Historia de la neurociencia

Desde las momificaciones del antiguo Egipto hasta la investigación científica del siglo XVIII sobre "glóbulos" y neuronas, existe evidencia de la práctica de la neurociencia a lo largo de los primeros períodos de la historia. Las primeras civilizaciones carecían de los medios adecuados para obtener conocimientos sobre el cerebro humano. Sus suposiciones sobre el funcionamiento interno de la mente, por lo tanto, no eran precisas. Los primeros puntos de vista sobre la función del cerebro lo consideraban una especie de "relleno craneal". En el antiguo Egipto, desde finales del Reino Medio en adelante, en preparación para la momificación, el cerebro se extirpaba con regularidad, ya que se suponía que el corazón era el asiento de la inteligencia. Según Heródoto, durante el primer paso de la momificación: "La práctica más perfecta es extraer la mayor cantidad de cerebro posible con un gancho de hierro,

Antigüedad

La primera referencia al cerebro se encuentra en el papiro quirúrgico de Edwin Smith, escrito en el siglo XVII a. El jeroglífico para cerebro, que aparece ocho veces en este papiro, describe los síntomas, el diagnóstico y el pronóstico de dos pacientes, heridos en la cabeza, que tenían fracturas compuestas del cráneo. Las evaluaciones del autor (un cirujano de campo de batalla) del papiro aluden a que los antiguos egipcios tenían un vago reconocimiento de los efectos del traumatismo craneal. Si bien los síntomas están bien escritos y detallados, la ausencia de un precedente médico es evidente. El autor del pasaje señala "las pulsaciones del cerebro expuesto" y comparó la superficie del cerebro con la superficie ondulada de la escoria de cobre (que de hecho tiene un patrón de surco giratorio). La lateralidad de la lesión se relacionó con la lateralidad del síntoma, y ​​tanto la afasia ("

En la antigua Grecia, el interés por el cerebro comenzó con el trabajo de Alcmaeon, quien aparentemente diseccionó el ojo y relacionó el cerebro con la visión. También sugirió que el cerebro, no el corazón, era el órgano que gobernaba el cuerpo (lo que los estoicos llamarían el hegemonikon) y que los sentidos dependían del cerebro. Según las autoridades antiguas, Alcmaeon creía que el poder del cerebro para sintetizar sensaciones lo convertía también en la sede de los recuerdos y el pensamiento. El autor de Sobre la enfermedad sagrada, parte del corpus hipocrático, también creía que el cerebro era el asiento de la inteligencia.

El debate sobre el hegemonikon persistió entre los antiguos filósofos y médicos griegos durante mucho tiempo. Ya en el siglo IV a. C., Aristóteles pensaba que el corazón era el asiento de la inteligencia, mientras que el cerebro era un mecanismo de enfriamiento de la sangre. Razonó que los humanos son más racionales que las bestias porque, entre otras razones, tienen un cerebro más grande para enfriar su sangre caliente. En el extremo opuesto, durante el período helenístico, Herófilo y Erasístrato de Alejandría se involucraron en estudios que involucraron la disección de cuerpos humanos, proporcionando evidencia de la primacía del cerebro. Afirmaron la distinción entre el cerebro y el cerebelo, e identificaron los ventrículos y la duramadre.. Sus obras ahora se han perdido en su mayoría, y conocemos sus logros debido principalmente a fuentes secundarias. Algunos de sus descubrimientos tuvieron que ser redescubiertos un milenio después de su muerte.

Durante el Imperio Romano, el médico y filósofo griego Galeno diseccionó los cerebros de bueyes, monos de Berbería, cerdos y otros mamíferos no humanos. Concluyó que, como el cerebelo era más denso que el cerebro, debía controlar los músculos, mientras que como el cerebro era blando, debía ser donde se procesaban los sentidos. Galeno además teorizó que el cerebro funcionaba por el movimiento de los espíritus animales a través de los ventrículos. También notó que nervios espinales específicos controlaban músculos específicos y tenía la idea de la acción recíproca de los músculos. Solo en el siglo XIX, en el trabajo de François Magendie y Charles Bell, la comprensión de la función espinal superaría la de Galeno.

