Neurociencia conductual
La neurociencia conductual, también conocida como psicología biológica, biopsicología o psicobiología, es la aplicación de los principios de la biología al estudio de los mecanismos de comportamiento fisiológicos, genéticos y de desarrollo en humanos y otros animales.
Historia
La neurociencia conductual como disciplina científica surgió de una variedad de tradiciones científicas y filosóficas en los siglos XVIII y XIX. En filosofía, personas como René Descartes propusieron modelos físicos para explicar el comportamiento animal y humano. Descartes sugirió que la glándula pineal, una estructura no parecida de la línea media en el cerebro de muchos organismos, era el punto de contacto entre la mente y el cuerpo.
Descartes también elaboró una teoría en la cual la neumática de los fluidos corporales podría explicar los reflejos y otros comportamientos motores. Esta teoría se inspiró en el movimiento de estatuas en un jardín en París. Estimulación eléctricay las lesiones también pueden mostrar el efecto del comportamiento motor de los humanos.
Pueden registrar la actividad eléctrica de las acciones, hormonas, productos químicos y los efectos que las drogas tienen en el sistema corporal, todo lo cual afecta el comportamiento diario.
Otros filósofos también ayudaron a dar a luz a la psicología. Uno de los primeros libros de texto en el nuevo campo, The Principles of Psychology de William James, argumenta que el estudio científico de la psicología debe basarse en una comprensión de la biología.
El surgimiento de la psicología y la neurociencia conductual como ciencias legítimas se puede rastrear desde el surgimiento de la fisiología desde la anatomía, particularmente la neuroanatomía. Los fisiólogos realizaron experimentos con organismos vivos, una práctica que desconfiaban los anatomistas dominantes de los siglos XVIII y XIX.
El influyente trabajo de Claude Bernard, Charles Bell y William Harvey ayudó a convencer a la comunidad científica de que se podían obtener datos confiables de sujetos vivos.
Incluso antes de los siglos XVIII y XIX, la neurociencia conductual comenzaba a tomar forma ya en 1700 aC. La pregunta que parece surgir continuamente es: ¿cuál es la conexión entre la mente y el cuerpo? El debate se conoce formalmente como el problema mente-cuerpo. Hay dos grandes escuelas de pensamiento que intentan resolver el problema mente-cuerpo;
Monismo y dualismo. Platón y Aristóteles son dos de varios filósofos que participaron en este debate. Platón creía que el cerebro era donde ocurrían todos los procesos y pensamientos mentales.Por el contrario, Aristóteles creía que el cerebro tenía el propósito de enfriar las emociones derivadas del corazón.
El problema mente-cuerpo fue un trampolín hacia el intento de comprender la conexión entre la mente y el cuerpo.
Surgió otro debate sobre la localización de la función o la especialización funcional versus la equipotencialidad, que desempeñó un papel importante en el desarrollo de la neurociencia conductual. Como resultado de la localización de la investigación de funciones, muchas personas famosas que se encuentran dentro de la psicología han llegado a varias conclusiones diferentes.
Wilder Penfield pudo desarrollar un mapa de la corteza cerebral a través del estudio de pacientes epilépticos junto con Rassmussen. La investigación sobre la localización de la función ha llevado a los neurocientíficos conductuales a una mejor comprensión de qué partes del cerebro controlan el comportamiento.
Esto se ejemplifica mejor a través del estudio de caso de Phineas Gage.
El término «psicobiología» se ha utilizado en una variedad de contextos, enfatizando la importancia de la biología, que es la disciplina que estudia las modificaciones orgánicas, neuronales y celulares en el comportamiento, la plasticidad en la neurociencia y las enfermedades biológicas en todos los aspectos, además de la biología.
Enfoca y analiza el comportamiento y todos los temas que le preocupan, desde un punto de vista científico. En este contexto, la psicología ayuda como una disciplina complementaria pero importante en las ciencias neurobiológicas. El papel de la psicología en estas preguntas es el de una herramienta social que respalde la ciencia biológica principal o más fuerte.
El término «psicobiología» fue utilizado por primera vez en su sentido moderno por Knight Dunlap en su libro An Outline of Psychobiology (1914). Dunlap también fue el fundador y editor en jefe de la revista Psychobiology. En el anuncio de esa revista, Dunlap escribe que la revista publicará investigaciones «…
Relacionadas con la interconexión de las funciones mentales y fisiológicas», que describe el campo de la neurociencia conductual incluso en su sentido moderno.
