Inteligencia explicada

Una serie de instantáneas en blanco y negro se despliegan en la pantalla, cada una capturando una pequeña porción de mi cerebro. Las imágenes en escala de grises le resultarían familiares a cualquiera que haya visto un escáner cerebral, pero estas imágenes son diferentes. Andrew Frew, neurocientífico de la Universidad de California en Los Ángeles, usa un cursor para seleccionar un pequeño cuadrado. Aparecen hebras delgadas como espaguetis, que representan los miles de fibras neurales que lo atraviesan. Unos pocos clics del cursor y Frew refina el tracto de fibras que se muestra en la pantalla, resaltando primero mi nervio óptico, luego las fibras que pasan a través de una parte del cerebro que es crucial para el lenguaje, luego los haces de nervios motores y sensoriales que descienden. al tronco encefálico.

Frew me está dando un recorrido por mi materia blanca, el tejido que conecta las neuronas o células nerviosas que forman la materia gris. Algo sobre los cables neuronales que se retuercen y giran que transportan información entre las neuronas (su grosor individual, tal vez, o su abundancia, o los caminos específicos que toman de una parte del cerebro a otra) puede explicar, al menos en parte, las variaciones en inteligencia humana.

Esta historia fue parte de nuestro número de noviembre de 2009

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Los científicos han estado buscando durante más de dos siglos la fuente de la inteligencia: la capacidad cognitiva general a menudo cuantificada en forma de coeficiente intelectual. Con el advenimiento de tecnologías como la resonancia magnética (MRI), los investigadores que se concentran principalmente en la materia gris han podido mapear las partes del cerebro que parecen desempeñar un papel. Pero esto los ha llevado tan lejos, y el enfoque en la materia gris no ha contado toda la historia. Hasta los últimos años, cuando nuevas variaciones de la resonancia magnética se centran en la materia blanca del cerebro, no ha comenzado a surgir una comprensión más profunda. Los científicos ahora pueden cambiar el enfoque de regiones particulares del cerebro a las conexiones entre esas regiones, dice Sherif Karama, psiquiatra y neurocientífico del Instituto Neurológico de Montreal de la Universidad McGill. Sus hallazgos iniciales han llevado a Karama y otros a creer que el cableado neuronal y la forma en que transporta la información por el cerebro pueden ser de importancia crucial para el coeficiente intelectual.

Hasta hace relativamente poco, solo unos pocos científicos estudiaban cómo la estructura del cerebro podría estar relacionada con el coeficiente intelectual, en parte porque la idea de una base biológica y genética para la inteligencia ha sido controvertida durante mucho tiempo. Dado que las personas de diferentes grupos étnicos a menudo obtienen puntajes diferentes en las pruebas de inteligencia, tales estudios pueden generar alegatos de racismo y los críticos temen posibles abusos como la discriminación en la educación o el empleo. No obstante, las nuevas técnicas de imagen han permitido tipos de estudios nunca antes posibles, y el número de grupos de investigación que se centran en esta cuestión está creciendo rápidamente. Muchos de estos grupos tienen como objetivo la materia blanca.

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La esperanza es que encontrar las áreas del cerebro y los circuitos involucrados en la inteligencia proporcione nuevos conocimientos sobre las enfermedades neurológicas y psiquiátricas que afectan la cognición, como el Alzheimer y la esquizofrenia. Si desea comprender el deterioro cognitivo, debe comprender cómo se manifiesta y se junta la cognición en el cerebro, dice Rex Jung, neurocientífico de Mind Research Network en Albuquerque, Nuevo México. La investigación también puede mejorar la comprensión de las discapacidades del aprendizaje como la dislexia y el TDAH, lo que quizás lleve a mejores tratamientos. Pero otras aplicaciones potenciales podrían ser más controvertidas. Algunos científicos imaginan el día en que se utilicen escáneres cerebrales para estimar el coeficiente intelectual. Sandra F. Witelson, neurocientífica de la Facultad de Medicina Michael G. DeGroote de la Universidad McMaster en Ontario, dice: No es una suposición descabellada decir que en algún momento en el futuro, los escáneres cerebrales serán parte de un grupo de herramientas que intentan Indique en qué nivel va a estar la habilidad de alguien.

