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Que hace que sea único el cerebro humano ( Creces, 2007 )
Por muchos años se ha estado pensando que la diferencia del cerebro humano estaba en su mayor tamaño, pero ahora las investigaciones muestran que están en las neuronas y sus complejas conexiones. En el nivel macroscópico la diferencia es obvia: el cerebro humano pesa cuatro veces más que el del chimpancé. Otros han insistido que la diferencia estaría más bien en el mayor tamaño relativo de algunas regiones cerebrales, como por ejemplo la región frontal y temporal, las que serían proporcionalmente más grandes en los humanos que en el chimpancé. Pero sin embargo Katerina Semendefen, antropóloga de la Universidad de California, San Diego, encuentra que los lóbulos frontales humanos, donde residen muchas de las funciones cognitivas avanzadas, no serian proporcionalmente mayores que las del chimpancé (Science, Mayo 5, 2000, pág.798). El tamaño no parece ser lo más importante. Hay que recordar que "el hombre de Neanderthal, tenía un cerebro más grande que el nuestro, pero no fue capaz de dibujar en las paredes de la cavernas" (Los Neanderthal y los humanos no se cruzaron).
Ya desde algunos años los investigadores se han convencido que las diferencias no deben buscarse en el tamaño del cerebro o de algunas de sus áreas, sino que en su compleja estructura microscópica. Ahora que se está disponiendo de mejores técnicas de tinción y de determinaciones bioquímicas más precisas, varios grupos de investigadores han iniciado el estudio en estructuras más profundas. Tod Preuss de Emory University en Atlanta, afirma que en el cerebro existe un micro universo que aún está inexplorado.
Algunas peculiaridades microscópicas que se han descrito, son compartidas con los grandes monos, pero no con otros primates, lo que significa que ellas deben haberse desarrollado hace 15 millones de años, antes que los humanos aparecieran en escena. Más tarde, entre 5 y 7 millones de años, cuando aparecieron los primeros "homínidos", comenzaron a hacerse evidentes las diferencias entre los grandes monos y los humanos, especialmente aquellas que se fueron manifestando en funciones superiores que le son propias a los humanos, como son las cogniciones sociales y el lenguaje.
A pesar de que se ha producido un progreso considerable en estas investigaciones, el campo está todavía en las primeras etapas. Los investigadores han identificado algunas células nerviosas de aparición más reciente en el proceso evolutivo humano y afirman con cierta confianza que gracias a ellas los seres humanos puedan pensar hacia delante y planificar o negociar delicadas situaciones sociales. Por otra parte se han constatado algunas micro-diferencias que han permitido elaborar nuevas hipótesis a cerca de la evolución cerebral. Sin duda que se trata de avances que tienen un gran potencial para explicarse porque el cerebro humano es diferente.
Los monos y las ballenas
Hasta hace pocos años los investigadores aceptaban que desde el punto de vista microscópico, todos los cerebros de los mamíferos eran iguales. Charles Darwin decía que los humanos eran "monos con cerebros más grandes". Hasta 1980, los neurocientistas afirmaban que los cerebros de los mamíferos eran uniformes.
Desde 1999, este concepto ha comenzado a cambiar cuando los investigadores comenzaron a encontrar pequeñas diferencias en la forma y la bioquímica de las neuronas de cerebros pertenecientes a diversas clases de mamíferos. Estos hallazgos han sido posible por la disponibilidad de las nuevas técnicas histoquímicas que han permitido detectar diferencias morfológicas e identificación de nuevos neurotransmisores en las neuronas. Preuss y sus colaboradores fueron los primeros que en 1999 encontraron diferencias microscópicas en cerebros de monos y los de humanos. Publicaron en el Proceeding of the National Academy of Science, un hallazgo que demostraba la existencia de una capa de la corteza visual primaria en humanos, ubicada en el lóbulo occipital, en la parte de atrás del cerebro (fig. 1). Ella difería notablemente de la de monos, como el chimpancé y orangután. En esta área descansa la información visual que viene desde la retina. Las células nerviosas están organizadas en enrejados complejos, muy diferente a la estructura vertical simple en que se encuentran las células de los primates. Preuss concluye que este arreglo celular corresponde a una innovación evolutiva de la línea humana que permite explicar la característica superior de destacar objetos contra el fondo de la visión.
