¿Cuánto cerebro se necesita para vivir?

Aunque puede extirparse por motivos médicos, existen casos como el de Michelle Mack, que nació sin la mitad del cerebro y nadie se dio cuenta hasta que cumplió los 27

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Un caso de hemifesresctomía (Borgstein et al.)

 

Uno de los aspectos más llamativos del caso de la mujer sin cerebelo  es que alguien pueda vivir sin una parte tan importante del encéfalo y que nadie se dé cuenta hasta los 24 años de vida. La mujer, que vive en la provincia china de Shandong, acudió al médico porque sentía mareos y náuseas y el médico se dio cuenta de que algo raro estaba sucediendo. Pero el hecho de vivir sin una parte tan importante del cuerpo no es tan extraño como pudiéramos pensar. Por todo el mundo hay decenas de personas a las que por distintos motivos – a veces por un traumatismo grave o tras sufrir un tumor – les han extraído una parte importante de su encéfalo y aún así pueden seguir viviendo con distintos grados de normalidad.

[En Neurolab: El caso de la mujer sin cerebelo]

Uno de los casos más conocidos es el de Michelle Mack, una mujer de 42 años de Virginia (EEUU) que nació solo con medio cerebro sin que nadie se diera cuenta hasta que tenía 27 años. Entretanto, Mack se había graduado en la Universidad y habla y se comunica con bastante normalidad. Tieneproblemas visuales y de orientación espacial, así como dificultad con determinados conceptos abstractos, pero hace una vida más o menos normal. Y todo porque las zonas funcionales de su cerebro, como en el caso de la ciudadana china, habían asumido funciones extra gracias a la neuroplasticidad.

En Alemania se conoce el caso de otra chica de 16 años que nació sin el hemisferio derecho de su corteza, aunque nadie se percató del problema hasta que tenía 3 años. Los médicos comprendieron su cuadro clínico completo cuando la niña tenía 6 años. “A pesar de que le falta un hemisferio cerebral“, escribían, “la chica tiene funciones psicológicas normales y es perfectamente capaz de llevar una vida normal. Es ingeniosa, encantadora e inteligente“. Es conocido el caso de otra cría, también en Alemania, a quien extrajeron un hemisferio completo de su cerebro a los 3 años por una epilepsia intratable. Cuando tenía 7 su caso se publicó en The Lancet, donde los médicos explicaban asombrados, que la chica era bilingüe en alemán y turco a pesar de todas las dificultades.

La operación para extraer o inhabilitar una mitad del cerebro se llama Hemisferectomía y el primero en aplicarla en animales fue el médico alemán Friedrich Goltz en 1888. . las primeras operaciones en humanos debieron esperar a 1923, cuando Walter Dandy realizó la primera en un caso de cáncer, y 19038, cuando el canadiense Kenneth McKenzie fue el primero en conseguir eliminar los ataques de una chica de 16 años extrayendo su hemisferio drecho. La consecuencia más directa de esta operación es una hemiplejía en distintos grados (dificultad para mover una parte del cuerpo) y problemas en el sistema visual y la visión periférica.

La clave de todos estos casos está en la plasticidad cerebral, especialmente en las edades tempranas. Los niños son capaces de aprender a hacer cosas que aparentemente no podríamos hacer si nos quitaran uno de los hemisferios porque su cerebro es todavía muy moldeable. El caso más asombroso es quizá el de William Buttars, un crío de Indianápolis (EEUU) que nació con una malformación congénita que le provocaba hasta 80 ataques epilépticos al día. Cuando cumplió un año de edad, los médicos plantearon a los padres la única alternativa posible para que el chico pudiera salir adelante: operarle y extraer uno de sus hemisferios cerebrales para cortar con los ataques.

Cuando el caso llegó al neurocirujano Gary Mathern (que había practicado unas 200 hemisferectomías) les preguntó cómo habían esperado tanto, puesto que cuanto antes se haga la operación más posibilidades hay de recuperación. La operación duró 9 horas y los médicos advirtieron a los padres de que el chico podría perder una parte importante de su visión, la movilidad de la mano izquierda y quizá nunca podría caminar sin apoyos.

