martes, octubre 20, 2009

La evolución del sueño (entrevista a Robert Barton)

Decir que hemos tenido un sueño reparador podría contener una verdad más profunda de lo que hasta ahora habíamos imaginado (o soñado). Se han podido establecer vínculos claros entre el sistema inmunitario y las hormonas del estrés, así como entre el nivel en sangre de estas últimas y la mejor o peor consolidación de la memoria. Y ahora también se ha establecido un vínculo entre el sistema inmunitario y el sueño, al que ya previamente se lo había relacionado con la consolidación de la memoria. Si a esto le añadimos el insomnio característico de quién está preocupado, aún no estando el puzzle completo, comienzan a encajar algunas piezas, ofreciendo una imagen más clara, o al menos una confusión más clarificadora.

La evolución del sueño, estudiada inevitablemente desde un actualismo riguroso (es decir, comparando especies existentes y sus estados del sueño, ya que ni los estados del sueño, ni los sueños ni los cerebros que los sueñan fosilizan), parece estar fuertemente correlacionada con la evolución del sistema inmunitario. Así lo ha podido constatar Robert Barton, antropólogo de la Universidad de Durham, en Inglaterra.

El Profesor Barton ha estudiado la ecología evolutiva de los primates. Comenzó con los babuinos, pero luego pasó a centrar su trabajo en el cerebro y su evolución, contribuyendo, por ejemplo, a confirmar la hipótesis de Robin Dunbar sobre la relación del tamaño del neocortex y el tamaño de los grupos sociales en primates. Hoy estudia para el NIH, con Patrick McNamara y Charlie Nunn, la evolución de los estados del sueño en los mamíferos. También ha realizado estudios de psicología evolucionista, por ejemplo uno muy conspicuo, sobre la percepción diferencial del color entre nosotros, los humanos, que nos vemos influidos emocionalmente por ellos mucho más de lo que creíamos.

Robert Barton ha tenido la amabilidad de respondernos unas preguntas. Marzo las ha traducido fielmente.


En inglés:

1.-What do you think is the evolutionary reason for sleep? What role do you think it plays?

These are still questions without definitive answers, but it is clear that sleep has vital functions, because animals get sick, and ultimately die, if chronically deprived of sleep. Remember that there are two distinct types of sleep, (Rapid-eye movement or REM sleep, and non-REM). Our comparative studies found some evidence for the ‘memory consolidation’ hypothesis for non-REM sleep (http://www.plosone.org/article/info:doi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0004609). Perhaps our most dramatic finding though was a very strong relationship between the evolution of both sleep states and the immune system (http://www.biomedcentral.com/1471-2148/9/7). We found that evolutionary increases in mammalian sleep durations are strongly associated with an enhancement of immune defences as measured by the number of immune cells circulating in peripheral blood. This appeared to be a generalized relationship that could be independently detected in 4 of the 5 immune cell types and in both of the main sleep phases. These relationships suggest that parasite resistance has played an important role in the evolution of mammalian sleep. Species that have evolved longer sleep durations appear to be able to increase investment in their immune systems and be better protected from parasites. These results are neither predicted nor explained by conventional theories of sleep evolution, and suggest that sleep has a much wider role in disease resistance than is currently appreciated.


2.-What is the relationship between dreams and bigger brains?

We can’t say much about this, other than speculation, as there are no reliable comparative data on dreaming. However, dreaming is primarily associated with REM sleep, and we did find cross-species relationships between the size of a brain structure involved in memory, the amygdala. However, there were no relationships with the size of the whole brain. I suspect that there is no special relationship between brain size and the propensity to dream, though the human brain is no doubt capable of particularly sophisticated types of dreams. One of the difficulties is that there is really no way of objectively measuring or recording the content of dreams.


3.- Between the ecological and the social hypothesis, what explanation do you think is more appropriate in giving account of the spectacular development of the brain in primates, especially among hominids?

