Hay relación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia

Un equipo internacional de científicos ha logrado crear un mapa de los genes humanos que aumentan o dificultan la resistencia encefálica a distintos trastornos neurológicos y mentales. Mediante este estudio, publicado en Nature Genetics, se han identificado genes nuevos que podrían aclarar las diferencias que existen entre el tamaño del encéfalo y la inteligencia. Los resultados también podrían resultar útiles en el desarrollo de nuevos tratamientos farmacológicos.

El profesor Thompson y sus colegas de Australia y Países Bajos iniciaron hace tres años el proyecto ENIGMA («Mejora de las técnicas de obtención de imágenes genéticas mediante metaanálisis»), dedicado a poner en común imágenes de escáneres encefálicos y datos genómicos.

«Cada centro era incapaz de revisar por sí solo suficientes escáneres como para obtener resultados concluyentes», admitió el profesor Thompson. «Al compartir nuestros datos mediante el proyecto ENIGMA creamos una muestra suficientemente grande como para sacar a la luz patrones claros en la variación genética y mostrar la forma en la que estos cambios alteran de forma física el encéfalo».

Este trabajo se diferencia de otros anteriores en que se ha medido el tamaño del encéfalo y de los centros de la memoria mediante múltiples imágenes por resonancia magnética (IRM) obtenidas de más de 21.100 personas sanas cuyo ADN (ácido desoxirribonucleico) se ha cribado.

«Mediante estudios anteriores se han descubierto genes de riesgo de enfermedades comunes, pero no se sabe a ciencia cierta la manera en la que estos genes afectan al encéfalo», explicó el profesor Thompson. «Por esta razón nuestro equipo decidió escanear encéfalos de todo el mundo en busca de genes que realizasen una labor directa de protección o que generasen un perjuicio en el encéfalo».

El equipo científico observó cambios leves en el código genético de personas con un tamaño encefálico menor. Según el equipo, los centros de la memoria también presentaban menor tamaño. Cabe reseñar que los mismos genes afectan al cerebro de forma similar con independencia del origen geográfico del sujeto estudiado.

«Millones de personas portan variaciones en su ADN que aumentan o disminuyen la susceptibilidad de su encéfalo a padecer una amplia gama de enfermedades», indicó el investigador de la UCLA. «Tras identificar el gen es posible tratarlo con un fármaco para reducir el riesgo de enfermar. También es posible tomar medidas preventivas mediante el ejercicio físico, la dieta y la estimulación mental con el fin de eliminar los efectos de un gen defectuoso».

El equipo también dio con genes a los que podían atribuirse diferencias individuales en la inteligencia, y descubrió una variante de un gen denominado HMGA2 que influye en el tamaño del encéfalo y en la inteligencia. El ADN cuenta con cuatro bases nitrogenadas: A, C, T y G, y las personas en las que el gen HMGA2 presenta C en lugar de T poseen encéfalos mayores y obtienen mejores resultados en pruebas de coeficiente intelectual estandarizadas.

El cerebro no recuerda lo difícil

Nos encontramos con un viejo conocido por la calle. Charlamos un rato y quedamos en llamarnos para hablar un día con más calma. Nos da su número de teléfono, pero no tenemos nada donde apuntarlo. Da lo mismo. Estamos cerca de casa y seguro que seremos capaces de recordar el número hasta que lleguemos y lo podamos apuntar a la agenda.

La edición digital de Current Biology ha recogido los datos de una investigación que ha demostrado que el cerebro repite la información continuamente a través de la memoria a corto plazo, conocida como memoria de trabajo, pero que el cerebro no es capaz de recordar durante mucho tiempo información compleja.

La habilidad de retener durante un periodo de tiempo breve nueva información en el cerebro es un recurso muy habitual y necesario para poder afrontar las necesidades de la vida cotidiana. Esta habilidad, conocida con el nombre de memoria de trabajo, nos permite, por ejemplo, poder retener brevemente un número de teléfono, los nombres de personas que acabamos de conocer o el camino para llegar a un lugar donde no hemos estado nunca antes.

Ya hace tiempo que los científicos sospechan que la memoria de trabajo funciona reactivando o repitiendo la información para retenerla en la mente. Aún así, esta teoría no se había podido demostrar por falta de instrumentos de medida lo suficientemente precisos. Ahora, un grupo internacional de neurocientíficos ha conseguido confirmar la hipótesis.

Los resultados se han avanzado en la edición digital de la revista estadounidense Current Biology. El estudio está coordinado por Lluís Fuentemilla, investigador del Grupo de Cognición y Plasticidad Cerebral del Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) y de la Universidad de Barcelona (UB).

Los investigadores han realizado un experimento con ocho adultos sanos, a quienes se les hacía ver diferentes imágenes y recordar algunos detalles. Mediante el uso de una técnica de registro de actividad neuronal de última generación llamada magnetoencefalografía junto con el desarrollo de nuevos métodos de análisis los autores del estudio pudieron descodificar, milisegundo a milisegundo, la actividad del cerebro de los participantes asociada al mantenimiento de las imágenes en memoria.

