miniaturadaimagem|336x336px|Baleia Jubarte (Megaptera novaeangliae), uma espécie de cetáceo A ordem taxonômica Cetacea consiste em cerca de 75 espécies de mamíferos que evoluíram dos ungulados há mais de 50 milhões de anos. Entre suas modificações, houve a perda de membros posteriores externos e o ganho de uma cauda em forma de remo para propulsão.WURSIG, Bernd. Cetaceans. Science, v. 244, n. 4912, p. 1550-1557, 1989.
Duas subordens compreendem a ordem Cetacea, a subordem Mysticeti (baleias com barbatana) e Odontoceti (baleias com dentes). As baleias com dentes desenvolveram uma sofisticada ecolocalização, em que rápidas sequências de sons de alta frequência são enviadas ao ambiente. Com isso, essas baleias ouvem o retorno modificado dos ecos desses sons, de forma a compreender distâncias, formas, tamanhos e textura de objetos. Esse mecanismo permite a alimentação na ausência de luz e também uma detecção de predadores muito eficiente. A ecolocalização foi uma das mais importantes adaptações para os Odontoceti, de forma a expandir a presença desses animais pelos oceanos e por diversos grandes rios.
Os cetáceos possuem um cérebro muito grande e isso pode ser conectado ao modo de vida que esses animais possuem: longevidade, maturação tardia, um único nascimento de filhote após um longo período gestacional, além do desmame tardio. Além da inteligência relacionada ao cérebro desses animais, inúmeras razões para o tamanho do órgão têm sido elucidadas, como por exemplo: complexidade de estratégias de forrageamento e a necessidade de formação de relações sociais em sociedades complexas que evitam predação e possuem garantia de comida.
Origem e evolução do cérebro miniaturadaimagem|301x301px|Cérebro preservado de cachalote (Physeter macrocephalus).|esquerda Os cetáceos surgiram aproximadamente há 55 milhões de anos atrás, com baixa encefalização, e na radiação inicial desses animais no final do baixo Eoceno houve um aumento significativo do tamanho cerebral nos Odontoceti. Esse aumento dramático do tamanho do cérebro levou a uma diminuição substancial do tamanho dos indivíduos, que foi sendo seguida pelo aumento cerebral.MARINO, Lori; MCSHEA, Daniel W.; UHEN, Mark D. Origin and evolution of large brains in toothed whales. The Anatomical Record Part A: Discoveries in Molecular, Cellular, and Evolutionary Biology: An Official Publication of the American Association of Anatomists, v. 281, n. 2, p. 1247-1255, 2004. Ao mesmo tempo em que o tamanho do cérebro era alterado, ele também era reorganizado em uma forma com hemisférios cerebrais muito maiores e, nesse ponto da evolução, a estrutura cerebral dos cetáceos antigos era muito parecida com a dos animais modernos. Há, também, algumas evidências de mudança da arquitetura cranial e dos ouvidos, que teria sido importante para a ecolocalização.MARINO, Lori et al. Cetaceans have complex brains for complex cognition. PLoS Biol, v. 5, n. 5, p. e139, 2007.
Embora a pressão seletiva que tenha causado diminuição do tamanho corporal ainda não seja conhecida, animais menores passaram por mudanças na sua ecologia, como por exemplo, risco de ser predado, que pode ter levado a mudanças comportamentais. Isso pode indicar que os cérebros maiores que os Odontoceti antigos possuíam eram usados, ao menos em parte, para processar esse novo modo sensorial que acarretou, ao mesmo tempo, mudanças anatômicas e um aumento da complexidade do sistema ecológico-comportamental dos animais.