To some extent this is a false dichotomy, as ecological and social factors are intertwined. However, sociality seems to explain more of the variation in brain size in primates than do other factors, and was probably a primary pressure causing an evolutionary arms race that led to rapid brain expansion. I have a slightly different take on how this worked than does Robin Dunbar. My comparative studies of specific neural systems show that visual system expasion underlies much of the variation in neocortex and brain size, and also that the neocortex and cerebellum co-evolved quite strongly. Patterns of neural system evolution, neuro-anatomical connectivity and functional brain activation all indicate that the social brain is not, as sometimes implied, localized in a homunculus-like way in “higher” cortical areas. Instead it consists of a network of components distributed among a variety of cortical and non-cortical structures, forming the neural basis of sensory-emotional-motor systems for decoding and responding to social situations. Although the evolution of these systems had a marked impact on the size of the neocortex as a whole, cortical connections from neocortex to cerebellum, and to sub-cortical temporal lobe structures such as the amygdala, have also played an important role in the evolutionary diversification of the primate brain. This “distributed” view of the neural basis of primate cognition, together with the emerging evidence for the continuity between sensory-motor, emotional and cognitive processes, implies that we should stop thinking of the neocortex as the “intelligent” bit of the brain: the neural networks that facilitate intelligent behaviour are more distributed.

As regards hominids: well, the reason I don’t study human evolution is that you can’t say much about what is essentially a single evolutionary event (what’s happened since the human and chimpanzee lineages split). It is certainly true that human social organization is very complex, but then so are our subsistence patterns and technologies. There’s no reason to think that the factors that explain brain size evolution among non-human species must necessarily explain human evolution: that’s and old-fashioned, anthropocentric view of evolution.


4.-What are, in your opinion, the major milestones in human evolution?

Rather depends what you mean by this question, but Language & Culture are the obvious ones! I tend to be a gradualist, though, and don’t see marked evidence for any great rubicons or punctuation events.


5.-How do members of the same sex compete with each other among primates? And among humans? How has sexual selection been operating in our species?

Sexual selection and the dynamics of mating are fundamentally the same in primates and humans as in any other groups: larger, more dominant males tend to get more females (e.g. height correlates with reproductive success in men), and females tend to be more selective in who they mate with, seeking resources and commitment, but always on the lookout for sneaky mating with genetically high quality males. I think we (and particularly social scientists) tend to underestimate the power of sub-conscious drives and cognitive processes, and to overestimate the importance of conscious decision-making and rationality. We behave in very “irrational” ways a lot of the time, and in ways that suggest the operation of psychological mechanisms shaped by sexual selection. We and others have found, for example, that colour has powerful effects on behaviour and on the outcome of social interactions – this is not something that standard cognitive psychology would have predicted!


6.-What anatomical and physiological differences have been found between the brains of different primates (including ours, of course)?

The basic structure of the brain is very similar across species. Often there have been claims for special structures or special types of cells in humans, but on closer examination these claims have little foundation. What varies most is the development (size and number of neurons) of specific neural systems. For example, nocturnal species have enlarged olfactory and auditory systems, while diurnal species have more highly developed visual systems. The brain has evolved in a mosaic fashion. Although people usually assume that the human brain is distinguished by expansion of frontal areas, the comparative evidence doesn’t support this. We still don’t understand very well how the human brain is neurally specialized, but emerging evidence suggests that it is particularly good at interpreting, understanding and predicting the behaviour of other individuals – the social brain again.


7.-What level of intentionality, consciousness and self-consciousness would you attribute to our primate relatives?

I’m afraid I try to avoid getting into those debates! I don’t think they have got us very far. I’m not convinced that concepts like consciousness are useful, and I’m more interested in how neural specializations mediate adaptive behaviour (something that neuroscientists don’t spend long enough thinking about in my view).


8.-What is your current focus of interest? What mystery would you like to unveil?

Several foci. We discovered this rather amazing effect of the colour red on psychology and social interactions, and are busy trying to work out how that works and what it means, as are others like David Perrett and Andrew Elliot. I’d like to determine whether this trait really is sexually selected in humans and whether/how it varies across cultures. I also continue to use comparative methods to test ideas about mammalian evolution (we are working on reproductive traits at the moment – for example, trying to understand why the placenta is so different in different species). And there are still plenty of questions about brain evolution I want to tackle – once I have been relieved of the onerous duties of Head of my department!


En castellano:

1.-¿Cuál cree que es la razón evolutiva para el sueño? ¿Qué función cree que cumple?

