Evolución del cerebro de primate: el tamaño es solo el comienzo

Desde la materia blanca prefrontal hasta los surcos superficiales ondulados, nuestro cerebro se destaca.

Fuente: Deutsch / Pixabay

En el último post, lo dejamos con el conocimiento de que los cerebros humanos crecen durante más tiempo hasta llegar a la edad adulta en comparación con los cerebros de los chimpancés. Pero ¿por qué importaría eso? Resulta que el tiempo permite un mayor desarrollo de estructuras y tejidos que pueden subyacer en nuestros rasgos humanos únicos.

Empecemos por la corteza prefrontal.

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Nuestra corteza prefrontal es la región de nuestro cerebro ubicada justo detrás de nuestra frente, involucrada en funciones cognitivas de orden superior, que incluyen, entre otras, la toma de decisiones, la planificación, las habilidades motoras finas y el pensamiento abstracto.

Phineas Gage: un estudio de caso de trauma cerebral

Tal vez aprendió por primera vez sobre la corteza prefrontal a través de la historia de Phineas Gage, un capataz de ferrocarriles que, en 1848, tenía un tampón, una vara larga que estaba usando para meter polvo explosivo en un agujero, de unos pocos pies de largo y aproximadamente una pulgada de diámetro: penetra por la mejilla izquierda y sale por el cráneo, atravesando la corteza prefrontal.

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Gage estaba cegado en su ojo izquierdo, pero sobrevivió. Su personalidad, sin embargo, cambió dramáticamente. Los que lo conocieron reportaron un cambio casi inmediato en su estabilidad emocional. Comenzó a mostrar una falta de autoconciencia, gritando blasfemias y ahuyentando a quienes lo conocían. Ya no era confiable en el trabajo y ya no podía tener un trabajo. Murió de un ataque epiléptico 11 años después del accidente, a los 36 años, después de asumir una serie de trabajos ocasionales dentro y fuera de los Estados Unidos.

Este evento, aunque desafortunado, dio un vistazo a la importancia de las diferentes regiones del cerebro y brindó apoyo a la teoría (en ese momento, una en disputa) de que diferentes regiones del cerebro tenían diferentes funciones.

La corteza prefrontal siempre intrigante

Durante años, la importancia subyacente de la corteza prefrontal en el comportamiento de los primates humanos frente a los no humanos ha sido un tema de debate. En 2002, investigadores de la Universidad de California en San Diego utilizaron escáneres de resonancia magnética (IRM) de humanos, monos y monos para observar las diferencias en el volumen de la corteza frontal, así como las diferencias anatómicas generales. Descubrieron que los monos menores, como los gibones y los monos, tenían una corteza frontal más pequeña que los humanos, pero que, como los humanos, los grandes simios mostraban agrandamiento de la corteza frontal.

Quince años después, un grupo separado de investigadores examinó el crecimiento de la corteza prefrontal en diferentes especies de primates y descubrió que las cortezas prefrontales de los grandes simios y los humanos no seguían un patrón de crecimiento alométrico estándar: hubo un cambio en el tiempo y el grado de la corteza prefrontal crecimiento que no se alineó con lo que se había visto en otros primates. Cuando un organismo se aleja de un patrón de crecimiento alométrico común, puede ser un indicador del cambio genético evolutivo. En este caso, sugirió que los cambios genéticos que resultaron en una función cognitiva de orden superior surgieron hace unos 15 millones de años, al comienzo del gran linaje de los simios.

Entonces, si el grado de expansión de la corteza prefrontal no es sorprendentemente diferente, ¿qué podría estar detrás de la variabilidad cognitiva entre los humanos y los simios? La respuesta puede estar (en parte) en volúmenes de materia gris y blanca.

Los cerebros de vertebrados contienen materia gris y blanca. Recientemente, un grupo de investigadores informó que la cantidad total de materia gris y blanca era desproporcionadamente mayor en la corteza prefrontal de los humanos en comparación con los primates no humanos. Pero, ¿qué podría significar esto para la cognición humana? ¿Habilidades sociales?