O cérebro dos cetáceos miniaturadaimagem|239x239px|Cérebro de um golfinho do Pacífico (Lagenorhynchus obliquidens). Massa corporal: 90kg, massa cerebral 1100g O cérebro dos cetáceos viventes atualmente é um dos maiores entre os mamíferos, tanto em massa absoluta, quanto proporcionalmente a massa corpórea,PERRIN, William F.; WÜRSIG, Bernd; THEWISSEN, J. G. M. (Ed.). Encyclopedia of marine mammals. Academic Press, 2009. sendo aproximadamente 6 vezes maior que o cérebro humano.JERISON, Harry J. Evolution of the brain and intelligence. Current Anthropology, v. 16, n. 3, p. 403-426, 1975. Diversas espécies de Odontoceti possuem cérebros 4 a 5 vezes maiores do que o que seria esperado com base no peso corporal, sendo que essas proporções só são menores do que as encontradas em humanos modernos.MARINO, Lori. A comparison of encephalization between odontocete cetaceans and anthropoid primates. Brain, Behavior and Evolution, v. 51, n. 4, p. 230-238, 1998 Animais muito grandes, como as baleias, tendem a ter cérebros menores do que o esperado, em relação ao seu peso. Entretanto, Mysticeti possuem cérebros grandes em tamanho absoluto e possuem uma alta complexidade cortical.
O tamanho do cérebro dos mamíferos varia de acordo com o tamanho do corpo e de seu modo de vida. Para compreender a anatomia do cérebro dos cetáceos, é necessário analisar os seus diferentes modos de vida aquática e a variação no tamanho. O cérebro necessita de alto custo energético para a sua manutenção (consumo de 16% em humanos, sendo que representa apenas 2% do peso corporal), consome uma maior proporção de energia em animais de grande porte, cujo metabolismo específico é comparativamente mais baixo. Nos cetáceos, assim como nos outros mamíferos, o tamanho relativo do cérebro diminui com o aumento do corpo. Por exemplo, um golfinho (Platanista gangetica) de 59.6 kg, possui um cérebro de 0,295 kg que representa 0,495% da massa corpórea, enquanto em uma baleia azul com peso de 50,904 kg, foi registrada com um cérebro de 3,64 kg que representa 0,007% da massa corpórea. Diferenças de encefalização dos mamíferos marinhos parecem estar associadas com o nível de socialização dos animais, com os golfinhos e Monodontidaes apresentando graus de cefalização equivalentes ao de humanos.GONZÁLEZ, Luis Medrano. Humanos y cetáceos: identidades y contradicciones.
Além do cérebro dos cetáceos serem aumentados, sua região cortical é expandida, sendo essa a região que faz parte do processamento de alto nível de informação, autoconsciência e inteligência. Esses animais apresentam uma combinação única de características corticais, enquanto a anatomia subcortical possui características compartilhadas com os outros mamíferos. O prosencéfalo dos cetáceos é organizado em três camadas de tecido e inclui uma região chamada córtex paralímbico que possui função totalmente desconhecida nos cetáceos. O prosencéfalo dos cetáceos está entre os mais coevoluídos de todos os mamíferos, indicativo de um aumento substancial na área de superfície neocortical e no volume durante a evolução dos cetáceos.RIDGWAY, Sam H.; BROWNSON, R. H. Relative brain sizes and cortical surface areas in odontocetes. Acta Zool Fenn, v. 172, p. 149-152, 1984. esquerda|miniaturadaimagem|291x291px|Imagem representativa do encéfalo de golfinhos, mostrando as especializações de cada região. O córtex cerebral dos cetáceos tem uma organização similar com a dos Ungulados e dos carnívoros. O telencéfalo dos cetáceos aparentemente foi formado a partir de uma expansão do lobo temporal que forma uma grande massa lateral e posterior dos hemisférios, essa expansão também foi responsável por empurrar o telencéfalo na direção dorsofrontal.