Son preguntas aún sin respuestas definitivas, pero está claro que el sueño tiene funciones vitales, porque los animales enferman, y acaban muriendo, si se les priva crónicamente del sueño. Recuerde que hay dos tipos diferentes de sueño: el sueño REM, con movimientos oculares rápidos, y el no REM. Nuestros estudios comparativos han hallado alguna evidencia favorable a la hipótesis de la consolidación de la memoria para el sueño no REM (http://www.plosone.org/article/info:doi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0004609 ). Tal vez nuestro hallazgo más espectacular fuese una relación muy estrecha entre la evolución de ambos estados del sueño y el sistema inmune ( http://www.biomedcentral.com/1471-2148/9/7 ).
Hallamos que los incrementos evolutivos en la duración del sueño en los mamíferos se asocian estrechamente con una mejora de las defensas inmunes medidas por el número de células inmunes circulantes en la sangre periférica. Esta parece ser una relación generalizada que pudo detectarse independientemente en cuatro de los cinco tipos de células inmunes y en ambas fases del sueño. Estas relaciones sugieren que la resistencia a los parásitos ha tenido un papel importante en la evolución del sueño en los mamíferos. Las especies que han desarrollado duraciones más largas del sueño parecen ser capaces de incrementar la inversión en sus sistemas inmunes y estar mejor protegidas contra parásitos. Las teorías convencionales de la evolución del sueño ni predicen ni explican estos resultados, que sugieren que el sueño tiene un papel mucho más amplio en la resistencia a las enfermedades que lo que se aprecia actualmente.


2.-¿Cuál es la relación entre los ensueños y mayores cerebros?

De esto no podemos decir mucho, especulaciones aparte, pues no hay datos comparativos fiables sobre el soñar. Sin embargo el soñar está asociado primariamente al sueño REM, y sí que encontramos relaciones interespecíficas con el tamaño de una estructura cerebral involucrada en la memoria, la amígdala. Sin embargo, no hubo relaciones con el tamaño del cerebro completo. Sospecho que no hay ninguna relación especial entre el tamaño del cerebro y la propensión a soñar, aunque el cerebro humano es, sin duda, capaz de tipos de sueños particularmente elaborados. Una de las dificultades es que en realidad no hay manera de medir objetivamente o de registrar el contenido de los sueños.


3.-Entre la hipótesis social y la ecológica, ¿qué explicación cree usted más apropiada para dar cuenta del espectacular desarrollo del cerebro en los primates, especialmente los homínidos?

Hasta cierto punto es una falsa dicotomía, pues factores ecológicos y sociales se entrelazan. Sin embargo la socialidad parece explicar más de la variación de tamaño cerebral de los primates que otros factores, y fue probablemente una presión primaria que causó una carrera de armamentos evolutiva que condujo a una rápida expansión cerebral. Mi punto de vista sobre cómo funcionó esto es ligeramente diferente del de Dunbar. Mis estudios comparativos de sistemas neurales específicos muestran que la expansión del sistema visual subyace a mucha de la variación en el tamaño del neocórtex y del cerebro, y también que el neocórtex y el cerebelo coevolucionaron en relación bastante estrecha. Los patrones de evolución de sistemas neurales, conectividad neuroanatómica y activación cerebral funcional indican todos que el cerebro social no está, como se sugiere a veces, localizado de manera parecida a un homúnculo en las áreas corticales “superiores”. Consiste, en cambio, en una red de componentes distribuídos por una variedad de estructuras corticales y no corticales, que forman la base neural de sistemas sensorio-emotivo-motores para descifrar y responder a situaciones sociales. Aunque la evolución de estos sistemas tuvo un marcado impacto en el tamaño del neocórtex en conjunto, las conexiones corticales del neocórtex al cerebelo y a estructuras subcorticales del lóbulo temporal, como la amígdala, también han tenido un importante papel en la diversificación evolutiva del cerebro primate. Esta visión “distribuída” de la base neural de la cognición en los primates, junto con la evidencia que va surgiendo a favor de la continuidad entre procesos sensoriomotores, emotivos y cognitivos, implica que deberíamos dejar de pensar en el neocórtex como la parte “inteligente” del cerebro: las redes neurales que facilitan la conducta inteligente están más distribuídas.