Cerebros grandes
El neurocientífico Paul Thompson es uno de esos investigadores que estudian la estructura del cerebro y el coeficiente intelectual, pero eso no era lo que planeaba cuando comenzó su laboratorio en UCLA: se centró en la ola de cambios en el cerebro que caracterizan el Alzheimer y la esquizofrenia. Debido a que ambas enfermedades acompañan a graves déficits cognitivos, Thompson y sus colaboradores probaron la función cognitiva en sus sujetos. Cuando comenzaron a buscar más de cerca las variables que se correlacionaran con la estructura del cerebro, encontraron que la inteligencia parecía estar entre las más importantes. El coeficiente intelectual llegó como un factor clave que determina cómo se ve el cerebro, dice Thompson.

Los científicos que estudian la inteligencia generalmente la definen en términos comparativos, como una capacidad cognitiva general medida frente a una media. Un factor de inteligencia general cuantificable, conocido como g, se puede extraer estadísticamente de los puntajes de una batería de pruebas de inteligencia. Si bien algunas personas tienen claramente áreas particulares de talento, aquellos que obtienen buenos puntajes en una prueba probablemente también obtengan buenos puntajes en otras, lo que refleja una mejor puntuación. gramo .

Los investigadores aún tienen que encontrar una explicación neuronal simple para gramo . En 2001, Thompson demostró que se correlaciona con el volumen en la corteza frontal, un resultado consistente con una serie de estudios que han relacionado la inteligencia con el tamaño general del cerebro. Pero el tamaño es una medida burda: aunque los cerebros más grandes pueden ser más inteligentes en promedio, no está claro si eso se debe a que tienen más células nerviosas, más conexiones entre células o más fibras que transportan señales neuronales. Cualquiera de estos factores puede resultar en un cerebro más grande o una corteza más gruesa, pero ninguna de estas cosas es necesaria para una gran inteligencia. Los estudios del cerebro de Albert Einstein, por ejemplo, han encontrado que era de tamaño típico, o incluso un poco pequeño. (Faltaba una arruga en el lóbulo parietal inferior, que está detrás de la corteza frontal; algunos han especulado que esta peculiaridad permitió que las neuronas en esa región se comunicaran de manera más efectiva).

A medida que las imágenes cerebrales estructurales se han vuelto más sofisticadas, los científicos se han centrado en secciones del cerebro involucradas en tareas específicas, incluido el procesamiento sensorial, la memoria, la atención y la toma de decisiones. Sin embargo, diferentes estudios han conectado diferentes áreas con la inteligencia, lo que dificulta llegar a una conclusión general sobre su base anatómica.

Pero, ¿y si la clave de la inteligencia no es un área individual del cerebro ni su volumen total, sino la red a través de la cual se transmite e integra la información? En 2007, Jung y Richard Haier, ahora profesor emérito de psicología en la Universidad de California, Irvine, desarrollaron la primera teoría integral extraída de la neuroimagen de cómo el cerebro da lugar a la inteligencia. Recopilando información de 37 artículos publicados que habían utilizado imágenes para estudiar la inteligencia, trazaron un mapa de las áreas del cerebro que se habían identificado en al menos un tercio de los estudios para esbozar una red de regiones que abarcan los lóbulos frontal y parietal.

La red consta de unos 10 nodos, o grupos de células, que se han relacionado con la atención, la memoria de trabajo y el reconocimiento facial, entre otras funciones cognitivas. Aplicando las teorías existentes sobre cómo fluye la información en el cerebro, Jung y Haier plantearon la hipótesis de que las señales neuronales viajan desde los nodos cerca de la parte posterior del cerebro, donde se recopilan y sintetizan los datos sensoriales, hasta los de los lóbulos frontales, que son responsables de la toma de decisiones y planificación. Las conexiones entre estos nodos, argumentaron, son tan críticas como los nodos mismos. Si los nodos de una red no se comunican de manera efectiva y eficiente, entonces la red no funcionará de manera eficiente, dice Jung.

La teoría era provocativa, pero los datos utilizados para desarrollarla tenían una limitación importante: los estudios publicados se habían centrado principalmente en la materia gris. En cuanto a la materia blanca de conexión, Jung y Haier dedujeron sus trayectorias a partir de las ubicaciones de los nodos clave y los mapas existentes de anatomía neural. No miraron directamente la materia blanca en sí, en gran parte porque carecían de la tecnología para hacerlo.