Relación con otros campos de la psicología y la biología
En muchos casos, los humanos pueden servir como sujetos experimentales en experimentos de neurociencia conductual; sin embargo, gran parte de la literatura experimental en neurociencia conductual proviene del estudio de especies no humanas, con mayor frecuencia ratas, ratones y monos. Como resultado, una suposición crítica en la neurociencia conductual es que los organismos comparten similitudes biológicas y conductuales, lo suficiente como para permitir extrapolaciones entre especies.
Esto alía estrechamente la neurociencia conductual con la psicología comparada, la psicología evolutiva, la biología evolutiva y la neurobiología. La neurociencia conductual también tiene similitudes paradigmáticas y metodológicas con la neuropsicología., que se basa en gran medida en el estudio del comportamiento de los humanos con disfunción del sistema nervioso (es decir, una manipulación biológica no basada experimentalmente).
Los sinónimos de neurociencia conductual incluyen biopsicología, psicología biológica y psicobiología. La psicología fisiológica es un subcampo de la neurociencia conductual, con una definición más precisa
Métodos de investigación
La característica distintiva de un experimento de neurociencia conductual es que la variable independiente del experimento es biológica o alguna variable dependiente es biológica. En otras palabras, el sistema nervioso del organismo en estudio se altera de forma permanente o temporal, o se mide algún aspecto del sistema nervioso (generalmente relacionado con una variable de comportamiento).
Deshabilitar o disminuir la función neuronal
Lesiones : un método clásico en el que una región cerebral de interés se destruye de forma natural o intencional para observar los cambios resultantes, como el rendimiento degradado o mejorado en alguna medida de comportamiento. Las lesiones se pueden colocar con una precisión relativamente alta «Gracias a una variedad de ‘atlas’ cerebrales que proporcionan un mapa de regiones cerebrales en coordenadas estereotácticas tridimensionales».
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- Lesiones quirúrgicas : el tejido neural se destruye al extirparlo quirúrgicamente.
- Lesiones electrolíticas : el tejido neural se destruye mediante la aplicación de un trauma por descarga eléctrica.
- Lesiones químicas : el tejido neural se destruye por la infusión de una neurotoxina.
- Lesiones temporales : el tejido neural se desactiva temporalmente mediante enfriamiento o mediante el uso de anestésicos como la tetrodotoxina.
- Estimulación magnética transcraneal : una nueva técnica generalmente utilizada con sujetos humanos en la que una bobina magnética aplicada al cuero cabelludo causa actividad eléctrica no sistemática en las neuronas corticales cercanas que puede analizarse experimentalmente como una lesión funcional.
- Inyección de ligando sintético : un receptor activado únicamente por un ligando sintético (RASSL) o un receptor de diseñador activado exclusivamente por drogas de diseño (DREADD), permite el control espacial y temporal de la señalización de la proteína G in vivo. Estos sistemas utilizan receptores acoplados a proteínas G ( GPCR ) diseñados para responder exclusivamente a ligandos de moléculas pequeñas sintéticas, como el N-óxido de clozapina (CNO), y no a sus ligandos naturales.
- Los RASSL representan una herramienta quimiogenética basada en GPCR. Estos ligandos sintéticos tras la activación pueden disminuir la función neural mediante la activación de la proteína G. Esto puede con el potasio atenuando la actividad neuronal.
- Manipulaciones psicofarmacológicas : un antagonista químico del receptor induce la actividad neuronal al interferir con la neurotransmisión. Los antagonistas pueden administrarse sistémicamente (como por inyección intravenosa) o localmente (intracerebralmente) durante un procedimiento quirúrgico en los ventrículos o en estructuras cerebrales específicas.
- Por ejemplo, se ha demostrado que el antagonista de NMDA AP inhibe el inicio de la potenciación a largo plazo de la transmisión sináptica excitatoria (en el condicionamiento del miedo a los roedores) que se cree que es un mecanismo vital en el aprendizaje y la memoria.
- Inhibición optogenética : una proteína inhibidora activada por la luz se expresa en células de interés. La potente inhibición neuronal a escala de tiempo de milisegundos se estimula mediante la estimulación por la frecuencia apropiada de luz suministrada a través de fibra óptica o LED implantados en el caso de vertebrados, o mediante iluminación externa para invertebrados pequeños y suficientemente translúcidos.
