Tamaño del cerebro - Brain size

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 . El tamaño del cerebro a veces se mide por el peso y, a veces, por el volumen (mediante resonancias magnéticas o por el volumen del cráneo ). Las pruebas de inteligencia de neuroimagen se pueden utilizar para estudiar las medidas volumétricas del cerebro. En cuanto a las "pruebas de inteligencia", una cuestión que se ha investigado con frecuencia es la relación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia . Esta cuestión es bastante controvertida y se abordará más adelante en la sección sobre inteligencia. La medida del tamaño del cerebro y la capacidad craneal no solo es importante para los humanos, sino para todos los mamíferos.

Humanos

En los seres humanos, el hemisferio cerebral derecho es típicamente 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 es de alrededor de 1260 cm 3 en hombres y 1130 cm 3 en mujeres, aunque existe una variación individual sustancial. Sin embargo, otro estudio argumentó que el peso del cerebro humano adulto es de 1.300 a 1.400 g para los humanos adultos y de 350 a 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, 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.

Tamaño del cerebro

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 Homo sapiens moderno. El volumen del cerebro humano ha aumentado a medida que los humanos han evolucionado (ver Homininae ), desde unos 600 cm 3 en Homo habilis hasta 1680 cm 3 en Homo neanderthalensis , que era el homínido con mayor tamaño cerebral. El aumento del tamaño del cerebro se detuvo con los neandertales. Desde entonces, el tamaño medio del cerebro se ha ido reduciendo durante los últimos 28.000 años. La capacidad craneal ha disminuido de unos 1.550 cm 3 a unos 1.440 cm 3 en los machos, mientras que la capacidad craneal de las hembras se ha reducido de unos 1.500 cm 3 a unos 1.240 cm 3 . Otras fuentes con tamaños de muestra más grandes de Homo sapiens moderno encuentran aproximadamente la misma capacidad craneal para los machos pero una mayor capacidad craneal de alrededor de 1330 cm 3 en las hembras.

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 de solo 417 cm 3 , menos que el del Homo habilis , que se cree que se extinguió mucho antes (hace unos 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 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.

En los últimos años, se han realizado experimentos para extraer conclusiones sobre el tamaño del cerebro en asociación con la mutación genética que causa la microcefalia , un trastorno del desarrollo neural que afecta el volumen cortical cerebral.

Tamaños del cerebro de los homínidos
Nombre Tamaño del cerebro (cm 3 )
Homo habilis 550–687
Homo ergaster 700–900
Homo erectus 600-1250
Homo heidelbergensis 11.00 a 14.00
Homo neanderthalensis 1200-1750
Homo sapiens 1400
Homo floresiensis 417

Variación biogeográfica

Los esfuerzos para encontrar variaciones raciales o étnicas en el tamaño del cerebro generalmente se consideran un esfuerzo pseudocientífico y tradicionalmente se han relacionado con el racismo científico y 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 medidas del cráneo en contraposición a las observaciones directas del cerebro. Estos se consideran científicamente desacreditados.

Una encuesta a gran escala de 1984 sobre la variación global en los cráneos ha concluido que la variación en el tamaño del cráneo y la cabeza no está relacionada con la raza, sino más bien con la preservación del calor climático, afirmando: "Encontramos poco apoyo para el uso del tamaño del cerebro en la evaluación taxonómica (excepto con 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. otro rasgo ".

Sexo

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

En general, existe un trasfondo de similitud entre las medidas del volumen cerebral adulto de personas de diferentes edades y sexos. Sin embargo, existen asimetrías estructurales subyacentes. Existe una variación en el desarrollo infantil en el tamaño de las diferentes estructuras cerebrales entre individuos y géneros. El cerebro de un bebé humano al nacer tiene un promedio de 369 cm 3 y aumenta, durante el primer año de vida, hasta aproximadamente 961 cm 3 , después de lo cual 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 5% por década, acelerándose alrededor de los 70. El peso cerebral promedio de los hombres adultos es de 1345 gramos, mientras que una mujer adulta tiene un peso cerebral promedio de 1222 gramos. Se ha encontrado que los machos tienen, en promedio, mayores volúmenes lobulares cerebrales, cerebelosos y corticales cerebrales, excepto posiblemente el parietal izquierdo. Las diferencias de tamaño de género varían según las 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 caudado e hipocampo relativamente más grandes . Cuando se covaría 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 gran variabilidad entre los individuos en estos estudios.

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 la vida en la muestra de 758 mujeres y 702 hombres de 20 a 69 años. El hombre promedio en su tercera década (de 20 a 29 años) tenía una proporción de materia gris significativamente más alta 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 encontraron diferencias significativas entre las de su séptima década de vida.

