Parts of human brain / Partes del cerebro humano
It was only after eons of time, during which millions of species had come and gone, that one of the lineages, the direct antecedents of Homo sapiens, won the grand lottery of evolution. The payout was civilization based on symbolic language, and culture, and from these a gargantuan power to extract the nonrenewable resources of the planet—while cheerfully exterminating our fellow species.
—Edward O. Wilson (1)
Hominin brain size doubled its volume in just three million years—with painful consequences for our mothers during childbirth—and mental abilities grew in parallel (2). Scientist are beginning to identify genes that could explain the different size and structure of our brain versus those of chimpanzees, gorillas (3), Neanderthals (4), and Denisovans (5).
Evolutionary reasons for the growth of our brain are not completely known. It is possible that the size of the primate brain is related to the number of individuals in the social group in which they live (6). Among additional explanations, scientists have proposed bipedalism, cooperative upbringing of offspring, cooking, language, and sexual selection favoring large brains. Leaving aside the possible increased eroticism and its contribution to reproductive success from having more cranial volume or better culinary art, probably all of these innate and learned abilities had some degree of relevance in our survival as a species, because if we did not have those characteristics, we would not be as we are (2).
Once humans achieved greater control of their habitat and became the highest predator in nature, our species probably evolved mainly by competition between different groups, like the still existing bands of hunters and gatherers. Cultural evolution, much faster than genetic evolution, could have had the greatest relevance in that struggle to predominate. Cooperation and the cumulative growth of culture and innovations—both within a generation and between generations—enhanced the success of our species (2).
Our cerebral cortex, made up of gray matter, represents 80% of the volume of the brain, while in other living primates it barely exceeds 50%, and in other mammals it ranges between 10% and 40%. The size of the neocortex, the most evolved area of the primate cerebral cortex, is already huge compared to other mammals. In the cerebral cortex resides the capacity for perception, thinking, memory, and language (7,8). We have about 85 billion neurons in our cerebral cortex, twice the amount of that in chimpanzees, and each of our neurons can form up to 10,000 connections—synapses—with other neurons. According to Daniel J. Levitin, a Canadian neuroscientist, there are more connections in the brain of a Homo sapiens than particles in the universe (9). Regardless, ours is a typical primate brain without great differences in the proportion of different zones’ sizes. Whales and elephants have more neurons than chimpanzees or us, up to 250 billion (8), but the ratio between brain size and body size is higher in chimpanzees and us than in whales and elephants, and the distribution of neurons in the brain areas is different (10).
While the brain volume of our sapiens ancestors from 300,000 years ago—about 1400 cm3—is in the range of modern humans’ brain volumes, the current globular form is more recent, only about 40,000 years old. This organ must have changed gradually until today, quite possibly in parallel with changes in the behavior of our species (11). Our brain takes shape while it acquires capabilities during the prenatal period, but its development is far from being finished at the time of birth because it keeps changing until well into the 20s. There are parts of the frontal lobe associated with judgement, planning, risk and self-control that continue to develop when we are still in our twenties (12).
The brain is divided into areas with different functions representing, among other characteristics, different parts of the body, the visual field, sounds, language, and thought. These areas are not immutable, since with learning and practice their extent can change. Violinists have an enlarged region representing the fingers of the left hand, people with congenital blindness use the visual-field area to read Braille, and those with connate deafness use the hearing area to process sign language. People with amputations use parts of the brain cortex corresponding to the missing limb for functions related to existing parts of the body. An extreme demonstration of the brain's ability to adapt can be found in people who had an entire cerebral hemisphere removed during childhood. These kids have fairly normal development, suggesting that the twin brain hemisphere has the ability to adopt many of the tasks of the lost hemisphere (8).
Like a computer mining bitcoins, but for a better reason, the brain consumes a lot of energy, twenty times more compared to other tissues, such as muscle. Therefore, evolution must have found a great advantage to provide primates with such a costly characteristic to feed. The brain is only 2% of the body’s weight but consumes about 20% of the oxygen and energy—about 25 watts (13,14). The advantage can certainly be the greatest degree of intelligence and mental capacities evolution produced.
