¿Cómo surgió el cerebro humano?

Tu encéfalo es enorme y caro. Comparada con el resto del cuerpo, la masa de células que proteges dentro del cráneo ocupa un volumen de unos 1200 centímetros cúbicos y pesa alrededor de 1300 gramos, que es aproximadamente un 2 % de tu peso total. Puede parecer poco, pero, sin embargo, ningún otro animal tiene un encéfalo similar. Para que te hagas una idea de lo que esto significa, un chimpancé, que es nuestro pariente vivo más cercano desde el punto de vista evolutivo, dispone de una masa encefálica que supone un 0,6 % de su peso corporal, y en una ballena azul el valor es de 0,007 %. Los Homo sapiens somos animales cabezones o, mejor dicho, muy encefalizados.

El precio que pagamos

Y, como decía, el encéfalo también es caro. Las neuronas, que son las células que mueven esa máquina, consumen mucha energía, nada menos que el 20 % de todo lo que comes. Tienen que existir razones evolutivas poderosas para que se haya desarrollado un cerebro, que es la región más voluminosa y reciente del encéfalo, tan costoso como el de los humanos modernos.

Cada especie animal está adaptada a unas circunstancias particulares y posee un sistema nervioso con el que gestiona de manera más o menos eficaz su comportamiento. El caso de los seres humanos es especial, ya que el devenir evolutivo ha dado lugar a organismos que invierten mucho esfuerzo en alimentar una cantidad enorme de voraces neuronas. Nuestra supervivencia no tiene su base en la fuerza física o en un metabolismo de bajo consumo, sino en las capacidades mentales. 

En los últimos 300.000 años, los humanos modernos hemos conquistado el planeta a una velocidad de vértigo, ya que, para adaptarnos a las circunstancias cambiantes de cada época o región, no hemos tenido que esperar a que se produjeran ajustes genéticos debidos a la selección natural, sino que lo que ha ocurrido es una adaptación mental que llamamos cultura.

¿Cómo hemos llegado hasta aquí?, ¿cuáles han sido las circunstancias evolutivas que han generado nuestro cerebro grande, caro y tan particular? Los animales tienen sistema nervioso porque necesitan mover músculos y así generar un comportamiento que les permita sobrevivir un tiempo y reproducirse. Esta es la razón esencial de la existencia de todos los cerebros.

Con los órganos sensoriales se capta información del mundo circundante, que es entonces utilizada por las redes neuronales para decidir qué músculos conviene contraer en cada momento. Los animales funcionan de maravilla con este sistema, no hay más que mirar alrededor y maravillarse con la enorme cantidad de especies distintas. El tamaño del sistema nervioso y, en concreto, de su centro principal de control, el encéfalo, está directamente relacionado con el del organismo: cuanto mayor sea el cuerpo, mayor va a ser también el encéfalo, ya que se necesitan más neuronas para gestionar todas las fibras musculares.

¿El tamaño importa?

Los científicos tienen una forma sencilla de hacerse una idea del tamaño que tiene un encéfalo con relación al cuerpo: se llama cociente de encefalización (CE). En un animal, digamos, estándar, el CE es 1. Muchos carnívoros, como por ejemplo los gatos, poseen un CE de alrededor de 1, lo cual quiere decir que el tamaño de su encéfalo se corresponde con lo que se espera para su tamaño corporal. Si, por ejemplo, observamos un CE menor que 1, como ocurre en las ratas, que tienen un CE en torno al 0,4, lo que nos indica este valor es que esos animales poseen un encéfalo de menor tamaño de lo esperado (esto no ha de interpretarse como una desventaja, ni mucho menos, ya que esos seres sobreviven bien gastando menos energía de la esperada).

Si, por el contrario, el valor del CE es superior a 1, estamos ante una criatura que, por alguna razón, tiene un encéfalo más grande de lo que en principio sería necesario para mover sus músculos. Dentro de nuestra gran familia de primates antropoides, todos las especies estudiadas presentan coeficientes de encefalización superiores a 1. Los gorilas, por ejemplo, llegan a un CE de 1,3, y los chimpancés alcanzan valores de 2,5.

