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Tamaño del cerebro

El tamaño del cerebro es un tema frecuente de estudio en los campos de la anatomía , la antropología biológica, la zootecnia y la evolución . La medición del tamaño del cerebro ...

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El tamaño del cerebro es un tema frecuente de estudio en los campos de la anatomía , la antropología biológica, la zootecnia y la evolución . La medición del tamaño del cerebro y la capacidad craneal es relevante tanto para los humanos como para otros animales, y puede realizarse mediante el peso o el volumen a través de resonancias magnéticas , el volumen del cráneo o pruebas de inteligencia por neuroimagen .

La relación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia ha sido un tema controvertido y frecuentemente investigado. En 2021, científicos de la Universidad de Stony Brook y del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal publicaron hallazgos que muestran que la proporción entre el tamaño del cerebro y el tamaño del cuerpo de diferentes especies ha cambiado con el tiempo en respuesta a diversas condiciones y eventos. [ 1 ]

Como escribe Kamran Safi, investigador del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal y autor principal del estudio:

"A veces, los cerebros relativamente grandes pueden ser el resultado final de una disminución gradual del tamaño corporal para adaptarse a un nuevo hábitat o forma de moverse; en otras palabras, no tienen nada que ver con la inteligencia." [ 2 ]

Humanos

En los humanos, el hemisferio cerebral derecho suele ser más grande que el izquierdo, mientras que los hemisferios cerebelosos suelen tener un tamaño similar. El cerebro humano adulto pesa en promedio alrededor de 1,3 kg (2,9 lb) . [ 3 ] En los hombres, el peso promedio es de aproximadamente  1370  g y en mujeres aproximadamente1200  g . [ 4 ] El volumen es aproximadamente1260  cm 3 en hombres y1130  cm³ en mujeres, aunque existe una variación individual sustancial. [ 5 ] Otro estudio encontró que el peso del cerebro humano adulto es de 1300–1400  g para humanos adultos y de 350–400  g para humanos recién nacidos. Hay un rango de volumen y peso, y no solo un número en el que se pueda confiar definitivamente. La variación entre humanos de edad similar es menor que la que existe entre especies. Los mecanismos de variación interespecífica e intraespecífica también difieren.

Variación y evolución

Tamaño craneal humano moderno durante los últimos 300.000 años utilizando datos consolidados en medias de 100 años según un estudio de 2022 [ 6 ]
...y durante los últimos 30 ka [ 6 ]

Desde los primeros primates hasta los homínidos y finalmente el Homo sapiens , el cerebro se vuelve progresivamente más grande, con la excepción de los neandertales extintos, cuyo tamaño cerebral superaba al del Homo sapiens moderno . El volumen del cerebro humano ha aumentado a medida que los humanos han evolucionado (véase Homininae ), comenzando desde aproximadamente600  cm 3 en Homo habilis hasta1680  cm³ en Homo neanderthalensis , que fue el homínido con el cerebro más grande. [ 7 ] Algunos datos sugieren que el tamaño promedio del cerebro ha disminuido desde entonces. [ 8 ] Un estudio concluye que la disminución "fue sorprendentemente reciente, ocurriendo en los últimos 3000 años". [ 9 ] [ 10 ] Sin embargo, un reanálisis de los mismos datos [ 9 ] sugiere que el tamaño del cerebro no ha disminuido, y que la conclusión se hizo utilizando conjuntos de datos demasiado disímiles para respaldar una comparación cuantitativa. [ 11 ] [ 6 ]

Richerson y Boyd señalan las desventajas de un cerebro de gran tamaño. [ 12 ]

Los defensores de los cambios recientes en el tamaño del cerebro señalan la mutación genética que causa la microcefalia , un trastorno del desarrollo neurológico que afecta el volumen de la corteza cerebral. [ 13 ] De manera similar, las explicaciones socioculturales señalan la externalización del conocimiento y la toma de decisiones grupales , en parte a través del surgimiento de sistemas sociales de cognición distribuida, organización social, división del trabajo y compartición de información como posibles causas. [ 14 ] [ 15 ] [ 9 ]

Tendencias en la evolución del tamaño del cerebro de los homininos [ 9 ]
Muestras de análisis del tamaño del cerebro humano a lo largo de 9,8 millones de años mostradas en la imagen superior [ 6 ].

