidamente le informazioni altrove", afferma. Egli ipotizza che quando i nostri antenati dei primati si sono evoluti cervelli sempre più grandi, avevano bisogno di connessioni ad alta velocità per inviare messaggi a distanze maggiori. "Le grandi dimensioni del cervello comportano necessariamente un rallentamento della comunicazione all'interno del cervello", aggiunge. "Quindi un modo per affrontarlo è quello di avere alcune popolazioni specializzate di cellule che sono piuttosto veloci."
Dato che i neuroni vivono nei punti caldi sociali del cervello, Allman teorizza che il sistema cellulare von Economo consenta una lettura rapida e intuitiva di situazioni instabili a livello emotivo. I neuroni "consentirebbero di adattarsi rapidamente ai mutevoli contesti sociali", ipotizza. Nel passato antico, questo cablaggio neurale avrebbe potuto conferire un vantaggio di sopravvivenza ai nostri antenati consentendo loro di formulare giudizi accurati, in una frazione di secondo, specialmente su chi potessero fidarsi o meno.
Allman, Hof e i loro colleghi hanno cercato neuroni von Economo in oltre 100 specie animali, dai bradipi agli ornitorinco. Solo alcuni di loro, oltre ai primati e agli elefanti, sono noti per avere le cellule: megattere, capodogli, balenotteri, orche e delfini dal naso a bottiglia. Le cellule presumibilmente si sono evolute in specie ormai estinte che hanno dato origine a quei mammiferi marini circa 35 milioni di anni fa.
Mentre lo guardavo mentre divideva il cervello di elefante a Caltech, Allman, con i colleghi Atiya Hakeem e Virginie Goubert, raggiunse finalmente l'IF dell'emisfero sinistro di Simba. Tre giorni dopo, l'esame al microscopio delle fettine del cervello ha rivelato che era punteggiato dalle peculiari cellule a forma di fuso. Ciò ha confermato il loro precedente avvistamento di neuroni simili nell'IF dell'emisfero destro di Simba. Le cellule di elefante sono più grandi di quelle umane e primate, circa le dimensioni dei neuroni balena, ma le dimensioni e la forma sono inconfondibilmente dei neuroni von Economo.
Dal conteggio delle cellule von Economo in 16 diapositive — una faccenda da sbirciare gli occhi — Hakeem e Allman stimano che ce ne siano circa 10.000 nel FI delle dimensioni di un francobollo sul lato destro del cervello dell'elefante, o circa lo 0, 8 percento del 1, 3 milioni di neuroni di FI. I neuroni di Von Economo sono più abbondanti nella FI umana, con una media di circa 193.000 cellule e rappresentano circa l'1, 25 percento di tutti i neuroni presenti. In numeri assoluti, il cervello umano ha circa mezzo milione di neuroni von Economo, molto più del cervello di elefanti, balene o grandi scimmie. Allman e i suoi colleghi non ne hanno trovato nessuno nei parenti più stretti dell'elefante: il formichiere, l'armadillo e l'hyrax di roccia. L'assenza delle cellule in queste specie supporta la teoria di Allman secondo cui i neuroni sono una caratteristica del cervello grande.
Allman ipotizza che tali cellule si evolvano prontamente da un piccolo insieme di neuroni nella corteccia insulare che si trovano in tutti i mammiferi e regolano l'appetito. Pensa che mentre le cellule von Economo probabilmente si sono evolute per accelerare le informazioni intorno a un grande cervello, sono state cooptate dalle esigenze delle interazioni sociali. Se ha ragione, animali sociali intelligenti come balene ed elefanti potrebbero avere lo stesso cablaggio specializzato per l'empatia e l'intelligenza sociale degli esseri umani.
Le balene e gli elefanti, come le persone e le grandi scimmie, hanno un grande cervello e una fase giovanile prolungata durante la quale imparano dai loro anziani. Si riconoscono l'un l'altro e sviluppano relazioni di collaborazione permanente. Le orche cacciano in gruppo e proteggono i compagni feriti. La società degli elefanti è ancorata alle matriarche che guidano le loro mandrie verso le pozze d'acqua che conoscono dalle precedenti visite. (E potrebbe esserci della verità nella convinzione che gli elefanti non dimenticano mai: quando Allman, Hof e Hakeem hanno realizzato la prima immagine 3D ad alta risoluzione di un cervello di elefante, nel 2005, hanno trovato un enorme ippocampo, la regione del cervello in cui i ricordi si formano.) Le bestie sensibili si identificano a vicenda con i loro brontolii e le loro trombe, si aiutano in aiuto e sembrano piangere i loro morti.
