Enriquerubio.net El blog del Dr. Enrique Rubio

15 junio 2019

EVOLUCION DEL CEREBRO HUMANO

Filed under: ANATOMIA — Enrique Rubio @ 20:39

EVOLUCION DEL CEREBRO HUMANO

El origen del cerebro podría verse en la tendencia creciente de los ganglios
o agrupamientos neuronales de los invertebrados hacia una única concentración
de los mismos en posiciones más anteriores o cefálicas del organismo.
Junto a ello se especula que el verdadero origen del cerebro y sus dos mitades
(cerebro derecho y cerebro izquierdo) pudo estar en la necesidad de coordinar
perfectamente las dos partes simétricas del cuerpo, arrancando ya en los
primitivos cordados y continuando con los vertebrados. Serían los albores de
la aparición del cerebro y el origen de la cefalización creciente.

Los primeros registros fósiles de un animal con cerebro datan de hace unos
500 millones de años. Se trata de un pez sin mandíbulas (primeros vertebrados)
con un patrón en su construcción que va a seguir como modelo a lo largo
de toda la evolución, desde los vertebrados inferiores (peces, anfibios y
reptiles), siguiendo por los vertebrados superiores (aves y mamíferos), hasta
llegar al hombre. Este modelo está constituido por la médula espinal seguida
del tronco del encéfalo, diencéfalo y eventualmente corteza cerebral. Por
ejemplo, en todos los vertebrados el origen de los pares craneales es el mismo nacen en el tronco del encéfalo con un patrón común a su topografía e independientemente del desarrollo particular que estos nervios hayan tenido en las diferentes especies o de las particulares hipertrofias que haya desarrollado
este tronco del encéfalo (particularmente en peces) (Jerison, 1973).

Este cerebro primitivo se ha seguido como modelo a lo largo de toda la escala
evolutiva, tanto en la gran diversidad anatómica de cerebros encontrados
(formas y tamaños) como en los cerebros de peces actuales (algunos reminiscentes
o descendientes de esos peces primitivos, como por ejemplo la lamprea).
Esta diversidad de cerebros parece deberse a que, partiendo de ese patrón
básico y fundamental que hemos señalado, se han derivado “especializaciones”
del mismo adaptadas a nichos ecológicos diferentes. En todos estos
cerebros, y a pesar de su diversidad, hay una regla general inflexible el mayor
o menor peso del cerebro se corresponde con un mayor o menor peso de
cuerpo. Hoy, además, sabemos que, al menos para los vertebrados inferiores
y de un modo general, el aumento o desarrollo de una parte del cerebro se
acompaña, de modo general, de un detrimento en el desarrollo de otras partes
de ese mismo cerebro.

El desarrollo de “especializaciones” del cerebro, algunas de ellas muy espectaculares,
como las que se dan en los grandes lóbulos ópticos de muchos
peces que viven en ambientes marinos profundos con poca luz, ha sido el mecanismo
por el que diferentes especies se han tornado enormemente eficientes
para sobrevivir en nuevos nichos ecológicos. Paradójicamente, sin embargo,
estas mismas especializaciones parecen haber sido la trampa o el “camino
de no retorno” que ha llevado a estas especies a su eventual estancamiento
adaptativo e incluso extinción, ya que les ha alejado de la línea central que ha
llevado el propio proceso evolutivo. Al parecer, es de esta manera como han
aparecido las ramas de ese tronco central que es el árbol de la evolución.

Desde hace mucho tiempo se han distinguido los conceptos de adaptación y adaptabilidad como inversamente proporcionales. Es decir, a mayor adaptación de un animal a su medio ambiente, menor es la capacidad plástica evolutiva que retiene para poder adaptarse a un nuevo ambiente en el supuesto
de que el suyo original cambiase. En definitiva, la línea central evolutiva ha
partido siempre de cerebros “no especializados”, más indiferenciados y sin
desarrollos particulares de ese patrón básico del cerebro que hemos descrito
anteriormente.

