jueves, 22 de febrero de 2018

LOS PÁJAROS, LAS ABEJAS Y SUS CEREBROS: EL TAMAÑO NO IMPORTA


Muchas de las teorías que relacionan actualmente la neuroanatomía y la neurofisiología con la cognición y el comportamiento se desarrollaron hace una generación o más, a pesar de haberse llevado a cabo en los últimos años una gran cantidad de investigaciones significativas. Está claro que muchas suposiciones hechas sobre los animales y los humanos ya no son válidas. Por ejemplo, las imágenes por resonancia magnética funcional (IRMf) ofrecen resultados al cabo de unos segundos, mientras que los fenómenos cerebrales ocurren en milisegundos. Por lo tanto, los intentos de correlacionar con precisión los eventos cerebrales regionales con los eventos cognitivos son imperfectos y "la brecha entre los circuitos y el comportamiento es demasiado amplia".

Además, las hipótesis sobre la relación del tamaño y la estructura del cerebro al nivel de la evolución, el comportamiento y las capacidades cognitivas, deben ser reevaluadas a la luz de los nuevos datos y las nuevas teorías. También se debe tener en cuenta que, debido a que el tamaño absoluto del cerebro puede ser una medida engañosa, los investigadores a menudo confían en el cociente de encefalización a la hora de comparar los tamaños cerebrales de diferentes especies. El cociente de encefalización es "una medida del tamaño cerebral relativo definida como la relación entre la masa cerebral real y la masa cerebral predicha para un animal de un tamaño determinado". Varias estimaciones del cociente de encefalización para diferentes especies y algunas discusiones sobre lo que significa respecto a la inteligencia y a diversos patrones de comportamiento se pueden ver aquí y aquí. 

LOS PÁJAROS, LAS ABEJAS Y SUS CEREBROS: EL TAMAÑO NO IMPORTA 

Se han observado sofisticadas habilidades cognitivas en una amplia variedad de especies que incluyen candidatos muy poco probables. Este análisis general se centrará en las aves, los reptiles y las abejas, todos los cuales muestran una inteligencia mayor de la que indicaría una simple comparación entre sus cerebros y los cerebros humanos. Las aves llevan a cabo conductas complejas usando un cerebro muy pequeño y carente de neocórtex. Las aves canoras aprenden los cantos de sus mentores y realizan ajustes a través de la práctica y la retroalimentación. Los pinzones emplean reglas sintácticas estrictas. Los cuervos de Nueva Caledonia muestran la avanzada capacidad de metacognición, así como pueden calcular, fabricar y usar herramientas tan bien o mejor que muchos primates nohumanos (véase también), al tiempo que muestran una memoria notable. Los cuervos también son capaces de recordar personas, automóviles y zonas urbanas específicas, pudiendo guardar rencor sobre personas y automóviles específicos durante varios años. Algunas aves muestran una planificación y un arte muy avanzados. Alex, el loro gris africano de fama mundial, practicó la aritmética, dominó asociaciones muy diferentes, inventó palabras, y la noche antes de morir le dijo a su amigo doctor que amaba a su amiga e investigadora, la Dra. Irene Pepperberg.

Aún más notable es que las abejas, con unos cerebros diminutos, usen el pensamiento abstracto y el lenguaje simbólico. Cada día resuelven problemas matemáticos avanzados sobre cómo viajar de manera más eficiente por entre una multitud de lugares. Saben cuándo mezclar medicamentos para la colmena y distinguen complejas escenas paisajísticas, incluyendo las diferentes clases de flores, formas y patrones. Las abejas también aprenden categorías y secuencias, y las ajustan para futuras recompensas. Tienen en consideración las condiciones sociales, las ubicaciones, las horas del día y los múltiples sentidos. Son maestros en los laberintos y muestran memoria tanto a corto como a largo plazo que puede durar desde unos días hasta toda su vida. 