- Las halordopsinas bacterianas o las bombas de protones son las dos clases de proteínas utilizadas para la optogenética inhibitoria, logrando la inhibición al aumentar los niveles citoplasmáticos de haluros ( Cl-O disminuyendo la concentración citoplasmática de protones, respectivamente.
Mejora de la función neuronal
- Estimulación eléctrica: un método clásico en el que la actividad neuronal se mejora mediante la aplicación de una pequeña corriente eléctrica (demasiado pequeña para causar una muerte celular significativa).
- Manipulaciones psicofarmacológicas: un agonista del receptor químico facilita la actividad neuronal al mejorar o reemplazar los neurotransmisores endógenos. Los agonistas pueden administrarse sistémicamente (como por inyección intravenosa) o localmente (intracerebralmente) durante un procedimiento quirúrgico.
- Inyección de ligando sintético – Del mismo modo, G q -DREADDs se pueden utilizar para modular la función celular mediante la inervación de regiones cerebrales como el hipocampo. Esta inervación da como resultado la amplificación de los ritmos γ, lo que aumenta la actividad motora.
- Estimulación magnética transcraneal : en algunos casos (por ejemplo, estudios de la corteza motora ), esta técnica se puede analizar como que tiene un efecto estimulante (en lugar de una lesión funcional).
- Excitación optogenética : una proteína excitadora activada por la luz se expresa en células seleccionadas. Channelrhodopsin -2 (ChR), un canal catiónico activado por luz, fue la primera opsina bacteriana que excita las neuronas en respuesta a la luz, aunque ahora se han generado una serie de nuevas herramientas optogenéticas excitadoras al mejorar e impartir propiedades novedosas a ChR
Medición de la actividad neuronal
- Técnicas ópticas: los métodos ópticos para registrar la actividad neuronal se basan en métodos que modifican las propiedades ópticas de las neuronas en respuesta a los eventos celulares asociados con los potenciales de acción o la liberación de neurotransmisores.
- Los colorantes sensibles al voltaje (VSD) se encontraban entre los primeros métodos para detectar ópticamente potenciales de acción. Los VSD comúnmente se vuelven fluorescentes en respuesta al cambio de voltaje de una neurona, lo que hace que los potenciales de acción individuales sean detectables. También se han desarrollado proteínas fluorescentes sensibles al voltaje codificadas genéticamente.
- Las imágenes de calcio se basan en colorantes o proteínas codificadas genéticamente que fluorescen al unirse al calcio que está presente de manera transitoria durante un potencial de acción.
- Synapto-pHluorin es una técnica que se basa en una proteína de fusión que combina una proteína de membrana vesicular sináptica y una proteína fluorescente sensible al pH. Tras la liberación de la vesícula sináptica, la proteína quimérica se expone al pH más alto de la hendidura sináptica, lo que provoca un cambio apreciable en la fluorescencia.
- Grabación de una sola unidad : un método mediante el cual se introduce un electrodo en el cerebro de un animal vivo para detectar la actividad eléctrica que generan las neuronas adyacentes a la punta del electrodo. Normalmente esto se realiza con animales sedados, pero a veces se realiza en animales despiertos involucrados en un evento de comportamiento, como una rata sedienta que bate un papel de lija particular previamente emparejado con agua para medir los patrones correspondientes de disparo neuronal en el punto de decisión.
- Grabación de múltiples electrodos: el uso de un conjunto de electrodos finos para registrar la actividad simultánea de hasta cientos de neuronas.
- FMRI : imágenes de resonancia magnética funcional, una técnica que se aplica con mayor frecuencia en sujetos humanos, en la que los cambios en el flujo sanguíneo cerebral se pueden detectar en un aparato de MRI y se toman para indicar la actividad relativa de regiones cerebrales a mayor escala (es decir, del orden de cientos de miles de neuronas).
