Suzana Herculano-Houzel pasó la mayor parte de 2003 perfeccionando una macabra receta: la fórmula de la sopa de cerebro. A veces, congelaba el tejido en nitrógeno líquido y luego lo licuaba en una licuadora. Otras veces lo ponía en remojo en formol y luego lo machacaba en detergente, obteniendo una papilla suave y rosada.

Herculano-Houzel había terminado su doctorado en neurociencia varios años antes, y en 2002 había empezado a trabajar como profesora adjunta en la Universidad Federal de Río de Janeiro, en Brasil. No contaba con financiación ni con un laboratorio propio, sólo con unos metros de mostrador prestados por un colega.

«Me interesaban las preguntas que podían responderse con muy poco dinero y muy poca tecnología», recuerda. Aun así, tuvo una idea audaz. Con un poco de esfuerzo -y suerte- esperaba lograr con su proyecto de batidora de cocina algo que había atormentado a los científicos durante más de un siglo: contar el número de células del cerebro -no sólo del cerebro humano, sino también de los cerebros de titíes, monos macacos, musarañas, jirafas, elefantes y docenas de otros mamíferos.

Su método podría haber parecido descuidadamente destructivo al principio. ¿Cómo podría la aniquilación de un órgano tan frágil y complejo proporcionar alguna información útil? Sin embargo, 15 años después, el trabajo de Herculano-Houzel y su equipo ha dado un vuelco a algunas ideas largamente sostenidas sobre la evolución de la mente humana. Está ayudando a revelar los principios fundamentales del diseño de los cerebros y la base biológica de la inteligencia: por qué algunos cerebros grandes conducen a una mayor inteligencia mientras que otros no proporcionan ningún beneficio. Su trabajo ha desvelado un sutil cambio en la organización del cerebro que se produjo hace más de 60 millones de años, poco después de que los primates se separaran de sus primos roedores. Puede que fuera un cambio minúsculo, pero sin él, los humanos nunca habrían podido evolucionar.

Las preguntas a las que Herculano-Houzel trató de dar respuesta se remontan a hace más de 100 años, cuando los científicos estaban empezando a estudiar la relación entre el tamaño del cerebro y la inteligencia.

En agosto de 1891, unos obreros que trabajaban para el anatomista holandés Eugène Dubois comenzaron a excavar zanjas a lo largo de la orilla de un río escarpado en la isla indonesia de Java. Dubois esperaba encontrar restos de los primeros homínidos.

En el transcurso de 15 meses, las capas de piedra arenisca y grava volcánica endurecida arrojaron huesos petrificados de elefantes y rinocerontes y, lo que es más importante, el cráneo, el fémur izquierdo y dos molares de una criatura de aspecto humano que se cree que murió hace casi un millón de años. Ese espécimen, llamado Pithecanthropus erectus, y más tarde hombre de Java, acabaría siendo conocido como el primer ejemplo de Homo erectus.

Dubois se propuso inferir la inteligencia de este primitivo homínido. Pero sólo disponía de tres fragmentos de información aparentemente relevante: el tamaño estimado de su cerebro, su estatura y su peso corporal. ¿Sería esto suficiente?

Los zoólogos habían observado durante mucho tiempo que cuando comparaban diferentes especies de animales, aquellos con cuerpos más grandes tenían cerebros más grandes. Parecía como si la relación entre el peso del cerebro y el del cuerpo estuviera regida por una ley matemática. Para empezar, Dubois se propuso identificar esa ley. Reunió los pesos del cerebro y del cuerpo de varias docenas de especies animales (medidos por otros científicos) y, a partir de ellos, calculó la velocidad matemática a la que se expande el tamaño del cerebro en relación con el del cuerpo. Este ejercicio pareció revelar que, en todos los vertebrados, el cerebro realmente se expande a un ritmo similar en relación con el tamaño del cuerpo.

