Los nuevos descubrimientos que cambian lo que sabemos sobre la importancia del tamaño del cerebro en la inteligencia humana
Michael Marshall - BBC Future | Martes 12 diciembre, 2023
Nuestros cerebros no parecen tan especiales cuando se compara su tamaño relativo con el de nuestros parientes animales más cercanos. Para comprender la inteligencia humana, los científicos profundizan ahora en nuevas áreas de investigación.
Arthur Keith fue uno de esos investigadores que resultaron estar equivocados en muchas de las cosas que dijeron. Destacado anatomista y antropólogo de principios del siglo XX, fue un defensor del racismo científico y se opuso a la mezcla racial.
Al menos en parte debido a sus opiniones raciales, estaba convencido de que los humanos se originaron en Europa, no en África, como ahora se acepta universalmente.
Y era un firme partidario del llamado Hombre de Piltdown, un notorio engaño que involucró fósiles falsos.
Keith también describió una noción que llegó a conocerse como el Rubicón cerebral. Observando que los humanos tienen cerebros más grandes que otros primates, Keith argumentó que la inteligencia humana sólo se volvió posible cuando nuestros cerebros alcanzaron un umbral en particular.
Para el Homo, el género al que pertenecemos, Keith pensaba que el volumen mínimo era de unos 600-750 cm cúbicos. Para nuestra especie Homo sapiens, era de 900 cm cúbicos. Si fuera más pequeño, según el argumento, el cerebro no tendría suficiente poder computacional para respaldar el razonamiento humano.
Es cierto que el Homo sapiens, como especie, tiene un cerebro grande. Pero lo que esto significa se está empezando a ver de otra manera. La evidencia paleoantropológica sugiere que algunas especies, como el Homo floresiensis y el Homo naledi, tenían comportamientos complejos a pesar de tener cerebros bastante pequeños.
Sin embargo, también se está obteniendo evidencia del los campos de la genética y la neurociencia de que el tamaño del cerebro está lejos de ser el único factor que determina la inteligencia.
Cambios en el diagrama del cableado del cerebro, en la forma de las neuronas e incluso en cuándo y dónde se activan ciertos genes, son todos igualmente importantes, si no más. Así, el tamaño no lo es todo.
Los inteligentes con cerebro pequeño
Es cierto que el cerebro humano es inusualmente grande. Esto sigue siendo cierto incluso si se compara el tamaño del cerebro con el tamaño de nuestro cuerpo.
"Los humanos son de lejos los primates con el cerebro más grande", afirma el neurocientífico Martijn van den Heuvel, de la Universidad Libre de Ámsterdam, en Países Bajos.
También es cierto que si nos fijamos en los últimos seis millones de años de evolución humana, hay una tendencia hacia un aumento del tamaño del cerebro.
Los primeros homínidos, como el Sahelanthropus y el Australopithecus, tenían cerebros relativamente pequeños, pero las primeras especies de Homo tenían cerebros más grandes, y los cerebros del Homo sapiens los son aún más.
Sin embargo, cuando se miran más de cerca los detalles, la historia no es tan simple. Dos especies destacan por sus cerebros inusualmente pequeños: el Homo floresiensis, también conocido como el verdadero "hobbit", y el Homo naledi.
El Homo floresiensis fue descrito por primera vez en 2004. Medía sólo un metro de altura y vivió en la isla de Flores, en Indonesia, en los últimos cientos de miles de años. Se extinguió hace al menos 50.000 años.
El primer espécimen tenía un cerebro que medía sólo 380 cm cúbicos o quizás 426 cm cúbicos, lo que lo colocaba a la par de los chimpancés.
Existe evidencia sólida de que el Homo floresiensis fabricaba y utilizaba herramientas de piedra, al igual que otras especies de Homo. Los primeros estudios también informaron de evidencia de quemas, lo que sugiere que tenían control del fuego.
Pero análisis posteriores indicaron que todos los fuegos se encendieron hace menos de 41.000 años, lo que sugiere que fueron el producto de humanos modernos.
Sin embargo, las herramientas de piedra por sí solas son evidencia de que el Homo floresiensis se comportó de una manera en la que los chimpancés no podrían hacerlo.
