Correr y ser más listos (I): el mecanismo fisiológico

Sostiene Irreductible que los biólogos estamos creando una burbuja con las hipótesis para explicar la portentosa inteligencia humana, las impresionantes capacidades cognitivas de nuestra especie. Creo que no le falta razón. Se han propuesto hipótesis que invocan la condición social humana y lo importante que resulta el contar con una gran inteligencia para poder desenvolvernos con éxito en sociedades tan complejas como las nuestras (aquí). De hecho, la capacidad para manipular a los demás miembros del grupo ha sido esgrimida como razón de ser de la gran inteligencia humana por algún especialista.

El contexto ecológico en que surgió y evolucionó el género Homo también se ha invocado como factor determinante de las capacidades cognitivas humanas (aquí). Hace unos días, he leído en “El error del pavo inglés” (p. 162), de BioTay, que “el cerebro humano se seleccionó según algunos autores como un recordatorio de rutas, de caminos”. Y en esa lista no debe faltar la selección sexual; algunos autores, -del campo de la psicología evolucionista, para ser precisos-, también han acudido a esa forma de selección: según ellos, nuestros grandes encéfalos serían el resultado de que nuestros antepasados prefiriesen parejas reproductivas con ese rasgo y, en consecuencia, con grandes capacidades cognitivas (aquí).

Pero la burbuja no se limita a los factores que pueden haber actuado como presiones selectivas, sino también a los que, hipotéticamente, habrían permitido o posibilitado la evolución hacia grandes encéfalos. Así, hay autores que han propuesto que una dieta rica en ácidos grasos poliinsaturados resultó un requisito sine que non para poder construir un encéfalo de gran tamaño; sostienen, por ello, que ciertos frutos secos y el pescado hubieron de ser abundantes en nuestra dieta (aquí). También se atribuye a nuestra condición omnívora una parte importante del éxito, ya que el mayor consumo relativo de carne permitió obtener un aporte calórico y proteínas suficientes sin tener que dedicar grandes aparatos digestivos a la tarea (aquí). Así, según esa noción, lo que ahorramos en sistemas digestivos lo pudimos invertir en cerebros.

Y dentro de esa misma lógica de pensamiento, la coción de los alimentos también ha sido considerada elemento clave para la evolución encefálica humana, ya que facilita la digestión y asimilación del alimento y, con ello, permite minimizar el tamaño del aparato digestivo en una medida aún mayor (aquí). Seguramente se me quedará alguna otra hipótesis en el tintero, pero creo que con las presentadas hasta aquí ya es suficiente. Y es que, por lo que se ve, tenemos un concepto elevadísimo de nuestras capacidades, porque de otra forma difícilmente se entendería tanto empeño en intentar explicar el que “seamos tan listos”. Es como si no nos lo acabásemos de creer. Sí, creo que Irreductible lleva razón; esta es una burbuja que antes o después acabará por explotar.

Pues bien, por si las anteriores hipótesis no fueran suficientes, este mes se publica en la revista de la Royal Society (Proc. R Soc B) un artículo de D. A. Raichlen y J. D. Polk en el que proponen una nueva hipótesis concerniente a la evolución de la neurobiología humana. Y el factor considerado en este caso es el ejercicio físico aeróbico ligado a la caza de persistencia.

Quizás recuerde el lector dos artículos del pasado año (aquí y aquí) en Naukas acerca de la caza de persistencia y de las adaptaciones anatómicas y fisiológicas al desarrollo de tal actividad. Pues bien, esta nueva hipótesis tiene bastante que ver con lo que en aquellos artículos se trató. De forma muy resumida, baste con señalar aquí que muy probablemente la caza de resistencia y las adaptaciones que permitieron su práctica resultaron claves para el éxito de nuestra especie. Somos, según esa noción, homininos que se adaptaron a correr largas distancias en la sabana africana para así poder dar caza a grandes ungulados, y por ello contamos con condiciones excelentes para la carrera de resistencia y, en general, la actividad física aeróbica.

El caso es que en el artículo al que ahora hago mención se propone que esa adaptación a correr largas distancias pudo resultar un factor decisivo en el crecimiento del encéfalo humano y en la adquisición de las capacidades cognitivas que nos caracterizan.

El encéfalo humano es tres veces más grande de lo que cabría esperar a tenor de nuestro tamaño corporal. En términos evolutivos, el crecimiento más pronunciado del encéfalo de los homininos se produjo en los comienzos del género Homo, y más en concreto, en la especie Homo erectus, a lo largo de un periodo en el que también se produjo un importante aumento en la actividad aeróbica de nuestros ancestros. Ese aumento de la actividad se manifiesta en características morfológicas ligadas a la capacidad para recorrer largas distancias, superiores a los 5 km. Por eso, es posible que exista una relación funcional entre los dos cambios, el del volumen encefálico y la capacidad para correr largas distancias.

Volúmenes craneales

La hipótesis formulada por Raichlen y Polk se basa en tres tipos de indicios. Está, por un lado, la relación observada entre la práctica de ejercicio físico aeróbico y la capacidad cognitiva en determinadas especies de mamíferos. Por otro están ciertos experimentos de selección artificial de estirpes mejor dotadas para la actividad física aeróbica. Y por último, tenemos la relación, en homínidos, entre rasgos anatómicos ligados a la carrera de resistencia y el índice de cefalización.