¿Para qué sirve entonces ese supuesto exceso de neuronas? Debe de haber una razón importante, ya que, como hemos visto, las neuronas son energéticamente muy caras y hay que alimentarlas. En los antropoides, la razón principal parece ser una conducta social compleja y flexible, acompañada de una buena memoria procedimental –motora– y un control preciso de algunos músculos. 

Pues bien, los humanos modernos tenemos un CE de, agárrate, al menos 6, que es con diferencia el valor más alto de entre todos los animales. ¿Disponemos de un cerebro por encima de nuestras posibilidades? No, lo que tenemos es un cerebro repleto de potencialidades.

No es una máquina del todo moderna

Nuestros antepasados primates antropoides de hace 40 millones de años ya apuntaban maneras y lucían CE superiores a 2. Tenían cerebros con un neocórtex inusualmente grande. Recordemos que el neocórtex es la capa superficial y con multitud de pliegues que tapiza los dos hemisferios cerebrales, y constituye la región evolutivamente más joven del cerebro. La razón de este incremento de neuronas en los antropoides ancestrales puede explicarse si atendemos a su forma de vida: eran arborícolas, como muchos primates actuales, y se movían entre las ramas en busca de frutas, hojas e insectos. Poseían manos –y pies– con la capacidad de agarrar, algo que resulta extremadamente útil tanto para moverse por los árboles como para manipular el alimento; y tenían, además, visión estereoscópica, es decir, visión en 3D, debido a sus ojos frontales con campos visuales que se superponen. A estas innovaciones evolutivas se les unió una muy importante: la formación de grupos sociales cada vez más complejos, lo cual explica que se volvieran especialmente diestros en el reconocimiento de caras y sus expresiones, una importante característica de nuestro linaje, ya que permite refinar y aumentar la capacidad de comunicación y el comportamiento social.

El cerebro ancestral

Las adaptaciones evolutivas requieren, por supuesto, de la maquinaria cerebral adecuada, y en este caso todo indica que las modificaciones más importantes para la vida de los primates ancestrales se debieron alneocórtex. Esta región se halla implicada en muchas de esas innovaciones; por ejemplo, en el control fino y voluntario de las extremidades –sobre todo de las manos–, en la especial sensibilidad táctil de los dedos, en el control de los músculos de la cara y, de manera especial, en la toma consciente de decisiones para producir un comportamiento flexible y adecuado a cada situación. Esto último está gestionado en gran medida por una sección del neocórtex exclusiva de los primates: la corteza prefrontal lateral. Para algunos investigadores, en la evolución humana se ha producido un crecimiento desproporcionado de esta región.

El giró decisivo

Hace unos siete millones de años la historia evolutiva de los primates dio un giro sorprendente y que para nosotros resultó trascendental, y es que algunos de nuestros ancestros incluyeron una extraña costumbre dentro de su catálogo de habilidades: bajar de los árboles, al menos durante un tiempo, y desplazarse erguidos caminando sobre dos patas.

Las especies que continuaron con esta opción evolutiva forman el grupo de los homininos, al cual pertenecen también Homo sapiens y todos nuestros ancestros del género Homo. Entre los homininos ancestrales hay especies, como Sahelanthropus tchadensis y Ardipithecus ramidus, que tenían un volumen cerebral de unos 350 cm3 y un CE de 2,5.

Aunque puede parecer poca cosa, la adopción del bipedismo abrió unas puertas inmensas tanto a la diversidad de comportamientos como al desarrollo de nuevas habilidades cognitivas. Por una parte, la dieta se amplió con la inclusión de semillas y raíces en el menú, lo cual siempre viene bien. Además, la postura erguida que va asociada al bipedismo permite elevarse por encima de la hierba para otear el horizonte y detectar tanto fuentes de alimento como enemigos; o atravesar caminando –si no sabes nadar– un pantano o un río poco profundo.