Los volúmenes totales de materia gris y cerebral alcanzan su punto máximo durante las edades de 10 a 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 los picos de la niñez seguidos de declives en la adolescencia (por ejemplo, poda sináptica ). De acuerdo con los hallazgos de los adultos, el volumen cerebral promedio es aproximadamente un 10% mayor en los niños que en las niñas. Sin embargo, estas diferencias no deben interpretarse en el sentido de que imparten algún tipo de ventaja o desventaja funcional; Es posible que las medidas estructurales generales no reflejen 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 hasta un 50% de diferencias en volumen cerebral total. Las niñas tienen un volumen hipocampal relativamente mayor en promedio , mientras que las amígdalas son más grandes en los niños. Sin embargo, múltiples estudios han encontrado una densidad sináptica más alta en los hombres: un estudio de 2008 informó que los hombres tenían una densidad sináptica promedio significativamente más alta 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 4.000 millones de neuronas más en el cerebro masculino, lo que corrobora esta diferencia, ya que cada neurona tiene una media de 7.000 conexiones sinápticas con otras neuronas.

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

Contribución genética

Los estudios de gemelos adultos han indicado estimaciones de alta heredabilidad para el tamaño total del cerebro en la edad adulta (entre 66% y 97%). Sin embargo, el efecto varía regionalmente dentro del cerebro, con altas heredabilidades de los volúmenes del lóbulo frontal (90-95%), estimaciones moderadas en el hipocampo (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 juegan 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 ser replicados.

Inteligencia

Los estudios demuestran una correlación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia, los cerebros más grandes predicen una inteligencia superior. Sin embargo, no está claro si la correlación es causal. 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. 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 coeficiente intelectual, lo que sugiere que, si bien el tamaño del cerebro puede estar relacionado con la inteligencia humana, otras los factores también juegan un papel. 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 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. .

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 aspectos medidos de la inteligencia, pero no entre sí. La evidencia entra en conflicto con la pregunta 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 de Nesbitt, Flynn et al. (2012) señalan que es poco probable que el tamaño bruto del cerebro sea una buena medida del coeficiente intelectual, por ejemplo, el tamaño del cerebro también difiere entre hombres y mujeres, pero sin diferencias bien documentadas en el coeficiente intelectual.

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 tales cambios (por ejemplo, revisión para exámenes médicos) duran al menos 3 meses sin practicar más; otros ejemplos incluyen aprender nuevos sonidos del habla, habilidad musical, habilidades de navegación y aprender a leer palabras reflejadas en un espejo.

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 un 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 proporción de masa entre el cerebro y el cuerpo varía. La mayor proporción encontrada está en la musaraña . Al promediar el peso del cerebro en todos los órdenes de mamíferos , sigue una ley de potencia , con un exponente de aproximadamente 0,75. 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 el área de superficie sigue una ley de potencia 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 en aproximadamente el mismo exponente, por ejemplo, la tasa metabólica basal .

Esta fórmula de la ley de potencia se aplica al cerebro "promedio" de los mamíferos tomados como un todo, pero cada familia (gatos, roedores, primates, etc.) se aparta de él hasta cierto punto, de una manera que generalmente refleja la "sofisticación" general de comportamiento . 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 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 que ocupa la corteza . Así, en las especies con 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 delfines, ballenas o 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 ella puede explicarse por los correspondientes aumentos en el tamaño del cuerpo. 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 .

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 solo de la cantidad de tejido cerebral, sino de los detalles de cómo está estructurado. También es bien sabido que los cuervos , los cuervos y los loros grises africanos son bastante inteligentes a pesar de que tienen un cerebro pequeño.

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 están correlacionadas en el camino evolutivo humano con el tamaño del cerebro: el cráneo básico se flexiona más con el aumento del tamaño del cerebro en relación con la longitud del cráneo básico.

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 (cm 3 ). El volumen del cráneo se usa como un indicador aproximado del tamaño del cerebro, y esto a su vez se usa 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 una tomografía computarizada . Una forma más precisa de medir la capacidad craneal es hacer un yeso endocraneal y medir la cantidad de agua que desplaza el yeso. En el pasado se han realizado docenas 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 la 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 algunos estudios sobre la capacidad craneal en seres vivos a través de dimensiones lineales.

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 de adaptación 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 potencialmente explica las diferencias de población en el tamaño del cerebro humano (y aproximadamente la capacidad craneal). Las funciones neurológicas están determinadas más por la organización del cerebro que por el volumen. La variabilidad individual también es importante cuando se considera la capacidad craneal; por ejemplo, la capacidad craneal promedio de los neandertales para las hembras fue de 1300 cm 3 y de 1600 cm 3 para los machos. 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 encontró que los neandertales tenían cerebros entre un 15% y un 22% más pequeños que en AMH. Cuando la versión neandertal del gen NOVA1 se inserta en las células madre, crea neuronas con menos sinapsis que las células madre que contienen la versión humana.

En un intento de utilizar la capacidad craneal como un indicador objetivo del tamaño del cerebro, el cociente de encefalización (EQ) fue desarrollado en 1973 por Harry Jerison. Compara el tamaño del cerebro de la muestra 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

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

Homínidos primitivos

Ver también

Referencias

Otras lecturas