Existe una correspondencia muy estrecha entre el peso o volumen del cerebro
y el peso del cuerpo al cual gobierna.
En 1973, Jerison re p resentó el peso del cuerpo y el peso del cere b ro de 198
especies de vertebrados. En la muestra se incluían peces, reptiles, pájaros y
m a m í f e ros en general (entre estos últimos, algunos primates y el propio homb
re). Al re p resentar estos datos encontró que toda la población de especies medida
podía dividirse claramente en dos grupos diferentes por un lado, los páj
a ros y los mamíferos (vertebrados superiores) y, por otro, los peces y re p t i l e s
(vertebrados inferiores). Ello llevaba a dos conclusiones primera, en cualquier
especie, un determinado peso de cuerpo se corresponde con un determinado
peso de cere b ro; segunda, para un mismo peso de cuerpo es mayor el peso del
c e re b ro de los vertebrados superiores que el peso del cere b ro de los vertebrados
inferiores. Esto último nos indica que peces, anfibios y reptiles mantuvieron
una relación cere b ro-cuerpo lineal a lo largo del proceso evolutivo y que
esta relación cambió con la aparición de los mamíferos (y pájaros), dando lugar
a un cere b ro más grande (siempre relativo al peso del cuerpo).

En el caso concreto de los mamíferos y a lo largo del proceso evolutivo, el
peso del cerebro ha ido aumentando progresivamente respecto al peso del
cuerpo. Para estimar adecuadamente esta observación se ha utilizado una
medida objetiva, que es el cociente de encefalización. Apliquemos este coeficiente
al caso de cuatro mamíferos el perro, el tapir, el mono y el hombre. En
el caso del perro, el cociente de encefalización es 1, es decir, el peso real de su
cerebro coincide con el peso de cerebro esperado con respecto al peso de su
cuerpo. El mono y el tapir representan respectivamente dos casos de cociente
de encefalización por encima (cociente=4) y por debajo (cociente=0,5) de lo
esperado respectivamente. El caso extremo es el del hombre, con un cociente
de encefalización de 7 (el peso de su cerebro es siete veces superior al peso esperado
y que le correspondería con respecto al peso de su cuerpo). Quizás
ayude a entender esto último un poco más poniendo el caso del hombre de la
siguiente manera si el hombre tuviese una relación peso de cerebro-peso de
cuerpo como la del perro, el peso del cerebro del hombre se correspondería
con un peso corporal igual al de un hipopótamo o un rinoceronte, esto es, casi
diez toneladas de peso corporal.

¿Qué ha ocurrido a lo largo del proceso evolutivo para que el cerebro de
los mamíferos experimentara un aumento en su volumen con respecto a sus
predecesores los reptiles Hay muchas teorías (véase Jerison, 1973), pero quizás
una observación sea crucial al respecto. Parece que durante la transición
de pequeños reptiles a mamíferos, éstos, en su nuevo hábitat, en la espesura
de los bosques, adquirieron un equipamiento en su cerebro y en su cuerpo
que no tenían sus predecesores. Adquirieron la capacidad de mantener su
temperatura corporal y la de su cerebro constante, es decir una temperatura
de su cuerpo independiente de las fluctuaciones de la temperatura del medio
ambiente (frío-calor). Hasta donde sabemos, todos los predecesores de los
mamíferos eran poiquilotermos (como lo son actualmente tanto peces como
anfibios y reptiles), es decir, la temperatura de su cuerpo fluctúa o cambia con
la temperatura ambiente. Esto tiene consecuencias para el funcionamiento del
cerebro muy importantes el cerebro no funciona adecuadamente a menos
que tenga una temperatura determinada y estable. Esta temperatura es aproximadamente
de 37ºC. Frente a una temperatura inferior a ésta, la actividad
del sistema nervioso se deprime y enlentece, y su consecuencia es torpor en
la conducta y somnolencia. Tal cosa sucede en todos los vertebrados inferiores
cuando la temperatura del medio ambiente desciende hasta cierto nivel.
Ello hace que los peces, anfibios y reptiles sean esclavos del medio ambiente
en el que han nacido y no pueden salir de él. Sólo en el ecosistema donde nacieron
conocen dónde pueden eventualmente resguardarse de condiciones
adversas y no ser presa de depredadores (Gisolfi y Mora, 2000). El mamífero,
por el contrario, con un cuerpo y un cerebro calientes y una capacidad de estar
siempre alerta, puede evitar más fácilmente a depredadores y desde luego
moverse, casi sin limites, dentro y fuera de diferentes nichos ecológicos.
Así pues, con la eutermia o temperatura constante se puede concebir que la
fuerza o presión selectiva de la evolución empujara hacia la adquisición cada
vez mayor de un cerebro más grande. Efectivamente, un cerebro en actividad
constante y a lo largo de todo el año permite estar constantemente aprendiendo
y memorizando, y por ello dando oportunidades al florecimiento de
mutaciones y presumiblemente acelerando su proceso evolutivo.