Dubois razonó que, a medida que aumenta el tamaño del cuerpo, el cerebro debe expandirse por razones de mantenimiento neuronal: Los animales más grandes deberían requerir más neuronas sólo para mantenerse al día con las tareas de montaje del funcionamiento de un cuerpo más grande. En su opinión, este aumento del tamaño del cerebro no aportaría nada a la inteligencia. Después de todo, una vaca tiene un cerebro al menos 200 veces mayor que el de una rata, pero no parece más inteligente. Pero las desviaciones de esa línea matemática, pensaba Dubois, reflejarían la inteligencia de un animal. Las especies con cerebros más grandes que los previstos serían más inteligentes que la media, mientras que aquellas con cerebros más pequeños que los previstos serían más tontas. Los cálculos de Dubois sugirieron que su hombre de Java era, en efecto, un animal inteligente, con un tamaño cerebral relativo -y una inteligencia- que se situaba en algún punto entre los humanos modernos y los chimpancés.

La fórmula de Dubois fue revisada posteriormente por otros científicos, pero su enfoque general, que llegó a conocerse como «escala alométrica», persistió. Estimaciones más modernas han sugerido que la masa cerebral de los mamíferos aumenta en un exponente de dos tercios en comparación con la masa corporal. Así, un perro salchicha, que pesa aproximadamente 27 veces más que una ardilla, debería tener un cerebro unas 9 veces mayor, y de hecho, lo tiene. Este concepto de escala alométrica impregnó el debate sobre la relación entre el cerebro y la inteligencia durante los siguientes cien años.

Al ver esta relación uniforme entre el cuerpo y la masa cerebral, los científicos desarrollaron una nueva medida llamada cociente de encefalización (EQ). El cociente de encefalización es la relación entre la masa cerebral real de una especie y su masa cerebral prevista. Se ha convertido en una abreviatura de la inteligencia. Como era de esperar, los seres humanos lideraron el grupo con un cociente de 7,4 a 7,8, seguidos por otras especies de alto rendimiento como los delfines (alrededor de 5), los chimpancés (2,2 a 2,5) y los monos ardilla (aproximadamente 2,3). Los perros y los gatos se sitúan en medio del pelotón, con un coeficiente intelectual de entre 1,0 y 1,2, mientras que las ratas, los conejos y los bueyes se sitúan a la cola, con valores de entre 0,4 y 0,5. Esta forma de pensar sobre el cerebro y la inteligencia ha sido «muy, muy dominante» durante décadas, dice Evan MacLean, antropólogo evolutivo de la Universidad de Arizona en Tucson. «Es una especie de idea fundamental»

Este paradigma seguía vigente cuando Herculano-Houzel cursaba sus estudios de posgrado en la década de 1990. «La intuición que había detrás tenía mucho sentido», dice. Cuando empezó a tratar de contar neuronas a principios de la década de 2000, se imaginó a sí misma añadiendo simplemente una capa de matiz a la conversación. No esperaba necesariamente socavarla.

A principios de la década de 2000, los científicos ya llevaban décadas contando neuronas. Era un trabajo lento y minucioso, que solía realizarse cortando el tejido cerebral en rodajas ultrafinas parecidas al prosciutto y observándolas al microscopio. Los investigadores solían contar cientos de células por corte. Contar un número suficiente de neuronas para estimar el número medio de células de una sola especie requería mucho tiempo y los resultados eran a menudo inciertos. Cada célula nerviosa está ramificada como un roble retorcido; sus extremidades y ramitas se entrecruzan con las de otras células, lo que hace difícil saber dónde acaba una célula y empieza otra.

Este es el problema que Herculano-Houzel se propuso resolver. A principios de 2003, se dio cuenta de que la mejor manera de contar las células nerviosas en el tejido cerebral podría ser eliminar la complejidad por completo. Se le ocurrió que cada célula nerviosa, por muy ramificada y contorsionada que estuviera, debería contener sólo un núcleo, la pequeña esfera que contiene el ADN de la célula. Todo lo que tenía que hacer era encontrar una manera de disolver el tejido cerebral manteniendo los núcleos intactos. Entonces podría contar los núcleos para saber cuántas células había; sería tan sencillo como contar fichas en un tablero de ajedrez.

Después de 18 meses, se decantó por un procedimiento que consistía en endurecer el tejido cerebral con formaldehído y luego machacarlo suavemente con detergente -empujando repetidamente un émbolo en el tubo de cristal, girándolo a medida que avanzaba, hasta obtener una pasta uniforme. Diluyó el líquido, exprimió una gota en un portaobjetos de cristal y la observó al microscopio. Una constelación de puntos azules se esparcía por su campo de visión: los núcleos celulares, iluminados con un tinte de unión al ADN. Al teñir los núcleos con un segundo colorante, que se une a proteínas nerviosas especializadas, pudo contar cuántos de ellos procedían de células nerviosas -las células que realmente procesan la información en el cerebro- en lugar de otros tipos de células que se encuentran en el tejido cerebral.

