Pentru Nicholas Strausfeld, un creier mic este un lucru frumos. De-a lungul carierei sale de 35 de ani, neurobiologul de la Universitatea Arizona din Tucson a cercetat structurile cerebrale minuscule ale gândacilor de bucătărie, gândacilor de apă, viermilor de catifea, creveților de saramură și a zeci de alte nevertebrate. Folosind microscoape, pensete și electronice construite manual, el și studenții săi absolvenți demontează – atât de delicat – funcționarea celulă cu celulă a structurilor cerebrale de mărimea câtorva boabe de sare. Din această analiză plictisitoare, Strausfeld concluzionează că insectele posedă „cele mai sofisticate creiere de pe această planetă.”

Strausfeld și studenții săi nu sunt singuri în devotamentul lor. Bruno van Swinderen, cercetător la Institutul de Neuroștiințe (NSI) din San Diego, găsește indicii ale unor funcții cognitive mai înalte la insecte – indicii despre ceea ce o revistă științifică a numit „rădăcinile îndepărtate ale conștiinței.”

„Mulți oameni ar face rabat de la ideea că insectele ar avea creiere comparabile în vreun fel cu cele ale primatelor”, adaugă Strausfeld. „Dar trebuie să ne gândim la principiile care stau la baza modului în care se alcătuiește un creier, iar aceste principii sunt probabil universale.”

Constatările sunt controversate. „Dovezile pe care le-am văzut până acum nu m-au convins”, spune Gilles Laurent, un cercetător în neuroștiințe de la Caltech. Dar unii cercetători iau în considerare posibilități care i-ar șoca pe majoritatea observatorilor profani. „Nu avem literalmente nicio idee despre nivelul de complexitate a creierului la care se oprește conștiința”, spune Christof Koch, un alt cercetător în neuroștiințe de la Caltech. „Majoritatea oamenilor spun: „Pentru numele lui Dumnezeu, un gândac nu este conștient”. Dar de unde știm noi? Nu mai suntem siguri. Eu nu mai ucid insecte inutil.”

Heinrich Reichert de la Universitatea din Basel, Elveția, a devenit din ce în ce mai interesat de „înrudirea tuturor creierelor”. Studiile proprii ale lui Reichert privind originea creierului conduc la un strămoș puțin cunoscut, o creatură umilă numită Urbilateria, care se zvârcolea și înota acum aproape un miliard de ani. Bunicul tuturor animalelor cu simetrie bilaterală, Urbilateria este strămoșul păianjenilor, melcilor, insectelor, amfibienilor, peștilor, viermilor, păsărilor, reptilelor, mamiferelor, crabilor, scoicilor – și da, al oamenilor.

Există, desigur, motive întemeiate pentru a considera creierul insectelor ca fiind primitiv – cel puțin din punct de vedere cantitativ. Oamenii posedă 100.000.000.000.000 de celule cerebrale. Un gândac are aproape 1.000.000 de celule cerebrale; o muscă de fructe, doar 250.000. Cu toate acestea, insectele exercită o gestionare impresionantă a informațiilor: Ele împachetează neuronii în creierul lor de 10 ori mai dens decât mamiferele. De asemenea, ele folosesc fiecare celulă cerebrală în mod mai flexibil decât mamiferele. Mai multe ramificații îndepărtate ale unui singur neuron pot acționa fiecare independent – sporind puterea de calcul fără a crește numărul de celule. Cumva, acest circuit permite unei albine, cu abia un milion de neuroni la bord, să se deplaseze la șase mile de stup, să găsească hrană și să se îndrepte direct spre casă. Puțini oameni ar putea face același lucru chiar și cu o hartă și o busolă.

La suprafață, creierele insectelor și ale mamiferelor nu seamănă deloc. Doar din studiile privind conexiunile celulă cu celulă reiese similitudinea uimitoare. Într-o după-amiază, Christopher Theall, unul dintre doctoranzii lui Strausfeld, îmi arată propriul său montaj experimental pentru a pătrunde într-o porțiune a creierului gândacilor cunoscută sub numele de corpul ciupercii. Această structură cerebrală în formă de ciupercă este considerată a fi analogă cu hipocampul mamiferelor, o componentă a creierului implicată în formarea amintirilor de locuri.

