Arans hjärna är stor som en skalad valnöt och makakens hjärna är ungefär lika stor som en citron. Emellertid har aran fler neuroner i främre hjärnhalvan – den del som associeras till det intelligenta beteendet – än makaken.
Detta är ett av flera förvånande resultat i den första studie som gjorts för att mäta antalet neuroner i hjärnan på drygt tjugo fågelarter. Man fann att fåglarna, som sträckte sig i storlek från små zebrafinkar till de knappt två meter långa emuerna, konsekvent har fler neuroner i sina små hjärnor än däggdjuren, inklusive primater med hjärnor med liknande massa.
– Under lång tid betraktades det som något dåligt att ha en ”fågelhjärna”. Nu visar det sig att det kan vara en komplimang, säger Suzana Herculano-Houzel, forskare i neurovetenskap på Vanderbilt University.
Studien ger ett rakt svar på en gåta som komparativa neuroanatomer har brottats med i mer än ett decennium: hur kan fåglar med sina små hjärnor uppvisa så komplicerade kognitiva beteenden?
Problemet undersöktes i en serie studier som startade under förra decenniet och som direkt jämförde de kognitiva förmågorna hos papegojor och kråkor med motsvarande förmågor hos primater. Studien kom fram till att fåglarna kunde tillverka och använda verktyg, använda insikter för att lösa problem, dra slutsatser utifrån orsak-verkan, känna igen sig själva i en spegel, planera för framtida behov, samt hade andra kognitiva förmågor som man tidigare trodde bara fanns hos primater.
Forskarna hamnade i en allmänt otillfredsställande reträttposition: fågelhjärnor måste helt enkelt vara utvecklade på ett annat sätt än primaters hjärnor. För två år sedan tillbakavisades den här hypotesen i en detaljerad studie av hjärnor hos duvor, där man drog slutsatsen att de i själva verket var organiserade på ett liknande sätt som hos primater.
Den nya studien, som publicerades i Proceedings of the National Academy of Sciences, ger en mer trolig förklaring: fåglar kan uppvisa dessa komplexa beteenden på grund av att deras främre hjärnhalvor innehåller mycket mer neuroner än någon tidigare trott – lika många som hos medelstora primater.
Tätt packade neuroner
– Vi upptäckte att fåglar, speciellt sångfåglar och papegojor, har ett förvånansvärt stort antal neuroner i sina pallium, den del av hjärnan som korresponderar mot hjärnbarken, vilka stödjer högre kognitiva funktioner som att planera för framtiden eller att finna mönster. Det förklarar varför de uppvisar minst lika höga nivåer av kognition som primater, säger Herculano-Houzel.
Det är möjligt på grund av att neuronerna i fågelhjärnor är mycket mindre och tätare packade än i däggdjurs hjärnor. Papegojors och sångfåglars hjärnor innehåller till exempel omkring två gånger så många neuroner som hjärnor hos primater med samma massa och två till fyra gånger så många neuroner som likvärdiga hjärnor hos gnagare.
Inte bara är neuroner packade med mycket högre densitet hos papegojor och kråkor än i primaters hjärnor. Proportionen neuroner i främre hjärnhalvan är också betydligt högre.
– När naturen designar hjärnor har den två parametrar att spela med: storleken på och antalet neuroner och distributionen av neuroner i olika hjärncentrum, och hos fåglar finner vi att naturen har använt dem båda, säger Herculano-Houzel.
Relationen mellan intelligens och antalet neuroner har ännu inte kunnat bekräftas säkert. Forskarna menar dock att fågelhjärnor med samma eller större antal neuroner i främre hjärnhalvan jämfört med primater med mycket större hjärnor potentiellt skulle kunna ge fåglar mycket större ”kognitiv kraft” per viktenhet än däggdjur.
En av de viktiga tillämpningarna av studien, menar Herculano-Houzel, är att den visar att det finns mer än ett sätt att bygga upp större hjärnor.
Tidigare trodde neuronatomerna att neuronerna samtidigt som hjärnorna växte sig större var tvungna att växa likaså, eftersom de behövde ha kontakt över större avstånd. ”Men fågelhjärnor visar att det finns andra sätt att addera neuroner: håll de flesta neuronerna små och lokalt sammankopplade och låt bara en lite andel växa sig tillräckligt stora för att klara de längre kopplingarna. Detta håller nere den genomsnittliga storleken på neuronerna.”
”Något jag älskar med vetenskapen är att när man besvarar en fråga så skapar det ett antal nya frågor.”
En av de frågor som kommer av den här studien är huruvida det förvånansvärt stora antalet neuroner i fågelhjärnor innebär motsvarande stor energiförlust. En annan fråga är huruvida det lilla antalet neuroner i fågelhjärnor är en respons på att kroppsstorleken är liten för att kunna flyga, eller möjligen det nedärvda sättet att öka antalet neuroner i hjärnan – från vilket däggdjur, inte fåglar, kan ha avvikit.
Forskare på Charles University i Prag och Universitet i Wien är medförfattare till studien.