El cerebro pequeño de H. floresiensis

Homo floresiensis es un hominino de la isla de Flores en Indonesia con fósiles que datan de hace 60.000 a 100.000 años. [ 18 ] A pesar de su posición relativamente derivada en la filogenia de los homininos , las imágenes de TC de su cráneo revelan que su volumen cerebral era solo417  cm³ , [ 17 ] menos que el de Homo habilis , que se cree que se extinguió mucho antes (hace unos 1,65 millones de años. [ 19 ] ) . Se cree que la razón de esta regresión en el tamaño del cerebro es el síndrome de isla , [ 20 ] en el que los cerebros de las especies insulares se vuelven más pequeños debido a un menor riesgo de depredación. Un cerebro más pequeño es beneficioso ya que reduce la tasa metabólica basal sin aumentos significativos en el riesgo de depredación. [ 21 ]

hidrocefalia

Casos excepcionales de hidrocefalia , como el reportado por John Lorber en 1980 y por un estudio con ratas, [ 22 ] [ 23 ] sugieren que niveles relativamente altos de inteligencia y funcionamiento relativamente normal son posibles incluso con cerebros muy pequeños. [ 24 ] [ 25 ] No está claro qué conclusiones extraer de tales informes, como sobre capacidades cerebrales, redundancias, mecánica y requisitos de tamaño.

Variación biogeográfica

Los esfuerzos por encontrar variación racial o étnica en el tamaño del cerebro generalmente se consideran un esfuerzo pseudocientífico [ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] y tradicionalmente se han vinculado al racismo científico y a los intentos de demostrar una jerarquía intelectual racial. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ]

La mayoría de los esfuerzos para demostrar esto se han basado en datos indirectos que evaluaron mediciones del cráneo en lugar de observaciones directas del cerebro. Estos se consideran científicamente desacreditados. [ 29 ] [ 32 ]

Un estudio a gran escala realizado en 1984 sobre la variación global de los cráneos concluyó que la variación en el tamaño del cráneo y la cabeza no está relacionada con la raza, sino con la preservación del calor climático, afirmando: «Encontramos escaso apoyo para el uso del tamaño del cerebro en la evaluación taxonómica (aparte de los extremos paleontológicos a lo largo del tiempo). Las taxonomías raciales que incluyen la capacidad craneal, la forma de la cabeza o cualquier otro rasgo influenciado por el clima confunden las causas ecotípicas y filogenéticas. Para los homínidos del Pleistoceno, dudamos que el volumen de la caja craneana sea más "valioso" taxonómicamente que cualquier otro rasgo». [ 33 ]

Sexo

Peso cerebral promedio en hombres y mujeres a lo largo de la vida. Del estudio Cambios en el peso cerebral durante la vida humana.

El cerebro de un bebé humano al nacer tiene un tamaño promedio369  cm³ y aumenta, durante el primer año de vida, a aproximadamente961  cm 3 , después de lo cual la tasa de crecimiento disminuye. El volumen cerebral alcanza su punto máximo en la adolescencia, [ 34 ] y después de los 40 años comienza a disminuir en un 5% por década, acelerándose alrededor de los 70. [ 35 ] El peso cerebral promedio de un hombre adulto es de 1345 gramos (47,4 oz) , mientras que el de una mujer adulta es de 1222 gramos (43,1 oz) . [ 36 ] (Esto no tiene en cuenta la densidad neuronal ni la relación masa cerebral-masa corporal ; los hombres en promedio también tienen cuerpos más grandes que las mujeres). Se ha descubierto que los hombres tienen en promedio mayores volúmenes cerebrales, cerebelosos y lobulares de la corteza cerebral, excepto posiblemente el parietal izquierdo. [ 37 ] Las diferencias de género en el tamaño varían según regiones cerebrales más específicas. Los estudios han tendido a indicar que los hombres tienen una amígdala e hipotálamo relativamente más grandes , mientras que las mujeres tienen un núcleo caudado e hipocampos relativamente más grandes . Cuando se controlan variables como el volumen intracraneal , la altura y el peso, Kelly (2007) indica que las mujeres tienen un mayor porcentaje de materia gris , mientras que los hombres tienen un mayor porcentaje de materia blanca y líquido cefalorraquídeo . Sin embargo, existe una alta variabilidad entre los individuos en estos estudios. [ 5 ]  