Una década más tarde, investigadores de Sudáfrica describieron al Homo naledi.
Los restos fueron encontrados en las profundidades del sistema de cuevas Rising Star, al que sólo pueden llegar espeleólogos experimentados. Al igual que los hobbits, el Homo naledi tenía un cerebro pequeño, y también vivió recientemente, hace entre 200.000 y 300.000 años.
El investigador principal Lee Berger y sus colegas describieron marcas de hollín en los techos de las cuevas, que interpretan como evidencia de que el Homo naledi tenía el control del fuego. Se cree que encendieron antorchas para moverse en la oscuridad de las profundas cuevas.
En 2021, el equipo de Berger describió el cráneo de un niño de Homo naledi que parecía haber sido colocado sobre una formación similar a un estante en una cámara extremadamente inaccesible.
Esto fue interpretado como un entierro deliberado. En julio del mismo año, Berger y sus colegas afirmaron en otra publicación que varios esqueletos habían sido enterrados en el suelo de la cueva, lo que interpretaron como otra evidencia de comportamiento funerario.
Este último estudio causó furor entre los paleoantropólogos, en parte porque Berger anunció sus resultados antes de que el artículo pasara por el proceso científico habitual de revisión por pares, incluso en un documental de alto perfil de Netflix llamado Unknown: Cave of Bones (Desconocido: la Cueva de los Huesos).
Cuando otros investigadores revisaron el estudio, algunos fueron extremadamente críticos y dijeron que el estudio "no cumple con los estándares de nuestro campo" y que "falta una cantidad significativa de información".
El debate sobre los comportamientos y capacidades de H. floresiensis y H. naledi, junto con su significado en términos del papel del tamaño del cerebro, probablemente continuará en los próximos años.
Mientras tanto, otro grupo de investigadores está abordando la evolución del cerebro humano de una manera diferente: en lugar de examinar huesos fosilizados, estudian cerebros reales.
Anatomía de la mente
Lo primero que hay que tener en cuenta es que, aunque en promedio los humanos tienen cerebros inusualmente grandes, el tamaño varía.
"Hay pacientes que tienen un tamaño cerebral más pequeño", dice la neurobióloga Debra Silver de la Universidad de Duke en Durham, Carolina del Norte. Las personas con microcefalia (una cabeza que es anormalmente pequeña) suelen tener discapacidad intelectual y otros síntomas. Sin embargo, dice Silver, "todavía son humanos".
También hay casos de personas a las cuales les faltan grandes porciones de su cerebro pero muestran relativamente pocos efectos nocivos.
EL CEREBRO HUMANO EN NÚMEROS
- Con un peso aproximado de 1,5 kg, el cerebro humano es entre dos y tres veces más pequeño que el de un elefante.
- Es hasta seis veces más pequeño que el cerebro de algunas ballenas y delfines.
- El cerebro humano contiene 86 mil millones de neuronas y 85 mil millones de células no neuronales.
- A pesar de representar alrededor del 2% de la masa corporal del adulto promedio, el cerebro humano quema alrededor del 20% de las calorías que utilizamos.
Es evidente que algo más está pasando. Una posibilidad es el diagrama de cableado del cerebro o "conectoma".
El cerebro humano contiene alrededor de 86 mil millones de células especializadas llamadas neuronas, que se conectan entre sí y envían señales de un lado a otro.
Muchos neurocientíficos sospechan que los cambios en el patrón de conexiones son más importantes para el desarrollo de la cognición humana que algo tan burdo como el volumen del cerebro.
"Incluso los pequeños cambios en la conectividad, especialmente en la conectividad de largo alcance, realmente conducen a profundos cambios cognitivos y de comportamiento", dice el neurocientífico Nenad Sestan de la Universidad de Yale en New Haven, Connecticut.
En particular, algunas partes del cerebro humano reciben información de muchas otras regiones. Esto les permite integrar múltiples piezas de información y tomar decisiones en consecuencia.
La corteza prefrontal, en la parte frontal más externa del cerebro, es una de esas regiones. Sestan la llama "el director general del cerebro".
"Un poco más de este circuito integrador es realmente beneficioso para las capacidades cognitivas humanas", coincide Van den Heuvel.