- PET : la tomografía por emisión de positrones detecta partículas llamadas fotones mediante un examen de medicina nuclear en 3-D. Estas partículas son emitidas por inyecciones de radioisótopos como el flúor. Las imágenes PET revelan los procesos patológicos que predicen los cambios anatómicos, por lo que es importante para detectar, diagnosticar y caracterizar muchas patologías
- Electroencefalografía – o EEG; y la técnica derivada de potenciales relacionados con eventos, en la cual los electrodos del cuero cabelludo monitorean la actividad promedio de las neuronas en la corteza (nuevamente, se usa con mayor frecuencia con sujetos humanos). Esta técnica utiliza diferentes tipos de electrodos para sistemas de grabación, como electrodos de aguja y electrodos a base de solución salina.
- EEG permite la investigación de trastornos mentales, trastornos del sueño y fisiología. Puede monitorear el desarrollo del cerebro y el compromiso cognitivo.
- Neuroanatomía funcional: una contraparte más compleja de la frenología. La expresión de algún marcador anatómico se toma para reflejar la actividad neuronal. Por ejemplo, se cree que la expresión de genes tempranos inmediatos es causada por una actividad neuronal vigorosa. Del mismo modo, la inyección de 2-desoxiglucosa antes de alguna tarea de comportamiento puede ser seguida por la localización anatómica de ese químico;
- Está ocupado por neuronas que son eléctricamente activas.
- MEG : la magnetoencefalografía muestra el funcionamiento del cerebro humano a través de la medición de la actividad electromagnética. La medición de los campos magnéticos creados por la corriente eléctrica que fluye dentro de las neuronas identifica la actividad cerebral asociada con varias funciones humanas en tiempo real, con una precisión espacial milimétrica.
- Los médicos pueden obtener datos de manera no invasiva para ayudarlos a evaluar los trastornos neurológicos y planificar los tratamientos quirúrgicos.
Técnicas genéticas
- Mapeo de QTL : la influencia de un gen en algunos comportamientos puede inferirse estadísticamente mediante el estudio de cepas endogámicas de algunas especies, más comúnmente ratones. La secuenciación reciente del genoma de muchas especies, especialmente ratones, ha facilitado esta técnica.
- Crianza selectiva : los organismos, a menudo ratones, pueden criarse selectivamente entre cepas endogámicas para crear una cepa congénica recombinante. Esto podría hacerse para aislar un tramo de ADN experimentalmente interesante derivado de una cepa en el genoma de fondo de otra cepa para permitir inferencias más fuertes sobre el papel de ese tramo de ADN.
- Ingeniería genética : el genoma también puede ser manipulado experimentalmente; por ejemplo, los ratones knockout pueden ser diseñados para que carezcan de un gen en particular, o un gen puede expresarse en una cepa que normalmente no lo hace (el «transgénico»). Las técnicas avanzadas también pueden permitir la expresión o supresión de un gen por inyección de algún químico regulador.
Otros métodos de investigación
Modelos computacionales: uso de una computadora para formular problemas del mundo real para desarrollar soluciones. Aunque este método a menudo se centra en la informática, ha comenzado a moverse hacia otras áreas de estudio. Por ejemplo, la psicología es una de estas áreas. Los modelos computacionales permiten a los investigadores en psicología mejorar su comprensión de las funciones y desarrollos en los sistemas nerviosos.
Ejemplos de métodos incluyen el modelado de neuronas, redes y sistemas cerebrales y análisis teóricos. Los métodos computacionales tienen una amplia variedad de roles que incluyen aclarar experimentos, probar hipótesis y generar nuevas ideas. Estas técnicas juegan un papel cada vez más importante en el avance de la psicología biológica.
Limitaciones y ventajas
Las diferentes manipulaciones tienen ventajas y limitaciones. El tejido neural destruido como consecuencia principal de una cirugía, una descarga eléctrica o una neurotoxina puede confundir los resultados, de modo que el trauma físico enmascara los cambios en los procesos neurofisiológicos fundamentales de interés.
Por ejemplo, cuando se usa una sonda electrolítica para crear una lesión intencional en una región distinta del cerebro de la rata, el tejido circundante puede verse afectado: por lo tanto, un cambio en el comportamiento exhibido por el grupo experimental después de la cirugía es, en cierta medida, el resultado de un daño al tejido neural circundante, en lugar de por una lesión de una región cerebral distinta.
La mayoría de las técnicas de manipulación genética también se consideran permanentes.Las lesiones temporales se pueden lograr con manipulaciones genéticas avanzadas, por ejemplo, ciertos genes ahora se pueden activar y desactivar con la dieta. Las manipulaciones farmacológicas también permiten el bloqueo de ciertos neurotransmisores temporalmente a medida que la función vuelve a su estado anterior después de que el fármaco ha sido metabolizado.