Sin embargo, Yaki (2011) no encontró diferencias de género estadísticamente significativas en la proporción de materia gris para la mayoría de las edades (agrupadas por década), excepto en la tercera y sexta década de vida en la muestra de 758 mujeres y 702 hombres de 20 a 69 años. [ 38 ] El hombre promedio en su tercera década (edades 20-29) tenía una proporción de materia gris significativamente mayor que la mujer promedio del mismo grupo de edad. Por el contrario, entre los sujetos en su sexta década, la mujer promedio tenía una proporción de materia gris significativamente mayor, aunque no se encontró una diferencia significativa entre aquellos en su séptima década de vida.

Los volúmenes cerebrales y de materia gris totales alcanzan su máximo entre los 10 y los 20 años (antes en las niñas que en los niños), mientras que los volúmenes de materia blanca y ventricular aumentan. Existe un patrón general en el desarrollo neuronal de picos en la infancia seguidos de declinaciones en la adolescencia (por ejemplo, poda sináptica ). De acuerdo con los hallazgos en adultos, el volumen cerebral promedio es aproximadamente un 10 % mayor en los niños que en las niñas. Sin embargo, tales diferencias no deben interpretarse como si confirieran algún tipo de ventaja o desventaja funcional; las medidas estructurales macroscópicas pueden no reflejar factores funcionalmente relevantes como la conectividad neuronal y la densidad de receptores, y es notable la alta variabilidad del tamaño del cerebro incluso en grupos definidos de manera estricta, por ejemplo, los niños de la misma edad pueden tener hasta un 50 % de diferencias en el volumen cerebral total. [ 39 ] Las niñas pequeñas tienen en promedio un volumen hipocampal relativamente mayor , mientras que las amígdalas son más grandes en los niños. [ 5 ] Sin embargo, múltiples estudios [ 40 ] [ 41 ] han encontrado una mayor densidad sináptica en los hombres: un estudio de 2008 informó que los hombres tenían una densidad sináptica promedio significativamente mayor de 12,9 × 108 por milímetro cúbico, mientras que en las mujeres era de 8,6 × 108 por milímetro cúbico, una diferencia del 33 %. Otros estudios han encontrado un promedio de 4 mil millones más de neuronas en el cerebro masculino, [ 42 ] corroborando esta diferencia, ya que cada neurona tiene en promedio 7000 conexiones sinápticas con otras neuronas.

Durante la adultez y el envejecimiento se producen cambios dinámicos significativos en la estructura cerebral, con una variación sustancial entre individuos. En las últimas décadas, los hombres muestran una mayor pérdida de volumen cerebral total y en los lóbulos frontales y temporales , mientras que en las mujeres se observa una mayor pérdida de volumen en los hipocampos y los lóbulos parietales . [ 5 ] Los hombres muestran una disminución más pronunciada en el volumen global de materia gris, aunque en ambos sexos varía según la región, y algunas áreas presentan poco o ningún efecto de la edad. El volumen total de materia blanca no parece disminuir con la edad, aunque existe variación entre las regiones cerebrales. [ 43 ]