En un estudio publicado en mayo, su equipo demostró que los cerebros humanos y de chimpancé comparten muchos patrones de conectividad, pero los humanos tienen una conectividad más fuerte entre las regiones involucradas en el lenguaje.
Estas áreas integradas del cerebro también se han asociado con trastornos psiquiátricos.
Por ejemplo, en 2019 el equipo de Van den Heuvel demostró que patrones de conexión encontrados en humanos, pero no en chimpancés, a menudo se asociaban con un mayor riesgo de esquizofrenia. Esto sugiere que los humanos han hecho un compromiso evolutivo: mayor inteligencia a cambio de un mayor riesgo de mala salud mental.
Evidencias como ésta sugieren que el conectoma es importante. Pero ¿qué pasa con las neuronas mismas? ¿Son las neuronas humanas diferentes a las de los chimpancés?
Células alteradas
"Existe una larga historia de personas que han buscado neuronas específicas y únicas en el cerebro humano", dice Van den Heuvel.
Uno de los primeros intentos lo realizó Constantin von Economo, un neurólogo austriaco activo a principios del siglo XX.
Este científico identificó neuronas con forma de huso en la corteza cerebral humana: a veces se las llama "neuronas de von Economo".
Al principio se pensaba que eran exclusivas de los humanos, dice van den Heuvel, "pero más tarde encontraron neuronas de von Economo en otros cerebros".
Más recientemente, en 2022, Sestan y sus colegas estudiaron las células de una parte del cerebro conocida como corteza prefrontal dorsolateral de humanos, chimpancés y monos.
Sólo pudieron encontrar un tipo de célula que era exclusiva de los humanos. No se trataba de una neurona, sino de una célula microglial: parte del sistema inmunológico del cerebro. Las células parecían aparentemente normales, pero habían activado un conjunto único de sus genes.
Sestan advierte que no se debe exagerar la importancia de estos hallazgos. "No creo que esto sea clave", dice. "No hay ninguna razón para pensar que las células microgliales darían capacidades cognitivas".
Las neuronas específicas de los humanos pueden ser difíciles de encontrar, pero está claro que las proporciones de los diferentes tipos de células se han alterado durante nuestra evolución.
Silver dice que las neuronas de von Economo son más comunes en humanos y grandes simios, en comparación con otros primates. "Pueden ayudar a asumir nuevas tareas", sugiere.
Comprender las neuronas modificadas del cerebro humano requiere comprender cómo se desarrollan y crecen las células. No podemos estudiar esto en embriones vivos por razones obvias, pero los investigadores pueden estudiar las neuronas que crecen en el laboratorio.
En los últimos años también han hecho crecer "organoides": grupos de células que imitan la estructura y el comportamiento de parte del cerebro en desarrollo.
Este campo ha producido una avalancha de hallazgos, la mayoría de los cuales aún no se comprenden completamente, dice Barbara Treutlein, neurobióloga del desarrollo en ETH Zürich en Suiza.
Sin embargo, un patrón se destaca claramente. "En los seres humanos se necesita más tiempo para producir neuronas y para que éstas realmente maduren", dice.
"En los chimpancés, las neuronas maduran más rápido que en los humanos".
Treutlein vincula provisionalmente esta lenta maduración de las neuronas con el tiempo relativamente más largo que tardan los bebés humanos en desarrollarse en comparación con los chimpancés.
Sin embargo, también dice que todavía no podemos establecer vínculos fuertes entre sus estudios sobre las neuronas en desarrollo (que nunca llegan a imitar el desarrollo más allá del segundo trimestre del embarazo) y el comportamiento de los humanos adultos.
Hay otro factor a considerar: el genoma humano y sus efectos en nuestro cerebro.
Genes expresivos
Es conocido que los humanos y los chimpancés compartan el 99% de su ADN. "Pero la cuestión es que no nos diferenciamos en un 1% de los chimpancés", afirma Sestan. La diferencia es evidentemente más dramática que eso.
Los genetistas identificaron partes del genoma que son exclusivas de los humanos y muchas de ellas parecen desempeñar funciones en el cerebro.
Por ejemplo, un estudio de 2019 analizó tramos de ADN específicos de humanos y descubrió que muchos de ellos tenían efectos en células que se sabe están involucradas en la expansión del cerebro.