El propio doctor Mathern mostraba recientemente en una charla TED imágenes del pequeño William ocho años después de la cirugía. El chico no solo puede hablar con desparpajo y caminar, sino que también corre y juega con los otros chicos como si fuera uno más. El proceso tras la operación fue paulatino, el crío aprendió a gatear a su manera, a manejarse con obstáculos, escaleras, a encaramarse. Y la plasticidad fue jugando su papel, de modo que la parte restante de su cerebro iba asumiendo nuevas funciones con cierta facilidad.

Hoy en día William aún se tiene que medicar, pero nunca ha vuelto a tener uno de los ataques que le inhabilitaban para una vida normal. Ha aprendido a leer y sueña con ser un agente secreto, aunque sus padres prefieren que vaya a la universidad. Su educadora especial, Kara Seever, es la primera sorprendida. “Nunca esperé que alguien como él pudiera hacer tantas cosas“, asegura. “Sus compañeros de clase están asombrados. Le dicen: guau, William, fíjate en todo lo que puedes hacer con solo medio cerebro”.

Neurolab

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¿Cuantas tareas puede manejar el cerebro humano al mismo tiempo?

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El cerebro humano ha sido descrito como una maquina de computación paralela masiva, pero ¿cuan paralela puede ser? un estudio reciente está ofreciendo resultados inesperados.

El neurocientífico Harris Georgiou de la Universidad nacional de Kapodistrian de Atenas Grecia se dio a la tarea de contar el número de “núcleos de proceso” que trabajan en el cerebro humano, mientras realiza tareas simples, en una maquina de resonancia magnética.

El cerebro humano consta de unos 1000 millones de neuronas cada una con la capacidad de realizar 10,000 conexiones con sus contrapartes, al usar una maquina de resonancia y al cuantificar el cerebro en pixeles tridimensionales llamados Voxeles (cada uno de aproximadamente cinco milímetros cúbicos), Georgiu fue capaz de mapear la actividad completa del cerebro usando una red de 60 x 60 x 60 voxeles, a través de este método, produjo un flujo de información de aproximadamente 30 millones de puntos de información.

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La actividad cerebral fue registrada  mientras los participantes realizaban una de dos tareas sencillas, una tarea visual-motora la otra de reconocimiento visual, esto fue lo que descubrieron:

Aunque el análisis es complejo, lo que arroja es simple de declarar, Georgiu dice que que el análisis de los componentes independientes revelan que cerca de 50 process independientes están involucrados las tareas anteriormente descritas, indicadas por la presencia de los voxeles rojos y verdes, sin embargo, el cerebro usa menos procesos cuando lleva tareas simples, como el reconocimiento visual.

Es un resultado fascinante, que tiene implicaciones importantes para los científicos que intentan imitar el cerebro humano a través de de los chips, implica que los procesos en paralelo no se dan a nivel celular sino a un nivel mucho más alto a nivel estructural y funcional y que hay aproximadamente 50 de ellos.

Georgiu apunta que un voxel promedio corresponde aproximadamente de tres millones de neuronas, cada una con capacidad de conectarse con miles de sus vecinas, sin embargo, el estado actual de los chips neuromórficos contienen un millón de neuronas artificiales cada una con 256 conexiones, lo que está claro es que el proceso en paralelo que midió Georgiu ocurre a una escala mucho más grande que esta.

Así que un equivalente de una estructura cognitiva como la del cerebro tal vez no necesite de una arquitectura paralela a nivel de células individuales, en su lugar, como notó Georgiu podría ser construido usando “un bien diseñado set de procesos limitados que corran en paralelo en una escala mucho más pequeña”.

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La mujer que discute con su reflejo

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La mujer que discute con su reflejo – Foto Sadanandavalli et al.

Un equipo de científicos indios documenta el caso de cinco pacientes que no solo no se reconocen en el espejo, sino que discuten con su propia imagen. Aunque las razones pueden ser variadas, un daño en el lóbulo parietal derecho del cerebro puede ser la causa de estos trastornos.