Conexiones
Por volumen, la materia gris constituye aproximadamente la mitad del cerebro humano. La otra mitad es materia blanca, que consiste en proyecciones neurales en forma de filamentos envueltas en un material graso llamado mielina; una proporción tan alta de materia blanca parece ser exclusiva de los humanos. A medida que evolucionamos de gusanos a humanos, dice George Bartzokis, profesor de psiquiatría en UCLA, la cantidad de células no neuronales en el cerebro aumentó 50 veces más que la cantidad de neuronas. Añade: Mi hipótesis siempre ha sido que lo que nos da nuestra capacidad cognitiva no es en realidad el número de neuronas, que puede variar enormemente entre los individuos humanos, sino más bien la calidad de nuestras conexiones.

Gracias a su capa de aislamiento, que evita la fuga de impulsos eléctricos, las fibras nerviosas mielinizadas pueden enviar señales unas 100 veces más rápido que las amielínicas. La mielina también permite que se envíe más información por segundo al reducir el tiempo de espera entre señales. El resultado es que las neuronas pueden procesar 3000 veces más información de lo que sería posible de otro modo. Bartzokis cree que esa capacidad es crucial para hablar y procesar el lenguaje.

El tipo de resonancia magnética que se usa normalmente para las exploraciones médicas no muestra los detalles más finos de la materia blanca del cerebro. Pero con una técnica llamada imágenes por tensor de difusión (DTI), que utiliza el imán del escáner para rastrear el movimiento de las moléculas de agua en el cerebro, los científicos han desarrollado formas de trazar el cableado neural en detalle. Mientras que el agua se mueve aleatoriamente dentro de la mayor parte del tejido cerebral, fluye a lo largo de las fibras neuronales aisladas como una corriente a través de un cable.

La mayoría de los escáneres DTI dividen la imagen de resonancia magnética en áreas diminutas y miden la difusión de moléculas de agua a través de cada una en seis a 12 direcciones, lo cual es suficiente para detectar haces gruesos de fibras neurales. Pero los lugares donde el cableado se superpone aparecen borrosos. Las variaciones más recientes de la difusión de imágenes miden la difusión en 50 a 500 direcciones. Los algoritmos informáticos sintetizan estos datos en una imagen tridimensional que muestra las rutas más probables de las fibras nerviosas a través de cada área, y luego unen la información de múltiples puntos para crear un mapa de cableado.

La fuerza de la señal de difusión (la medida en que revela una dirección clara) se utiliza para medir qué tan organizadas están las fibras de la sustancia blanca. Una señal de difusión más fuerte puede indicar más fibras o mielina más espesa; los científicos aún no lo saben. Pero los nuevos métodos de difusión de imágenes han revelado una fuerte correlación entre la fuerza de esta señal, a lo que los investigadores se refieren como la integridad de la materia blanca, y el rendimiento en una prueba de coeficiente intelectual estándar. DTI resulta ser una de las medidas de resonancia magnética más sensibles que tenemos para la función cognitiva, dice Vincent Schmithorst, neurocientífico del Hospital Infantil de Cincinnati.

Thompson se refiere a sus mapas de difusión como imágenes de velocidad mental. Investigaciones anteriores han relacionado repetidamente el coeficiente intelectual con la velocidad de procesamiento, y otros estudios muestran que la velocidad de procesamiento, a su vez, está estrechamente relacionada con la calidad de la materia blanca. ¿Significa eso que la inteligencia está determinada por la rapidez con que funciona el cerebro? Si es así, ¿encontrar la clave para la velocidad de procesamiento en el cerebro significa que los investigadores finalmente han encontrado el secreto de la inteligencia?

En realidad, la velocidad probablemente no sea el único factor determinante del coeficiente intelectual. Una de las cosas que es importante para el coeficiente intelectual es la función del lóbulo frontal, que está involucrada en la planificación, la toma de decisiones y la ponderación de la evidencia, dice Thompson. No creo que esas habilidades dependan por completo de la velocidad mental.

Algunas de las teorías más recientes de la inteligencia sugieren que el factor crucial puede ser la eficiencia con la que la información se mueve por el cerebro, en lugar de la rapidez con la que se mueve. En un estudio reciente dirigido por Martijn P. van den Heuvel, neurocientífico del Centro Médico Universitario de Utrecht, en los Países Bajos, los investigadores definieron la eficiencia como la cantidad de enlaces necesarios para llegar de un nodo a otro, tanto en áreas específicas del cerebro como en todas sobre el cerebro. Así como un vuelo directo de París a Chicago se consideraría más eficiente que uno con escala en Londres, un enlace directo entre dos partes del cerebro sería más eficiente que una ruta indirecta.