Herculano-Houzel contó unos cientos de células nerviosas en el transcurso de 15 minutos; al multiplicar este número por el volumen total del líquido, pudo calcular un dato totalmente nuevo: Un cerebro de rata entero contiene unos 200 millones de células nerviosas.

Examinó los cerebros de otros cinco roedores, desde el ratón de 40 gramos hasta el carpincho de 48 kilos (el roedor más grande del mundo, originario de Brasil, país de origen de Herculano-Houzel). Sus resultados revelaron que, a medida que los cerebros se hacen más grandes y pesados de una especie de roedor a otra, el número de neuronas crece más lentamente que la masa del propio cerebro: El cerebro de un carpincho es 190 veces más grande que el de un ratón, pero sólo tiene 22 veces más neuronas.

Después, en 2006, Herculano-Houzel tuvo en sus manos los cerebros de seis especies de primates durante una visita con Jon Kaas, un científico del cerebro de la Universidad de Vanderbilt en Nashville, Tennessee. Y aquí es donde las cosas se pusieron aún más interesantes.

Lo que Herculano-Houzel encontró en estos primates era totalmente diferente a los roedores. «Los cerebros de los primates tenían muchas más neuronas de las que esperábamos», dice. «Estaba ahí, mirándonos a la cara».

Herculano-Houzel vio una clara tendencia matemática entre estas seis especies que viven hoy en día: A medida que el cerebro de los primates se expande de una especie a otra, el número de neuronas aumenta lo suficientemente rápido como para seguir el ritmo del crecimiento del tamaño del cerebro. Esto significa que las neuronas no aumentan de tamaño ni ocupan más espacio, como ocurre en los roedores. Por el contrario, se mantienen compactas. Un mono lechuza, con un cerebro dos veces más grande que el de un tití, tiene en realidad el doble de neuronas, mientras que duplicar el tamaño de un cerebro de roedor suele producir sólo un 20 o 30 por ciento más de neuronas. Y un mono macaco, con un cerebro 11 veces mayor que el de un tití, tiene 10 veces más células nerviosas.

La suposición que todo el mundo había estado haciendo, de que los cerebros de las diferentes especies de mamíferos crecían de la misma manera, «era obviamente errónea», dice Herculano-Houzel. Los cerebros de los primates eran muy diferentes a los de los roedores.

Herculano-Houzel publicó estos primeros resultados sobre primates no humanos con Kaas y otros dos coautores en 2007. Y en 2009, confirmó que este patrón es válido desde los primates de cerebro pequeño hasta los humanos: Con unos 1.500 gramos, el cerebro humano pesa 190 veces más que el de un tití y contiene 134 veces más células nerviosas, unos 86.000 millones en total. Sus estudios posteriores, publicados entre 2009 y 2017, sugieren que otros grandes grupos de mamíferos, como los insectívoros y los artiodáctilos de pezuña hendida (como los cerdos, los antílopes y las jirafas), siguen el patrón de escala de los roedores, con un número de neuronas que aumenta mucho más lentamente que la masa cerebral. «Hay una gran diferencia entre los primates y los no primates», dice Herculano-Houzel, que se trasladó a la Universidad de Vanderbilt en 2016.

Sus resultados no revelaron el proceso exacto de evolución que condujo al cerebro humano moderno. Después de todo, solo pudo contar las células cerebrales de las especies que existen en la actualidad, y como están vivas hoy, no son ancestros humanos. Pero al estudiar diversos cerebros, desde los más pequeños hasta los más grandes, Herculano-Houzel aprendió los principios de diseño de los cerebros. Llegó a comprender que los cerebros de los primates y de los roedores se enfrentaban a limitaciones muy diferentes en la forma en que podían evolucionar.