En el mismo año Patrick Hof del Mount Sinai School of Medicine, encontró unas neuronas elongadas, que llamó "neuronas huso” debido a su forma. También se han llamado neuronas "Von Economo" (VENs) (fig.2), ya que este era el nombre de un neurólogo australiano que las había descrito algún tiempo antes. John Allman, trabajando con Hof (California Institute of Thechnology en Pasadena) y Semendefen, demostraron que estas neuronas se localizaban sólo en dos ubicaciones del cerebro: en la corteza anterior cingulada, ubicada profundamente en el centro del cerebro, y en la corteza fronto insular, localizada dentro del lóbulo frontal. En los humanos estas dos estructuras parecen estar comprometidas con aspectos de la cognición social, como la confianza, la empatía, los sentimientos de culpa y la vergüenza. Estas células VENs estaban también en los cerebros de las grandes monos, pero en los humanos eran mucho más abundantes y además eran de mayor tamaño.
¿Para qué usaban los humanos estas grandes VENs? No se sabe en forma cierta, pero han comenzado a surgir pequeños indicios. Hace un año, el equipo de Allman publicó en Neuroscience, que las VENs humanas parecían hacer pocas conexiones con las células nerviosas adyacentes, pero en cambio las hacían con otros tipos de neuronas. Ya que se sabe que la velocidad de conducción de los impulsos nerviosos incrementa el diámetro de la fibra nerviosa, Allman pensó que las grandes VENs manejaban la información rápida desde la corteza cingulada anterior y la corteza fronto insular, a otras partes del cerebro. "Se trataría de células de alto rendimiento", señala Allman.
El y otros investigadores piensan que el objetivo para los impulsos nerviosos de las VENs estaba en una parte del lóbulo frontal, llamado área 10 (ver fig. 1), que tiene que ver con la toma de iniciativas en la planificación avanzada. Semendeferi ha argumentado que esta región, más que el lóbulo frontal como un todo, es de mayor tamaño en los humanos en relación a los monos. Allman tiene la hipótesis que las células VENs serían las que han podido ayudar a los humanos a ajustar su comportamiento en respuesta a cambios rápidos de situaciones sociales.
Nuevas informaciones en pacientes dementes, parecen confirmar este concepto. En Diciembre recién pasado (2006), William Seeley de la UC San Francisco publica en los Annals of Neurology, que sujetos que sufrían de un tipo de demencia que causaba impulsos y comportamientos sociales inadecuados, tenían un 74% menos de células VENs en la corteza cingulada anterior, en comparación con controles normales.
Pero otros investigadores opinan que es muy temprano para llegar a conclusiones funcionales acerca del rol que puedan tener las células VENs en cerebros normales. En todo caso, cualquier cosa que hagan las células VENs en primates, no son estos los únicos que las tienen. El año recién pasado sorprendió un hallazgo inesperado de Hof y su colaborador del Mount Sinai, Estel Van der Gucht. Encontraron las mismas células alargadas en el cerebro de ballenas. Esta aparente evolución convergente puede ayudar a explicar el talento cognitivo de las ballenas, incluyendo su canto y otras formas complejas de comunicación que existen entre ellas.
Las columnas celulares
En los seres humanos se han descrito unas curiosas estructuras que también son comunes a otros mamíferos y que se han llamado mini columnas. Fueron descubiertas en 1952 y se trata de estructuras celulares ubicadas en la corteza cerebral, que están compuestas por 50 a 100 células nerviosas unidas verticalmente entre sí. Ahora la mayor parte de los neurocientistas consideran a estas mini columnas como la unidad modular básica del proceso de la información neural, es decir corresponderían a un sistema neuronal que responde a muchos estímulos simultáneos. "Las mini columnas sirven en el cerebro como un procesador paralelo", dice el neurólogo Manuel Casanova de la Universidad de Louisville en Kentucky.
Parece que ciertas mini columnas en humanos tienen una gran capacidad de procesamiento. En el año 2001, Casanova y el antropólogo Daniel Buxhoeveden examinaron estas mini columnas en el "planum temporale izquierdo" (fig. 1), una parte del lóbulo temporal que tiene que ver con el lenguaje y la música, actividades que son únicas de los humanos. Según lo publicaron en el American Journal of Physical Anthropology, estas mini columnas ubicadas en esta región, estaban organizadas en forma muy diferente a las que se observaban en los monos en posiciones equivalentes. Las mini columnas humanas eran bastante más anchas y medían un promedio de 54 micrómetros, comparadas con las de los monos, eran más angostas y más cortas, ya que medían sólo 30 micrómetros. Este incremento en el tamaño, aparentemente era debido a un incremento del llamado "espacio neuropil" situado en la periferia de la micro columna, que contiene los axones, las dentritas y las sinapsis, todo lo que constituye las conexiones neuronales. En los humanos, el espacio neuropil se expande aún más por lo apretado del paquete de células nerviosas en el centro de la mini columna.