Oscilaciones theta
Los investigadores encontraron evidencias que la información se repetía de forma continua en la mente. También identificaron que el mecanismo neural responsable de coordinar esta repetición eran unas oscilaciones rítmicas cerebrales denominadas oscilaciones theta, que se producen a una frecuencia de entre 4 y 8 herzios.

Estos resultados demuestran por primera vez que la memoria de trabajo está relacionada con la repetición periódica de información en el cerebro y que los mecanismos que coordinan esta repetición de forma periódica mejoran la precisión de la memoria de trabajo.

Contra las injusticias, el cerebro

El cerebro responde de forma automática ante las injusticias. Una investigación europea revela que las reacciones humanas ante las situaciones injustas se producen de manera automática debido a un aumento de la actividad de la amígdala cerebral. Según un estudio, los hombres muestran una mayor agresividad que las mujeres ante este tipo de situaciones.

Cuando una persona se niega a compartir algo con otra, el cerebro de esta última tiene mecanismos que le provocan una reacción automática, vinculada con lo que considera justo o injusto. La responsable de esta respuesta es la amígdala cerebral. Así lo revela una investigación europea publicada en la revista PLoS Biology.

Los investigadores probaron este sentido de la justicia en 35 jugadores, a los que midieron la actividad cerebral con una resonancia magnética funcional (fMRI). El juego consistía en que un jugador propone a otro una suma fija de dinero para compartir entre los dos. Este último puede aceptar la sugerencia y coger el dinero o rechazarla, en cuyo caso ningún jugador recibe nada.

“Si la suma a repartir es de 100 coronas suecas y se dividen entre dos, 50 y 50 coronas, todos aceptan porque se considera justo”, explica Katarina Gospic, autora principal del estudio e investigadora en el Instituto Karolinska de Estocolmo (Suecia).

Sin embargo, si un jugador proponer quedarse con 80 coronas y dar a la otra persona 20, se considera injusto. Esto explica que, en cerca de la mitad de los casos, el jugador que tiene que recibir el dinero rechace la propuesta, aunque pierda las 20 coronas.

La clave, la amígdala cerebral
Gracias a la resonancia magnética funcional, los expertos han descubierto que el área del cerebro encargada de controlar las decisiones financieras se encuentra en la amígdala y no en la corteza prefrontal y en la ínsula, como sugerían estudios anteriores. Esta región cerebral regula los sentimientos de ira y de miedo y también reacciona frente a las injusticias. La tendencia a reaccionar de forma agresiva y sancionar al jugador que había sugerido una distribución injusta del dinero estaba vinculada con un aumento de la actividad en la amígdala.

No ocurría lo mismo cuando a los jugadores se les suministraba un tranquilizante anti-ansiedad (una benzodiazepina): mostraron niveles bajos de actividad en esta área cerebral a pesar de que el dinero se repartiera de forma injusta. Además, el trabajo demuestra que los hombres responden de forma más agresiva que las mujeres ante situaciones de este tipo, una diferencia que no se registra cuando se les suministra tranquilizante.

“Los resultados pueden tener implicaciones éticas porque el uso de ciertos medicamentos puede afectar claramente en las decisiones cotidianas”, concluye Martin Ingvar, otro de los autores del estudio e investigador en el Instituto Karolinska de Estocolmo (Suecia).

El standby del cerebro

¿Qué hace el cerebro cuando creemos que no hace nada? Los estados de reposo cerebral, aquellos estados de los que podemos pensar que el cerebro no hace nada, han sido ampliamente estudiados en numerosos trabajos de investigación. La revista de alto impacto Nature Reviews Neuroscience publica este mes una recopilación de aquellos conocimientos relacionados con esta línea de investigación que se han podido obtener en los últimos años mediante modelos animales, en particular, en el neocórtex de primates.

El artículo de Nature Reviews Neuroscience constituye una revisión de referencia presentada por Gustavo Deco, director de la Unidad de Cognición y Cerebro del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) e investigador ICREA de la Universidad Pompeu Fabra, junto con dos eminentes expertos en la materia, Viktor K. Jirsa, investigador del CNRS de Marsella y también de la Florida Atlantic University (EE. UU.), y Antony R. McIntosh, del Rotman Research Institute de Toronto (Canadá), autores que habitualmente trabajan conjuntamente y que son de referencia mundial.

Varios estudios en los que han participado estos autores, entre otros, han demostrado que la aparente actividad espontánea del cerebro no se dar al azar. El estudio funcional de los grandes sistemas neuronales a través de técnicas de electrofisiología de resonancia magnética mostró una organización en red altamente coherente que no deja nada en manos de la casualidad.