Sabemos que el ejercicio físico aeróbico protege y genera nuevas neuronas, eleva el volumen de ciertas estructuras encefálicas y mejora la cognición en humanos y otros mamíferos. Esas relaciones se producen en el curso de la vida de los individuos, en periodos de tiempo relativamente limitados. Son numerosos los estudios que sugieren que la actividad física aeróbica conduce a la formación de nuevas neuronas en algunas porciones del encéfalo adulto en roedores. Por otro lado, la neurogénesis inducida por la actividad física aeróbica tiene un impacto importante en las funciones cognitivas. La memoria y el aprendizaje espacial mejora con la actividad física en algunos monos y en roedores. En la especie humana se han encontrado correlaciones positivas entre las dimensiones de determinadas estructuras encefálicas y el desempeño físico aeróbico, y en niños de edad escolar y en jóvenes, la actividad física está positivamente correlacionada con diferentes capacidades cognitivas.

Al parecer, la relación entre el ejercicio físico aeróbico por un lado, y fenómenos biológicos observados en tejido encefálico (neurogénesis, neuroprotección) y mejoras cognitivas, por el otro, se produce gracias al concurso de neurotrofinas y factores de crecimiento. Las neurotrofinas son proteinas que intervienen en el desarrollo y mantenimiento de nuevas neuronas, y regulan la estructura y actividad neuronal. El factor neurotrófico derivado del encéfalo (BDNF) es una de las más importantes de entre las implicadas en la neurogénesis inducida por la actividad física. Su nivel se eleva en respuesta al ejercicio físico aeróbico, tanto en roedores como en seres humanos, y se sabe que mejora la supervivencia neuronal.

Por otro lado, la concentración de otros dos factores de crecimiento (IGF-1 y VEGF) también se eleva como consecuencia de la actividad física, y ambos ejercen efectos en en la neurogénesis. El nivel de esos dos factores de crecimiento se eleva en los tejidos musculares en respuesta a la actividad física aeróbica, y estimulan el crecimiento y reparación de los tejidos y de los vasos sanguíneos; de esa forma mejoran el suministro de oxígeno a los tejidos y, por lo tanto, la actividad aeróbica. Además, tanto el BDNF como el IGF-1 favorecen el metabolismo muscular de los lípidos y el metabolismo de la glucosa. Dado que estos factores de crecimiento atraviesan sin dificultad la barrera hematoencefálica, su producción periférica en respuesta a la actividad física puede acabar teniendo efectos neurogénicos o neuroprotectores en el sistema nervioso central.

Pero una cosa es que exista un mecanismo mediante el que la actividad física aeróbica incida positivamente en el funcionamiento del encéfalo en el curso de la vida de un mamífero, incluidos los seres humanos, y otra, muy diferente, que pueda establecerse un vínculo entre el desarrollo encefálico y cognitivo y la adaptación al desarrollo prolongado y eficiente de actividad física aeróbica. Lo que hacen Raichlen y Polk es proponer un modelo que explicaría ese vínculo.

Hay evidencia experimental sólida en mamíferos (roedores) a favor de la noción de que las neurotrofinas y factores de crecimiento ejercen una función importante en el desarrollo encefálico. Por razones obvias, no hay tales evidencias experimentales en humanos, pero sí hay observaciones que apoyan el mismo fenómeno. Pues bien, de acuerdo con el modelo propuesto por los autores, los factores selectivos que han actuado sobre el metabolismo aerobio y el transporte de oxígeno, -mejorando así la capacidad para desarrollar actividad física aeróbica-, habrían elevado el nivel basal de los factores de crecimiento y neurotrofinas implicadas, algo que se ha observado en individuos entrenados. Y resulta que esa elevación, de haberse producido de ese modo, habría conducido a un mayor crecimiento encefálico durante el desarrollo de los individuos adaptados a actividades de resistencia.

Hasta aquí he planteado los términos generales de la cuestión y presentado el mecanismo que, hipotéticamente, habría permitido la existencia del vínculo entre actividad física aeróbica y desarrollo encefálico. En la segunda parte veremos las evidencias de orden experimental y basadas en la anatomía comparada que apoyan la hipótesis presentada.

Este artículo tiene una segunda parte que puedes encontrar aquí.

Fuentes:

C. W. Cotman, N. C. Berchtold y L. A. Christie (2007): “Exercise builds brain health: key roles of growth factor cascades and inflammation” Trends Neurosci. 30: 464-472 (doi:10.1016/j.tins.2007.06.011)

C. H. Hillman, K. I. Erickson y A. F. Kramer (2008): “Be smart, exercise your heart: exercise effects on brain and cognition” Nat. Rev. Neurosci. 9: 58-65 (doi:10.1038/nrn2298)

D. A. Raichlen y J. D. Polk (2013): “Linking brains and brawn: exercise and the evolution of human neurobiology” Proc. R. Soc. B 280 (doi:10.1098/rspb.2012.2250)

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