A lo largo de la evolución de los mamíferos, desde hace más de 60 millones
de años, el desarrollo del cerebro se considera una primera y verdadera
revolución en comparación al proceso conservador que había mantenido este
desarrollo hasta entonces. Según Jerison (1973), con esta revolución nace la
verdadera inteligencia, es decir, la capacidad flexible de optar por diferentes
opciones de respuesta ante un determinado estímulo. Esta revolución se expresa
en los primeros mamíferos con una primera y nueva reorganización del
cerebro, de manera que su mayor tamaño ya no se hace de manera lineal como
en los primitivos cerebros (vertebrados inferiores), sino que comienza el
contacto o superposición de la parte posterior de la corteza con la anterior del
cerebelo, y con ello por primera vez desaparece la exposición del tronco del
encéfalo, que queda recubierto por estas dos estructuras.

La segunda gran revolución del cerebro ocurre con el cerebro humano. Es
este un proceso fascinante al tiempo que sorprendente. El hombre, en tan sólo
un espacio de tiempo de 2-3 millones de años, ha aumentado el peso del
cerebro de 500 gramos a 1.400 gramos. Un aumento de casi un kilo de cerebro.
Desde que se reunieron los primeros datos acerca de los grandes primates
hominoideos y fueron catalogados como una única familia bajo el nombre
de Australopitecos, el puente entre el hombre y los animales se estableció de
una forma definitiva. El estudio de los restos fósiles nos permiten hoy comprobar
que desde los antecesores del hombre, los Autralopitecinos (Afarensis,
volumen cerebral medio 400 cc; y Africanus 460 cc), el cerebro aumentó unos
250-350 cc en el Homo Habilis (700-750 cc de volumen cerebral medio). En el
Homo Erectus, el volumen cerebral alcanzó los 900 cc, y de ahí su progresión
con el Homo Sapiens hasta llegar a los 1.400 cc (Tobías, 1995).

¿Qué ha ocurrido para que en tan corto espacio de tiempo evolutivo haya
acontecido tan sorprendente fenómeno con el cerebro Es esta una de las
grandes incógnitas abiertas sólo a la especulación. No hay ninguna duda de
que el aumento del tamaño y la organización del cerebro en tiempo tan corto
ha debido ser el resultado de una serie de procesos multifactoriales convergentes.
Sería simplista creer que la evolución del cerebro puede atribuirse a
un solo suceso tal como la adquisición de la bipedestación (postura erecta),
utilización y construcción de herramientas, adquisición del lenguaje o nuevos
modos de vida social, como la agricultura y la ganadería. Debió haber, junto
con los factores mencionados, otros factores desconocidos que influyeron en
la adquisición por los homínidos de cerebros más grandes. Y todavía más importante,
debió haber factores “clave” responsables de disparar inicialmente
esa acelerada carrera por la adquisición de un cerebro grande.

