El rastro genético de neandertales en el hombre actual

Iñaki de la Torre Calvo
Las dos revistas científicas de mayor prestigio, Nature y Science, publican hoy sendas investigaciones que ahondan en la huella genética que los neandertales dejaron en su hibridación con el Homo sapiens, o sea, el hombre actual.
La primera, realizada por un equipo de la Harvard Medical School (EEUU) se centra en comprender qué parte de nuestra salud puede venir condicionada, para bien o para mal, por los genes que heredamos de nuestros ancestros más cercanos, desaparecidos hace unos 30.000 años. Y sus conclusiones revelan que la propensión a la diabetes tipo 2, el lupus, la enfermedad de Crohn (del intestino) y la cirrosis biliar primaria tienen su origen en el ADN de estos homínidos.
También hay partes positivas: gracias a ellos, hay quienes tienen mayor facilidad para abandonar la adicción al tabaco, y la producción de queratina es mayor. Esta sustancia ayuda a fortalecer la piel, el pelo (y el vello) y las uñas, algo muy últil para la adaptación a climas más fríos; de ahí parte del éxito evolutivo del linaje neandertal al internarse en Europa hacia el norte. Sus antepasados en la evolución venían de los climas cálidos de África. Así que esa herencia también ha sido muy valiosa para nosotros.
Donde el equipo dirigido por David Reich ha encontrado menos porciones del genoma neandertal es en regiones de éste relacionadas con los testículos y el cromosoma X, lo cual ayuda a entender, según los investigadores, por qué la fertilidad era tan baja cuando se juntaban una hembra y un macho de diferente linaje (sapiens y neandertal). Según Reich, "esto sugiere que cuando los humanos se hibridaron con neandertales –hace entre 40.000 y 80.000 años– lo hicieron cuando sus diferencias genéticas empezaban a ser biológicamente muy incompatibles".
José María Bermúdez de Castro, del Centro Nacional de Investigación sobre la Evolución Humana (CENIEH) y codirector de los yacimientos de Atapuerca, aclara a QUO que "el tiempo de separación entre los dos linajes (paleo-especies) ha sido muy largo. Durante medio millón de años de separación, o quizá más, las distancias genéticas fueron cada vez mayores, al tiempo que disminuía la posibilidad de hibridación con descendientes fértiles". Las diferencias anatómicas eran tales, según el paleontólogo, que, "de hecho, cualquier persona no entrenada es capaz de distinguir, sin posibilidad de error, entre el esqueleto de un neandertal y el de un humano moderno".
Bermúdez interpreta que en este trabajo se sostiene que "la selección natural habrá ido manteniendo aquellos genes neandertales que favorecieron la fertilidad y el número de descendientes de sus portadores, y habrá eliminado rápidamente aquellos cuyos portadores tuvieran menos (o no tuvieran) descendientes".
Pero Edgard Camarós, investigador del Institut Català de Paleoecologia Humana i Evolució Social (IPHES), y especialista en Homo neanderthalensis, cree que es un error presuponer que el único método de selección o descarte de genes sea la simple supervivencia. "No hay que olvidar el factor social (y muchos otros). Si durante unas décadas el hombre prefiere especímenes rubios o de mayor peso, los individuos con esas características se reproducirán más y tendrán más descendencia; y sus genes acabarán por ser más frecuentes que otros", comenta a QUO desde Tarragona. "Y eso no tiene nada que ver con las necesidades de supervivencia", añade.
Carles Lalueza-Fox, investigador del Instituto de Biología Evolutiva (CSIC-Universidad Pompeu Fabra), el paper "no contiene nada que no se supiera ya". Según el paleontólogo catalán, era sabido lo que confirma esta investigación: "Que la menor presencia señales genómicas de la hibridacion en el cromosoma X indica que los híbridos eran menos viables (aunque no infertiles) que los miembros de cada especie o población por separado"Por el lado contrario, según Lalueza-Fox, las regiones del genoma humano actual en las que hay abundante presencia del de neandertal "corresponden obviamente a regiones genéticas que son menos permeables a la variación y que contienen genes que son muy conservados y poco susceptibles a cambios porque sin ellos la viabilidad del organismo sería imposible". Es decir, los hijos de neandertal y sapiens (cuyos genes perduran hoy) no podrían haber nacido si esas regiones hubieran mutado.