Áreas temáticas
En general, los neurocientíficos conductuales estudian temas y cuestiones similares a los psicólogos académicos, aunque limitados por la necesidad de utilizar animales no humanos. Como resultado, la mayor parte de la literatura en neurociencia conductual se ocupa de procesos mentales y comportamientos que se comparten a través de diferentes modelos animales, tales como:
- Sensación y percepción
- Comportamiento motivado (hambre, sed, sexo)
- Control de movimiento
- Aprendizaje y Memoria
- Sueño y ritmos biológicos.
- Emoción
Sin embargo, con la creciente sofisticación técnica y con el desarrollo de métodos no invasivos más precisos que pueden aplicarse a sujetos humanos, los neurocientíficos conductuales están comenzando a contribuir a otras áreas temáticas clásicas de psicología, filosofía y lingüística, como:
- Idioma
- Razonamiento y toma de decisiones.
- Conciencia
La neurociencia conductual también ha tenido una sólida historia de contribuir a la comprensión de los trastornos médicos, incluidos los que están dentro del ámbito de la psicología clínica y la psicopatología biológica (también conocida como psicología anormal). Aunque los modelos animales no existen para todas las enfermedades mentales, el campo ha aportado datos terapéuticos importantes sobre una variedad de afecciones, que incluyen:
La enfermedad de Parkinson, un trastorno degenerativo del sistema nervioso central que a menudo afecta las habilidades motoras y el habla del paciente.
La enfermedad de Huntington, un trastorno neurológico hereditario raro cuyos síntomas más obvios son movimientos corporales anormales y falta de coordinación. También afecta una serie de habilidades mentales y algunos aspectos de la personalidad.
- La enfermedad de Alzheimer, una enfermedad neurodegenerativa que, en su forma más común, se encuentra en personas mayores de 65 años y se caracteriza por un deterioro cognitivo progresivo, junto con la disminución de las actividades de la vida diaria y por síntomas neuropsiquiátricos o cambios de comportamiento.
- La depresión clínica, un trastorno psiquiátrico común, caracterizado por una disminución persistente del estado de ánimo, pérdida de interés en las actividades habituales y disminución de la capacidad de experimentar placer.
- La esquizofrenia, un diagnóstico psiquiátrico que describe una enfermedad mental caracterizada por deficiencias en la percepción o expresión de la realidad, que se manifiesta con mayor frecuencia como alucinaciones auditivas, delirios paranoides o extraños o habla y pensamiento desorganizados en el contexto de una disfunción social u ocupacional significativa.
- El autismo, un trastorno del desarrollo cerebral que deteriora la interacción social y la comunicación, y causa un comportamiento restringido y repetitivo, todo comienza antes de que un niño tenga tres años.
- Ansiedad, un estado fisiológico caracterizado por componentes cognitivos, somáticos, emocionales y conductuales. Estos componentes se combinan para crear los sentimientos que generalmente se reconocen como miedo, aprensión o preocupación.
- Abuso de drogas, incluido el alcoholismo.
Premios
Premios Nobel
Los siguientes ganadores del Premio Nobel podrían considerarse razonablemente neurocientíficos del comportamiento o neurobiólogos. (Esta lista omite a los ganadores que eran casi exclusivamente neuroanatomistas o neurofisiólogos; es decir, aquellos que no midieron las variables conductuales o neurobiológicas).
- Charles Sherrington (1932)
- Edgar Adrian (1932)
- Walter Hess (1949)
- Egas Moniz (1949)
- Georg von Békésy (1961)
- George Wald (1967)
- Ragnar Granit (1967)
- Konrad Lorenz (1973)
- Niko Tinbergen (1973)
- Karl von Frisch (1973)
- Roger W. Sperry (1981)
- David H. Hubel (1981)
- Torsten N. Wiesel (1981)
- Eric R. Kandel (2000)
- Arvid Carlsson (2000)
- Richard Axel (2004)
- Linda B. Buck (2004)
- John O’Keefe (2014)
- Edvard Moser (2014)
- May-Britt Moser (2014)
Premio Kavli en Neurociencia
- Ann Graybiel (1942)
- Cornelia Bargmann (1961)
- Winfried Denk (1957)
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