En los homínidos se considera que el comienzo de la encefalización creciente
comenzó hace unos cinco o seis millones de años en el contexto específico
de un determinado medio ambiente. Este nicho ecológico fue el encuentro
o límite entre la selva húmeda, en constante retirada, y el aumento de esa
extensión de tierra ocupada por la sabana árida y seca. En este medio ambiente
cambiante sobrevinieron los primeros cambios adaptativos del cerebro
en los antecesores de los homínidos. De ser ello así, ¿pudo ser la temperatura
ambiental en esta sabana, junto con métodos de caza primitivos, uno de
esos factores clave Dos hipótesis son relevantes a este último respecto. Por
un lado, la de Krantz (1968); por otro, la de Fialkowski (1986). Gisolfi y Mora
(2000) han desarrollado estas dos hipótesis con algún detalle.

Krantz sugirió que la caza en su forma más primitiva, “caza persistente”,
pudo haber sido la base de una presión selectiva que marcó la vía evolutiva
por la que ya los australopitecinos iniciaron la adquisición de cerebros más
grandes. La esencia de este tipo de caza (genuinamente humana) era perseguir
la presa durante varios días, lo que requería una constante atención del
cazador hacia la presa y, desde luego, “anticipar” el futuro (la presa abatida).
Es altamente posible que los australopitecinos pudieran haber utilizado este
tipo de caza, dado que fueron criaturas mejor adaptadas a correr que a andar
(Dart, 1964). La idea de que este tipo de caza pudiera ser relevante para desarrollar
cerebros más grandes se basa en la asunción de que los individuos
que estuvieran mejor adaptados anatómicamente para correr y que también
tuvieran cerebros más grandes por azar, tendrían mejor memoria que otros
individuos con cerebros más pequeños (varios estudios han asumido la idea
de que la memoria está directamente relacionada con el volumen del cerebro;
Tobías, 1971). Valor éste, la memoria, extraordinario para poder relacionar espacialmente
diferentes áreas del terreno en relación a la presa. Krantz sostiene
que en la sabana, los australopitecinos debieron competir muy duramente
con otros carnívoros por presas que se cansaran más fácilmente, como animales
jóvenes, heridos o viejos, pero a medida que con un cerebro mayor la
posibilidad de cazar otros animales dependiese de las habilidades y memorias
del individuo, esta presión selectiva específica debió favorecer a cerebros
más grandes y con mejores memorias. Junto a ello, Eckhardt (1987) supone
que en situaciones en donde los primitivos homínidos tuvieron que sobrevivir
en la sabana seca y calurosa, la memoria de la localización de charcas de
agua en áreas donde cazaban pudo tener un enorme valor de supervivencia.
Es interesante señalar a este respecto que los bosquimanos actuales cazan en
un área tan grande como 10.000 Km2 y saben perfectamente la localización de
cada charca en esa extensión de terreno. Señala Eckhardt “Ninguna otra espe –
cie, sea depredadora o de presa, iguala tal capacidad de almacenamiento de informa –
ción y evocación de lo memorizado”.
Fialkowski (1986), por su parte, sostiene que si el proceso de hominización
desde los australopitecinos tuvo lugar en los trópicos (en la parte sur y oeste
de Africa) y si efectivamente mantuvieron un tipo de caza como el descrito
por Krantz, consistente en una larga y persistente carrera persiguiendo a la
presa a través de la sabana (mucho antes de desarrollar las técnicas de caza
corporativa y bien organizada del grupo atribuidas por primera vez al Homo
Erectus) (Tobías, 1971), entonces los cambios evolutivos del cerebro del hombre
más conspicuos debieron tener relación no tanto con la memoria como a
una adaptación asociada al aumento del estrés por calor producido por este
tipo de conducta. En tales supuestos, Fialkowski propone que los cazadores
prehumanos debieron estar muy pobremente adaptados al estrés por calor y
como resultado probablemente desarrollaron, durante sus largas correrías,
temperaturas cerebrales muy altas, con la consecuente muerte de muchos individuos
y con serio peligro del resto para mantener su capacidad para cazar.
