Tamaño del cerebro

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 realizar por peso o volumen mediante resonancias magnéticas, por el volumen del cráneo o mediante pruebas de inteligencia por neuroimagen. La relación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia sigue siendo una cuestión controvertida aunque frecuentemente investigada.

Humanos

En los seres humanos, el hemisferio cerebral derecho suele ser más grande que el izquierdo, mientras que los hemisferios cerebelosos suelen tener un tamaño más cercano. El cerebro humano adulto pesa en promedio alrededor de 1,5 kg (3,3 libras). En los hombres el peso medio es de unos 1370 gy en las mujeres de unos 1200 g. El volumen ronda los 1260 cm³ en los hombres y los 1130 cm³ en las mujeres, aunque existe una variación individual sustancial. Otro estudio más argumentó que el peso del cerebro humano adulto es de 1300 a 1400 g para los humanos adultos y de 350 a 400 g para los recién nacidos. Hay una variedad de volúmenes y pesos, y no solo un número en el que uno puede confiar definitivamente, como ocurre con la masa corporal. También es importante señalar que la variación entre individuos no es tan importante como la variación dentro de las especies, ya que en general las diferencias son mucho menores. Los mecanismos de variación interespecífica e intraespecífica también difieren.

Variación y evolución

Desde primates tempranos hasta homínidos y finalmente a Homo sapiens , el cerebro es progresivamente más grande, con la excepción de neandertales extintos cuyo tamaño cerebral excedió el moderno Homo sapiens . El volumen del cerebro humano ha aumentado a medida que los humanos han evolucionado (ver homininae), a partir de aproximadamente 600 cm 3 en homo habilis hasta 1680 cm ^{3 en Homo neanderthalensis, que era el homínido con el tamaño cerebral más grande. Algunos datos sugieren que el tamaño del cerebro promedio ha disminuido desde entonces, incluido un estudio que concluye la disminución " fue sorprendentemente reciente, ocurriendo en los últimos 3.000 años ". Sin embargo, un reanálisis de los mismos datos sugiere que el tamaño del cerebro no ha disminuido, y que la conclusión se hizo utilizando conjuntos de datos que son demasiado diferentes para respaldar la comparación cuantitativa.}

Los proponentes de los cambios recientes en el tamaño del cerebro llaman la atención sobre la mutación genética que causa microcefalia, un trastorno del desarrollo neural que afecta el volumen cortical cerebral. Del mismo modo, 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 el intercambio de información como posibles causas.

H. floresiensis#39; cerebro pequeño

Homo floresiensis es un homínido de la isla de Flores en Indonesia con fósiles que datan de hace 60.000-100.000 años. A pesar de su posición relativamente derivada en la filogenia de los homínidos, la tomografía computarizada de su cráneo revela que su volumen cerebral era sólo de 417 cm³, menos que incluso el del Homo habilis, que es Se cree que se extinguió mucho antes (hace alrededor de 1,65 millones de años). Se cree que la razón de esta regresión en el tamaño del cerebro es el síndrome de la isla, en el que los cerebros de las especies insulares se vuelven más pequeños debido al menor riesgo de depredación. Esto es beneficioso ya que reduce la tasa metabólica basal sin aumentos significativos en el riesgo de depredación.

Hidrocefalia

Casos excepcionales de hidrocefalia, como el reportado por John Lorber en 1980 y por un estudio con ratas, sugieren que niveles relativamente altos de inteligencia y funcionamiento relativamente normal son posibles incluso con cerebros muy pequeños. No está claro qué conclusiones podrían extraerse de tales informes, por ejemplo 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 y tradicionalmente se han vinculado al racismo científico y a los intentos de demostrar una jerarquía intelectual racial.

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. Estos se consideran científicamente desacreditados.

Un estudio a gran escala realizado en 1984 sobre la variación global de los cráneos concluyó que la variación en los tamaños de cráneo y cabeza no está relacionada con la raza, sino más bien con la preservación del calor climático, afirmando que "encontramos poco apoyo para el uso del tamaño del cerebro en evaluación taxonómica (que no sea con extremos paleontológicos en el 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. Para los homínidos del Pleistoceno, dudamos que el volumen de la caja del cráneo sea taxonómicamente más 'valioso' que cualquier otro rasgo."

Sexo

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 el la tasa de crecimiento disminuye. El volumen cerebral alcanza su punto máximo en la adolescencia y, después de los 40 años, comienza a disminuir a un ritmo del 5% por década, acelerándose alrededor de los 70. El peso cerebral promedio de un hombre adulto es de 1345 gramos (47,4 oz), mientras que una mujer adulta tiene un peso cerebral promedio. de 1.222 gramos (43,1 oz). (Esto no tiene en cuenta la densidad neuronal ni la proporción de masa cerebro-cuerpo; 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 de lóbulos corticales cerebrales, excepto posiblemente el izquierdo. parietal. Las diferencias de tamaño entre géneros varían según 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 covarian 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 gran variabilidad entre los individuos en estos estudios.

