Tamaño del cerebro
Tema de estudio

El tamaño del cerebro es un tema de estudio frecuente en los campos de la anatomía , la antropología biológica, la ciencia animal y la evolución . Medir el tamaño del cerebro y la capacidad craneal es relevante tanto para los humanos como para otros animales, y se puede hacer por peso o volumen mediante exploraciones de resonancia magnética , por volumen del cráneo o mediante pruebas de inteligencia mediante neuroimagen .

La relación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia ha sido una cuestión controvertida y frecuentemente investigada. En 2021, científicos de la Universidad Stony Brook y del Instituto Max Planck de Comportamiento Animal publicaron hallazgos que muestran que la relación entre el tamaño del cerebro y el tamaño del cuerpo de diferentes especies ha cambiado con el tiempo en respuesta a una variedad de 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 en absoluto”. [2]

Humanos

En los seres humanos, el hemisferio cerebral derecho suele ser más grande que el izquierdo, mientras que los hemisferios cerebelosos suelen ser más parecidos en tamaño. El cerebro humano adulto pesa en promedio alrededor de 1,5 kg (3,3 lb). [3] En los hombres, el peso promedio es de unos 1370 g y en las mujeres de unos 1200 g. [4] [ contradictorio ] El volumen es de alrededor de 1260 cm 3 en hombres y 1130 cm 3 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 los humanos adultos y de 350-400 g para los humanos recién nacidos. Existe un rango de volumen y pesos, y no solo un número en el que uno puede 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 del cráneo humano moderno durante los últimos 300 ka 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 hasta el Homo sapiens , el cerebro es progresivamente más grande, con la excepción de los neandertales extintos cuyo tamaño cerebral excedía al del Homo sapiens moderno . El volumen del cerebro humano ha aumentado a medida que los humanos han evolucionado (ver Homininae ), comenzando desde aproximadamente 600 cm 3 en el Homo habilis hasta 1680 cm 3 en el Homo neanderthalensis , que fue el homínido con el mayor tamaño cerebral. [7] Algunos datos sugieren que el tamaño promedio del cerebro ha disminuido desde entonces, [8] incluido un estudio que concluye que la disminución "fue sorprendentemente reciente, ocurriendo en los últimos 3000 años". [9] [10] Sin embargo, un nuevo análisis de los mismos datos [9] sugiere que el tamaño del cerebro no ha disminuido, y que la conclusión se realizó utilizando conjuntos de datos que son demasiado diferentes para admitir una comparación cuantitativa. [11] [6]

Los defensores de los cambios recientes en el tamaño del cerebro llaman la atención sobre la mutación genética que causa la microcefalia , un trastorno del desarrollo neuronal que afecta el volumen cortical cerebral. [12] De manera similar, las explicaciones socioculturales llaman la atención sobre la externalización del conocimiento y la toma de decisiones grupales , en parte a través del advenimiento de los sistemas sociales de cognición distribuida, organización social, división del trabajo y compartición de información como posibles causas. [13] [14] [9]

Tendencias en la evolución del tamaño del cerebro de los homínidos [9]
Muestras de análisis del tamaño del cerebro humano durante 9,8 millones de años que se muestran en la imagen de arriba [6]
Tamaños del cerebro de los homínidos
NombreTamaño del cerebro (cm 3 ) [15]
Homo habilis550–687
Homo ergaster700–900
Homo erectus600–1250
Homo heidelbergensis1100–1400
Homo neanderthalensis1200–1750
Homo sapiens1400
Homo floresiensis417 [16]

'H. floresiensis'cerebro pequeño

El Homo floresiensis es un homínido de la isla de Flores en Indonesia con fósiles que datan de hace 60.000-100.000 años. [17] A pesar de su posición relativamente derivada en la filogenia de los homínidos , las imágenes de TC de su cráneo revelan que su volumen cerebral era de solo 417 cm 3 , [16] menos que el del Homo habilis , que se cree que se extinguió mucho antes (hace alrededor de 1,65 millones de años. [18] ). Se cree que la razón de esta regresión en el tamaño del cerebro es el síndrome de la isla [19] en el que los cerebros de las especies insulares se vuelven más pequeños debido a la reducción del riesgo de depredación. Esto es beneficioso ya que reduce la tasa metabólica basal sin aumentos significativos en el riesgo de depredación. [20]


Hidrocefalia

Casos excepcionales de hidrocefalia , como el reportado por John Lorber en 1980 y por un estudio con ratas, [21] [22] sugieren que niveles relativamente altos de inteligencia y funcionamiento relativamente normal son posibles incluso con cerebros muy pequeños. [23] [24] No está claro qué conclusiones podrían extraerse de tales informes, como sobre las capacidades cerebrales, las redundancias, la mecánica y los requisitos de tamaño.