Contribución genética

Los estudios con gemelos adultos han indicado altas estimaciones de heredabilidad para el tamaño cerebral general en la edad adulta (entre el 66 % y el 97 %). Sin embargo, el efecto varía regionalmente dentro del cerebro, con altas heredabilidades de los volúmenes del lóbulo frontal (90-95 %), estimaciones moderadas en los hipocampos (40-69 %) y factores ambientales que influyen en varias áreas cerebrales mediales. Además, el volumen del ventrículo lateral parece explicarse principalmente por factores ambientales, lo que sugiere que dichos factores también desempeñan un papel en el tejido cerebral circundante. Los genes pueden causar la asociación entre la estructura cerebral y las funciones cognitivas, o estas últimas pueden influir en la primera durante la vida. Se han identificado o sugerido varios genes candidatos, pero aún requieren replicación. [ 44 ] [ 45 ]

Inteligencia

Los estudios demuestran una correlación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia, donde los cerebros más grandes predicen una mayor inteligencia. Sin embargo, no está claro si la correlación es causal. [ 46 ] La mayoría de los estudios de resonancia magnética informan correlaciones moderadas de alrededor de 0,3 a 0,4 entre el volumen cerebral y la inteligencia. [ 47 ] [ 48 ] Las asociaciones más consistentes se observan dentro de los lóbulos frontal, temporal y parietal, el hipocampo y el cerebelo, pero solo explican una cantidad relativamente pequeña de varianza en el CI, lo que sugiere que, si bien el tamaño del cerebro puede estar relacionado con la inteligencia humana, otros factores también juegan un papel. [ 48 ] [ 49 ] Además, los volúmenes cerebrales no se correlacionan fuertemente con otras medidas cognitivas más específicas. [ 50 ] En los hombres, el CI se correlaciona más con el volumen de materia gris en el lóbulo frontal y el lóbulo parietal , que está involucrado aproximadamente en la integración sensorial y la atención, mientras que en las mujeres se correlaciona con el volumen de materia gris en el lóbulo frontal y el área de Broca , que está involucrada en el lenguaje. [ 5 ]

Las investigaciones que miden el volumen cerebral, los potenciales evocados auditivos P300 y la inteligencia muestran una disociación, de modo que tanto el volumen cerebral como la velocidad del P300 se correlacionan con aspectos medidos de la inteligencia, pero no entre sí. [ 51 ] [ 52 ] La evidencia es contradictoria en cuanto a si la variación del tamaño cerebral también predice la inteligencia entre hermanos, ya que algunos estudios encuentran correlaciones moderadas y otros no encuentran ninguna. [ 46 ] Una revisión reciente de Nesbitt, Flynn et al. (2012) señala que es poco probable que el tamaño cerebral bruto sea una medida precisa del CI. Se sabe que el tamaño cerebral difiere entre hombres y mujeres, por ejemplo (los hombres en promedio tienen cuerpos más grandes que las mujeres), pero sin diferencias bien documentadas en el CI. [ 46 ] Un estudio de 2017 encontró que los cerebros de las mujeres tienen una mayor densidad de materia gris , lo que podría compensar la pérdida de volumen. [ 53 ]

Un descubrimiento reciente es que la estructura del cerebro humano adulto cambia cuando se aprende una nueva habilidad cognitiva o motora, incluido el vocabulario. [ 54 ] Se ha demostrado neuroplasticidad estructural (aumento del volumen de materia gris ) en adultos después de tres meses de entrenamiento en una habilidad visomotora, ya que el cambio cualitativo (es decir, el aprendizaje de una nueva tarea) parece más crítico para que el cerebro cambie su estructura que el entrenamiento continuo de una tarea ya aprendida. Se ha demostrado que tales cambios (por ejemplo, repasar para exámenes médicos) duran al menos 3 meses sin práctica adicional; otros ejemplos incluyen el aprendizaje de nuevos sonidos del habla, la habilidad musical, las habilidades de navegación y el aprendizaje de la lectura de palabras reflejadas en un espejo. [ 55 ] [ 56 ]