Em partes o córtex dos cetáceos apresenta uma configuração incomum, as zonas de projeção visual e auditiva estão localizadas na região parietal no topo dos hemisférios de forma adjacente umas às outras, uma localização bastante diferente em comparação com outros mamíferos que possuem cérebro grande.LADYGINA, T. F.; MASS, A. M.; SUPIN, AIa. Multiple sensory projections in the dolphin cerebral cortex. Zhurnal vysshei nervnoi deiatelnosti imeni IP Pavlova, v. 28, n. 5, p. 1047-1053, 1978.YA, Supin et al. Electrophysiological studies of the dolphin’s brain. Moscow: Izdatel’ato Nauka, 1978. Essa organização mostra que a relação entre as áreas de processamento visual e auditivo é mais próxima ou até mais integrada do que em animais com cérebros maiores. Esse padrão diferenciado de adjacência visual-auditiva pode permitir as habilidades de processamento sensorial altamente desenvolvidas em cetáceos, além de indicar a associação dos processos de memória e aprendizagem com a audição.
Estudos recentes da citoarquitetura cortical mostram uma extensa complexidade e variabilidade neocortical em Odontoceti e Mysticeti.HOF, Patrick R.; CHANIS, Rebecca; MARINO, Lori. Cortical complexity in cetacean brains. The Anatomical Record Part A: Discoveries in Molecular, Cellular, and Evolutionary Biology: An Official Publication of the American Association of Anatomists, v. 287, n. 1, p. 1142-1152, 2005.HOF, Patrick R.; VAN DER GUCHT, Estel. Structure of the cerebral cortex of the humpback whale, Megaptera novaeangliae (Cetacea, Mysticeti, Balaenopteridae). The Anatomical Record: Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology: Advances in Integrative Anatomy and Evolutionary Biology, v. 290, n. 1, p. 1-31, 2007. A organização celular de diversas regiões do neocórtex dos cetáceos é caracterizada por uma ampla variedade de caracteres organizacionais (por exemplo colunas, módulos e camadas), que estão associadas a cérebros complexos. Além disso, existe uma diferenciação substancial nas várias regiões neocorticais.
Algumas regiões específicas do córtex apresentam um nível maior de complexidade do que as outras regiões. Cíngulo e córtex insular (ambos situados mais profundamente no prosencéfalo) em Odontoceti e Mysticeti são extremamente bem desenvolvidosMARINO, Lori; BRAKES, Philippa; SIMMONDS, Mark Peter. Brain structure and intelligence in cetaceans. Whales and dolphins: Cognition, culture, conservation and human perceptions, p. 115-128, 2011. e a expansão dessas áreas nos cetáceos é compatível com funções cognitivas de alto nível, como por exemplo atenção, julgamento e consciência social.ALLMAN, John M. et al. Intuition and autism: a possible role for Von Economo neurons. Trends in cognitive sciences, v. 9, n. 8, p. 367-373, 2005. O córtex cíngulo anterior e insular em Cetáceos maiores contém um tipo de neurônio de projeção, conhecido como célula fusiforme ou neurônio de Von Economo. Esses neurônios são altamente especializados, envolvidos em redes neurais que atendem a aspectos de cognição social. As células do fuso desempenham um papel no comportamento inteligente adaptativo e a presença desses neurônios nos cetáceos é consistente com suas habilidades cognitivas complexas.MARINO, Lori. Cetaceans and primates: Convergence in intelligence and self-awareness. 2011.
Em alguns cetáceos, foi possível observar a existência de lateralização comportamental, apontando a diferentes funções dos hemisférios cerebrais. O córtex cerebral dos cetáceos possui seis camadas que também são típicas em mamíferos, porém outras regiões não possuem camadas bem diferenciadas. A densidade neuronal no córtex possui um número aproximadamente constante mesmo em volumes variáveis.
Modificação cerebral e divergência com primatas miniaturadaimagem|413x413px|Cérebro de golfinho-nariz-de-garrafa ao centro (Tursiops truncatus) comparado com cérebro de javali (Sus scrofa) à esquerda e um modelo de plástico de cérebro humano (Homo sapiens) à direita