Variación biogeográfica

Los esfuerzos por encontrar variaciones raciales o étnicas en el tamaño del cerebro generalmente se consideran un esfuerzo pseudocientífico [25] [26] [27] y tradicionalmente han estado vinculados al racismo científico y a los intentos de demostrar una jerarquía intelectual racial. [27] [28] [29] [30]

La mayoría de los esfuerzos para demostrar esto se han basado en datos indirectos que evaluaron las mediciones del cráneo en lugar de observaciones directas del cerebro. Se considera que estos datos están científicamente desacreditados. [28] [31]

Un estudio a gran escala de 1984 sobre la variación global de los cráneos concluyó que la variación en el tamaño de los cráneos y las cabezas no está relacionada con la raza, sino más bien con la conservación del calor climático, y afirmó: "Encontramos poco respaldo para el uso del tamaño del cerebro en la evaluación taxonómica (salvo en el caso 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 filéticas. En el caso de los homínidos del Pleistoceno, dudamos que el volumen de la caja craneana sea más 'valioso' taxonómicamente que cualquier otro rasgo". [32]

Sexo

Peso medio del cerebro de hombres y mujeres a lo largo de la vida. Del estudio Cambios en el peso del cerebro durante la vida humana.

El cerebro de un bebé humano al nacer tiene un promedio de 369 cm3 y aumenta, durante el primer año de vida, a aproximadamente 961 cm3 , después de lo cual la tasa de crecimiento disminuye. El volumen cerebral alcanza su pico en la adolescencia, [33] y después de los 40 años comienza a disminuir a un 5% por década, acelerándose alrededor de los 70. [34] El peso promedio del cerebro masculino adulto es de 1.345 gramos (47,4 oz), mientras que una mujer adulta tiene un peso cerebral promedio de 1.222 gramos (43,1 oz). [35] (Esto no tiene en cuenta la densidad neuronal ni la relación masa cerebro-cuerpo ; los hombres en promedio también tienen cuerpos más grandes que las mujeres). Se ha encontrado que los hombres tienen en promedio mayores volúmenes cerebrales, cerebelosos y lobulares corticales cerebrales, excepto posiblemente el parietal izquierdo. [36] Las diferencias de género en tamaño varían según las regiones cerebrales más específicas. Los estudios han tendido a indicar que los hombres tienen una amígdala y un hipotálamo relativamente más grandes , mientras que las mujeres tienen un caudado y un hipocampo relativamente más grandes . Cuando se covarió para 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 décadas de vida en la muestra de 758 mujeres y 702 hombres de 20 a 69 años. [37] El hombre promedio en su tercera década (edades 20-29) tenía una proporción de materia gris significativamente más alta que la mujer promedio del mismo grupo de edad. En contraste, 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 totales cerebrales y de materia gris alcanzan su punto 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 declives en la adolescencia (p. ej., poda sináptica ). En consonancia con los hallazgos en adultos, el volumen cerebral promedio es aproximadamente un 10% mayor en los niños que en las niñas. Sin embargo, estas diferencias no deben interpretarse como que imparten algún tipo de ventaja o desventaja funcional; las medidas estructurales brutas pueden no reflejar factores funcionalmente relevantes como la conectividad neuronal y la densidad de receptores, y es de destacar la alta variabilidad del tamaño del cerebro incluso en grupos estrechamente definidos; por ejemplo, los niños de la misma edad pueden tener diferencias de hasta un 50% en el volumen cerebral total. [38] Las niñas tienen en promedio un volumen hipocampal relativamente mayor , mientras que las amígdalas son más grandes en los niños. [5] Sin embargo, múltiples estudios [39] [40] 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, [41] corroborando esta diferencia, ya que cada neurona tiene en promedio 7.000 conexiones sinápticas con otras neuronas.