La paciente tiene 62 años y acudió al hospital porque tenía frecuentes olvidos y se perdía fuera de casa. Sus familiares la encontraban a menudo conversando la imagen del espejo, así que la llevaron para que pasara un reconocimiento médico. El equipo del doctorChandra Sadanandavalli hizo diversas pruebas a la mujer y comprobó que era capaz de reconocer las caras de las personas más allegadas, así como la de personajes famosos, y que no tenía ningún tipo de afasia o apraxia. Entonces, como se aprecia en el siguiente vídeo, los médicos le pusieron ante un espejo de 45 x 45 cm:

con su propio reflejo. “¿Cómo te llamas?”, le pregunta insistentemente a la persona del otro lado del espejo. Y después de insistir un buen rato se dirige a los demás para informarles: “Aquí hay una mujer que no sabe cómo se llama“.

Lo que le ocurre a la mujer es consecuencia de una demencia incipiente con un daño localizado en el lóbulo parietal derecho, la zona donde el cerebro alberga nuestra “imagen corporal”. Reconocerse en el espejo es una de las capacidades que nos distingue como humanos, pero tiene un componente de aprendizaje, puesto que nosotros nunca podemos ver directamente nuestra propia cara. Nuestro cerebro almacena estos datos de reconocimiento junto al resto del esquema corporal, pero cuando éste se ve dañado, se produce la sensación de extrañeza o de enajenación.

El equipo de Sadanandavalli documenta en el Indian Journal of Psychological Medicine los casos de cinco pacientes (cuatro mujeres y un hombre) que sufren un tipo de agnosia hasta ahora no clasificado: una agnosia del propio reflejo. El prestigioso neorucientífico V. S. Ramachandran había documentado hace unos años un tipo de agnosia en pacientes que veían un objeto reflejado y no eran capaces de distinguirlo del real, pero en este trabajo se documenta el fenómeno con personas que no se reconocen a sí mismas.

El segundo caso es de una mujer de 80 años que tiene algunas alucinaciones visuales y problemas de memoria. Cuando le ponen delante del espejo, la paciente confunde inicialmente su propio reflejo con el de una de las muchas divinidades indias, pero al cabo de un rato inicia una pelea porque la mujer del otro lado tiene un anillo en la nariz igual que el suyo y piensa que se lo ha robado. La escena también fue grabada y reproducida con permiso de los familiares:

La paciente número 3 es una mujer con inicio de alzhéimer que tiene unas peleas bastante violentas con el espejo, hasta el punto de que ha roto varios a patadas. Durante las pruebas del equipo médico, confundió su reflejo con la imagen de un ladrón. La paciente número 4, una mujer de 69 años, tenía problemas para reconocer a sus propios familiares y el paciente número 5, un hombre de 74 años, creía que la persona del espejo era un viejo amigo, aunque era incapaz de reconocer su identidad.

Las causas por las que un individuo deja de saber quién es que está al otro lado del espejo pueden ser muy variadas. En pacientes con alzhéimer, por ejemplo, es fecuente que la persona confunda su reflejo con el de un hijo o un familiar cercano, pero además de la demencia están los problemas psicóticos, los daños cerebrales tras un ictus y las distorsiones perceptivas como la anorexia. En un trabajo publicado en la revista Perception en 2010, el investigador italiano Giovanni Caputo daba incluso la receta para producir esta ilusión de no reconocimiento en el espejo en sujetos sanos. En determinadas condiciones de iluminación, y si se mira suficiente rato, la persona puede sentir que el que está mirando es otra persona. (Ver PDF)

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Escáner cerebral de uno de los pacientes

Tras el estudio de estos cinco pacientes, el equipo de Sadanandavalli concluye que probablemente las imágenes del espejo se procesan en la misma zona del lóbulo parietal derecho que otras percepciones del propio cuerpo y que el deterioro de estas zonas en determinadas demencias conduce a esta falta de auto-reconocimiento. Cada una de los atributos dados a la imagen por los pacientes (el de amigo, deidad, ladrón o extraño) corresponde, además, a un aspecto de su propia personalidad o sus propias vivencias. A falta estudiar con técnicas de neuroimagen el fenómeno, los científicos creen que puede ayudar a los médicos a identificar síntomas de demencia en las primeras etapas de su aparición.