Precisamente, junto a la muerte de muchos individuos prehumanos, algunos
otros, con cerebros al azar más grandes y capaces de resistir por ello mejor el
calor, sobrevivieron y se reprodujeron. Pero, ¿qué relación existe entre un cerebro
grande y su mejor adaptación al calor ambiental Fialkowski sugiere,
basándose en las ideas de Von Neuman (1963), un especialista en Matemáticas
y Computación, que tras largas carreras en la sabana africana la temperatura
sanguínea pudo aumentar lo suficiente como para limitar la función de
las neuronas. De acuerdo con Von Neuman, es posible obtener un sistema que
funcione (cerebro) incluso si sus elementos componentes malfuncionan (neuronas
afectadas por el calor), siempre que haya suficientes elementos (neuronas)
e interconexiones entre los elementos. En esencia, lo que apunta Fialkowski
es análogo a lo que apunta Krantz en relación a la memoria individuos
con cerebros más grandes tendrían cerebros más resistentes al calor que
individuos con cerebros más pequeños.
La progresión, regresión y reorganización son los procesos que han ocurrido
en esa vertiginosa carrera que en estos pocos millones de años ha llevado a
la aparición final del cere b ro humano actual. En este tiempo, y desde el australopitecino,
el cere b ro ha sufrido, además de un aumento relativo de su tamaño,
una re o rganización (la reducción de unas áreas cerebrales y la expansión
de otras) y un cambio de ese patrón general de pro g resión del cere b ro que
se había seguido hasta entonces. Ralph Holloway (1995), con el estudio minucioso
de moldes de cere b ro obtenidos a partir de los cráneos encontrados de
las diferentes especies de homínidos, sugiere tres principales cambios o re o rganizaciones.
La primera, quizá el mayor cambio ocurrido en la evolución humana,
sucedió hace unos 3-4 millones de años (ya en los australopitecinos A f arensis
–400 gramos de peso de cere b ro–), en la que hubo una reducción del
á rea visual primaria (área 17 de Brodman) y una relativa expansión del re s t o
de la corteza visual occipital no estriada (áreas 18 y 19 de Brodman). Junto a
ello hubo una expansión selectiva de las cortezas parietales posteriores (área 7
de Brodman) y la corteza parietal inferior (giro angular –área 39 de Bro d m a n –
y giro supramarginal –área 40 de Brodman–).La segunda, ocurrida hace unos
dos o tres millones de años, fue un aumento pequeño del tamaño global del
c e re b ro (principalmente relacionado al aumento del tamaño del cuerpo). Junto
a ello hubo un cambio, desde el patrón del cere b ro del póngido de mínimas
asimetrías cerebrales, a un patrón del cere b ro humano con un aumento de la
especialización hemisférica y un mayor grado selectivo de tamaño del occipital
izquierdo y del frontal derecho. Esto parece muy claro en el Homo Habilis,
p e ro pudiera haber ocurrido ya en el Australopiteco africano (440-450 gramos
de peso de cere b ro).La tercera, ocurrida hace unos 1,8 a 2,5 millones de años,
fue una re o rganización del lóbulo frontal, participando principalmente la tercera
circunvolución inferior frontal, conocida como área de Broca (área 44 de
B rodman), hacia una morfología externa definitivamente humana mayormente
evidente en ciertas muestras del Homo Habilis (750 gramos de peso de cere
b ro). Finalmente, ocurrieron otros pequeños cambios en esa carrera hacia el
c e re b ro del hombre actual. Tres de ellos destacan sobre los demás. El primero ,
ocurrido hace unos 0,5 a 1,5 millones de años, fue otro aumento del cere b ro
(quizás asociado a un aumento del peso del cuerpo) y una acentuación de las
asimetrías de las cortezas cerebrales derecha e izquierda. El segundo ocurrió
hace unos 100.000 años, con un mayor refinamiento en las asimetrías cere b r ales
hacia la configuración definitiva del Homo Sapiens y un aumento re l a t i v o
del peso del cere b ro (1.200 a 1.700 gramos de peso de cere b ro, Homo Sapiens
Neandertalensis). El terc e ro ocurrió hace unos 10.000 años, con una re d u c c i ó n
en el volumen del cere b ro posiblemente relacionada con una disminución del
peso del cuerpo (Homo Sapiens, 1.400 gramos de peso de cerebro ) .