Personas de la comunidad antropológica han respondido positivamente a su trabajo, aunque con un toque de precaución. Robert Barton, antropólogo que estudia la evolución del cerebro y el comportamiento en la Universidad de Durham (Reino Unido), está convencido de que las neuronas están más densamente empaquetadas en los cerebros de los primates que en los de otros mamíferos. Pero aún no está convencido de que la línea de tendencia matemática -el ritmo al que los cerebros añaden nuevas neuronas a medida que aumentan de tamaño de una especie a otra- sea mayor en los primates en comparación con otros mamíferos. «Me gustaría ver más datos antes de creerlo completamente», dice. Señala que Herculano-Houzel ha estudiado hasta ahora los cerebros de alrededor de una docena, de entre varios cientos de especies de primates conocidas.

Pero los resultados de Herculano-Houzel ya han asestado un duro golpe a la sabiduría convencional. Los científicos que han calculado los coeficientes de inteligencia han asumido que estaban haciendo comparaciones entre manzanas, que la relación entre el tamaño del cerebro y el número de neuronas era uniforme en todos los mamíferos. Herculano-Houzel demostró que no era así.

«Es una idea brillante», dice MacLean, que ha pasado años estudiando las capacidades intelectuales de los animales. «Ha hecho avanzar enormemente el campo».

El propio trabajo de MacLean también ha socavado la universalidad de la Inteligencia Emocional. Su estudio, publicado con un gran consorcio de coautores en 2014, comparó los cerebros y las capacidades cognitivas de 36 especies animales -incluidos 23 primates y una pizca de otros mamíferos, y siete aves-. MacLean los evaluó en función de su capacidad de control de los impulsos (medida, por ejemplo, por la capacidad de un animal de alcanzar tranquilamente una barrera transparente para obtener algo de comida, en lugar de estrellarse contra ella en un agarre impulsivo). El control de los impulsos es un componente importante de la inteligencia, que, a diferencia de las habilidades de álgebra, puede medirse en diversas especies.

MacLean descubrió que la Inteligencia Emocional hacía un mal trabajo al predecir esta cualidad. Los chimpancés y los gorilas tienen un coeficiente intelectual mediocre, de 1,5 a 2,5, pero, dice MacLean, «les fue súper bien . Estaban en lo más alto». Los monos ardilla, por su parte, obtuvieron una puntuación mucho peor que los chimpancés y los gorilas en cuanto a autocontrol, a pesar de que esta especie tiene un coeficiente intelectual de 2,3.

A pesar de un muestreo relativamente pequeño de animales y una gran dispersión en los datos, MacLean descubrió que el mejor predictor del autocontrol era el volumen cerebral absoluto, sin corregir por el tamaño del cuerpo: Los chimpancés y los gorilas pueden tener un coeficiente intelectual no mejor que el de los monos ardilla, pero sus cerebros, en términos absolutos, son de 15 a 20 veces más grandes. (Sus coeficientes intelectuales pueden estar desviados porque tienen cuerpos inusualmente grandes, no cerebros pequeños). Para los primates, un cerebro más grande era un cerebro mejor, independientemente del tamaño del animal. (También fue el caso de las aves.)

En 2017, Herculano-Houzel publicó un estudio en el que observó las mismas mediciones del control de los impulsos que había utilizado MacLean, pero las comparó con una nueva variable: el número de neuronas que cada especie tiene en su corteza cerebral -la capa superior del tejido cerebral, a menudo plegada, que realiza funciones cognitivas avanzadas, como el reconocimiento de objetos-. Herculano-Houzel descubrió que el número de neuronas corticales predecía el autocontrol casi tan bien como el tamaño absoluto del cerebro en el estudio de MacLean, y también suavizó un fallo importante en sus resultados: Las aves pueden tener cerebros diminutos, pero Herculano-Houzel descubrió que esos cerebros están densamente empaquetados. El arrendajo euroasiático tiene un cerebro más pequeño que una nuez, pero cuenta con casi 530 millones de neuronas en su palio (la estructura cerebral de las aves que equivale aproximadamente a la corteza de los mamíferos). Sus cifras proporcionaron una explicación convincente de por qué estas aves obtuvieron mejores resultados en el control de los impulsos que algunos primates con cerebros cinco veces más grandes.

«El factor más sencillo e importante que debería limitar la capacidad cognitiva», concluye Herculano-Houzel, «es el número de neuronas que un animal tiene en la corteza.»