„Ceea ce încercăm să facem”, spune Theall, în timp ce intrăm într-un laborator înghesuit, „este să reducem tehnicile care au fost folosite în creierul șobolanilor și al primatelor – să le reducem la un creier care are o miime din dimensiune.”

Aparatura experimentală a lui Theall se sprijină pe o masă care plutește pe aer presurizat care absoarbe vibrațiile. Chiar și un cărucior care zornăie în holul de afară ar putea submina experimentul. Pentru că Theall trebuie să înregistreze impulsuri nervoase care însumează doar un ^1/10,0000 de volt, masa este închisă într-o cușcă care blochează interferențele electromagnetice de la luminile din cameră. Lucrând la microscop cu o pensetă, cu mâinile stabile și cu respirația ținută, Theall modelează un fir de cupru cu un diametru de numai două ori mai mic decât cel al unui globule roșii în electrozi pe care îi va introduce în creierul gândacilor.

„Sunt fragili”, spune el. „Chiar și o briză de la deschiderea unei uși poate strica câteva ore de muncă.”

Structurile pereche numite corpuri de ciupercă din creierul gândacului joacă un rol cheie în navigare.

După 20 de ore de pregătire, Theall este gata să facă experimentul. Răsucind un buton în timp ce privește în microscop, el scufundă electrodul în creierul gândacului până când acesta se sprijină într-unul dintre corpurile ciupercilor. În timpul experimentului, Theall va antrena acest gândac pentru a câștiga o recompensă: Dacă insecta își îndreaptă antena spre anumite repere, va primi bufeuri emoționante de miros de unt de arahide. Theall vrea să tragă cu urechea la neuroni pentru a determina modul în care aceștia contribuie la învățarea locației acelor repere.

Etapa finală a experimentului – disecția corpului ciupercii – îi permite lui Theall să vadă cele două sau trei celule pe care le-a monitorizat. Deoarece celulele au absorbit cuprul eliberat de electrod, el le poate distinge de celelalte 200.000 de celule cerebrale din corpul ciupercii. Theall urmărește apoi structura fiecărei celule cu ajutorul unui stilou, a hârtiei și a unei cutii de lumină. Este ca și cum ar desena un stejar noduros până la ultima crenguță, iar reconstituirea unei singure celule poate dura două zile. Theall, un student tipic în laboratorul lui Strausfeld, va efectua sute de experimente ca acestea înainte de a-și termina doctoratul.

Theall și Strausfeld nu știu niciodată care dintre zecile de mii de celule pe care le vor lovi atunci când ating corpul de ciupercă al unui gândac. Cu toate acestea, repetând experimentul la nesfârșit, ei alcătuiesc o imagine a tipurilor de celule care există, a modului în care aceste celule funcționează în timpul sarcinilor de memorare a locului și a tipurilor de conexiuni pe care le formează cu alte celule. Celulă cu celulă, ei speră să pună cap la cap circuitele structurii.

În timpul unei discuții în biroul său, Strausfeld schițează un corp de ciupercă, subliniind mai multe paralele cu hipocampul, centrul cerebral dedicat memoriei și localizării locului la mamifere. Baza este formată din mii de fibre nervoase paralele care se desfășoară împreună precum fibra unei bucăți de lemn. Mai sus de la bază, fibrele trimit conexiuni în bucle care arată ca niște mânere de ulcior pe o autostradă; aceasta este forma care i-a adus acestei părți a creierului denumirea de „corp de ciupercă”. Conexiunile se reunesc cu fibrele mai sus, aproape de vârf. Strausfeld bănuiește că aceste căi în buclă reunesc bucăți de informații legate între ele, precum priveliștile și mirosurile diferitelor repere pe care un gândac le întâlnește, unul după altul, în timp ce călătorește spre și dinspre casa sa.

„Geometria structurii”, spune el, „amintește atât de ciudat de hipocampus”. Strausfeld și alții caută indicii pentru a afla dacă asemănările rezultă dintr-o înrudire profundă și străveche sau pur și simplu din soluții analoge care au evoluat independent pentru a ajuta la supraviețuire.