Sin embargo, Yaki (2011) no encontró diferencias de género estadísticamente significativas en la relación de materia gris para la mayoría de las edades (agrupadas por decenios), excepto en los decenios tercero y sexto de la vida en la muestra de 758 mujeres y 702 hombres de 20 a 69 años. El promedio de hombres en su tercera década (de 20 a 29 años) tenía una relación de materia gris significativamente mayor que la mujer promedio del mismo grupo de edad. En cambio, entre los temas de su sexto decenio, la mujer promedio tenía una relación de materia gris significativamente mayor, aunque no se encontró ninguna diferencia significativa entre los de su séptimo decenio de vida.

Los volúmenes totales de materia cerebral y 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 descensos 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, no se debe interpretar que tales diferencias imparten ningún tipo de ventaja o desventaja funcional; las medidas estructurales generales 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, niños de la misma edad pueden tener hasta un 50% de diferencias en el tamaño del cerebro. volumen cerebral total. Las niñas tienen en promedio un volumen de hipocampo relativamente mayor, mientras que las amígdalas son más grandes en los niños. Sin embargo, múltiples estudios 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 una media de 4 mil millones de neuronas más en el cerebro masculino, lo que corrobora esta diferencia, ya que cada neurona tiene en promedio 7.000 conexiones sinápticas con otras neuronas.

A lo largo de la edad adulta y el envejecimiento se producen cambios dinámicos significativos en la estructura del cerebro, con variaciones sustanciales entre individuos. En décadas posteriores, los hombres muestran una mayor pérdida de volumen en todo el cerebro 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. 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 existe variación entre las regiones del cerebro.

Aporte genético

Los estudios de gemelos adultos han indicado estimaciones altas de heredabilidad para el tamaño general del cerebro en la edad adulta (entre 66 % y 97 %). Sin embargo, el efecto varía regionalmente dentro del cerebro, con alta heredabilidad 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 del cerebro y las funciones cognitivas, o estas últimas pueden influir en las primeras durante la vida. Se han identificado o sugerido varios genes candidatos, pero están a la espera de replicación.

Inteligencia

Los estudios demuestran una correlación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia: cerebros más grandes predicen una mayor inteligencia. Sin embargo, no está claro si la correlación es causal. La mayoría de los estudios de resonancia magnética informan correlaciones moderadas de entre 0,3 y 0,4 entre el volumen cerebral y la inteligencia. Las asociaciones más consistentes se observan dentro de los lóbulos frontal, temporal y parietal, el hipocampo y el cerebelo, pero sólo explican una variación relativamente pequeña en el coeficiente intelectual, lo que sugiere que si bien el tamaño del cerebro puede estar relacionado con la inteligencia humana, otras Los factores también influyen. Además, los volúmenes cerebrales no se correlacionan fuertemente con otras medidas cognitivas más específicas. En los hombres, el coeficiente intelectual se correlaciona más con el volumen de materia gris en el lóbulo frontal y el lóbulo parietal, que participa 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 involucrado en el lenguaje.

Las investigaciones que miden el volumen cerebral, los potenciales evocados auditivos de P300 y la inteligencia muestran una disociación, de modo que tanto el volumen cerebral como la velocidad de P300 se correlacionan con los aspectos medidos de la inteligencia, pero no entre sí. 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. Una revisión reciente realizada por Nesbitt, Flynn et al. (2012) señala que es poco probable que el tamaño bruto del cerebro sea una medida precisa del coeficiente intelectual. 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 coeficiente intelectual.

Un estudio de 2017 encontró que la densidad de la materia gris en realidad aumenta en la adolescencia. Este hallazgo también muestra que, si bien las mujeres tienen un volumen cerebral menor, proporcional a su tamaño más pequeño, tienen una mayor densidad de materia gris que los hombres, lo que podría explicar por qué su rendimiento cognitivo es comparable. Así, aunque los adolescentes pierden volumen cerebral, y las mujeres tienen un volumen cerebral menor que los hombres, esto se compensa con un aumento en la densidad de la materia gris.

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. La neuroplasticidad estructural (aumento del volumen de materia gris) se ha demostrado 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 dichos cambios (por ejemplo, revisión para exámenes médicos) duran al menos 3 meses sin practicar más; otros ejemplos incluyen aprender nuevos sonidos del habla, habilidades musicales, habilidades de navegación y aprender a leer palabras reflejadas en el espejo.