Versión en español:
Fue solo después de eones de tiempo, durante los cuales millones de especies habían venido y desaparecido, cuando uno de los linajes, los antecedentes directos del Homo sapiens, ganó la gran lotería de la evolución. El pago fue la civilización basada en el lenguaje simbólico y la cultura, y de ellos un poder gigantesco para extraer los recursos no renovables del planeta, mientras exterminamos alegremente a nuestras especies compañeras.
—Edward O. Wilson (1)
El tamaño del cerebro de los homíninos duplicó su volumen en solo tres millones de años (con consecuencias dolorosas para nuestras madres durante el parto) y las habilidades mentales crecieron en paralelo (2). Los científicos están comenzando a identificar genes que podrían explicar el diferente tamaño y estructura de nuestro cerebro frente a los de los chimpancés, gorilas (3), neandertales (4) y denisovanos (5).
Las razones evolutivas para el crecimiento de nuestro cerebro no se conocen completamente. Es posible que el tamaño del cerebro de los primates esté relacionado con el número de individuos en el grupo social en el que viven (6). Entre las explicaciones adicionales, los científicos han propuesto el bipedalismo, la crianza cooperativa de la descendencia, la cocina, el lenguaje y la selección sexual favorecedora de los cerebros grandes. Dejando de lado el posible aumento del erotismo y su contribución al éxito reproductivo de tener más volumen craneal o mejor arte culinario, probablemente todas estas habilidades innatas y aprendidas tuvieran algún grado de relevancia en nuestra supervivencia como especie, porque si no tuviéramos esas características, no seríamos como somos (2).
Una vez que los humanos lograron un mayor control de su hábitat y se convirtieron en el mayor depredador en la naturaleza, nuestra especie probablemente evolucionó principalmente por la competencia entre diferentes grupos, como las bandas aún existentes de cazadores y recolectores. La evolución cultural, mucho más rápida que la evolución genética, podría haber tenido la mayor relevancia en esa lucha por predominar. La cooperación y el crecimiento acumulativo de la cultura y las innovaciones, tanto dentro de una generación como entre generaciones, mejoraron el éxito de nuestra especie (2).
Nuestra corteza cerebral, formada por materia gris, representa el 80% del volumen del cerebro, mientras que en otros primates vivos apenas supera el 50%, y en otros mamíferos oscila entre el 10% y el 40%. El tamaño del neocórtex, el área más evolucionada de la corteza cerebral de los primates, ya es enorme en comparación con otros mamíferos. En la corteza cerebral reside la capacidad de percepción, pensamiento, memoria y lenguaje (7,8). Tenemos alrededor de 85 mil millones de neuronas en nuestra corteza cerebral, el doble que los chimpancés, y cada una de nuestras neuronas puede formar hasta 10,000 conexiones (sinapsis) con otras neuronas. Según Daniel J. Levitin, un neurocientífico canadiense, hay más conexiones en el cerebro de un Homo sapiens que partículas en el universo (9). En cualquier caso, el nuestro es un cerebro típico de primates sin grandes diferencias en la proporción de tamaños de diferentes zonas. Las ballenas y los elefantes tienen más neuronas que los chimpancés o nosotros, hasta 250 mil millones (8), pero la relación entre el tamaño del cerebro y el tamaño del cuerpo es mayor en los chimpancés y en nosotros que en las ballenas y los elefantes, y la distribución de las neuronas en las áreas del cerebro es diferente (10).
Mientras que el volumen cerebral de nuestros antepasados sapiens de hace 300.000 años, unos 1400 cm3, está en el rango de los volúmenes cerebrales de los humanos modernos, la forma globular actual es más reciente, con sólo unos 40.000 años de antigüedad. Este órgano debe haber cambiado gradualmente hasta hoy, muy posiblemente en paralelo con los cambios en el comportamiento de nuestra especie (11). Nuestro cerebro toma forma mientras adquiere capacidades durante el período prenatal, pero su desarrollo está lejos de estar terminado en el momento del nacimiento porque sigue cambiando hasta bien entrada la década de los 20 años. Hay partes del lóbulo frontal asociadas con el discernimiento, la planificación, el riesgo y el auto control que continúan madurando cuando aún somos veinteañeros (12).