Medieval a principios de la Edad Moderna

La medicina islámica de la Edad Media se centró en cómo interactuaban la mente y el cuerpo y enfatizó la necesidad de comprender la salud mental. Alrededor del año 1000, Al-Zahrawi, residente en la Península Ibérica, evaluó pacientes neurológicos y realizó tratamientos quirúrgicos de traumatismos craneoencefálicos, fracturas de cráneo, lesiones de columna, hidrocefalia, derrames subdurales y cefalea. En Persia, Avicena (Ibn-Sina) presentó conocimientos detallados sobre las fracturas de cráneo y sus tratamientos quirúrgicos. Algunos consideran a Avicena como el padre de la medicina moderna.Escribió 40 artículos sobre medicina, siendo el más notable Qanun, una enciclopedia médica que se convertiría en un elemento básico en las universidades durante casi cien años. También explicó fenómenos como insomnio, manía, alucinaciones, pesadillas, demencia, epilepsia, derrame cerebral, parálisis, vértigo, melancolía y temblores. También descubrió una condición similar a la esquizofrenia, a la que llamó Junun Mufrit, caracterizada por agitación, alteraciones del comportamiento y del sueño, dar respuestas inapropiadas a las preguntas e incapacidad ocasional para hablar. Avicena también descubrió el vermis cerebeloso, al que simplemente llamó vermis, y el núcleo caudado. Ambos términos todavía se usan en neuroanatomía en la actualidad. También fue la primera persona en asociar los déficits mentales con déficits en el ventrículo medio o lóbulo frontal del cerebro.Abulcasis, Averroes, Avenzoar y Maimónides, activos en el mundo musulmán medieval, también describieron una serie de problemas médicos relacionados con el cerebro.

Entre los siglos XIII y XIV, los primeros libros de texto de anatomía en Europa, que incluían una descripción del cerebro, fueron escritos por Mondino de Luzzi y Guido da Vigevano.

Renacimiento

El trabajo de Andreas Vesalius sobre cadáveres humanos encontró problemas con la visión galénica de la anatomía. Vesalius notó muchas características estructurales tanto del cerebro como del sistema nervioso general durante sus disecciones. Además de registrar muchas características anatómicas como el putamen y el cuerpo calloso, Vesalius propuso que el cerebro estaba compuesto por siete pares de "nervios cerebrales", cada uno con una función especializada. Otros eruditos impulsaron el trabajo de Vesalio agregando sus propios bocetos detallados del cerebro humano.

Revolución científica

En el siglo XVII, René Descartes estudió la fisiología del cerebro y propuso la teoría del dualismo para abordar la cuestión de la relación del cerebro con la mente. Sugirió que la glándula pineal era donde la mente interactuaba con el cuerpo después de registrar los mecanismos cerebrales responsables de la circulación del líquido cefalorraquídeo. Jan Swammerdam colocó el músculo del muslo de rana cortado en una jeringa hermética con una pequeña cantidad de agua en la punta y cuando hizo que el músculo se contrajera al irritar el nervio, el nivel del agua no aumentó, sino que disminuyó por un minuto, desacreditando la teoría de los globos aerostáticos.. La idea de que la estimulación nerviosa condujo al movimiento tuvo implicaciones importantes al plantear la idea de que el comportamiento se basa en estímulos.Thomas Willis estudió el cerebro, los nervios y el comportamiento para desarrollar tratamientos neurológicos. Describió con gran detalle la estructura del tronco encefálico, el cerebelo, los ventrículos y los hemisferios cerebrales.

Período moderno

El papel de la electricidad en los nervios fue observado por primera vez en ranas diseccionadas por Luigi Galvani, Lucia Galeazzi Galvani y Giovanni Aldini en la segunda mitad del siglo XVIII. En 1811, César Julien Jean Legallois definió por primera vez una función específica de una región del cerebro. Estudió la respiración en disecciones y lesiones de animales, y encontró el centro de la respiración en el bulbo raquídeo. Entre 1811 y 1824, Charles Bell y François Magendie descubrieron mediante disección y vivisección que las raíces ventrales de la columna vertebral transmiten impulsos motores y las raíces posteriores reciben información sensorial (ley de Bell-Magendie).En la década de 1820, Jean Pierre Flourens fue pionero en el método experimental de realizar lesiones localizadas del cerebro en animales describiendo sus efectos sobre la motricidad, la sensibilidad y el comportamiento. A mediados de siglo, Emil du Bois-Reymond, Johannes Peter Müller y Hermann von Helmholtz demostraron que las neuronas eran eléctricamente excitables y que su actividad afectaba predeciblemente el estado eléctrico de las neuronas adyacentes.