În laboratorul său subteran de la Institutul de Neuroștiințe, van Swinderen observă o muscă suspendată în ceea ce echivalează cu un cinematograf IMAX în miniatură. Configurația este concepută pentru a monitoriza concentrarea atenției în creierul unei muște. Un ecran cu LED-uri se înfășoară în jurul muștei, afișând o secvență de obiecte care clipesc în fața ochilor ei, câte două obiecte pe rând. În acest moment, este vorba despre un X și un pătrat. X-ul pâlpâie de 12 ori pe secundă, iar pătratul de 15 ori pe secundă.

Van Swinderen a introdus un electrod în creierul muștei pentru a-i monitoriza activitatea neuronală. Undele cerebrale zimțate care percolează prin electrod se derulează pe un ecran de calculator. Îngropate adânc în amestecul de vârfuri zimțate sunt două semnale minuscule: o undă care urcă și coboară de 12 ori pe secundă și o alta care urcă și coboară de 15 ori pe secundă. Aceste două unde emană de la mii de celule cerebrale care răspund la cele două obiecte care pâlpâie. Cu cât este mai mare numărul de celule care trag la unison la un anumit obiect, cu atât este mai mare unda corespunzătoare. Observând care undă este mai mare, van Swinderen poate spune către ce țintă își îndreaptă mai multă atenție musca.

Van Swinderen preferă să o numească „saliență” mai degrabă decât „atenție”, deoarece nu vrea să sugereze că muștele sunt conștiente. Dar, indiferent cum se numește această concentrare perceptivă, găsirea ei la o muscă are implicații uriașe pentru înțelegerea rădăcinilor conștiinței la oameni. În fiecare secundă suntem inundați de informații senzoriale de la ochi, urechi, nas și de la fiecare centimetru al pielii noastre. Reflectorul itinerant al atenției – ochiul minții noastre – determină ce fracțiune minusculă din acest aflux admitem de fapt în conștiința noastră și, doar posibil, o arhivăm ca memorie.

Van Swinderen înregistrează adesea undele cerebrale simultan din trei locații dintr-o regiune mare a creierului de insectă numită protocerebrul medial. La prima vedere, undele amestecate din aceste zone ar putea părea la fel de variate ca sunetele lui Mozart, Sex Pistols și cântecul de gât Tuvan. Dar atâta timp cât musca este alertă și este atentă la ceva, există în această amestecătură un cor de neuroni care cântă același model de unde în mod concertat în toate cele trei zone. Acest model de undă reprezintă lucrul la care musca este atentă și, pe măsură ce atenția sa se schimbă de la un lucru la altul, modelul de undă se schimbă și el. Van Swinderen poate detecta corul pentru că și-a proiectat cu atenție experimentul cu micul său cinematograf IMAX pentru a determina la ce va fi atentă musca. Este o ilustrare frumoasă a atenției: fiecare neuron cântă același cântec – cântecul pătratului.

„Atenția”, spune van Swinderen, „este un fenomen al întregului creier. Un lucru nu este pur vizual, nu este pur olfactiv. Este o legare laolaltă a diferitelor părți care pentru noi semnifică un singur lucru. De ce nu ar putea mecanismul muștelei să fie direcționat către o succesiune a amintirilor sale?”, întreabă el. „Asta, pentru mine, este doar un mic salt, o săritură și o săritură departe de ceea ce ar putea fi conștiința”. Diferența dintre amintirile unei muște și cele ale unui om ar putea fi o chestiune de grad. Omul poate stoca mult mai multe amintiri și, prin urmare, poate menține o narațiune personală mai sofisticată a trecutului și prezentului său. Dar van Swinderen crede că „ar putea fi exact același mecanism la o muscă și la un om”. Deși nu există încă dovezi care să decidă în ambele sensuri, rezultatul ar putea fi conștiința.

„Probabil că ceea ce necesită conștiința”, spune Koch de la Caltech, „este un sistem suficient de complicat cu feedback masiv. Insectele au așa ceva. Dacă vă uitați la corpurile ciupercilor, acestea sunt masiv paralele și au feedback.”