Otros animales

Los cerebros más grandes son los de los cachalotes y 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 entre la masa cerebral y la masa corporal varía. La mayor proporción encontrada se encuentra en la musaraña. Al promediar el peso del cerebro en todos los órdenes de mamíferos, sigue una ley potencial, con un exponente de aproximadamente 0,75. Hay buenas razones para esperar una ley potencial: por ejemplo, la relación entre el tamaño del cuerpo y la longitud del cuerpo sigue una ley potencial con un exponente de 0,33, y la relación entre el tamaño del cuerpo y el área de superficie sigue una ley potencial con un exponente de 0,67. La explicación de 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 aproximadamente en el mismo exponente (por ejemplo, la tasa metabólica basal).

Esta fórmula de ley de potencia se aplica al valor "promedio" cerebro de los mamíferos tomados en su conjunto, pero cada familia (gatos, roedores, primates, etc.) se aparta de él en algún grado, de una manera que generalmente refleja la "sofisticación" de comportamiento. Los primates, para un tamaño corporal determinado, 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 en humanos está entre 7,4 y 7,8.

Cuando el cerebro de los mamíferos aumenta de tamaño, no todas las partes aumentan al mismo ritmo. En particular, cuanto más grande es el cerebro de una especie, mayor es la fracción ocupada por la corteza. Así, en las especies con el cerebro más grande, la mayor parte de su volumen está lleno de corteza: esto se aplica no sólo 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 los correspondientes aumentos del tamaño corporal. Sin embargo, hay muchas desviaciones de esta 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, cabe destacar que los neandertales, que se extinguieron hace unos 40.000 años, tenían cerebros más grandes que el Homo sapiens moderno.

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 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. 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 y los loros grises son bastante inteligentes aunque tengan cerebros pequeños.

Si bien los humanos tienen el mayor cociente de encefalización de los animales existentes, no está fuera de lugar para un primate. Algunas otras tendencias anatómicas se correlacionan en el camino evolutivo humano con el tamaño del cerebro: el basicráneo se vuelve más flexible a medida que aumenta el tamaño del cerebro en relación con la longitud basicranial.

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 utilizada es el centímetro cúbico (cm³). El volumen del cráneo se utiliza como un indicador aproximado del tamaño del cerebro, y éste 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 por tomografía computarizada. Una forma más precisa de medir la capacidad craneal es hacer un yeso endocraneal y medir la cantidad de agua que desplaza. En el pasado se han realizado decenas de estudios para estimar la capacidad craneal en los cráneos. La mayoría de estos estudios se han realizado en cráneo seco utilizando dimensiones lineales, métodos de empaquetamiento u ocasionalmente métodos radiológicos.

El conocimiento del volumen de la cavidad craneal puede ser 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. 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 forma del cráneo o aspectos del crecimiento y desarrollo del volumen del cerebro. La capacidad craneal es un método indirecto para evaluar el tamaño del cerebro. Se han realizado pocos estudios sobre la capacidad craneal en seres vivos a través de dimensiones lineales.

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 ambiente más frío. Por ejemplo, entre los Homo sapiens modernos, las poblaciones del norte tienen una corteza visual un 20% más grande que las de las poblaciones de latitudes del sur, y esto explica potencialmente las diferencias poblacionales en el tamaño del cerebro humano (y aproximadamente en la capacidad craneal). 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 cm³ y de 1600 cm³ para los hombres. 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 humanas anatómicamente modernas, se descubrió que los neandertales tenían cerebros entre un 15 y un 22 % más pequeños que los humanos anatómicamente modernos. Cuando la versión neandertal del gen NOVA1 se inserta en células madre, se crean neuronas con menos sinapsis que las células madre que contienen la versión humana.

Partes de un cráneo encontrado 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 atrás. Esto es mayor que el promedio de los humanos modernos.

En un intento de utilizar la capacidad craneal como indicador objetivo del tamaño del cerebro, Harry Jerison desarrolló en 1973 el cociente de encefalización (EQ). Compara el tamaño del cerebro del espécimen con el tamaño esperado del cerebro de animales con aproximadamente el mismo peso. 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 endocasts cerebrales y mediciones de la capacidad craneal.

Ejemplos de capacidad craneal

Simios

• Orangután: 275-500 cm³ (16.8–30.5 cu en)
• Chimpancés: 275-500 cm³ (16.8–30.5 cu en)
• Gorillas: 340–752 cm³ (20.7–45.9 cu en)

homínidos

• humano anatómico-moderno: promedio 1473 cm³
• Neanderthals: 1500–1740 cm³
• Xujiayao 6 (160 a 200 ka ago): ca. 1700 cm³
• Homo erectus; 850–1100 cm³
• Australopithecus anamensis; 365-370 cm³
• Australopithecus afarensis; 438 cm³
• Australopithecus africanus 452 cm³
• Paranthropus boisei 521 cm³
• Paranthropus robustus 530 cm³