Neurociencia Cognitiva

La neurociencia cognitiva es el campo científico que se ocupa del estudio de los procesos y aspectos biológicos que subyacen a la cognición, con un enfoque específico en las conexiones neuronales del cerebro que están involucradas en los procesos mentales. Aborda las cuestiones de cómo las actividades cognitivas se ven afectadas o controladas por los circuitos neuronales del cerebro. La neurociencia cognitiva es una rama tanto de la neurociencia como de la psicología, que se superpone con disciplinas como la neurociencia del comportamiento, la psicología cognitiva, la psicología fisiológica y la neurociencia afectiva. La neurociencia cognitiva se basa en teorías de la ciencia cognitiva junto con la evidencia de la neurobiología y el modelado computacional.

Partes del cerebro juegan un papel importante en este campo. Las neuronas juegan el papel más importante, ya que el punto principal es establecer una comprensión de la cognición desde una perspectiva neuronal, junto con los diferentes lóbulos de la corteza cerebral.

Los métodos empleados en la neurociencia cognitiva incluyen procedimientos experimentales de la psicofísica y la psicología cognitiva, la neuroimagen funcional, la electrofisiología, la genómica cognitiva y la genética del comportamiento.

Los estudios de pacientes con déficits cognitivos debido a lesiones cerebrales constituyen un aspecto importante de la neurociencia cognitiva. Los daños en los cerebros lesionados proporcionan un punto de partida comparable con respecto a los cerebros sanos y en pleno funcionamiento. Estos daños cambian los circuitos neuronales del cerebro y provocan un mal funcionamiento durante los procesos cognitivos básicos, como la memoria o el aprendizaje. Las personas tienen problemas de aprendizaje y ese daño puede compararse con el funcionamiento de los circuitos neuronales sanos y posiblemente sacar conclusiones sobre la base de los procesos cognitivos afectados. Algunos ejemplos de problemas de aprendizaje en el cerebro incluyen lugares en el área de Wernicke, el lado izquierdo del lóbulo temporal y el área de Brocca cerca del lóbulo frontal.

Además, las habilidades cognitivas basadas en el desarrollo del cerebro se estudian y examinan en el subcampo de la neurociencia cognitiva del desarrollo. Esto muestra el desarrollo del cerebro a lo largo del tiempo, analizando las diferencias e inventando posibles razones para esas diferencias.

Los enfoques teóricos incluyen la neurociencia computacional y la psicología cognitiva.

Orígenes históricos

La neurociencia cognitiva es un área de estudio interdisciplinaria que ha surgido de la neurociencia y la psicología. Hay varias etapas en estas disciplinas que han cambiado la forma en que los investigadores abordan sus investigaciones y que llevaron a que el campo se estableciera por completo.

Aunque la tarea de la neurociencia cognitiva es describir los mecanismos neuronales asociados con la mente, históricamente ha progresado investigando cómo una determinada área del cerebro apoya una determinada facultad mental. Sin embargo, los primeros esfuerzos para subdividir el cerebro resultaron ser problemáticos. El movimiento frenólogo no proporcionó una base científica para sus teorías y desde entonces ha sido rechazado. La vista de campo agregado, lo que significa que todas las áreas del cerebro participaban en todo el comportamiento, también fue rechazada como resultado del mapeo del cerebro, que comenzó con los experimentos de Hitzig y Fritsch y finalmente se desarrolló a través de métodos como la tomografía por emisión de positrones (PET) y magnético funcional. resonancia magnética (fMRI).La teoría de la Gestalt, la neuropsicología y la revolución cognitiva fueron importantes puntos de inflexión en la creación de la neurociencia cognitiva como campo, reuniendo ideas y técnicas que permitieron a los investigadores establecer más vínculos entre el comportamiento y sus sustratos neurales.

Orígenes en la filosofía

Los filósofos siempre se han interesado por la mente: “la idea de que explicar un fenómeno implica comprender el mecanismo responsable del mismo tiene profundas raíces en la Historia de la Filosofía desde las teorías atómicas en el siglo V a. C. hasta su renacimiento en los siglos XVII y XVIII en las obras de Galileo, Descartes y Boyle. Entre otras, es la idea de Descartes de que las máquinas que construyen los humanos podrían funcionar como modelos de explicación científica". Por ejemplo, Aristóteles pensaba que el cerebro era el sistema de refrigeración del cuerpo y que la capacidad de inteligencia se encontraba en el corazón. Se ha sugerido que la primera persona en creer lo contrario fue el médico romano Galeno en el siglo II dC, quien declaró que el cerebro era la fuente de la actividad mental, aunque esto también se le ha acreditado a Alcmaeon.Sin embargo, Galen creía que la personalidad y la emoción no eran generadas por el cerebro, sino por otros órganos. Andreas Vesalius, anatomista y médico, fue el primero en creer que el cerebro y el sistema nervioso son el centro de la mente y la emoción. La psicología, un campo importante que contribuye a la neurociencia cognitiva, surgió del razonamiento filosófico sobre la mente.