¿Cómo pueden explicarse estas inesperadas observaciones de patrones complejos de comportamiento en términos de estructura y tamaño cerebral? Recientemente, se ha descubierto que los cerebros de todos estos animales tienen neuronas inusualmente complejas, neuronas que son de un tipo similar a las existentes en el cerebro humano, pero ubicadas en estructuras cerebrales diferentes. En las aves, uno de los centros cerebrales correlacionados con algunas de sus habilidades avanzadas se encuentra en una región primitiva del cuerpo estriado, no del neocórtex. Cuando las aves canoras aprenden los cantos de sus mentores, las neuronas específicas del tronco cerebral filtran el sonido del tutor del sonido del pájaro joven.

Recientemente, se han encontrado regiones en los cerebros de las aves y las tortugas que son similares en algunos aspectos a los niveles 4 y 5 del neocórtex humano, pero en estructuras muy diferentes (para mayor información sobre la vida emocional de los reptiles, véase aquí). En las tortugas, la región cerebral que contiene estas neuronas especializadas se distribuye en una capa. En las aves, una región llamada cresta dorsoventricular tiene células que integran datos como la capa 4 humana y otras que les dan salida como la capa 5, funcionando así como el neocórtex humano. En cierto sentido, la disposición de las aves es superior para el lenguaje y las funciones cognitivas. Un ejemplo de ello es una región especializada para la vocalización, que no existe en el complejo cerebro humano multisensorial y multimodal. 

El diminuto cerebro de la abeja melífera cuenta tan solo con alrededor de un millón de neuronas, y las abejas "contradicen la noción de que el comportamiento de los insectos tiende a ser relativamente inflexible y estereotipado. De hecho, viven en colonias y exhiben complejas conductas de socialización, navegación y comunicación, así como un repertorio cognitivo relativamente rico". Como ya ha señalado anteriormente uno de nosotros (Marc Bekoff), Melissa Bateson y sus colegas han demostrado que cuando las abejas están estresadas, muestran una mayor expectativa de malos resultados. En otras palabras, se vuelven pesimistas. Cuando un comportamiento similar es observado en los vertebrados, se dice que tiene una base emocional. Las abejas también mostraban niveles alterados de ciertas sustancias neuroquímicas (dopamina, serotonina y octopamina) que están asociadas con la depresión.

También se ha informado de que las abejas usan la lógica para encontrar las mejores flores y que comprueban si otras abejas están tomando las mejores decisiones; no copian a las abejas que eligen flores de sabor amargo. Las abejas también superan a los ordenadores en la solución del problema del viajante. Incluso se está tomando en serio el arte de las aves y las abejas. Estos y otros fascinantes estudios demuestran que debemos ser muy cuidadosos al afirmar que los invertebrados no tienen vidas o sentimientos emocionales. De hecho, hay marcadas similitudes con los vertebrados. 

Las abejas poseen cuarenta tipos diferentes de neuronas, varios de los cuales son comparables a las de los humanos. El cuerpo pedunculado, que ocupa el 20% del volumen cerebral de la abeja, es un excepcional integrador múltisensorial, convirtiendo la información sensorial en información valorativa. Funciona como una combinación del hipocampo y la corteza de los humanos. Se ha demostrado que una neurona avanzada en el cuerpo pedunculado influye en las funciones cognitivas que median en el aprendizaje por recompensa. Esta neurona es similar a la neurona dopaminérgica humana, pero se encuentra en un lugar y una estructura totalmente diferentes. Los cerebros de las abejas también muestran múltiples lugares diferentes para la conjugación de los recuerdos. El cerebro de la abeja también utiliza la función avanzada de las neuronas inhibidoras de forma muy similar a como lo hacen las interneuronas inhibidoras de los seres humanos. 

LA "HIPÓTESIS DE LA MAXIMIZACIÓN COGNITIVA" 

La investigación actual muestra que pueden aparecer neuronas como las de los humanos en muchos otros formatos diferentes a los de los mamíferos, permitiendo habilidades cognitivas verdaderamente sorprendentes. Está claro que las capacidades de alto nivel pueden tener lugar en animales con estructuras cerebrales totalmente diferentes de las humanas. Sin duda es posible que vayamos encontrando estructuras inusuales adicionales a medida que crezca nuestro estudio de los cerebros de los animales.