El cerebro se divide en áreas con diferentes funciones que representan, entre otras características, diferentes partes del cuerpo, el campo visual, los sonidos, el lenguaje y el pensamiento. Estas áreas no son inmutables, ya que con el aprendizaje y la práctica su alcance puede cambiar. Los violinistas tienen una región ampliada que representa los dedos de la mano izquierda, las personas con ceguera congénita usan el área del campo visual para leer Braille y las personas con sordera innata usan el área auditiva para procesar el lenguaje de señas. Las personas con amputaciones utilizan partes de la corteza cerebral correspondientes a la extremidad faltante para funciones relacionadas con las partes existentes del cuerpo. Una demostración extrema de la capacidad del cerebro para adaptarse se puede encontrar en personas a las que se les extirpó todo un hemisferio cerebral durante la infancia. Estos niños tienen un desarrollo bastante normal, lo que sugiere que el hemisferio cerebral gemelo tiene la capacidad de adoptar muchas de las tareas del hemisferio perdido (8).
Al igual que una computadora minando bitcoins, pero por una mejor razón, el cerebro consume mucha energía, veinte veces más en comparación con otros tejidos, como el músculo. Por lo tanto, la evolución debe haber encontrado una gran ventaja para proporcionar a los primates una característica tan costosa de alimentar. El cerebro es sólo el 2% del peso del cuerpo, pero consume alrededor del 20% del oxígeno y la energía, alrededor de 25 vatios (13,14). La ventaja puede ser sin duda el mayor grado de inteligencia y capacidades mentales que la evolución ha producido.
Image / Imagen:
Parts of human brain / Partes del cerebro humano. Author / Autor: ErMED14.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Human%2BBrain.png. CC BY-SA 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0>, via Wikimedia Commons.
References / Referencias:
1. Edward O. Wilson. The Meaning of Human Existence. Liveright Publishing Corporation, New York, 2014.
2. Peter J. Richerson, Sergey Gavrilets and Frans B.M. de Waal. Modern theories of human evolution foreshadowed by Darwin’s Descent of Man. Science372, eaba3776 (2021). DOI: 10.1126/science.aba3776.
3. Silvia Benito-Kwiecinski et al. An early cell shape transition drives evolutionary expansion of the human forebrain. Cell 184: 2084–2102, 2021. https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.02.050.
4. Anneline Pinson et al. Human TKTL1 implies greater neurogenesis in frontal neocortex of modern humans than Neanderthals. Science, Vol 377, Issue 6611, 2022. DOI: 10.1126/science.abl6422.
5. Cleber A. Trujillo et al. Reintroduction of the archaic variant of NOVA1 in cortical organoids alters neurodevelopment. Science 12 Feb 2021: Vol. 371, Issue 6530, eaax2537. DOI: 10.1126/science.aax253.
6. Frans de Waal. Are we Smart Enough to Know How Smart Animals are? W.W. Norton & Company, Inc., New York, NY, 2016.
7. Daniel Lieberman. The Story of the Human Body. Evolution, Health and Disease. Penguin books, London, 2014.
8. Steven Pinker. The Blank Slate. The Modern Denial of Human Nature. Allen Lane, Penguin Random House UK, 2002.
9. Daniel J. Levitin. Successful Aging: A Neuroscientist Explores the Power and Potential of our Lives. Dutton, New York, 2020.
10. Yuval N. Harari. Sapiens. A Brief History of Humankind. Random House UK. London, 2015.
11. Simon Neubauer et al. The evolution of modern human brain shape. Science Advances 24 Jan 2018: Vol. 4, no. 1, eaao5961. DOI: 10.1126/sciadv.aao5961.
12. Paul Morland. Tomorrow's people: The Future of Humanity in Ten Numbers. Picador. London, 2022.
13. David Christian. Origin Story: A Big History of Everything. Allen Lane, Penguin Random House UK, London, 2018.
14. Charles Cockell.The Equations of Life. How Physics Shapes Evolution. Atlantic Books London, 2018.
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