En 1848, John Martyn Harlow describió que a Phineas Gage le perforaron el lóbulo frontal con una barra apisonadora de hierro en un accidente de explosión. Se convirtió en un caso de estudio en la conexión entre la corteza prefrontal y las funciones ejecutivas. En 1861, Broca se enteró de un paciente en el Hospital Bicêtre que tenía una pérdida progresiva del habla y parálisis de 21 años, pero sin pérdida de comprensión ni función mental. Broca realizó una autopsia y determinó que el paciente tenía una lesión en el lóbulo frontal del hemisferio cerebral izquierdo. Broca publicó sus hallazgos de las autopsias de doce pacientes en 1865. Su trabajo inspiró a otros a realizar autopsias cuidadosas con el objetivo de vincular más regiones del cerebro con las funciones sensoriales y motoras. Otro neurólogo francés, Marc Dax, hizo observaciones similares una generación antes.La hipótesis de Broca fue apoyada por Gustav Fritsch y Eduard Hitzig, quienes descubrieron en 1870 que la estimulación eléctrica de la corteza motora causaba contracciones musculares involuntarias de partes específicas del cuerpo de un perro y por las observaciones de pacientes epilépticos realizadas por John Hughlings Jackson, quien dedujo correctamente en la década de 1870 la organización de la corteza motora al observar la progresión de las convulsiones a través del cuerpo. Carl Wernicke desarrolló aún más la teoría de la especialización de estructuras cerebrales específicas en la comprensión y producción del lenguaje. Richard Caton presentó sus hallazgos en 1875 sobre los fenómenos eléctricos de los hemisferios cerebrales de conejos y monos. En 1878, Hermann Munk encontró en perros y monos que la visión estaba localizada en el área cortical occipital,David Ferrier descubrió en 1881 que la audición estaba localizada en la circunvolución temporal superior y Harvey Cushing descubrió en 1909 que el sentido del tacto estaba localizado en la circunvolución poscentral. La investigación moderna todavía utiliza las definiciones anatómicas citoarquitectónicas de Korbinian Brodmann (refiriéndose al estudio de la estructura celular) de esta era para continuar mostrando que distintas áreas de la corteza se activan en la ejecución de tareas específicas.

Los estudios del cerebro se volvieron más sofisticados después de la invención del microscopio y el desarrollo de un procedimiento de tinción por parte de Camillo Golgi a fines de la década de 1890 que usaba una sal de cromato de plata para revelar las estructuras intrincadas de las neuronas individuales. Su técnica fue utilizada por Santiago Ramón y Cajal y condujo a la formación de la doctrina de la neurona, la hipótesis de que la unidad funcional del cerebro es la neurona. Golgi y Ramón y Cajal compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1906 por sus extensas observaciones, descripciones y categorizaciones de las neuronas en todo el cerebro. Las hipótesis de la doctrina de las neuronas fueron apoyadas por experimentos que siguieron al trabajo pionero de Galvani en la excitabilidad eléctrica de músculos y neuronas. En 1898, el científico británico John Newport Langley acuñó por primera vez el término "autonómico".Langley es conocido como uno de los padres de la teoría del receptor químico y como el origen del concepto de "sustancia receptiva". Hacia fines del siglo XIX, Francis Gotch realizó varios experimentos sobre el funcionamiento del sistema nervioso. En 1899 describió la fase "inexcitable" o "refractaria" que tiene lugar entre los impulsos nerviosos. Su enfoque principal estaba en cómo la interacción nerviosa afectaba los músculos y los ojos.

Heinrich Obersteiner en 1887 fundó el ''Instituto de Anatomía y Fisiología del SNC'', más tarde llamado Instituto Neurológico u Obersteiner de la Facultad de Medicina de la Universidad de Viena. Fue una de las primeras instituciones de investigación del cerebro en el mundo. Estudió la corteza cerebelosa, describió la zona de Redlich-Obersteiner y escribió uno de los primeros libros sobre neuroanatomía en 1888. Róbert Bárány, quien trabajó en la fisiología y patología del aparato vestibular, asistió a esta escuela y se graduó en 1900. Obersteiner fue más tarde reemplazado por Otto Marburg.

Siglo veinte

La neurociencia durante el siglo XX comenzó a ser reconocida como una disciplina académica unificada distinta, en lugar de que los estudios del sistema nervioso fueran un factor de la ciencia perteneciente a una variedad de disciplinas.

