Frontaalkwabben groeiden voorspelbaar, niet onafhankelijk

Bij elke belangrijke groep primaten – van spitsmuizen tot de mens – bleef de frontaalkwab een constant aandeel hebben ten opzichte van de totale hersengrootte . Er was geen bewijs voor de dramatische, onafhankelijke uitdijing van de frontaalkwab die eerdere, op vorm gebaseerde studies hadden gesuggereerd .

"Alles, van de mens tot aan spitsmuizen, valt op dezelfde lijn: relatief aan de grootte van het brein is het aandeel van de frontaalkwab constant," zei hoofdauteur Richard F. Kay, emeritus hoogleraar evolutionaire antropologie aan Duke University .

Met andere woorden: als je het brein van een spitsmuis zou opschalen naar de grootte van een menselijk brein, dan zou de frontaalkwab dezelfde proportie hebben als de onze. De frontaalkwab groeide simpelweg omdat het hele brein groeide – niet omdat hij onder een bijzondere selectiedruk stond.

Visuele hersengebieden breidden zich snel en disproportioneel uit

Terwijl de frontaalkwab in de pas liep met de totale hersengrootte, veranderden andere gebieden dramatisch. De occipitale, pariëtale en temporale kwabben – gebieden die zwaar belast zijn met het verwerken van visuele informatie – breidden zich snel en buiten proportie uit bij spookdiertjes en anthropoïden .

Deze uitbreidingen vonden plaats op dezelfde takken van de stamboom van de primaten waar het optic foramen (de benige opening voor de oogzenuw) het grootst was, wat aangeeft dat er meer visuele informatie het brein binnenstroomde .

Omdat zenuwen niet fossiliseren, gebruikte het team de grootte van het optic foramen als een indicator voor de visuele input. Spookdiertjes en anthropoïden hadden de grootste optische foramina en de meest door visie gedomineerde neocortices . Opvallend is dat de visuele hersengebieden blijkbaar nog sneller groeiden dan de zenuw die hen voedde, wat betekent dat kleine toenames in visuele input werden uitvergroot tot grote expansies van hersenweefsel .

Grote hersenen van anthropoïden zijn oud en geworteld in het gezichtsvermogen

De kenmerkende grote hersenen van apen, mensapen en mensen zijn een oud kenmerk dat minstens 33 miljoen jaar teruggaat . Ze zijn geworteld in de evolutie van zeer scherp zicht – aanpassingen zoals een netvlieskuil (fovea) en benige oogbescherming – en niet in een selectie op een vergrootte 'denkende' frontale cortex op zichzelf .

Hoe de studie werd uitgevoerd

Omdat zacht hersenweefsel niet fossiliseert, gebruikte het team hoge-resolutie micro-CT-scans van schedels, waarvan vele uit het Duke Lemur Center Museum of Natural History, om digitale 3D-endocasts te maken – modellen van de lege hersenschedel. Ze maten vervolgens de volumes en oppervlakten van neocorticale gebieden bij zowel levende als fossiele primaten uit het Eoceen en Mioceen .

Waarom beter zicht? Twee leidende hypothesen

Kay noemde twee belangrijke mogelijkheden waarom de visuele verwerking zo sterk werd geselecteerd: de toegenomen complexiteit van sociale communicatie (het lezen van gezichtsuitdrukkingen en gebaren) en efficiënter foerageren . Beide zouden een sterke natuurlijke selectiedruk op visuele hersengebieden kunnen hebben uitgeoefend.

De conclusie

De vergrote neocortex van primaten, inclusief die van ons, blijkt fundamenteel een door het gezichtsvermogen aangedreven aanpassing te zijn, in plaats van een product van de cognitieve expansie van de frontaalkwab. De frontaalkwab groeide simpelweg omdat het hele brein groeide, terwijl de visuele gebieden degenen waren die daadwerkelijk onevenredig veranderden – een patroon dat al zichtbaar is in fossielen van meer dan 33 miljoen jaar oud .