Voz pópuli

Tu cerebro ‘engorda’ cuando aprendes un idioma

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Conocer lo que sucede en el cerebro cuando aprendemos un segundo idioma es una tarea fascinante en la que los neurocientíficos llevan años sumergidos. Uno de los primeros aspectos que observaron sobre este fenómeno fue que los niños que aprenden una segunda lengua incorporan ambos idiomas en la misma región, mientras que los adultos tenemos que emplear otra zona adyacente para la nueva tarea. Y las pruebas apuntan a que conocer un segundo idioma – al formar parte de la reserva cognitivia – retrasa los síntomas de enfermedades degenerativas como el alzhéimer.

La última aproximación a estos cambios la han hecho un equipo de investigadores de la Universidad de Umeå , en Suecia, quienes acaban de estudiar lo que pasaba en el cerebro de 853 personas durante tres meses en los que aprendieron un idioma de forma intensiva. Para observar lo que sucedía en sus neuronas, los científicos tomaron imágenes con resonancia magnética funcional al principio y al final del proceso y compararon los resultados.

Según revelan en la prestigiosa revista Neuroimage, el equipo de Johan Mårtensson observó que los cerebros de aquellas personas que habían aprendido el idioma con menos dificultad había aumentado de tamaño en determinadas zonas como el hipocampo y otras tres áreas de la corteza cerebral. “Nos sorprendió que diferentes partes del cerebro se desarrollaran en distintos grados dependiendo de lo bien que se les hubiera dado a los estudiantes y cuánto esfuerzo hubieran puesto durante el curso”, asegura Mårtensson. Los estudiantes que tenían problemas con el idioma, por el contrario, presentaban cambios en un área de la corteza motora, relacionada con el movimiento.

Una parte interesante de este trabajo es que apunta a que podría haber diferencias morfológicasentre aquellos que aprenden un idioma como esponjas y los que lo tienen que dejar por imposible. En trabajos anteriores, como cuentan en The Guardian, se ha visto cómo los japoneses, por ejemplo, tienen una dificultad extrema a la hora de distinguir fonemas como la L y la R, puesto que deben reconfigurar sus conexiones neuronales. Conociendo estas dificultades, se han podido diseñar programas que exageran mucho las diferencias en los sonidos y ayudan a superar esta dificultad a los estudiantes.

Otros trabajos, como el de Kara Morgan-Short, han servido para comprobar que los adultos también pueden aprender un idioma por inmersión, como sucede con los niños, y para acabar con otros lugares comunes o equívocos sobre el aprendizaje de idiomas. Mediante este tipo de estudios, aseguran los autores, se pueden conocer mejor los cambios cerebrales que produce una segunda lengua y diseñar estrategias para hacerlo más fácil.

Fogonazos

Comparando nuestro cerebro con otras especies

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La imagen que tiene sobre estas líneas (que aparecía ayer en la portada de Reddit) muestra la comparación entre un cerebro humano (izquierda) y el de un delfín (derecha). Aparte de que el cerebro humano parece de plástico, se puede añadir alguna curiosidad más sobre la comparación: esos dos hemisferios tan bien diferenciados del delfín se desactivan alternativamente para permitirle descansar y dormir ‘apagando’ la mitad de su cerebro cada vez. Pero lo que para muchos es una sorpresa la diferencia de tamaño, ¿cómo puede ser el cerebro del delfín más grande, si nosotros somos – en teoría – más “listos”? Eso es lo que vamos a explicar en este post.

Lo que se tiene en cuenta en biología para calcular la posible inteligencia de una especie animal es el denominado cociente de encefalización, que es algo así como la relación entre el tamaño del encéfalo y la masa corporal. Una ballena azul, por ejemplo, tiene un cerebro de 7 kilos, el mayor de la Tierra seguido del cerebro del elefante indio de 6 kg, pero ninguno de los dos animales tiene un cociente de encefalización mayor a los humanos, debido a su tamaño. En animales de peso similar, un delfín y un gorila, por ejemplo, podemos ver también diferencias: el cetáceo tiene un cerebro de unos 1’200 kg mientras que el del gorila ronda el medio kilo.