Pero, con diferencia, la ventaja que probablemente trajo las consecuencias evolutivas más importantes estaba en las manos, porque el bipedismo deja las manos libres para hacer multitud de cosas. Un animal bípedo que además posee manos prensiles puede transportar cómodamente todo tipo de cosas de un lado para otro: alimentos, ramas, los propios hijos o un congénere que no puede valerse por sí mismo. Antes, todo esto se hacía casi siempre con los dientes, pero ahora las posibilidades eran enormes.

Las manos libres sirven también para comunicarse mediante gestos y, desde luego, para utilizar ramas u otros objetos como herramientas y así obtener miel o termitas para alimentarse.

Los homininos ancestrales que dispusieran en su neocórtex de neuronas suficientes para refinar el control motor de sus extremidades anteriores contarían con una clara ventaja evolutiva. Además, la vida en sociedad, que se hacía cada vez más patente en nuestros ancestros, también se vería beneficiada por un neocórtex con neuronas especializadas en el control voluntario de los músculos de la cara. Los gestos faciales y las miradas se hicieron cada vez más importantes y muchos de ellos pasaron de ser respuestas automáticas a estar controladas por la mente consciente.

Estas novedades en el comportamiento de los homininos ancestrales echaron mano de las neuronas de un neocórtex que ya mostraba síntomas de hipertrofia, pero que durante un tiempo tampoco fue mucho más allá. Durante un largo período, desde hace unos 7 millones de años hasta hace unos 2,5 millones de años, no se produjeron en la evolución del cerebro episodios destacados de encefalización. El tamaño encefálico de los individuos de géneros como Australopithecus y Paranthropus se mantuvo entre los 350 cm3 y los 500 cm3.

La ausencia de modificaciones sustanciales en el cerebro durante ese largo período pudo deberse al factor limitante que ejercía la dieta, esencialmente herbívora y bastante pobre desde el punto de vista energético. Esa alimentación, además, obligaba a tener tractos digestivos largos para su procesamiento, que consumen a su vez muchos recursos.

Una nueva función determinante

Pero todo cambió hace unos tres millones de años, cuando las manos y el cerebro encontraron una útil y suculenta función nueva: romper piedras para, de ese modo, obtener herramientas con un filo cortante. Este en apariencia sencillo descubrimiento permitió el acceso a un nuevo tipo de alimento, mucho más rico energéticamente: la carne.

Hay que pensar que a un primate que no tenga más herramientas que las de su cuerpo –principalmente uñas y dientes–, le resulta casi imposible o muy complicado romper el cuero duro de la piel de los herbívoros. Pero con una simple piedra que corta, de repente todo se simplifica. La dieta pasó de este modo a tener un aporte de carne que, según parece, no procedía de la caza, sino del carroñeo.

Las herramientas de piedra más antiguas que se han encontrado hasta el momento tienen 3,3 millones de años y se desconoce qué especie las hizo, aunque pudo ser obra de Australopithecus afarensis.

Con todo, aún tuvimos que esperar un millón de años más para que, con la aparición de la llamada industria lítica olduvayense, las piedras con filo pasaran a formar parte habitual del utillaje. Se trataba todavía de útiles muy sencillos, sin mayor elaboración que la de conseguir un borde afilado tras extraer una lasca.

Con el uso de herramientas y el acceso a la carne nuestros ancestros de aquella época entraron en una espiral de realimentación que afectó de forma directa a la estructura cerebral. Aunque no se sabe qué fue primero, si los cambios en el cerebro o las nuevas habilidades manuales, lo que parece claro es que el uso de una dieta más energética, junto con el acortamiento que se produjo en la longitud del tracto digestivo, levantó el pie del freno que impedía un aumento en el número de neuronas y sus conexiones.

Hace 2,4 millones de años aparece en el registro fósil un hominino dotado de un volumen encefálico de 600 cm3. Un cambio notable que, junto a la existencia de herramientas olduvayenses, llevó a los científicos a proponer que esa especie debería de considerarse humana: por ello la bautizaron como Homo habilis.