Ivan Pavlov contribuyó a muchas áreas de la neurofisiología. La mayor parte de su trabajo involucró investigaciones sobre el temperamento, el condicionamiento y las acciones reflejas involuntarias. En 1891, Pavlov fue invitado al Instituto de Medicina Experimental de San Petersburgo para organizar y dirigir el Departamento de Fisiología. Publicó El trabajo de las glándulas digestivas.en 1897, después de 12 años de investigación. Sus experimentos le valieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1904. Durante el mismo período, Vladimir Bekhterev descubrió 15 nuevos reflejos y es conocido por su competencia con Pavlov en el estudio de los reflejos condicionados. Fundó el Instituto Psiconeurológico en la Academia Médica Estatal de San Petersburgo en 1907, donde trabajó con Alexandre Dogiel. En el instituto, intentó establecer un enfoque multidisciplinario para la exploración del cerebro. El Instituto de Actividad Nerviosa Superior en Moscú, Rusia se estableció el 14 de julio de 1950.

El trabajo de Charles Scott Sherrington se centró en gran medida en los reflejos y sus experimentos condujeron al descubrimiento de las unidades motoras. Sus conceptos se centraron en el comportamiento unitario de las células activadas o inhibidas en lo que llamó sinapsis. Sherrington recibió el premio Nobel por demostrar que los reflejos requieren una activación integrada y demostró la inervación recíproca de los músculos (ley de Sherrington). Sherrington también trabajó con Thomas Graham Brown, quien desarrolló una de las primeras ideas sobre generadores de patrones centrales en 1911. Brown reconoció que el patrón básico de pasos puede ser producido por la médula espinal sin necesidad de órdenes descendentes desde la corteza.

La acetilcolina fue el primer neurotransmisor que se identificó. Fue identificado por primera vez en 1915 por Henry Hallett Dale por sus acciones sobre el tejido cardíaco. Fue confirmado como neurotransmisor en 1921 por Otto Loewi en Graz. Loewi demostró el ″humoral Übertragbarkeit der Herznervenwirkung″ primero en anfibios. Inicialmente le dio el nombre de Vagusstoff porque se liberaba del nervio vago y en 1936 escribió: ″Ya no dudo en identificar el Sympathicusstoff con la adrenalina″.

Una pregunta importante para los neurocientíficos a principios del siglo XX fue la fisiología de los impulsos nerviosos. En 1902 y nuevamente en 1912, Julius Bernstein avanzó la hipótesis de que el potencial de acción resultaba de un cambio en la permeabilidad de la membrana axonal a los iones. Bernstein también fue el primero en introducir la ecuación de Nernst para el potencial de reposo a través de la membrana. En 1907, Louis Lapicque sugirió que el potencial de acción se generaba cuando se cruzaba un umbral,lo que luego se mostraría como un producto de los sistemas dinámicos de conductancias iónicas. El fisiólogo británico Keith Lucas y su protegido Edgar Adrian realizaron una gran cantidad de estudios sobre los órganos sensoriales y la función de las células nerviosas. Los experimentos de Keith Lucas en la primera década del siglo XX demostraron que los músculos se contraen por completo o no se contraen en absoluto, esto se conoce como el principio de todo o nada.Edgar Adrian observó fibras nerviosas en acción durante sus experimentos con ranas. Esto probó que los científicos podían estudiar la función del sistema nervioso directamente, no solo indirectamente. Esto condujo a un rápido aumento en la variedad de experimentos realizados en el campo de la neurofisiología y la innovación en la tecnología necesaria para estos experimentos. Gran parte de la investigación inicial de Adrian se inspiró en el estudio de la forma en que los tubos de vacío interceptaban y mejoraban los mensajes codificados.Al mismo tiempo, Josepht Erlanger y Herbert Gasser pudieron modificar un osciloscopio para que funcionara con voltajes bajos y pudieron observar que los potenciales de acción ocurrían en dos fases: un pico seguido de un pico posterior. Descubrieron que los nervios se encontraban en muchas formas, cada una con su propio potencial de excitabilidad. Con esta investigación, la pareja descubrió que la velocidad de los potenciales de acción era directamente proporcional al diámetro de la fibra nerviosa y recibió un Premio Nobel por su trabajo.