Difusión de trazado: Las moléculas de agua en el cerebro se difunden a lo largo de los cables neuronales, lo que permite a los científicos crear, esencialmente, diagramas de circuitos. Primero, se calculan las direcciones de difusión más probables para cada parche de dos milímetros cúbicos del cerebro, generando formas tridimensionales para cada punto, como se muestra arriba. Un software especializado calcula la ruta de los cables neuronales sobre la base de estas formas. Este método puede distinguir cables superpuestos, mientras que las imágenes más convencionales no pueden.

Van den Heuvel y sus colegas descubrieron que las personas con un coeficiente intelectual superior a lo normal de 120 o más tenían las redes cerebrales más eficientes. Nuestra hipótesis es que el coeficiente intelectual se trata de cómo el cerebro humano puede integrar diferentes tipos de información, con qué facilidad puede obtener información de una región del cerebro a otra, dice van den Heuvel. Estos patrones de actividad están muy influenciados por las estructuras de la materia blanca en el cerebro, cómo está conectado el cerebro.

Richard Haier y sus colaboradores ahora están trabajando en un nuevo método para medir el flujo de información alrededor del cerebro usando magnetoencefalografía o MEG. MEG mide las fluctuaciones magnéticas alrededor de las neuronas a medida que se disparan, lo que permite a los científicos rastrear la secuencia de señales neuronales a escala de milisegundos en el cerebro a medida que las personas realizan diferentes tareas, como presionar un botón en respuesta a una luz. Los investigadores esperan descubrir cómo el flujo de estas señales difiere con la inteligencia, si las personas más inteligentes siguen la misma secuencia pero más rápido, por ejemplo, o si sus cerebros se saltan algunos pasos en un circuito. Cuando agrega la sincronización de los nodos y las redes, dice Jung, entonces realmente estamos hablando de cómo funciona el cerebro en tiempo real.

Mejorando el coeficiente intelectual
Si la materia blanca juega un papel clave en la inteligencia, ¿hay alguna forma de mejorarla? ¿Nos da formas de hacernos más inteligentes o de ayudar a las personas con trastornos neurológicos y psiquiátricos que afectan las habilidades cognitivas?

Es probable que la calidad de la materia blanca esté determinada genéticamente, al menos en parte, y, por tanto, sea difícil de cambiar. El tamaño del cuerpo calloso, las extensiones gruesas de materia blanca que conectan los dos hemisferios del cerebro, es genético en un 95 por ciento. Y aproximadamente el 85 por ciento de la variación de la materia blanca en los lóbulos parietales, que están involucrados en la lógica y las habilidades visoespaciales, se puede atribuir a la genética, según Thompson. Pero solo alrededor del 45 por ciento de la variación en los lóbulos temporales, que juegan un papel central en el aprendizaje y la memoria, parece heredarse.

Thompson ahora está tratando de identificar genes específicos que están relacionados con la calidad de la materia blanca. El principal candidato hasta ahora es un gen de una proteína llamada BDNF, que promueve el crecimiento celular. Las personas con una variación tienen fibras mejor organizadas, dice.

Pero los factores ambientales también influyen. Los roedores criados en un ambiente estimulante tienen más materia blanca. Y la investigación sugiere que la aparente diferencia de coeficiente intelectual entre las personas que fueron amamantadas y alimentadas con biberón cuando eran bebés puede surgir porque la leche materna contiene omega-3, ácidos grasos involucrados en la producción de mielina; como resultado, algunas fórmulas para bebés ahora incluyen estos compuestos.