Durante la edad adulta y el envejecimiento se producen cambios dinámicos significativos en la estructura cerebral, con una variación sustancial entre individuos. En décadas posteriores, los hombres muestran una mayor pérdida de volumen en todo el volumen cerebral y en los lóbulos frontales y temporales , mientras que en las mujeres hay una mayor pérdida de volumen en el hipocampo 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 muestran poco o ningún efecto de la edad. El volumen general de materia blanca no parece disminuir con la edad, aunque hay variación entre las regiones cerebrales. [42]

Contribución genética

Estudios en gemelos adultos han indicado estimaciones de alta heredabilidad para el tamaño general del cerebro 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 mediales del cerebro. 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 las primeras durante la vida. Se han identificado o sugerido varios genes candidatos, pero esperan ser replicados. [43] [44]

Inteligencia

Los estudios demuestran una correlación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia, y los cerebros más grandes predicen una mayor inteligencia. Sin embargo, no está claro si la correlación es causal. [45] 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. [46] [47] Las asociaciones más consistentes se observan dentro de los lóbulos frontal, temporal y parietal, el hipocampo y el cerebelo, pero solo representan una cantidad relativamente pequeña de variación 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. [47] [48] Además, los volúmenes cerebrales no se correlacionan fuertemente con otras medidas cognitivas más específicas. [49] 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 de P300 se correlacionan con aspectos medidos de la inteligencia, pero no entre sí. [50] [51] La evidencia entra en conflicto sobre la cuestión de si la variación del tamaño del cerebro también predice la inteligencia entre hermanos, ya que algunos estudios encuentran correlaciones moderadas y otros no encuentran ninguna. [45] Una revisión reciente de Nesbitt, Flynn et al. (2012) señala que es poco probable que el tamaño bruto del cerebro sea una medida precisa del CI. Se sabe que el tamaño del cerebro 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. [45] 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. [52]

Un descubrimiento de los últimos años es que la estructura del cerebro humano adulto cambia cuando se aprende una nueva habilidad cognitiva o motora, incluido el vocabulario. [53] 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 los exámenes médicos) duran al menos 3 meses sin práctica adicional; otros ejemplos incluyen el aprendizaje de nuevos sonidos del habla, la capacidad musical, las habilidades de navegación y el aprendizaje de la lectura de palabras reflejadas en un espejo. [54] [55]

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 mular de 1,5 a 1,7 kg (3,3 a 3,7 lb), mientras que el cerebro humano pesa alrededor de 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 relación cerebro-masa corporal varía. La relación más grande encontrada está en la musaraña . [56] Promediando el peso del cerebro en todos los órdenes de mamíferos , sigue una ley de potencia , con un exponente de aproximadamente 0,75. [57] Hay buenas razones para esperar una ley de potencia: por ejemplo, la relación entre el tamaño del cuerpo y la longitud del cuerpo sigue una ley de potencia con un exponente de 0,33, y la relación entre el tamaño del cuerpo y la superficie corporal sigue una ley de potencia 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 por aproximadamente el mismo exponente, por ejemplo, la tasa metabólica basal . [58]

Esta fórmula de ley de potencia se aplica al cerebro "promedio" de los mamíferos tomados en su conjunto, pero cada familia (felinos, roedores, primates, etc.) se aparta de ella en algún grado, de una manera que generalmente refleja la "sofisticación" general del comportamiento . [59] 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 el cociente de encefalización . El cociente de encefalización para los humanos está entre 7,4 y 7,8. [60]

Cuando el cerebro de los mamíferos aumenta de tamaño, no todas las partes aumentan al mismo ritmo. [61] En particular, cuanto mayor 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 lleno de corteza: esto se aplica no solo a los humanos, sino también a animales como los delfines, las ballenas o los elefantes. La evolución del Homo sapiens durante los últimos dos millones de años ha estado marcada por un aumento constante del tamaño del cerebro, pero gran parte de ello puede explicarse por aumentos correspondientes en el tamaño corporal. [62] 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 del tamaño corporal al mismo tiempo que un aumento del tamaño del cerebro. Aun así, es digno de mención que los neandertales , que se extinguieron hace unos 40.000 años, tenían cerebros más grandes que el Homo sapiens moderno . [63]

No todos los investigadores están contentos con la cantidad de atención que se ha prestado al tamaño del cerebro. Roth y Dicke, por ejemplo, han sostenido que otros factores además del tamaño están más estrechamente correlacionados con la inteligencia, como el número de neuronas corticales y la velocidad de sus conexiones. [64] Además, señalan que la inteligencia depende no sólo de la cantidad de tejido cerebral, sino de los detalles de cómo está estructurado. También es bien sabido que los cuervos , los grajos y los loros grises son bastante inteligentes a pesar de tener cerebros pequeños.