Indicii chimice confirmă faptul că cel puțin unele procese fundamentale ale creierului sunt aceleași la oameni și la insecte. Van Swinderen și Rozi Andretic, cercetător în neuroștiințe la NSI, au descoperit că muștele mutante care produc prea puțină dopamină, un neurotransmițător, au răspunsuri deficitare la saliență. Hrănirea muștelor mutante cu metamfetamină – o substanță chimică înrudită cu medicamentele utilizate pentru tratarea tulburării de deficit de atenție/hiperactivitate – ameliorează deficitul de dopamină și normalizează atenția muștelor. Dar dați metamfetamină unei muște normale și aceasta nu poate fi la fel de atentă. „Mecanisme similare sunt prezente la vertebrate și la muște”, mi-a spus Andretic. „Aveți nevoie de concentrații optime de dopamină, iar dacă aveți prea puțină sau prea multă, veți fi afectați”. Atât la oameni, cât și la muște, celulele care eliberează dopamină pot ajuta la coordonarea regiunilor cerebrale îndepărtate implicate în fenomenul atenției.

Când vă gândiți că neuronii înșiși sunt izbitor de asemănători în tot regnul animal, totul începe să aibă sens. „Aveți aceleași blocuri de construcție de bază pentru vertebrate și nevertebrate”, spune Strausfeld, „și există anumite moduri în care puteți pune aceste blocuri de construcție împreună .” Așadar, când a fost vorba de construirea unui centru cerebral precum hipocampul care poate recunoaște locuri, s-ar putea să fi existat un singur mod de a cabla acești neuroni excentrici pentru a face treaba – iar evoluția a ajuns la aceeași soluție de mai multe ori în mod independent, la fel cum instrucțiunile genetice pentru aripi au evoluat de mai multe ori în linii distincte.

Posibilitatea mai surprinzătoare este aceea că creierul ar fi putut evolua o singură dată în istoria vieții. Verii îndepărtați – gândacii și oamenii – ar fi putut moșteni schema de bază de la un strămoș comun, Urbilateria, ultimul strămoș comun al tuturor animalelor cu simetrie bilaterală. Nu se cunoaște nicio fosilă a acestei creaturi care să fi supraviețuit, dar, estimând cât timp a fost necesar pentru ca secvențele de ADN să difere între muște și șoareci, geneticienii estimează că Urbilateria a trăit în urmă cu 600 de milioane până la 1 miliard de ani.

Prin analogie cu nevertebratele marine de astăzi, unii oameni de știință cred că Urbilateria a săpat pe fundul mării ca adult și a înotat ca larvă, cu ochi simpli precum cei ai multor larve marine în viață.

Cuvintele pentru planul creierului Urbilateriei provin din studierea dezvoltării embrionare a creaturilor care trăiesc astăzi. Atât la embrionii de șoarece, cât și la embrionii de muscă de fructe, Detlev Arendt, un biolog evoluționist de la Laboratorul European de Biologie Moleculară din Heidelberg, Germania, a descoperit că celulele implicate în formarea creierului și a măduvei nervoase se împart în trei coloane de celule. Cel puțin unele dintre genele care guvernează formarea coloanelor sunt aceleași la muște și la șoareci. „Acest model este atât de specific”, spune Arendt, „încât este clar că ultimul strămoș comun trebuie să fi avut aceste trei coloane.”

Heinrich Reichert de la Universitatea din Basel a descoperit o altă asemănare izbitoare. În timpul creșterii embrionare, o genă care este similară atât la muște cât și la șoareci (și, implicit, la oameni) declanșează divizarea creierului în segmente față, mijloc și spate. Șoarecii lipsiți de această genă dezvoltă anomalii grave ale creierului. Dar schimbarea versiunii muștei a genei în acești șoareci mutanți corectează majoritatea acestor anomalii. „Aceasta dezvăluie”, spune Reichert, „o înrudire profundă în creierul muștelor și al peștilor, al șoarecilor și al oamenilor, care cu siguranță nu era de așteptat doar uitându-ne la anatomia superficială.”

Desigur, aceste gene acționează devreme, în timp ce embrionul este primitiv. Așadar, Urbilateria le-ar fi putut poseda și totuși să nu fi avut aproape niciun creier. Răspunsul final va veni în urma identificării și comparării altor zeci de gene de insecte și mamifere. De un interes deosebit sunt cele implicate în formarea unor structuri complexe care joacă roluri similare, cum ar fi corpurile ciupercilor și hipocampul.

„Întrebarea de un milion de dolari”, spune Strausfeld, „ar fi dacă genele implicate în dezvoltarea acestor structuri sunt împărtășite între șoarece și muscă. Asta ar fi, bineînțeles, palpitant.”

.