Uno de nosotros (Marc Bekoff) está desarrollando lo que se da en llamar "la hipótesis de la maximización cognitiva", que sugiere que tal vez los animales con cerebros pequeños maximicen el uso de lo que tienen su dotación neural y que quizás utilicen su relativamente escasa posesión de forma más eficiente que los animales con grandes cerebros. A los animales no les importan realmente los cerebros grandes en sí mismos, y les va bien con lo que tienen. Se necesitarán investigaciones futuras para confirmar que esto es así. La afirmación de que los humanos usan aproximadamente el 10% de su cerebro es un mito, por lo que tal vez la eficacia del procesamiento de información sea un factor a considerar. De todos modos, a los animales con un cerebro pequeño les va bien en sus propios mundos. 

¿A DÓNDE NOS LLEVA ESTO? ¿QUÉ TIENEN DE BUENO LOS CEREBROS GRANDES? 

En un ensayo titulado "¿Son mejores los cerebros más grandes?" los investigadores Lars Chittka y Jeremy Niven concluyen: 

«Los intentos de relacionar el tamaño del cerebro con el comportamiento y la cognición rara vez han integrado la información de los insectos en la de los vertebrados. Sin embargo, muchos insectos demuestran que los repertorios motores altamente diferenciados, las estructuras sociales grandes y la cognición, son posibles con cerebros pequeños, enfatizando que necesitamos tener en cuenta los circuitos neuronales que subyacen a estas hazañas, y no sólo el tamaño de las regiones cerebrales. Los análisis de las redes neuronales muestran que las características cognitivas encontradas en los insectos, tales como la numeración, la atención y los procesos de categorización, pueden requerir tan solo un número muy limitado de neuronas. Por lo tanto, el tamaño cerebral puede tener una menor relación con el repertorio conductual y la capacidad cognitiva de lo que se cree generalmente, lo que da lugar a la pregunta de para qué sirven los cerebros grandes. Los cerebros grandes son consecuencia, al menos en parte, de las neuronas de gran tamaño que los animales grandes necesitan a causa de restricciones biofísicas básicas. También contienen una mayor replicación de circuitos neuronales, lo que añade una mayor precisión a los procesos sensoriales, una percepción más detallada, un mayor procesamiento paralelo, y una capacidad de almacenamiento más amplia. Sin embargo, es poco probable que estas ventajas produzcan los cambios de comportamiento cualitativos que a menudo se supone que acompañan al aumento del tamaño cerebral. Por el contrario, la modularidad y la interconectividad podrían ser más importantes.»

Los cerebros de gran tamaño y los altos cocientes de encefalización pueden ser útiles para los animales que los precisen para ser miembros acreditados de su especie, pero a los animales con cerebros pequeños les va muy bien siempre que tengan la oportunidad de hacer lo que tienen que hacer para sobrevivir y prosperar en su propios mundos. La noción de que los animales con cerebros pequeños son "menos inteligentes" y que "sufren menos" que los animales con cerebros grandes también necesita ser revisada, ya que se trata sin duda de un mito.

Los campos comparativos en rápido crecimiento de la neurociencia cognitiva y la etología cognitiva (el estudio comparado de las mentes de los animales) continúan brindando información interesante sobre los cerebros y las mentes increíblemente activas de los fascinantes animales con los que compartimos nuestro planeta. ¡Qué futuro tan emocionante nos espera! 

Marc Bekoff & Jon Lieff, 05 de abril de 2013.

NOTA
Este ensayo fue escrito junto con el doctor Jon Lieff, un neuropsiquiatra especializado en la interfaz médica, neurológica y psiquiátrica. Ha pasado tres décadas explorando la mente y su funcionamiento en los humanos, los animales y el medio ambiente. Se graduó en el Colegio de Yale y en la Escuela Médica de Harvard, y fue presidente de la Asociación Estadounidense de Psiquiatría Geriátrica. Su blog es Searching the Mind, su twitter @jonlieffmd, y su Facebook, "Searching for the Mind". Ambos abogamos por el desarrollo de métodos de investigación no invasivos.
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Traducido por Igor Sanz. 

 

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