Frontaalkwabben groeiden voorspelbaar, niet onafhankelijk

Bij elke belangrijke groep primaten – van spitsmuizen tot de mens – bleef de frontaalkwab een constant aandeel hebben ten opzichte van de totale hersengrootte . Er was geen bewijs voor de dramatische, onafhankelijke uitdijing van de frontaalkwab die eerdere, op vorm gebaseerde studies hadden gesuggereerd .

"Alles, van de mens tot aan spitsmuizen, valt op dezelfde lijn: relatief aan de grootte van het brein is het aandeel van de frontaalkwab constant," zei hoofdauteur Richard F. Kay, emeritus hoogleraar evolutionaire antropologie aan Duke University .

Met andere woorden: als je het brein van een spitsmuis zou opschalen naar de grootte van een menselijk brein, dan zou de frontaalkwab dezelfde proportie hebben als de onze. De frontaalkwab groeide simpelweg omdat het hele brein groeide – niet omdat hij onder een bijzondere selectiedruk stond.

Visuele hersengebieden breidden zich snel en disproportioneel uit

Terwijl de frontaalkwab in de pas liep met de totale hersengrootte, veranderden andere gebieden dramatisch. De occipitale, pariëtale en temporale kwabben – gebieden die zwaar belast zijn met het verwerken van visuele informatie – breidden zich snel en buiten proportie uit bij spookdiertjes en anthropoïden .

Deze uitbreidingen vonden plaats op dezelfde takken van de stamboom van de primaten waar het optic foramen (de benige opening voor de oogzenuw) het grootst was, wat aangeeft dat er meer visuele informatie het brein binnenstroomde .

Omdat zenuwen niet fossiliseren, gebruikte het team de grootte van het optic foramen als een indicator voor de visuele input. Spookdiertjes en anthropoïden hadden de grootste optische foramina en de meest door visie gedomineerde neocortices . Opvallend is dat de visuele hersengebieden blijkbaar nog sneller groeiden dan de zenuw die hen voedde, wat betekent dat kleine toenames in visuele input werden uitvergroot tot grote expansies van hersenweefsel .

Grote hersenen van anthropoïden zijn oud en geworteld in het gezichtsvermogen

De kenmerkende grote hersenen van apen, mensapen en mensen zijn een oud kenmerk dat minstens 33 miljoen jaar teruggaat . Ze zijn geworteld in de evolutie van zeer scherp zicht – aanpassingen zoals een netvlieskuil (fovea) en benige oogbescherming – en niet in een selectie op een vergrootte 'denkende' frontale cortex op zichzelf .

Hoe de studie werd uitgevoerd

Omdat zacht hersenweefsel niet fossiliseert, gebruikte het team hoge-resolutie micro-CT-scans van schedels, waarvan vele uit het Duke Lemur Center Museum of Natural History, om digitale 3D-endocasts te maken – modellen van de lege hersenschedel. Ze maten vervolgens de volumes en oppervlakten van neocorticale gebieden bij zowel levende als fossiele primaten uit het Eoceen en Mioceen .

Waarom beter zicht? Twee leidende hypothesen

Kay noemde twee belangrijke mogelijkheden waarom de visuele verwerking zo sterk werd geselecteerd: de toegenomen complexiteit van sociale communicatie (het lezen van gezichtsuitdrukkingen en gebaren) en efficiënter foerageren . Beide zouden een sterke natuurlijke selectiedruk op visuele hersengebieden kunnen hebben uitgeoefend.

De conclusie

De vergrote neocortex van primaten, inclusief die van ons, blijkt fundamenteel een door het gezichtsvermogen aangedreven aanpassing te zijn, in plaats van een product van de cognitieve expansie van de frontaalkwab. De frontaalkwab groeide simpelweg omdat het hele brein groeide, terwijl de visuele gebieden degenen waren die daadwerkelijk onevenredig veranderden – een patroon dat al zichtbaar is in fossielen van meer dan 33 miljoen jaar oud .