¿Somos un 2% o un 20% neandertales?

En cuanto a la investigación que publica Science, se trata de un trabajo de la Universidad de Washington en Seatle (EEUU). El artículo, titulado Resucitar el linaje neandertal que sobrevive en el genoma humano moderno, abunda en la misma dirección: saber cuántos genes conservamos de los neandertales y qué influencia tienen en nuestra especie.
Los investigadores Benjamin Vernot y Joshua Akey han utilizado el genoma completo de 600 personas de hoy día para compararlo con el que se conoce de estudios previos con neandertales. El resultado es que, entre todos los rasgos genéticos suyos que han sobrevivido en europeos y asiáticos modernos, se estima que han llegado a nuestros días el 20% de los genes de estos ancestros. Entre ellos, han dado también con algunos relacionados con la piel, al igual que el trabajo presentado en Nature.
Carles Lalueza-Fox nos aclara que, tomados los individuos actuales de uno en uno "el porcentaje siempre esta cerca del 2%, lo que ocurre es que las regiones del gemoma introgresadas varian ligeramente entre individuos y entre poblaciones". Eso sí, si recopilamos los diferentes genes que han llegado a nuestros tiempos, puede recomponerse un 20% de los de un hombre de Neanderthal. Pero, de nuevo, no encuentra que esta conclusión sea muy útil ya que "ya tenemos el genoma neandertal recuperado directamente desde 2010" sin necesidad de buscarlo en humanos actuales.
Edgard Camarós tampoco cree que sea fácil realizar afirmaciones tan rotundas acerca de las trazas de nuestros antepasados en nuestros genes ya que "la genética aún tiene mucho que mejorar en cuanto a precisión. Para empezar, los riesgos de contaminar las muestras de restos de neandertales con nuestro propio ADN son aún muy grandes", opina. Y tampoco "están del todo perfeccionadas las técnicas de extracción de un ADN tan antiguo y deteriorado", añade.
En lo que los tres expertos españoles coinciden es en que las investigaciones sobre neandertales no son una simple moda científica y mediática, sino que son una fuente de conocimiento del hombre actual y de su evolución reciente, ya que son "el linaje inmediatamente previo al nuestro, y con el último con el que coincidimos sobre la faz de la Tierra", como recuerda Camarós.
Bermúdez de Castro añade que, "con la excepción ahora del ADN mitocondrial de los humanos de la Sima de los Huesos de Atapuerca, solo se conoce bien el genoma nuclear de los neandertales. Quizá el hecho de que nuestra especie fue de manera directa o indirectamente culpable de la desaparición de los neandertales nos lleva a considerarlos más que a otras especies".

La conectividad cerebral se produce antes en las chicas en la adolescencia

Una nueva investigación sugiere una razón por la cual las chicas maduran antes que los chicos en la adolescencia. En el estudio, los científicos examinaron imágenes con tensor de difusión de 121 personas sanas, de 4 a 40 años. Es durante este periodo cuando se producen los cambios más importantes en la conectividad del cerebro, y los investigadores hallaron que los cambios en las conexiones cerebrales empiezan antes en las chicas que en los chicos.
Las chicas adolescentes madurarían antes debido a que la pérdida de conectividad durante el desarrollo del cerebro puede realmente ayudar a mejorar la función cerebral al reorganizar la red de manera más eficiente. Es decir, el cerebro mantendría las conexiones a larga distancia que son importantes para la integración de la información, incluso durante ese período de 'poda' de las conexiones. Un ejemplo sería que, en lugar de hablar con muchas personas al azar, preguntar a un par de personas que han vivido en una área durante mucho tiempo es la manera más eficiente de averiguar el camino. De igual modo, reducir algunas proyecciones en el cerebro ayudaría a centrarse en la información esencial.
 

[Cereb Cortex 2013]
Lim S, Han CE, Uhlhaas PJ, Kaiser M

Working Memory and Fluid Reasoning: Same or Different?