Si el secreto de la inteligencia es simplemente tener más neuronas, entonces uno podría preguntarse por qué los roedores y otros mamíferos no evolucionaron simplemente cerebros más grandes para acomodar sus neuronas más grandes. La razón es que el aumento del tamaño de las neuronas presenta un problema asombroso. A la larga se vuelve insostenible. Pensemos en un hipotético roedor con el mismo número de neuronas que un ser humano, unos 86.000 millones. Esa bestia tendría que arrastrar un cerebro de 35 kilos. Eso es casi 25 veces más grande que un cerebro humano, casi tan pesado como nueve galones de agua. «Es biológicamente inverosímil», dice MacLean. Sería una locura: no se podría caminar».

Este problema de abultamiento del tamaño de las neuronas fue probablemente uno de los principales factores que limitaron la expansión del cerebro en la mayoría de las especies. La pregunta candente es cómo los primates consiguieron evitar este problema.

La maldición habitual de un tamaño de neuronas cada vez mayor puede provenir del hecho básico de que los cerebros funcionan como redes en las que las neuronas individuales se envían señales unas a otras. A medida que los cerebros crecen, cada célula nerviosa debe estar conectada con más y más neuronas. Y en los cerebros más grandes, esas otras neuronas se encuentran cada vez más lejos.

«Esos son los problemas que hay que resolver cuando se agrandan los cerebros», dice Kaas, que colabora a menudo con Herculano-Houzel. Su hipótesis es que los roedores y la mayoría de los otros mamíferos abordaron estos problemas de una manera sencilla: haciendo crecer los cables de comunicación, llamados axones, que son más largos, lo que hace que cada neurona ocupe más espacio.

En 2013, Herculano-Houzel encontró pruebas de esta teoría al observar la materia blanca en los cerebros de cinco especies de roedores y nueve de primates. La materia blanca contiene gran parte del cableado del cerebro, es decir, los axones recubiertos de grasa que las neuronas corticales utilizan para establecer conexiones a larga distancia. Su trabajo demostró que el volumen de materia blanca crece mucho más rápido en las especies de roedores con cerebros más grandes que en los primates. Un roedor de gran tamaño llamado agutí tiene ocho veces más células nerviosas corticales que un ratón, mientras que su materia blanca ocupa la asombrosa cantidad de 77 veces más espacio. Pero un mono capuchino, con ocho veces más neuronas corticales que un pequeño primate llamado galago, sólo tiene 11 veces más materia blanca.

Así que, a medida que los cerebros de los roedores aumentan de tamaño, hay que dedicar cada vez más volumen cerebral a los cables que simplemente transmiten la información. Esos cables no sólo son más largos, sino también más gruesos, lo que permite que las señales viajen a mayor velocidad, para compensar las mayores distancias que tienen que cubrir. Como resultado, cada vez hay menos espacio disponible para las células nerviosas que hacen el importante trabajo de procesar realmente la información.

En otras palabras, el fracaso de los roedores es que sus cerebros no se adaptan bien a los problemas de ser grandes. No compensan eficazmente los cuellos de botella en la comunicación que surgen a medida que los cerebros aumentan de tamaño. Esta restricción ha limitado gravemente su capacidad de inteligencia.

Los primates, en cambio, sí se adaptan a estos retos. A medida que los cerebros de los primates aumentan de tamaño de una especie a otra, sus esquemas cambian gradualmente, lo que les permite sortear el problema de la comunicación a larga distancia.

Kaas cree que los primates consiguieron mantener la mayoría de sus neuronas del mismo tamaño al trasladar la carga de la comunicación a larga distancia a un pequeño subconjunto de células nerviosas. Señala que los estudios microscópicos muestran que tal vez el 1% de las neuronas se expanden en los primates de cerebro grande: Se trata de las neuronas que recogen información de un gran número de células cercanas y la envían a otras neuronas que están lejos. Algunos de los axones que realizan estas conexiones de larga distancia también se engrosan; esto permite que la información sensible al tiempo, como una imagen visual de un depredador o una presa que se mueve rápidamente, llegue a su destino sin demora. Pero la información menos urgente -es decir, la mayor parte- se envía a través de axones más lentos y delgados. Así que en los primates, el grosor medio de los axones no aumenta, y se necesita menos materia blanca.