¿Ha concluido la evolución física del cere b ro humano Nadie puede contestar
propiamente esta pregunta. Pero no es carente de sentido pensar acerca de
ello. ¿Qué podría justificar pensar que la evolución biológica del cere b ro humano
ha terminado A veces, el argumento de que el rápido pro g reso cultural
(apenas un par de miles de años), que ha acontecido con un cere b ro similar (en
su conformación general) al del hombre de no hace más allá de 50.000 años, hace
pensar en la posibilidad de que el cere b ro tal cual está ya genéticamente prep
rogramado y aun a pesar de la enorme diversidad de esta pre p ro g r a m a c i ó n
en cada hombre. Sin embargo, desde la biología no hay lugar para pensar que
la evolución humana esté acabada. Así lo señala Ayala (1994) “El que la huma –
nidad continúa evolucionando puede probarse demostrando que las condiciones necesa –
rias y suficientes para la evolución biológica se dan en la especie humana estas condi –
ciones son variabilidad genética y re p roducción diferencial (selección natural)”. Va r i a s
teorías recientes apuntan en esa dirección (Rapoport, 1999; véase Mora, 2001).

Bibliografía
Ayala, F.J. La Naturaleza Inacabada. Biblioteca Científica. Salvat. 1994.
Dart, R.A. The ecology of the South African man-apes. In “Ecological Studies in Southern Africa”.
D.H.S. Davies (eds.) 49-66 The Hague H.W. Jung. 1964.
Eckhard, R.B. Was plio-pleistocene hominid expansion a pleiotropic effect of adaptation for heat stress
Anthrop. Anz. 45, 193-201 (1997).
Fialkowski, K.R. A mechanism for the origin of the human brain. A Hypothesis. Curr. Anthro. 27, 288-
290 (1986).
Gisolfi, C.V.; Mora, F. The Hot Brain. MIT Press. Cambridge. MA. 2000.
Holloway, R.L. Toward a synthetic Theory of Human Brain Evolution. In “Origins of the Human
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Jerison, H.J. Evolution of the Brain and Intelligence. Academic Press. N.Y. 1973.
Krantz, G.S. Brain size and hanting hability in earliest man. Curr. Anthro. 9, 450-451 (1968).
Mora, F. (Ed.) El Cerebro Sintiente. Ariel. Barcelona. 2000.
Mora, F. El Reloj de la Sabiduría. Tiempos y Espacios en el cerebro humano. Alianza Editorial. Madrid.
2001.
Rapoport, S.I. How did the human Brain evolve A proposal based on new evidence from in vivo brain
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Tobías, P.V. The Brain in Hominid Evolution. Columbia Univ. Press. N.Y.-London. 1971.
Tobías, P.V. The Brain of the First Hominids. En “Origins of the Human Brain”. J.P. Changeux. J.
Chavaillon (Eds.). Clarendon Press. Oxford. 1995.
Von Neuman, J. Probabilistic logic and the synthesis of reliable organisms for unreliable components. In
His Colletec Works 5, 329-378 (1963). London. Pergamon Press.
62 SIGLO XXI DESAFÍOS CIENTÍFICOS Y SOCIALES

(1) Este artículo es un amplio resumen del capítulo 2 (“El Cerebro Humano casi mil millones
de años de historia evolutiva”) del libro “El Reloj de la Sabiduría. Tiempos y Espacios en el
CerebroHumano”, de Francisco Mora, publicado por Alizanza Editorial. Madrid, 2001.

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