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¿Es esto lo más importante para conocer la inteligencia de una especie? A la ecuación hay que sumarle más variables, como la cantidad de neuronas y la extensión del llamado neocórtex, que son las “capas” de neuronas que recubren los lóbulos frontal y prefrontal de los mamíferos. Ahí, y en la presencia de determinadas neuronas – de von Economo y piramidales, por ejemplo – reside quizá la diferencia de nuestra capacidad de procesamiento. La extensión de estas capas de neuronas es el evento evolutivo más importante del cerebro de los mamíferos y lo que les ha dado muchas ventajas por todo el planeta. En esta imagen tenéis una comparativa entre especies:

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Volviendo a la comparación inicial, entre humano y delfín, repetimos lo que decíamos al principio:no es tan importante el tamaño como la densidad de neuronas. En esta lista de Wikipedia de los animales por número de neuronas encontraréis la explicación. Si contabilizamos el número de neuronas de la corteza de un delfín nariz de botella y un chimpancé, vemos que están en términos similares: en torno a 6.000 millones cada uno, mientras que los humanos estamos más cerca de los 20.000 millones (en la corteza).

Comprender cómo se ha producido la evolución hacia ese encéfalo tan denso y proporcionalmente grande de los humanos es una tarea fascinante en la que los científicos siguen enfrascados. La principal incógnita es cómo hemos podido desarrollar un órgano tan costoso energéticamente. En adultos, nuestro cerebro consume un 20% de la energía frente al 13% de los chimpancés o el 8.5% de los ratones. Algunos estudios recientes apuntan a que en algunas especies se da un hecho que no esperaban: no fue tanto que el cerebro creciera como que el cuerpo fue empequeñeciéndose. Y en el último trabajo publicado esta semana en Plos Biology sobre este tema se compararon las huellas “metabólicas” de los tejidos humanos y los de otros animales y han descubierto grandes diferencias. No solo nuestro cerebro consume más, sino que nuestros músculos son más débiles y consumen menos que los de, por ejemplo, los chimpancés.

¿Qué significa esto? En el fondo la evolución de nuestro cerebro fue una especie de carrera entre un encéfalo que consumía cada vez más recursos y un cuerpo que necesitaba encontrar fuentes de calorías. Pero como explica Carl Zimmer en un magnífico artículo de The New York Times, otros científicos apuntan a que nuestros músculos cambiaron porque se adaptaron a una actividad nueva: andar y correr largas distancias, y eso les permitía obtener más calorías para un cerebro cada vez más exigente. Y si le añadimos después la capacidad para cocinar, y a obtener más energía comiendo menos horas al día, puede que tengamos casi todos los elementos.

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5 cosas increíbles que suceden con el cerebro de las personas ciegas

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5. El cerebro se reorganiza y se potencia

El cerebro de las personas ciegas, ya sea de nacimiento o durante la infancia o adultez, tiende a “re-cablearse. Así, potencia sus capacidades utilizando áreas que normalmente usamos para funciones visuales. Esto se debe a que las diferentes zonas del cerebro están interconectadas y, gracias a la llamada neuroplasticidad, son capaces de adquirir nuevas funciones o modificar las existentes. Por ejemplo, una persona vidente es capaz de reconocer e interpretar 10 sílabas por segundo, mientras que una persona ciega reconoce 25, lo que demuestra como el cerebro se potencia para corregir deficiencias.

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4. La corteza visual adquiere funciones auditivas

En Israel, se realizó un estudio en el que, se asoció ciertos sonidos con diferentes objetos, con la idea de que los reconocieran al escucharlos. Una vez que las personas invidentes lograron reconocer los sonidos, se les hizo una resonancia, durante la cual se reprodujeron los audios estudiados. Los científicos vieron cómo las zonas del cerebro normalmente asociadas a la visión trabajan para convertir el sonido en concepto o imagen.

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3. El cerebro se estimula con la luz, pese a que no la ven

Ya sea en casos de perdida parcial de la visión, y también en quienes son completamente invidentes, la luz tiene un efecto por sobre su cerebro. La retina, por más dañada y poco funcional que esté, igual tiene receptores de luz que, al sentir el más mínimo estimulo, alerta y pone el cerebro en acción, activando una serie de funciones cognitivas que se realizan durante el día, siguiendo el ritmo circadiano.