Fuente: Colin Behrens / Pixabay

La materia gris se compone de redes neuronales locales que incluyen dendritas (ramas de células nerviosas que transmiten señales al cuerpo celular) y axones no mielinizados. Se ha demostrado que el aumento de la materia gris en las regiones de la corteza prefrontal se correlaciona positivamente con el autocontrol, un rasgo algo específico de los humanos.

La materia blanca se compone principalmente de axones mielinizados de largo alcance (axones cubiertos con una vaina protectora de mielina) y tiene un aspecto blanquecino debido al alto contenido de lípidos de la mielina. La materia blanca se consideró por primera vez un tejido de poca importancia, pero desde entonces se ha demostrado que es esencial para la función cognitiva, dirigiendo la comunicación entre las regiones del cerebro.

En 2011, un grupo de investigadores investigó el volumen de materia blanca en chimpancés y humanos. El desarrollo de la materia blanca en los macacos Rhesus , una especie bien conocida de monos del Viejo Mundo, ya había demostrado ser diferente al de los humanos: la materia blanca alcanza volúmenes adultos en los macacos a una edad mucho más temprana que en los humanos. Para investigar el crecimiento de la materia blanca en la corteza prefrontal a lo largo de años de desarrollo en chimpancés, el equipo de investigación recolectó imágenes por resonancia magnética. Encontraron que, en los chimpancés, el volumen de materia blanca prefrontal permaneció inmaduro hasta la edad adulta, un rasgo de desarrollo también observado en los humanos.

Sin embargo, cuando compararon la sustancia blanca del chimpancé con la materia blanca humana, el volumen de la sustancia blanca del chimpancé aumentó a un ritmo más lento durante la infancia. Aunque no se comprende de manera tan increíble, este rápido aumento se basa en la hipótesis de que subyace en el aumento de la conectividad neuronal y, por lo tanto, en el desarrollo de interacciones y habilidades sociales más complejas en los seres humanos.

Los humanos muestran una mayor flexibilidad en el desarrollo del cerebro

Gran parte de la investigación cerebral que compara a los humanos con sus parientes primates se ha centrado en la expansión de la corteza y el aumento relativo en el tamaño del cerebro, pero la flexibilidad en el desarrollo cerebral ha sido mucho menos estudiada. En 2015, los investigadores desarrollaron un sistema para estimar las bases genéticas del tamaño del cerebro y la organización de la corteza en humanos y chimpancés. Para hacer esto, utilizaron imágenes por resonancia magnética para examinar los cerebros de 218 humanos y 206 chimpancés, comparando similitudes fenotípicas entre individuos relacionados. No solo midieron las diferencias en el tamaño del cerebro, sino también en la forma y ubicación de los surcos (surcos que a menudo se describen como “garabatos” en la superficie del cerebro). Sulci aumenta el área de superficie del cerebro, permitiendo un crecimiento continuo, una marca de mayor plasticidad. Se ha demostrado que la plasticidad cerebral, o la capacidad del cerebro para reorganizar sus circuitos en respuesta a estímulos ambientales, subyace a los cambios en la memoria y el comportamiento.

Aunque el tamaño del cerebro entre individuos relacionados no varió significativamente, los humanos estrechamente relacionados, por ejemplo los hermanos, mostraron una variación considerablemente mayor en la forma y la colocación de sus surcos que los chimpancés estrechamente relacionados. Descubrieron que la organización de la corteza y el tamaño del cerebro son altamente hereditarios en los chimpancés; sin embargo, en los humanos estos rasgos eran menos hereditarios. Esto indica una mayor plasticidad en el desarrollo del cerebro humano.

En otras palabras, los seres humanos serían más capaces de adaptarse a su entorno, un rasgo importante que puede en parte subrayar cómo los seres humanos han podido prosperar en circunstancias tan variadas a lo largo del tiempo.