De manera similar, un gen llamado SRGAP2C es exclusivo del género Homo. En un estudio de 2019, los investigadores expresaron este gen de homínido en ratones y descubrieron que alteraba su conectoma, creando conexiones adicionales entre ciertas capas de la corteza.
"Cambia la actividad neuronal y la morfología de las neuronas a nivel de circuito", dice Silver.
A lo largo del largo curso de la evolución humana, muchos genes han cambiado.
En febrero, el equipo de van den Heuvel publicó una cronología de 13,5 millones de mutaciones específicas de humanos que abarcan los últimos cinco millones de años, remontándose hasta antes del origen de la rama Homo del árbol evolutivo.
Los científicos encontraron dos estallidos de mutaciones específicas de humanos.
El primero ocurrió hace unos 1,9 millones de años, aproximadamente cuando evolucionó la especie Homo erectus. El segundo fue hace entre 62.000 y 1.500 años. Las mutaciones relacionadas con la cognición eran a menudo relativamente jóvenes, afirma van den Heuvel.
No se trata sólo de la secuencia de ADN en sí. Como sugirió el estudio microglial de Sestan, también se trata de qué genes están activados en cada célula.
Los cambios en la "expresión genética" pueden dar a las células formas y comportamientos fundamentalmente diferentes, aunque tengan el mismo genoma.
La complejidad aquí es vertiginosa. Un estudio de 2021 sobre expresión genética encontró que algunos genes que son importantes en el cerebro pueden producir 100 proteínas cada uno, dependiendo de cómo se expresen.
Un gen expresado en humanos en desarrollo, pero no en chimpancés, controla toda una red de otros genes que se cree están involucrados en el desarrollo del cerebro humano.
En un estudio de 2017, el equipo de Sestan comparó la expresión genética en cerebros de humanos, chimpancés y monos.
Los investigadores descubrieron que algunas neuronas en una región del cerebro humano expresaban genes implicados en la producción de dopamina, una sustancia química cerebral involucrada en sentimientos de recompensa. Las células equivalentes en chimpancés y monos no expresaban estos genes.
"Cultivamos estas neuronas". dice Sestán. "Pueden producir dopamina in vitro".
"Si esto es cierto en un cerebro real, los humanos podríamos producir dopamina internamente en la corteza", dice Sestan.
El científico apunta a una especulación intrigante sobre lo que esto podría significar. Los seres humanos pueden sentir placer simplemente pensando y resolviendo problemas, algo que bien puede ser único.
Si tenemos neuronas corticales que producen dopamina, podrían ser "un sistema de recompensa por simplemente pensar". Sin embargo, Sestan subraya que por ahora se trata de especulaciones.
Hemos recorrido un largo camino desde la simple comparación de los tamaños de los cerebros de diferentes primates. Los científicos investigan ahora cambios en las secuencias del genoma, en la expresión genética, en la forma y el comportamiento de las células y en el diagrama de cableado del cerebro.
Lo que nos falta es "comprender cómo todos estos elementos, en interacción, se convierten en un sistema y este sistema moldea nuestro comportamiento", dice van den Heuvel.
Treutlein y sus colegas dieron un gran paso en esta dirección en 2019 al publicar un "atlas" de cada célula del cerebro humano en una etapa temprana de desarrollo.
En 2023, un equipo de 500 investigadores de toda Europa anunció la finalización del Human Brain Project, Proyecto del Cerebro Humano, una iniciativa de diez años de duración para profundizar en la compleja estructura y función del cerebro.
Un enorme proyecto en curso llamado Human Cell Atlas, el Atlas de Células Humanas, tiene como objetivo aprovechar los conocimientos adquiridos hasta ahora.
Sus miembros tienen como objetivo mapear cada tipo de célula del cuerpo humano: su posición, forma, expresión genética y más. "Hay muchísimos tipos de células en el cerebro", dice Treutlein. El desafío será darle sentido al vasto conjunto de datos.
Si bien ese proyecto llevará décadas, ya es posible sacar algunas conclusiones sobre el tamaño del cerebro. "Creo que es sólo uno de muchos factores", dice Silver.
Puedes leer aquí la nota original de BBC Future en inglés.
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