 By Scott Barry Kaufman
 
In 1990, researchers Patrick Kyllonen and Raymond Christal found a striking correlation.
They gave large groups of American Air Force recruits various tests of working memory, in which participants performed simple operations on a single letter. For instance, in the “alphabet recoding” task, the computer briefly displayed three letters:

H, N, C
Followed by an instruction, such as:
Add 4
In which the answer would be:
L, R, G

Of course, adding four letters is a piece of cake. The difficult part is remembering the letter while performing the next mental operation, and holding both of those in mind while operating on the third. This can get increasingly difficult with more complex instructions and more letters to transform in your head.
Across four different studies, they found extremely high correlations—ranging from .80 to .90 — between their measures of working memory and various measures of reasoning. In fact, the correlations were so high they titled their paper: “Reasoning ability is (little more than) working memory capacity?!”

Many studies since then have confirmed that working memory is an important contributor to fluid reasoning. Out of all the cognitive abilities ever measured by intelligence researchers, fluid reasoning is the most general cognitive ability of them all, explaining the most amount of variance in all of the other cognitive abilities. The ability to infer relations and spot patterns on problems that draw on minimal prior knowledge and expertise plays a role– in varying degrees– across virtually all areas of human intellectual functioning.
But just how strong is the relationship between working memory and fluid reasoning? As is often the case with science, the strength of the correlation between working memory and fluid reasoning has been all over the map, making the true relationship between working memory and fluid reasoning difficult to determine.
There are many reasons for the inconsistencies. Different studies include a different selection of tests, a different number of tests, and a different range of cognitive abilities among the participants. These sort of methodological details matter.
A new study suggests an additional factor at play: the timing of the tests. Adam Chuderski reviewed 26 studies that administered measures of working memory and the Raven’s Progressive Matrices test, which is the most widely used measure of fluid reasoning.*
On each Raven’s question, you are presented with a 3×3 matrix and you have to identify the missing piece that completes the pattern:

What does it take to do well on this test? It turns out there are only a handful of rules required to solve all the items on this test. The easier problems require you to apply a single rule— such as adding or subtracting a single attribute (such as a line). But the harder ones require combining multiple rules, and juggling multiple attributes (such as shapes, sizes, and colors). The difficulty in solving the Raven’s items is that you have to sort out the relevant attributes from the irrelevant attributes and hold the rules in your mind while testing them. And when some rules don’t work out, you have to know when to stop going down that path and start over. Since this task requires the ability to discover the abstract relations among novel stimuli, it is a good measure of nonverbal fluid reasoning.
Chuderski found that the studies that increased the time pressure of the Raven’s test significantly increased the correlation between working memory and fluid reasoning. In other words, when people were given more time to reason, working memory capacity wasn’t as strong a contributor to fluid reasoning.
He found this finding intriguing, so across two studies, he decided to dig deeper.
In his first study, he administered multiple tests of working memory and fluid reasoning to 1,377 people with an age range of 15-46. Using a statistical technique called confirmatory factor analysis, he confirmed that the time pressure of the fluid reasoning tests impact the strength of the correlation between working memory and fluid reasoning.
In the case of the “highly speeded group” (20 minutes), working memory explained all of the variance in fluid reasoning, whereas in the “unspeeded group” (60 minutes), working memory accounted for only 38% of the variance in fluid reasoning:

Chuderski replicated this finding in a second study, finding that under no time pressure during fluid reasoning, working memory only explained about a third of the differences in reasoning performance. Also, he found that a measure of “relational learning”– the ability to learn from prior letter relations to increase efficiency of subsequent processing of number relations– independently contributed to the amount of variation in fluid reasoning.

Why does this matter?

These results suggest we may be seriously underestimating fluid reasoning ability in people by imposing strict time pressures. This study is consistent with other recent research suggesting that “fast intelligence” can be distinguished from “slow intelligence”.
Researchers, educators, and business leaders attempting to assess a person’s level of fluid reasoning face a dilemma: Do you measure the person’s fluid reasoning ability through a highly speed task or do you give the individual more of an opportunity to display his or her reasoning power? As Chuderski notes,

“The former testing method [highly speeded tests] will measure the ability to cope with complexity in a dynamic environment, thus having a high real-world validity, as the technological and informational pressure of the world increases rapidly, but it may underestimate people who regardless of their limited capacity would work out good solutions in less dynamic environments. The latter method [more relaxed time pressures] will give a more comprehensive account of reasoning ability, including the contribution of intellectual faculties that lay beyond WM, and seem to be complementary to it, but it could also include a lot of noise (e.g., learned task-dependent strategies) negatively influencing the evaluation of future effectiveness of an individual in demanding, timed, and completely novel tasks.”