Otros animales

Los cerebros más grandes son los de los cachalotes , que pesan alrededor de 8 kg (18 lb) . El cerebro de un elefante pesa poco más de 5 kg (11 lb) , el de un delfín nariz de botella entre 1,5 y 1,7 kg (3,3 y 3,7 lb) , mientras que el cerebro humano ronda los 1,3 a 1,5 kg (2,9 a 3,3 lb) . El tamaño del cerebro tiende a variar según el tamaño del cuerpo . Sin embargo, la relación no es proporcional: la proporción entre la masa del cerebro y la del cuerpo varía. La proporción más alta se encuentra en la musaraña . [ 57 ] Promediando el peso del cerebro en todos los órdenes de mamíferos , sigue una ley de potencia , con un exponente de aproximadamente 0,75. [ 58 ] Hay buenas razones para esperar una ley de potencias: por ejemplo, la relación entre el tamaño corporal y la longitud corporal sigue una ley de potencias con un exponente de 0,33, y la relación entre el tamaño corporal y la superficie corporal sigue una ley de potencias con un exponente de 0,67. La explicación para un exponente de 0,75 no es obvia; sin embargo, vale la pena señalar que varias variables fisiológicas parecen estar relacionadas con el tamaño corporal mediante aproximadamente el mismo exponente; por ejemplo, la tasa metabólica basal . [ 59 ]        

Esta fórmula de ley de potencias se aplica al cerebro "promedio" de los mamíferos en su conjunto, pero cada familia (gatos, roedores, primates, etc.) se desvía de ella en cierto grado, de una manera que generalmente refleja la "sofisticación" general del comportamiento . [ 60 ] Los primates , para un tamaño corporal dado, tienen cerebros de 5 a 10 veces más grandes de lo que predice la fórmula. Los depredadores tienden a tener cerebros relativamente más grandes que los animales de los que se alimentan; los mamíferos placentarios (la gran mayoría) tienen cerebros relativamente más grandes que los marsupiales como la zarigüeya. Una medida estándar para evaluar el tamaño del cerebro de un animal en comparación con lo que se esperaría de su tamaño corporal se conoce como cociente de encefalización . El cociente de encefalización para los humanos está entre 7,4 y 7,8. [ 61 ]

Cuando el cerebro de los mamíferos aumenta de tamaño, no todas las partes aumentan al mismo ritmo. [ 62 ] En particular, cuanto más grande es el cerebro de una especie, mayor es la fracción ocupada por la corteza . Así, en las especies con los cerebros más grandes, la mayor parte de su volumen está llena de corteza: esto se aplica no solo a los humanos, sino también a animales como delfines, ballenas o elefantes. La evolución del Homo sapiens durante los últimos dos millones de años ha estado marcada por un aumento constante en el tamaño del cerebro, pero gran parte de ello puede explicarse por aumentos correspondientes en el tamaño del cuerpo. [ 63 ] Sin embargo, hay muchas desviaciones de la tendencia que son difíciles de explicar de manera sistemática: en particular, la aparición del hombre moderno hace unos 100.000 años estuvo marcada por una disminución en el tamaño del cuerpo al mismo tiempo que un aumento en el tamaño del cerebro. Aun así, es notable que los neandertales , que se extinguieron hace unos 40.000 años, tenían cerebros más grandes que el Homo sapiens moderno . [ 64 ]

No todos los investigadores están satisfechos con la atención que se le ha prestado al tamaño del cerebro. Roth y Dicke, por ejemplo, han argumentado que otros factores, además del tamaño, están más correlacionados con la inteligencia, como el número de neuronas corticales y la velocidad de sus conexiones. [ 65 ] Además, señalan que la inteligencia no depende solo de la cantidad de tejido cerebral, sino también de los detalles de su estructura. Es bien sabido que los cuervos , los grajos y los loros grises son bastante inteligentes a pesar de tener cerebros pequeños.