Este patrón de mantener la mayoría de las conexiones locales, y hacer que sólo unas pocas células transmitan información a larga distancia, tuvo enormes consecuencias para la evolución de los primates. No sólo permitió que los cerebros de los primates tuvieran más neuronas. Kaas cree que también tuvo un efecto más profundo: cambió la forma en que el cerebro hace su trabajo. Dado que la mayoría de las células sólo se comunicaban con las cercanas, estos grupos de neuronas se enclaustraron en barrios locales. Las neuronas de cada barrio trabajaban en una tarea específica y sólo el resultado final de ese trabajo se transmitía a otras áreas lejanas. En otras palabras, el cerebro de los primates se fue compartimentando. Y a medida que estas áreas locales aumentaron en número, este cambio organizativo permitió a los primates evolucionar más y más habilidades cognitivas.

Todos los cerebros de los mamíferos están divididos en compartimentos, llamados «áreas corticales», que contienen cada uno unos pocos millones de neuronas. Y cada área cortical se encarga de una tarea especializada: El sistema visual, por ejemplo, incluye diferentes áreas para detectar los bordes simples de las formas y para reconocer objetos. Los cerebros de los roedores no parecen estar más compartimentados a medida que aumentan de tamaño, dice Kaas. Todos los roedores, desde los ratones pequeños hasta los carpinchos del tamaño de un Doberman, tienen aproximadamente el mismo número de áreas corticales: unas 40. Pero los cerebros de los primates son diferentes. Los primates pequeños, como los galagos, tienen unas 100 áreas; los titíes, unas 170; los macacos, unas 270; y los humanos, unas 360.

En los primates, algunas de estas nuevas áreas se encargaron de tareas sociales novedosas, como el reconocimiento de caras y de las emociones de los demás, y el aprendizaje del lenguaje escrito o hablado, las mismas habilidades que ayudaron a impulsar la evolución de la cultura de los homínidos y, posiblemente, la inteligencia humana. «Los primates con cerebros grandes tienen un procesamiento realmente superior», dice Kaas. «Pero los roedores con cerebros más grandes pueden procesar las cosas casi igual que los roedores con cerebros más pequeños. No han ganado mucho».

Los antropólogos llevan décadas estudiando los importantes cambios en la estructura cerebral que se produjeron tras la aparición del H. erectus (hace 1,9 millones de años) o la escisión entre homininos y grandes simios (hace 8 millones de años). Pero Herculano-Houzel ha añadido ahora una nueva pieza a este cuadro al identificar otro momento clave en la evolución de la inteligencia humana. En cierto sentido, ha desenterrado una nueva historia del origen de la humanidad, que no es menos importante que las otras que ya conocíamos.

Esta historia se desarrolló hace algo más de 60 millones de años, no mucho después de que los primeros primates se separaran, en rápida sucesión, de otros tres grandes grupos de mamíferos que incluyen a los roedores actuales, las musarañas arborícolas y los colugos (también conocidos como «lémures voladores»).

Estos primeros primates eran más pequeños que las ratas. Se arrastraban silenciosamente por las ramas de los árboles durante la noche, agarrando ramitas con sus dedos prensiles mientras cazaban insectos. No parecían gran cosa, dice Herculano-Houzel.

Pero ya se había producido un sutil ajuste en lo más profundo de sus pequeños cerebros: un cambio en los genes que guían la forma en que las neuronas se conectan entre sí durante el desarrollo fetal. Este cambio probablemente no supuso una gran diferencia al principio. Pero a largo plazo, separaría profundamente a los primates de los roedores y otros grupos con los que se habían separado. Este pequeño cambio mantendría las células nerviosas pequeñas, incluso cuando los cerebros se hicieran cada vez más grandes. Y curvaría el arco de la evolución durante decenas de millones de años. Sin él, los humanos nunca habrían pisado la Tierra.

Douglas Fox es un periodista independiente que escribe sobre la Tierra, la Antártida y las ciencias polares, con una incursión ocasional en la neurociencia. Sus artículos han aparecido en Scientific American, National Geographic y otras publicaciones. Fox es autor de The Science Writers’ Handbook: Everything You Need to Know to Pitch, Publish, and Prosper in the Digital Age.

Una versión de este artículo se publicó originalmente en el sitio web de Sapiens como «How Human Smarts Evolved» y se ha vuelto a publicar aquí con permiso.