Si bien los humanos tienen el mayor cociente de encefalización de los animales actuales, esto no es fuera de lo común en un primate. [65] [66] Algunas otras tendencias anatómicas están correlacionadas en la trayectoria evolutiva humana con el tamaño del cerebro: el cráneo básico se vuelve más flexionado a medida que aumenta el tamaño del cerebro en relación con la longitud del cráneo básico. [67]

Capacidad craneal

La capacidad craneal es una medida del volumen del interior del cráneo de aquellos vertebrados que tienen cerebro . La unidad de medida más comúnmente utilizada es el centímetro cúbico (cm 3 ). El volumen del cráneo se utiliza como un indicador aproximado del tamaño del cerebro, y este a su vez se utiliza como un indicador aproximado de la inteligencia potencial del organismo. La capacidad craneal a menudo se prueba llenando la cavidad craneal con perlas de vidrio y midiendo su volumen, o mediante imágenes de tomografía computarizada . [68] [69] Una forma más precisa de medir la capacidad craneal es hacer un molde endocraneal y medir la cantidad de agua que el molde desplaza. En el pasado se han realizado docenas 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, ocasionalmente, métodos radiológicos. [ cita requerida ]

El conocimiento del volumen de la cavidad craneal puede ser una información importante para el estudio de diferentes poblaciones con diversas diferencias como origen geográfico, racial o étnico. Otras cosas también pueden afectar la capacidad craneal, como la nutrición. [70] También se utiliza para estudiar la correlación entre la capacidad craneal con otras medidas craneales y para comparar cráneos de diferentes seres. Se utiliza comúnmente para estudiar anomalías del tamaño y la forma del cráneo o aspectos del crecimiento y el desarrollo del volumen del cerebro. [ cita requerida ] La capacidad craneal es un enfoque indirecto para probar el tamaño del cerebro. Se han realizado algunos estudios sobre la capacidad craneal en seres vivos a través de dimensiones lineales. [ cita requerida ]

Sin embargo, una mayor capacidad craneal no siempre es indicativa de 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 modernos Homo sapiens , las poblaciones del norte tienen una corteza visual un 20% más grande que las de las poblaciones de latitudes meridionales, y esto potencialmente explica las diferencias poblacionales en el tamaño del cerebro humano (y aproximadamente la capacidad craneal). [71] [72] 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 los neandertales para las mujeres era de 1300 cm 3 y de 1600 cm 3 para los hombres. [73] 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 se ajustaron estas áreas para que coincidieran con las proporciones humanas anatómicamente modernas , se descubrió que los neandertales tenían cerebros entre un 15 y un 22 % más pequeños que los de los humanos anatómicamente modernos . [74] 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. [75]

Partes de un cráneo hallado en China en la década de 1970 muestran que el joven tenía una capacidad craneal de alrededor de 1700  cm3 hace al menos 160.000 años, una capacidad mayor que la media de los humanos modernos. [76] [77]

En un intento de utilizar la capacidad craneal como un indicador objetivo del tamaño del cerebro, Harry Jerison desarrolló en 1973 el cociente de encefalización (CE). Este compara el tamaño del cerebro de un espécimen con el tamaño cerebral esperado de animales con un peso aproximadamente similar. [78] De esta manera, se puede hacer un juicio más objetivo sobre la capacidad craneal de un animal individual. Holloway ha compilado una gran colección científica de endocastos cerebrales y mediciones de la capacidad craneal. [79]

Ejemplos de capacidad craneal

Simios

  • Orangutanes : 275 a 500 cm 3 (16,8 a 30,5 pulgadas cúbicas)
  • Chimpancés : 275 a 500 cm 3 (16,8 a 30,5 pulgadas cúbicas)
  • Gorilas : 340 a 752 cm 3 (20,7 a 45,9 pulgadas cúbicas)

Homínidos

Véase también

Referencias

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