Por lo que respecta a los homínidos, bueno, la razón de que no estudie la evolución humana es que no puede decirse mucho de lo que es esencialmente un solo evento evolutivo (lo que ha ocurrido desde que se separaron los linajes de humanos y chimpancés). Es verdad, ciertamente, que la organización social humana es muy compleja, pero también lo son nuestros patrones de subsistencia y nuestras tecnologías. No hay razón para pensar que los factores que explican la evolución del tamaño del cerebro en especies no humanas deban explicar necesariamente la evolución humana: esa es una visión pasada de moda y antropocéntrica de la evolución.


4.-¿Cuáles son, en su opinión, los principales hitos en la evolución humana?

Depende bastante de lo que quiera usted decir con esta pregunta, pero ¡Lenguaje y Cultura son los hitos obvios! Tiendo a ser gradualista, sin embargo, y no veo especial evidencia de grandes rubicones o eventos de puntuación.


5.-¿Cómo compiten entre sí los miembros del mismo sexo en los primates? ¿Y en los humanos? ¿Cómo ha venido operando la selección sexual en nuestra especie?

La selección sexual y la dinámica del apareamiento son fundamentalmente la misma en en primates y humanos que en cualesquiera otros grupos: los machos más grandes y más dominantes tienden a obtener más hembras (esto es, la talla se correlaciona con el éxito reproductivo en los varones), y las hembras tienden a ser más selectivas en con quién se aparean, buscando recursos y compromiso, pero siempre al acecho de apareamientos furtivos con machos de alta calidad genética. Creo que tendemos (y particularmente los científicos sociales) a subestimar el poder de los impulsos y procesos cognitivos subconscientes, y a sobreestimar la importancia de la racionalidad y la toma consciente de decisiones. Nos comportamos de manera “irracional” gran parte del tiempo, y de maneras que sugieren la operación de mecanismos psicológicos formados por la selección sexual. Nosotros, entre otros, hemos encontrado, por ejemplo, que el color tiene poderosos efectos sobre la conducta y sobre el resultado de interacciones sociales; ¡esto no es algo que la psicología cognitiva estándar habría predicho!

6.-¿Qué diferencias anatómicas y fisiológicas se han hallado entre los cerebros de diferentes primates (incluídos nosotros, por supuesto)?

La estructura básica del cerebro es muy similar en todas las especies. Se ha anunciado a menudo que hay en los seres humanos estructuras especiales o tipos especiales de células, pero examinadas más de cerca estas afirmaciones tienen poco fundamento. Lo que varía más es el desarrollo (tamaño y número de neuronas) de sistemas neurales específicos. Por ejemplo, las especies nocturnas tienen sistemas olfativos y auditivos de mayor tamaño, mientras que las especies diurnas tienen sistemas visuales más desarrollados. El cerebro ha evolucionado a la manera de un mosaico. Aunque suele suponerse que el cerebro humano se distingue por la expansión de las áreas frontales, la evidencia comparativa no lo apoya. Aún no entendemos muy bien la especialización neural del cerebro humano, pero va surgiendo evidencia de que es particularmente bueno en interpretar, entender y predecir la conducta de otros individuos; otra vez el cerebro social.

7.-¿Qué nivel de intencionalidad, consciencia y autoconsciencia atribuiría usted a nuestros parientes primates?

¡Me temo que intento evitar meterme en esos debates! No creo que nos hayan llevado muy lejos. No estoy convencido de que conceptos como "consciencia" sean útiles, y me interesa más cómo median la conducta adaptativa las especializaciones neurales (algo sobre lo que los neurocientíficos no pasan suficiente tiempo pensando, en mi opinión).

8.-¿Cuál es su actual foco de interés? ¿Qué misterio le gustaría desvelar?

Hay varios focos. Descubrimos este asombroso efecto del color rojo sobre la psicología y las interacciones sociales, y estamos ocupados intentando averiguar cómo funciona y qué significa, como lo están también otros como David Perrett y Andrew Elliot. Me gustaría determinar si este rasgo se selecciona sexualmente en los humanos, y si varía entre culturas, o cómo varía. También sigo usando métodos comparativos para poner a prueba ideas sobre la evolución de los mamíferos (ahora estamos trabajando en rasgos reproductivos; por ejemplo, intentando entender por qué la placenta es tan diferente en diferentes especies). Y aún hay muchas cuestiones sobre la evolución del cerebro con las que quiero habérmelas... ¡una vez haya quedado libre de los onerosos deberes de director de mi departamento!