Aunque los humanos tienen el mayor cociente de encefalización de los animales existentes, no es inusual para un primate. [ 66 ] [ 67 ] Otras tendencias anatómicas se correlacionan en la trayectoria evolutiva humana con el tamaño del cerebro: el basicráneo se vuelve más flexible a medida que aumenta el tamaño del cerebro en relación con la longitud del basicráneo. [ 68 ]

Capacidad craneal

La capacidad craneal es una medida del volumen del interior del cráneo de los vertebrados que poseen cerebro . La unidad de medida más utilizada es el centímetro cúbico (cm³ ) . El volumen del cráneo se utiliza como un indicador aproximado del tamaño del cerebro, y este, a su vez, como un indicador aproximado de la inteligencia potencial del organismo. La capacidad craneal se suele evaluar llenando la cavidad craneal con perlas de vidrio y midiendo su volumen, o mediante imágenes de tomografía computarizada (TC) . [ 69 ] [ 70 ] Una forma más precisa de medir la capacidad craneal es realizar un molde endocraneal y medir la cantidad de agua que desplaza. En el pasado se han realizado decenas de estudios para estimar la capacidad craneal en cráneos. La mayoría de estos estudios se han realizado en cráneos secos utilizando dimensiones lineales, métodos de empaquetamiento o, en ocasiones, métodos radiológicos.

El conocimiento del volumen de la cavidad craneal puede ser importante para estudiar poblaciones que difieren por origen geográfico, racial o étnico. La capacidad craneal está influenciada por factores ambientales como la nutrición. [ 71 ] También se utiliza para examinar correlaciones entre la capacidad craneal y otras medidas craneales, y para comparar cráneos de diferentes especies. Las mediciones de la capacidad craneal se aplican comúnmente en el estudio de anomalías del tamaño y la forma del cráneo y en la investigación sobre el crecimiento y desarrollo del cerebro. La capacidad craneal es un método indirecto para estimar el tamaño del cerebro. Algunos estudios han estimado la capacidad craneal en individuos vivos utilizando dimensiones craneales lineales. [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ]

Sin embargo, una mayor capacidad craneal no siempre indica un organismo más inteligente, ya que se requieren mayores capacidades para controlar un cuerpo más grande o, en muchos casos, son una característica adaptativa para la vida en un entorno más frío. Por ejemplo, entre los Homo sapiens modernos , las poblaciones del norte tienen una corteza visual un 20 % mayor que las de las poblaciones de latitudes meridionales, y esto podría explicar las diferencias poblacionales en el tamaño del cerebro humano (y aproximadamente la capacidad craneal). [ 75 ] [ 76 ] Las funciones neurológicas están determinadas más por la organización del cerebro que por el volumen. La variabilidad individual también es importante al considerar la capacidad craneal; por ejemplo, la capacidad craneal promedio de las mujeres neandertales era1300  cm 3 y1600  cm³ para los hombres. [ 77 ] Los neandertales tenían ojos y cuerpos más grandes en relación con su altura, por lo que un área desproporcionadamente grande de su cerebro estaba dedicada al procesamiento somático y visual, funciones que normalmente no se asocian con la inteligencia. Cuando estas áreas se ajustaron para que coincidieran con las proporciones de los humanos anatómicamente modernos, se encontró que los neandertales tenían cerebros entre un 15 y un 22 % más pequeños que los de los humanos anatómicamente modernos . [ 78 ] Cuando la versión neandertal del gen NOVA1 se inserta en células madre, crea neuronas con menos sinapsis que las células madre que contienen la versión humana. [ 79 ]

Partes de un cráneo hallado en China en la década de 1970 muestran que el joven tenía una capacidad craneal de aproximadamente1700  cm³ hace al menos 160 000 años. Esto es mayor que el promedio de los humanos modernos . [ 80 ] [ 81 ]

En un intento por utilizar la capacidad craneal como indicador objetivo del tamaño del cerebro, Harry Jerison desarrolló en 1973 el cociente de encefalización (CE). Este cociente compara el tamaño del cerebro del espécimen con el tamaño cerebral esperado en animales de peso similar. [ 82 ] De esta manera, se puede realizar una evaluación más objetiva de la capacidad craneal de un animal. Holloway ha recopilado una amplia colección científica de moldes endocraneales y mediciones de la capacidad craneal. [ 83 ]

Ejemplos de capacidad craneal

simios

Homininos

Véase también

Referencias

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