La olla evolutiva

Si introducimos en la olla evolutiva un encéfalo de buen tamaño, un desplazamiento bípedo, una dieta rica en proteínas y grasa animal, un tracto digestivo corto, unas manos hábiles y precisas, una vida social compleja y un entorno exigente, y agitamos durante medio millón de años, el resultado es una criatura con un encéfalo de 800 cm3 o incluso más y con la capacidad de conquistar medio planeta. Su nombre es Homo erectus (o, también, Homo ergaster, en su versión exclusivamente africana) y sus fósiles más antiguos tienen 1,8 millones de años.

Por lo que parece, todas esas innovaciones fisiológicas y de comportamiento permitieron –o fomentaron– la explosión de un encéfalo ya claramente humano que, a su vez, permitiría darle más vueltas a la espiral de innovación. Homo erectus/ergaster es la especie artífice de la creación tecnológica con más éxito en toda la historia humana: el hacha de mano con simetría bifacial, que forma parte de la llamada industria lítica achelense.

En este caso no se trata de una simple piedra quebrada, sino que sobre ella se ha empleado un proceso de talla que requiere una especial destreza manual y mental. Nuestros antecesores humanos de distintas especies se dedicaron a elaborar bifaces achelenses durante nada menos que un millón de años, desde hace aproximadamente 1,75 millones de años hasta hace tan solo 250 000 años. Nunca ningún otro objeto elaborado por los humanos ha gozado de tanto éxito.

Nuevas conexiones neuronales

El volumen encefálico de Homo erectus era más del doble que el de los primeros homininos, un aumento de tamaño que refleja tanto un incremento en el número de neuronas como la creación de conexiones y redes neuronales nuevas.

¿De qué neuronas estamos hablando y para qué se utilizaban? Una parte sustancial de ese aumento de tejido nervioso se debió simplemente a un mayor tamaño corporal, pero hubo también redes neuronales, sobre todo en el neocórtex, que se desarrollaron como consecuencia de las nuevas tareas cognitivas y destrezas manuales.

Estos circuitos y habilidades forman parte hoy de nuestro repertorio habitual. En las cortezas motora y premotora del lóbulo frontal, que gestionan los movimientos voluntarios, muchas de sus neuronas se encargaron del control preciso de las manos que se requiere para elaborar herramientas achelenses. Esas tareas manuales no se aprendían de novo todos los días, sino que se producía un aprendizaje que quedaba almacenado en la llamadamemoria procedimental, una memoria que también vio incrementado el trabajo que se le asignaba y de la cual se encargan tanto el cerebelo como los ganglios basales.

Otra región cerebral clave que mostró un incremento de tamaño es la corteza prefrontal. Sus circuitos son esenciales para generar una mente flexible y racional que no funciona de manera mecánica, sino que es capaz de tomar decisiones adecuadas a las distintas circunstancias. Para que esta toma consciente de decisiones funcione es necesario poseer una cierta memoria autobiográfica, que permita contrastar el conocimiento pasado con la información que se adquiere a cada instante. Esta memoria autobiográfica requiere también de neuronas, que en este caso se encuentran distribuidas por todo el neocórtex.

Y todavía hay un elemento más, muy importante, que para algunos investigadores tuvo una importancia crucial en el desarrollo de los primeros Homo: la memoria de trabajo. Se trata de la memoria que utilizamos para traer a la mente ideas o hechos tanto pasados como actuales y, con ellos, elaborar planes de acción. Todos usamos continuamente la memoria de trabajo, y podemos exprimirla a fondo si tenemos que reflexionar sobre un movimiento de ajedrez o realizar una traducción simultánea.

En este último ejemplo deben permanecer activos en la mente al menos tres elementos complejos: la frase que se acaba de escuchar en un idioma, la traducción de esa frase a otro idioma y la memoria de la frase que se está escuchando mientras se procesa lo anterior. La memoria de trabajo no tiene una localización precisa y única en el encéfalo, pero los científicos tienen claro que para su gestión es imprescindible la corteza prefrontal.