Ad Allman piace mostrare una clip di un documentario su un gruppo di elefanti africani che ha adottato un vitello orfano. Quando l'elefantino cade in una buca d'acqua, la matriarca marcia rapidamente dentro, seguita dalle altre. Insieme lei e una seconda femmina usano zanne, tronchi e gambe per liberare il polpaccio dal fango. Un'altra zampa di animale sulla sponda ripida con il piede, costruendo una rampa che il giovane usa per arrampicarsi in salvo. "È davvero straordinario", dice Allman di come gli elefanti hanno rapidamente risolto la crisi e lavorato insieme per salvare il bambino. "È un tipo di funzionamento molto elevato che pochi animali sono in grado di fare. E", aggiunge con una risatina, "gli umani possono farlo solo nei giorni buoni". Il salvataggio, dice, "cattura l'essenza di un comportamento sociale coordinato davvero complesso".
L'idea della centralità dei neuroni nei confronti dell'intelligenza sociale sta guadagnando terreno. Il primatologo di Yerkes, Frans de Waal, afferma che la ricerca "estremamente eccitante" di Allman si intreccia con alcune delle sue ricerche sull'intelligenza del pachiderma. Due anni fa, de Waal e due collaboratori hanno riferito che un elefante del Bronx Zoo di nome Happy poteva riconoscersi in uno specchio. Alcuni scienziati teorizzano che la capacità di riconoscere la propria riflessione indica una capacità di autocoscienza e persino empatia, abilità utili in una specie altamente sociale. De Waal sottolinea che solo gli animali che hanno neuroni von Economo possono farlo.
Eppure de Waal avverte anche che "fino a quando qualcuno non stabilisce l'esatta funzione di quelle cellule, rimane sostanzialmente una storia".
I pensieri di Allman sulle cellule von Economo sono ancora in evoluzione. Quando arrivano nuovi dati, scarta i concetti iniziali e ne integra altri. A differenza dello stereotipato cauto scienziato, non esita a presentare audaci ipotesi basate su alcune osservazioni. La teoria secondo cui i neuroni di von Economo sono alla base della cognizione sociale è audace. Ed è allettante cogliere le cellule come una semplice spiegazione delle basi della complessa natura sociale della nostra specie. Ma Allman sa che è un tratto.
La sua teoria ha i suoi scettici. L'antropologo Terrence Deacon, dell'Università della California a Berkeley, si domanda se i neuroni siano veramente un diverso tipo di cellula cerebrale o semplicemente una variazione che si manifesta nei cervelli di grandi dimensioni. Dice che le differenze nel nostro cervello che ci rendono umani hanno maggiori probabilità di essere derivate da cambiamenti su larga scala che da sottili cambiamenti nella forma dei neuroni. "Non credo sia una parte molto importante della storia", dice dell'idea di Allman. Tuttavia, aggiunge, quando si tratta di comprendere il cervello umano, "fintanto che riconosciamo che abbiamo così poco da fare, in tali circostanze tutte le ipotesi dovrebbero essere intrattenute".
Punto preso. Ma è difficile non lasciarsi sedurre dalla teoria di Allman quando alcune delle prove più convincenti non provengono dal laboratorio di patologia animale ma dalla clinica medica.
William Seeley, neurologo all'Università della California a San Francisco, studia una malattia neurodegenerativa poco conosciuta chiamata demenza frontotemporale. I pazienti subiscono una rottura del loro carattere, perdendo grazie sociali ed empatia, diventando insensibili, irregolari e irresponsabili. Matrimoni e carriere implodono. Molti pazienti sembrano mancare di autocoscienza fisica: quando diagnosticati con altre malattie, negano di avere problemi. Gli studi di imaging del cervello di pazienti con demenza hanno scoperto danni alle aree frontali del cervello.