Kenneth Cole se unió a la Universidad de Columbia en 1937 y permaneció allí hasta 1946, donde realizó avances pioneros en el modelado de las propiedades eléctricas del tejido nervioso. La hipótesis de Bernstein sobre el potencial de acción fue confirmada por Cole y Howard Curtis, quienes demostraron que la conductancia de la membrana aumenta durante un potencial de acción. David E. Goldman trabajó con Cole y derivó la ecuación de Goldman en 1943 en la Universidad de Columbia. Alan Lloyd Hodgkin pasó un año (1937-1938) en el Instituto Rockefeller, durante el cual se unió a Cole para medir la resistencia de CC de la membrana del axón gigante del calamar en estado de reposo. En 1939 comenzaron a usar electrodos internos dentro de la fibra nerviosa gigante del calamar y Cole desarrolló la técnica de pinzamiento de voltaje en 1947. Hodgkin y Andrew Huxley luego presentaron un modelo matemático para la transmisión de señales eléctricas en las neuronas del axón gigante de un calamar y cómo se inician y propagan, lo que se conoce como modelo de Hodgkin-Huxley. En 1961-1962, Richard FitzHugh y J. Nagumo simplificaron Hodgkin-Huxley, en lo que se llama el modelo FitzHugh-Nagumo. En 1962, Bernard Katz modeló la neurotransmisión a través del espacio entre las neuronas conocido como sinapsis. A partir de 1966,Aplysia. En 1981, Catherine Morris y Harold Lecar combinaron estos modelos en el modelo Morris-Lecar. Este trabajo cada vez más cuantitativo dio lugar a numerosos modelos de neuronas biológicas y modelos de computación neuronal.

Eric Kandel y sus colaboradores han citado a David Rioch, Francis O. Schmitt y Stephen Kuffler por haber desempeñado un papel fundamental en el establecimiento del campo.Rioch originó la integración de la investigación anatómica y fisiológica básica con la psiquiatría clínica en el Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed, a partir de la década de 1950. Durante el mismo período, Schmitt estableció un programa de investigación en neurociencia dentro del Departamento de Biología del Instituto Tecnológico de Massachusetts, que reúne biología, química, física y matemáticas. El primer departamento independiente de neurociencia (entonces llamado Psicobiología) fue fundado en 1964 en la Universidad de California, Irvine por James L. McGaugh. Stephen Kuffler inició el Departamento de Neurobiología en la Escuela de Medicina de Harvard en 1966. El primer uso oficial de la palabra "Neurociencia" puede ser en 1962 con el "Programa de Investigación de Neurociencia" de Francis O. Schmitt, que fue organizado por el Instituto de Tecnología de Massachusetts.

Con el tiempo, la investigación del cerebro ha pasado por fases filosóficas, experimentales y teóricas, y se prevé que el trabajo sobre la simulación del cerebro sea importante en el futuro.

Institutos y Organizaciones de Neurociencias

Como resultado del creciente interés por el sistema nervioso, se han formado varios institutos y organizaciones de neurociencia prominentes para proporcionar un foro para todos los neurocientíficos. La organización de neurociencia profesional más grande es la Society for Neuroscience (SFN), que tiene su sede en los Estados Unidos pero incluye muchos miembros de otros países.

Base	Instituto u Organización
1887	Instituto Obersteiner de la Facultad de Medicina de la Universidad de Viena
1903	La comisión del cerebro de la Asociación Internacional de Academias
1907	Instituto Psiconeurológico de la Academia Estatal de Medicina de San Petersburgo
1909	Instituto Central de Investigación del Cerebro de los Países Bajos en Amsterdam, ahora Instituto de Neurociencia de los Países Bajos
1947	Instituto Nacional de Salud Mental y Neurociencias
1950	Instituto de Actividad Nerviosa Superior
1960	Organización Internacional de Investigación del Cerebro
1963	Sociedad Internacional de Neuroquímica
1968	Sociedad Europea del Cerebro y el Comportamiento
1968	Asociación Británica de Neurociencias
1969	Sociedad de Neurociencia
1997	Centro Nacional de Investigación del Cerebro

En 2013, se anunció la Iniciativa BRAIN en EE. UU. En 2017 se creó una Iniciativa Internacional del Cerebro, actualmente integrada por más de siete iniciativas de investigación del cerebro a nivel nacional (EE. UU., Europa, Instituto Allen, Japón, China, Australia, Canadá, Corea, Israel) que abarcan cuatro continentes.