Los individuos de Homo erectus no jugaban al ajedrez, pero tallaban bifaces, y para ello es necesario poseer una idea mental de la forma que se le quiere dar al trozo de piedra y ejecutar con destreza los movimientos aprendidos, tareas en las que participan, entre otras regiones, las cortezas prefrontal y motora.

En el penúltimo capítulo de nuestra historia entra en escena Homo heidelbergensis. Esta especie continuó elaborando bifaces, pero no se quedó ahí. A sus habilidades añadió una importante novedad: la caza.

En el yacimiento alemán de Schöningen se han encontrado lanzas de madera de hace unos 400 000 años, que se utilizarían a modo de picas para dar caza a grandes herbívoros. Los humanos pasaron de ser buscadores–recolectores carroñeros a ser cazadores–recolectores, y ello no solo requiere grupos numerosos de individuos, sino una buena coordinación entre ellos.

La emergencia de mentes capaces de gestionar una vida en sociedad cada vez más compleja, en donde la corteza prefrontal juega un importante papel, es una de las señas de identidad de nuestros antecesores más recientes. Los encéfalos de Homo heidelbergensis tenían una capacidad craneal media de unos 1200 cm3, ya dentro del rango de Homo sapiens. Según una de las propuestas más aceptadas de la paleoantropología actual, Homo heidelbergensis sería el ancestro directo tanto de Homo neanderthalensis, en la actual Europa, como de nuestra propia especie, Homo sapiens, que se habría originado en África hace unos 300 000 años.

Nuestra especie no solo mantiene una prominente corteza prefrontal, sino que también luce unos abultados lóbulos parietales, que ocupan la parte cenital del cerebro y se encargan, entre otras funciones, del procesamiento somatosensorial (tacto, posición del cuerpo, etc.) y de la coordinación visuo–espacial. En los humanos modernos este crecimiento de los lóbulos parietales explica la forma globosa del cráneo.

Innovaciones trascendentales

Las innovaciones más trascendentales y difíciles de explicar de la última etapa de la humanidad –y que nos diferencian hoy de todos los demás animales– fueron el pensamiento simbólico y el lenguaje. No está claro si otras especies próximas como los neandertales poseían estas capacidades, pero de lo que no hay duda es de que estas habilidades han sido la clave de nuestro impresionante desarrollo cultural y tecnológico.

Los elementos que dieron lugar a esa aleación se fueron forjando a lo largo de los dos últimos millones de años: un control motor voluntario de alta precisión –que, entre otras muchas cosas, permite exteriorizar el lenguaje mediante el habla–, redes neuronales que mantienen una gran capacidad de memoria –tanto de trabajo como procedimental y autobiográfica– y redes sociales que fomentan la innovación y la transmisión cultural.

Aunque, con toda probabilidad, no te conozca e ignore los detalles de tu vida, tu aspecto o tus intereses, tengo sin embargo la certeza absoluta de que eres un individuo de la especieHomo sapiens. La razón es sencilla: no sabemos de ninguna otra criatura en el universo que posea la extraordinaria habilidad de la que estás haciendo uso ahora mismo para leer –o escuchar– y comprender un texto.

Es más, tu singularidad dentro del mundo animal incluye también una capacidad sin igual para almacenar dentro de tu memoria autobiográfica parte de las ideas o conceptos que estás asimilando mientras lees esto y, por si no fuera suficiente, posees además una habilidad única entre todas las especies para recuperar parte de esa memoria, reflexionar sobre el pasado y establecer planes de acción para el futuro. Perteneces a una especie hipersocial que está formada en la actualidad por casi 8 000 millones de individuos y, con todo, eres una persona única e irrepetible. Incluso aunque tengas una hermana o hermano gemelo con tus mismos genes, tu encéfalo, la estructura que genera la mente y que es responsable de todas las características que acabo de comentar, es único, ya que la arquitectura fina de las neuronas y sus conexiones es distinta en todos los seres humanos que existen y han existido.