La esperanza permanece para aquellos que pasaron la etapa de la fórmula para bebés hace mucho tiempo. Aunque el cerebro adulto no es tan maleable como un cerebro joven y, por lo tanto, es menos fácil de influir por factores ambientales, cada vez hay más pruebas de que el cerebro adulto sigue siendo notablemente plástico. Los científicos aún no han estudiado la materia blanca lo suficiente como para saber cómo mejorarla directamente, especialmente en personas sanas. Pero se ha demostrado que el ejercicio, la dieta y la actividad mental mejoran la salud del cerebro y disminuyen el riesgo de demencia, un trastorno que se ha relacionado con el daño de la materia blanca. Y otros estudios han demostrado que solo unos meses de practicar una nueva habilidad pueden agrandar ciertas partes del cerebro, incluidas partes de la corteza frontal involucradas en la planificación motora y partes de los lóbulos temporales que integran elementos visuales, auditivos, táctiles y fisiológicos internos. información. Se están realizando estudios similares sobre formas de mejorar la calidad de la materia blanca.

Aunque mirar imágenes de mi propia materia blanca fue fascinante, no fue muy esclarecedor. El escaneo no me dio ninguna indicación de cuán eficientes o flexibles son mis procesos mentales. Y, me dijeron los investigadores, ni siquiera el neuroanatomista más astuto podría obtener una idea general de mis capacidades cognitivas a partir de mi escáner cerebral.

Aprender más sobre el papel de la materia blanca en la inteligencia dará a los científicos una imagen más completa de cómo la anatomía del cerebro influye en la cognición. Podría ayudar a explicar cómo cerebros estructurados de manera diferente pueden producir el mismo coeficiente intelectual, o si patrones particulares (materia blanca espesa aquí, una gran parte de materia gris allí) están vinculados a fortalezas y debilidades cognitivas particulares. Uno de los hallazgos clave que ha surgido de la última década de estudios de inteligencia es el hecho de que el cerebro puede generar la misma puntuación de CI de varias formas, dice Haier. La inteligencia se caracteriza por diferencias individuales en el aprendizaje, la memoria y la atención y cómo se integran en cada individuo. Haier prevé un día en el que los escáneres cerebrales puedan alertar a los profesores sobre las fortalezas y debilidades cognitivas de cada alumno, de modo que las lecciones puedan adaptarse individualmente. Podría ser posible obtener la misma información a partir de pruebas cognitivas exhaustivas, pero estas pruebas son poco frecuentes porque son caras y requieren mucho tiempo. Un escáner cerebral de 15 minutos, por otro lado, podría aplicarse de manera mucho más amplia.

Aunque todavía no es posible estimar el coeficiente intelectual de una persona a partir de un escáner cerebral, algunos científicos dicen que es posible que ese día no esté muy lejos. Para un ejemplo muy simple, dice Haier, suponga que la cantidad total de materia gris en varias áreas es una buena correlación del coeficiente intelectual, y esta correlación mejora si agregamos información de escaneo adicional, tal vez la cantidad de materia blanca en otras áreas o la cantidad de activación en determinadas áreas mientras se resuelve un problema. Todavía no sabemos qué combinación de parámetros cerebrales será más predictiva del coeficiente intelectual psicométrico u otros factores de inteligencia o habilidades mentales, pero sabemos cómo averiguarlo. Una vez que haya fondos disponibles para escanear muestras muy grandes con múltiples técnicas y probar a todos con una batería de medidas psicométricas, es solo cuestión de tiempo.

Eso podría ser una bendición para los médicos que trabajan con pacientes con Alzheimer u otras personas que padecen enfermedades que causan daño cognitivo. Sin embargo, algunos expertos temen que cree la sensación de que las habilidades de las personas están completamente predeterminadas. Los científicos que trabajan en el campo argumentan que usar un escáner cerebral para cuantificar la inteligencia no es realmente diferente de usar una prueba estandarizada como el SAT. Pero debido a que un escáner cerebral mide una propiedad física, es probable que suscite aún más preocupación que los métodos de prueba actuales. Si puede estimar el coeficiente intelectual de una persona a partir de un escáner cerebral, incluso si no es más predictivo que un [puntaje] SAT, da la ilusión de que su futuro está fijo, dice Karama.

En verdad, todavía no está claro que los escáneres cerebrales sean mejores que los puntajes del SAT para predecir la función cognitiva de un individuo, o el éxito en la escuela, la carrera o la vida. Su valor dependerá de lo que hagamos con ellos. Quizás, al igual que con el SAT, se desarrollarán cursos de capacitación para ayudar a las personas a mejorar sus puntajes, para hacer un mejor uso de la red de conexiones en sus cerebros. Dice Frew de UCLA, no es solo la herramienta. Es lo bien que lo estamos usando.

Emily Singer es Revisión de tecnología Editor senior de biomedicina.

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