This is important, because given more time, people can compensate for their working memory capacity limitations. For instance, people show large improvements in fluid reasoning after learning how to draw diagrams to represent a problem. When Kenneth Gilhooly and his colleagues presented syllogisms orally, it placed a higher demand on working memory as participants had to store the premises in their head. But when the syllogisms were presented with all the premises remaining on the projector screen, people performed better because they could unload the premises from their working memory and free up limited resources to construct an efficient mental model of the problem.

Over the past decade, John Sweller and colleagues have designed instructional techniques that relieve working memory burdens on students and increase learning and interest. Drawing on both the expertise and working memory literatures, they match the complexity of learning situations to the learner, attempting to reduce unnecessary working memory loads that may interfere with reasoning and learning, and optimize cognitive processes most relevant to learning.
There are also implications for brain training interventions. As I’ve mentioned in an earlier article, the cognitive training literature is a swamp. While some studies find that improving working memory improves fluid reasoning, others studies find a lack of transfer.
A potential cause for the inconsistencies in the cognitive training literature may be the timing of the tasks. For instance, Susanne Jaeggi and colleagues administered their fluid reasoning tests under extreme time constraints (e.g., 10-11 minutes for 18 Raven’s items), and found that working memory training showed an increase in fluid reasoning performance. In contrast, Roberto Colom and colleagues administered fluid reasoning tests under standard time pressures and found no effect of working memory training on fluid reasoning.
These contradictory findings make sense in light of Chuderski’s study: when fluid reasoning tasks have strict time limits, they are essentially tests of working memory. So you would expect more of a transfer from working memory to fluid reasoning under such conditions. But when fluid reasoning tasks have more relaxed time pressures, working memory is more weakly associated with fluid reasoning, and other cognitive mechanisms come into play, such as relational learning and associative learning. Also, external aids can be employed, such as the use of diagrams to facilitate the construction of more elaborate and efficient mental models.

Conclusion

Working memory and fluid reasoning: same or different? It depends. Imposing extreme time pressures on an IQ test forces people to draw almost exclusively on their limited capacity working memory capacity, whereas giving people more time to think and reason gives them more of a chance to bring to the table other cognitive functions that contribute to their intellectual brilliance.
© 2013 Scott Barry Kaufman, All Rights Reserved.

Psychopaths Might Have an Impaired Empathy Circuit Social apathy may arise from deficient connections among emotional brain centers

 By Meredith Knight

When most of us imagine someone in pain, we feel uncomfortable and want to help. Psychopaths do not: a callousness toward others' suffering is the central feature of a psychopathic personality. Now an imaging study finds that psychopathic inmates have deficits in a key empathy circuit in the brain, pointing to a potential therapeutic target.
Jean Decety, a psychologist at the University of Chicago, and his colleagues used functional MRI to scan the brains of 121 male prison inmates while they looked at photos of a painful moment, such as a foot stepping on a nail or a finger being smashed in a drawer. The inmates were instructed to imagine the scenario happening to themselves or to another person, a perspective-switching technique that easily elicits empathy in most people.
Inmates who scored the highest on a standard psychopathy test showed a normal response in pain perception and brain centers for emotion when imagining the pain for themselves. Yet when asked to imagine the scenario happening to others, their brains did not show typical connectivity between the amygdala, an area important for fear and emotional processing, and the ventromedial prefrontal cortex, a region vital for emotion regulation, empathy and morality. Some results even indicated that pleasure regions might have become active instead.
The brain areas that are undercommunicating in psychopathy “are key for experiencing empathetic concern and caring for one another, which is what empathy is all about and what individuals who score high on psychopathy do not have,” Decety says. Cognitive therapy may help some psychopaths; he suggests clinicians could measure changes in these faulty connections to home in on the best strategies to stimulate empathy. [For more on psychopathy, see “Inside the Mind of a Psychopath,” by Kent A. Kiehl and Joshua W. Buckholtz; Scientific American Mind, September/October 2010.]

This article was originally published with the title "Psychopaths' Broken Empathy Circuit."