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2. El sentido del tacto estimula a la corteza visual

Muchos ciegos tocan rostros u objetos para reconocerlos, utilizando para ello el sentido del tacto, que envía señales al cerebro, las que son decodificadas en la corteza visual. Esa zona, que usualmente usamos para convertir lo que nuestro ojo ve en una imagen, se reentrena para decodificar lo que se toca. Quienes utilizan el sistema Braille identifican las letras y conceptos de esa manera.

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1. Interpreta el eco para distinguir obstáculos

En vez del famoso bastón, existe un método que algunos ciegos utilizan para caminar por las calles, sin chocar con obstáculos. Se trata de la ecolocación humana, para la que se utiliza la zona del cerebro que el resto utiliza para la visión. Tras un entrenamiento, la persona emite sonidos especiales desde su boca, chocando la lengua contra el paladar. El oído interpreta el eco cuando ese ruido rebota contra un obstáculo y sabe cuáles evitar y qué caminos están libres.

 

Ojo científico

Así eran los ‘neurocirujanos’ de hace 1.000 años

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Hace entre 1.000 y 1.250 años, existió una cultura en la zona central de los Andes, en Perú, cuyos individuos tenían conocimientos rudimentarios sobre neurocirugía. Algunos de los miembros de la cultura de la zona de Andahuaylas, denominada posteriormente Wari, eran capaces de hacer trepanaciones y sanar a personas con heridas o problemas graves en la cabeza, e incluso de transmitir sus técnicas a las generaciones posteriores.

Son las conclusiones de un estudio presentado por la bioarqueóloga Danielle Kurin, de la Universidad de Santa Bárbara (California), que ha analizado los restos de 32 individuos de esta cultura y ha encontrado 45 muestras distintas de procedimientos de trepanación. El hallazgo, publicado en The American Journal of Physical Anthropology, indica que los habitantes de esta región tenían unos conocimientos avanzados respecto a las intervenciones craneales, y utilizaban herramientas como el taladro manual o la lima para tratar una amplia variedad de problemas de salud.

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La trepanación es una técnica que consiste en realizar un agujero en el cráneo con el fin de aliviar la presión interior, ya sea por un traumatismo o un tumor. Hay pruebas de que esta práctica se llevó a cabo desde el neolítico con fines tanto médicos como mágicos o místicos. “Cuando tienes un golpe en la cabeza que provoca que tu cerebro se hinche peligrosamente”, asegura Kurin, “hacer un agujero se convierte en algo razonable“. El imperio Wari que habitó esta zona en competencia con los incas, desapareció de manera súbita y sin que se conozcan las causas, lo que provoca algunos problemas para conocer la cultura. Para Karin, es posible que los ‘médicos’ de esta civilización desarrollaran las técnicas de intervención ante la aparición de nuevas amenazas, como la violencia o las enfermedades.

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El estudio de Kurin muestra varias técnicas que usaban distintas personas en diferentes zonas. Algunos limaban, otros cortaban y otros usaban el taladro. “Parece como si estuvieran probando diferentes técnicas de la forma en que probamos procedimientos médicos hoy en día”, asegura Kurin. “Estaban probando diferentes maneras de cortar el cráneo”.

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En muchos individuos la presencia de hueso regenerado cerca de la incisión indica que el individuo se curó, mientras que en otro la operación no tuvo éxito y el enfermo no sobrevivió. “Tenemos muchos casos”, insiste la investigadora, “en que la herida en la cabeza y la trepanación sanaron“. Cuando el paciente no sobrevivía, los científicos sospechan que su cráneo era donado a la ‘ciencia’, para enseñar a otros las técnicas. Así lo indican algunos huesos en los que se observan talados de distinto grosor, como probando las herramientas y la fuerza que se necesita para atravesar el hueso. Esto mostraría que los miembros de aquella milenaria y extinta cultura no solo trataban de curar a los suyo, sino que creaban una especie de escuela para perpetuar ese conocimiento.

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