Cuando parece que el cerebro no hace nada…

Los llamados estados de reposo cerebral, aquellos en los que aparentemente parece que el cerebro no hace nada (resting-state), han sido ampliamente estudiados en numerosos trabajos. En este trabajo de gran valor para toda la comunidad científica, los autores centran su atención en los resultados obtenidos del estudio de tres sistemas modelo de redes neuronales en neocórtex de primates y su contribución en la dinámica local del cerebro, la ralentización de la señal de transmisión cerebral y el ruido en relación a la aparición de estados cerebrales de reposo (resting-state networks).

Los autores proponen que la formación y la disolución de estos patrones cerebrales de reposo responden a una labor activa que explora la configuración de redes neuronales funcionales alrededor de determinadas estructuras anatómicas del cerebro.

Como estos mismos autores habían mostrado en estudios previos (PNAS, 2009), diversos elementos intervienen en el estado óptimo de reposo del cerebro: elementos estructurales, ciertas ralentización y fluctuación de la señal, algo que se ha denominado ruido y que aporta cierto grado de incertidumbre al sistema, pero todos ellos necesarios para conseguir un estado óptimo de reposo del cerebro.

En realidad, cuando parece que el cerebro no hace nada es cuando realmente presenta una dinámica muy particular que se caracteriza por la fuerte actividad de determinadas áreas corticales que se activan y se desactivan de forma anticorrelacionada y a una frecuencia ultrabaja de tansolo 0.1 Hz . Que las áreas estudiadas estén anticorrelacionades tiene que ver en que cuando una está activada, la otra no lo está y viceversa. Esto, por ejemplo, ha puesto de manifiesto en el binomio introspección-atención. Cuando se activa la introspección, el área correspondiente a la atención se desactiva, y viceversa.

Estas son líneas de investigación que abren nuevas perspectivas para la diagnosis de varias enfermedades comunes e importantes como el Alzheimer o la esquizofrenia, enfermedades que tienen en común el hecho de que presentan características similares en los estados de reposo del córtex cerebral, el estado más puro del cerebro porque es un estado en que están ausentes los estímulos relacionado con la acción.

Una de las actividades relevantes para el avance y la comprensión del alcance de estos conocimientos ha sido la capacidad de construir modelos computacionales de acuerdo con los datos fisiológicos obtenidos provenientes de modelos animales. Teorizaciones que han sido cruciales para entender los complicados procesos implicados en el funcionamiento del cerebro de organismos superiores y que es la tarea principal de la investigación que lleva a cabo el autor coordinador del trabajo, Gustavo Deco.

Nuestro cerebro predice el futuro

Recientes investigaciones revelan indicios de que el cerebro predice el futuro. ¿Cómo? El encéfalo, al recibir un estímulo concreto, realiza una ‘codificación predictiva’ para crear una expectativa mental de lo que sucederá a continuación. Es decir, emplea mecanismos que aprovechan información reciente para predecir el futuro y cuya comprensión reviste un gran interés en la comunidad científica que está empezando a investigarse más a fondo.

En el proyecto financiado con fondos europeos NEUROINT («How the brain codes the past to predict the future»), dirigido por el doctor Uri Hasson de la Universidad de Trento (Italia), se emplean algunos de los métodos más avanzados de imagen neuronal para determinar cómo se codifica el pasado en el encéfalo humano y cómo afecta éste al procesamiento de información nueva. El Dr. Hansson obtuvo una subvención de inicio (Starting Grant) del Consejo Europeo de Investigación (CEI) por valor de 978 678 euros para la realización de este estudio.

La codificación predictiva reviste importancia debido a que proporciona a los animales, humanos incluidos, una ventaja cognitiva.

El equipo de NEUROINT ha puesto en marcha un programa científico exhaustivo para comprender cómo se codifican las regularidades del pasado reciente y cómo éstas dan lugar a códigos que predicen estados futuros.

Regiones del cerebro predicen el futuro
Estudios anteriores habían apuntado que el sistema predictivo se basa en tres sistemas neuronales. El equipo del estudio referido sugiere que estructuras del encéfalo temporal medio, como el hipocampo y la corteza parahipocampal, codifican información estadística del pasado reciente y comprueban que se puedan extraer predicciones.

Por otro lado, las regiones corticales de nivel superior producen predicciones «descendentes», mientras que las cortezas sensoriales de nivel inferior procesan información sensorial «ascendente». Además, contrastan esta información con las predicciones producidas por las regiones de nivel superior.

NEUROINT pone a prueba esta hipótesis mediante métodos de imagen neurológica con una elevada resolución espacial y temporal para así estudiar la actividad que se produce en estos tres sistemas neuronales y sus interacciones.

Los datos producidos podrían aportar información importante sobre un proceso fundamental del encéfalo humano y ampliar el conocimiento que se posee sobre la manera en la que se procesa el pasado reciente. Esta información podría utilizarse para adaptarse a sucesos futuros.

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