Según Casanova, esto sugiere que la organización de las células nerviosas en el planum temporale se había comenzado a desarrollar cuando evolutivamente se separaron el hombre del chimpancé. En estudios posteriores, el mismo Casanova encuentra que en los humanos las mini columnas del planum temporale izquierdo, son más anchas y tienen más espacios neuropilos que el planum temporale derecho. En cambio en los chimpancés el izquierdo y el derecho son iguales. Semendefen, en un trabajo aún no publicado, muestra un agrandamiento significativo de las mini columnas en el área 10 y también en el área Broca (fig.1), que en el lado izquierdo son áreas cerebrales comprometidas con el proceso del lenguaje.
Estas asimetrías de micro-niveles encajan bien con resultados macro-niveles: en los humanos ciertas áreas son mayores en el lado izquierdo del cerebro con respecto al lado derecho, y resulta que algunas áreas del lado izquierdo, como el área Broca, están comprometidas con el lenguaje. De este modo las micro asimetrías se traducen en macro asimetrías como es el lenguaje.
Según Casanova, todo este trabajo sugiere que las modificaciones de lasl micro columnas humanas durante el proceso evolutivo, han ido permitiendo una mayor conectividad. Estas reorganizaciones pueden haber ayudado a la expansión de las capacidades cerebrales humanas. "Para ser más inteligente se necesitan más y más rápidas conexiones”.
Hacer más conexiones
Para el sistema nervioso, el hacer conexiones lo es todo, y mientras más, mejor. Hasta hace muy poco tiempo no se sabía que era lo que inducía la formación de sinapsis entre las neuronas. Pero en el año 2001, un equipo dirigido por el neurobiólogo, Ben Barres de la Universidad de Stanford en Palo Alto, California, describió que unas células nerviosas especializadas, llamadas astrocitos (que constituyendo casi la mitad de las células cerebrales, sus funciones eran un misterio), tenían que estar presentes para que se produjeran las sinapsis (fig. 3). Los astrositos no son los que forman las sinapsis, pero Barres mostró que ellos juegan un rol importante en la producción de las sinapsis que comunican los axones y las neuritas para que transporten los impulsos nerviosos. Más tarde el mismo Barres y sus colaboradores, descubrieron que los astrocitos inducían la formación de sinapsis mediante la producción de una larga proteína, llamada "trombospondina" (Science, Noviembre 21, 2003, pág. 1323).
La producción de tromboespondina es una función de los astrocitos, lo que con ello les da una gran responsabilidad en la capacidad de procesamiento neuronal. En general, mientras más sinapsis se produzcan, mayor es la capacidad de transmitir mensajes y procesar la información. Y aquí hay una diferencia importante: el cerebro humano produce seis veces más RNA mensajero para la producción de la proteína trombospondina que el cerebro de los chimpancés o los macacos. Más aun, estas diferencias se observaron en la corteza cerebral, pero no en el cerebelo u otros tejidos. Semendeferi agrega que estos resultados son completamente consistentes con las observaciones hechas en su laboratorio que señalando las mini columnas en el área 10 (la región en que Preuss encuentra la mayor expresión de trombospondina) tienen más grandes espacios neuropil y por lo tanto más lugar para las conexiones sinápticas.
Muy probablemente en los próximos años iremos sabiendo si la micro neuroanatomía nos proporcionará más antecedentes que expliquen la diferencia de nuestra mayor capacidad cerebral en relación a la de los chimpancé y macacos. Por ahora, con lo que ya se ha llegado a establecer, tendremos bastante para progresar en el entendimiento del cerebro humano, y trataremos de establecer más relaciones entre los elementos estructurales ya analizados y las posibles variaciones que ellos induzcan en el comportamiento tanto de humanos, como de primates.
Science: Marzo 2, 2007. vol. 315 pág. 1208.
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