Nel 2004, Seeley ascoltò la lezione di Allman sui neuroni di von Economo. Mentre Allman faceva scorrere le diapositive di PowerPoint, Seeley vide che le cellule erano raggruppate nelle stesse regioni cerebrali colpite dalla demenza, l'ACC e il FI. "È stato un po 'come, Eureka", ricorda Seeley. Pensava che le cellule avrebbero potuto aiutare i ricercatori a capire perché quelle aree fossero vulnerabili alla distruzione. "Inoltre, ho pensato, che modo interessante per imparare qualcosa sulla natura umana. Forse i deficit che i pazienti sviluppano potrebbero essere in cose che sono unicamente umane. Quindi c'è stata una grande corsa di idee."
Successivamente, davanti al caffè, Seeley e Allman hanno deciso di unirsi per scoprire se i neuroni di von Economo fossero danneggiati nelle persone con demenza frontotemporale. Analizzando il cervello di pazienti deceduti, gli scienziati hanno scoperto che, in effetti, circa il 70 percento dei neuroni di von Economo nell'ACC era stato distrutto, mentre le cellule cerebrali vicine non erano in gran parte interessate. "È molto chiaro che l'obiettivo originale della malattia sono queste cellule e quando si distruggono queste cellule si ottiene l'intero guasto del funzionamento sociale", afferma Allman. "Questo è un risultato davvero sorprendente che parla della funzione delle cellule il più chiaramente possibile."
Questo insolito sistema neurale sembra essere alla base di ciò che ci rende umani. Ma il fatto che gli elefanti e le balene apparentemente condividano lo stesso hardware neurale apre la mente a un'inclinazione in prospettiva: il nostro cervello potrebbe essere più simile a quello di altri animali intelligenti e sociali di quanto pensassimo.
Ingfei Chen vive a Santa Cruz, in California.
Il fotografo Aaron Huey vive a Seattle.
Trovato nel 1881 e descritto nel 1926 da Constantin von Economo, la grande cellula cerebrale a forma di fuso (a destra) ha meno rami rispetto a un neurone tipico (a sinistra). (KK Watson, TK Jones e JM Allman / con il permesso di Elsevier (2)) 
John Allman (con la collega Atiya Hakeem della Caltech che esamina esemplari di cervello di elefante) sta cercando una delle chiavi biologiche del comportamento umano. (Aaron Huey) 
I neuroni di Constantin von Economo sono ora noti in parti del cervello umano che elaborano sensazioni ed emozioni sociali. (Illustrazione di Guilbert Gates) 
Constantin von Economo descrisse con precisione i neuroni nel cervello umano nel 1926. (Oxford University Press) 
Lo studio di altre specie fornisce spunti su "ciò che riguarda il nostro cervello che ci rende umani", afferma Todd Preuss. (Jack Kearse / Emory University) 
Intelligenti, sociali e sì, dotati di un eccellente ricordo, gli elefanti (Simba allo zoo di Cleveland Metroparks, dove è morta nel 1995) sono tra i pochi animali con neuroni von Economo. (Cleveland Metroparks Zoo) 
John Allman studia sezioni del cervello di Simba. (Aaron Huey) 
Patrick Hof sta studiando quando e dove i neuroni di von Economo si sono evoluti nell'albero genealogico dei primati. (Michael Balter) 
John Allman usa un taglia-cervello. (Ingfei Chen) 
John Allman scolpisce sezioni sottilissime di un cervello preservato da studiare. (Ingfei Chen) 
Campioni di fetta di cervello nel laboratorio di John Allman. (Aaron Huey) 
I gorilla di montagna sono tra gli animali che vivono in gruppi complessi. (IStockphoto) 
Le megattere sono un'altra specie nota per vivere in gruppi complessi. (Blaine Harrington III / Corbis) 
Anche gli elefanti africani vivono in gruppi complessi. Perché sono così bravi a socializzare? Uno dei motivi, sostiene Allman, è la specializzazione dei neuroni von Economo che accelerano gli impulsi attraverso cervelli insolitamente grandi tra i centri coinvolti nella comunicazione e nella cooperazione. (IStockphoto)