Siglo 19

Frenología

Uno de los predecesores de la neurociencia cognitiva fue la frenología, un enfoque pseudocientífico que afirmaba que el comportamiento podía estar determinado por la forma del cuero cabelludo. A principios del siglo XIX, Franz Joseph Gall y JG Spurzheim creían que el cerebro humano estaba localizado en aproximadamente 35 secciones diferentes. En su libro, The Anatomy and Physiology of the Nervous System in General, and of the Brain in Particular, Gall afirmó que una protuberancia más grande en una de estas áreas significaba que esa área del cerebro era utilizada con más frecuencia por esa persona. Esta teoría ganó una gran atención pública, lo que llevó a la publicación de revistas de frenología y la creación de frenómetros, que midieron las protuberancias en la cabeza de un sujeto humano. Si bien la frenología siguió siendo un elemento fijo en ferias y carnavales,La principal crítica a la frenología es que los investigadores no pudieron probar teorías empíricamente.

Vista localizacionista

El punto de vista localizacionista se preocupaba por las habilidades mentales localizadas en áreas específicas del cerebro en lugar de cuáles eran las características de las habilidades y cómo medirlas. Los estudios realizados en Europa, como los de John Hughlings Jackson, apoyaron este punto de vista. Jackson estudió a pacientes con daño cerebral, particularmente a aquellos con epilepsia. Descubrió que los pacientes epilépticos a menudo hacían los mismos movimientos clónicos y tónicos de los músculos durante sus convulsiones, lo que llevó a Jackson a creer que debían ser causados ​​por actividad en el mismo lugar del cerebro cada vez. Jackson propuso que las funciones específicas estuvieran localizadas en áreas específicas del cerebro, lo que era fundamental para la comprensión futura de los lóbulos cerebrales.

Vista de campo agregado

De acuerdo con la visión del campo agregado, todas las áreas del cerebro participan en cada función mental.

Pierre Flourens, un psicólogo experimental francés, desafió la visión localizacionista utilizando experimentos con animales. Descubrió que la extirpación del cerebelo (cerebro) en conejos y palomas afectaba su sentido de la coordinación muscular, y que todas las funciones cognitivas se interrumpían en las palomas cuando se extirpaban los hemisferios cerebrales. A partir de esto, concluyó que la corteza cerebral, el cerebelo y el tronco encefálico funcionaban juntos como un todo. Su enfoque ha sido criticado sobre la base de que las pruebas no eran lo suficientemente sensibles para notar déficits selectivos en caso de que estuvieran presentes.

Emergencia de la neuropsicología

Quizás los primeros intentos serios de localizar las funciones mentales en lugares específicos del cerebro fueron los de Broca y Wernicke. Esto se logró principalmente mediante el estudio de los efectos de las lesiones en diferentes partes del cerebro sobre las funciones psicológicas.En 1861, el neurólogo francés Paul Broca se encontró con un hombre con una discapacidad que podía entender el idioma pero no hablar. El hombre solo podía producir el sonido "bronceado". Más tarde se descubrió que el hombre tenía daño en un área de su lóbulo frontal izquierdo ahora conocida como área de Broca. Carl Wernicke, un neurólogo alemán, encontró a un paciente que podía hablar con fluidez pero sin sentido. El paciente había sido víctima de un derrame cerebral y no podía entender el lenguaje hablado ni escrito. Este paciente tenía una lesión en el área donde se unen los lóbulos parietal y temporal izquierdos, ahora conocida como área de Wernicke. Estos casos, que sugirieron que las lesiones causaron cambios de comportamiento específicos, apoyaron fuertemente la visión localizacionista. Además, la afasia es un trastorno del aprendizaje que también fue descubierto por Paul Broca. De acuerdo a,Esto a menudo puede llevar a que la persona diga palabras sin sentido conocidas como "ensalada de palabras".

Mapeo del cerebro

En 1870, los médicos alemanes Eduard Hitzig y Gustav Fritsch publicaron sus hallazgos sobre el comportamiento de los animales. Hitzig y Fritsch hicieron pasar una corriente eléctrica a través de la corteza cerebral de un perro, lo que provocó que diferentes músculos se contrajeran según las áreas del cerebro estimuladas eléctricamente. Esto condujo a la proposición de que las funciones individuales están localizadas en áreas específicas del cerebro en lugar del cerebro como un todo, como sugiere la vista de campo agregado. Brodmann también fue una figura importante en el mapeo cerebral; sus experimentos basados ​​en las técnicas de tinción de tejidos de Franz Nissl dividieron el cerebro en cincuenta y dos áreas.

Siglo 20

Revolución cognitiva

A principios del siglo XX, las actitudes en Estados Unidos se caracterizaban por el pragmatismo, lo que condujo a una preferencia por el conductismo como enfoque principal en psicología. JB Watson fue una figura clave con su enfoque de estímulo-respuesta. Al realizar experimentos en animales, su objetivo era poder predecir y controlar el comportamiento. El conductismo finalmente fracasó porque no pudo proporcionar una psicología realista de la acción y el pensamiento humanos; se centró principalmente en las asociaciones de estímulo-respuesta a expensas de explicar fenómenos como el pensamiento y la imaginación. Esto condujo a lo que a menudo se denomina como la "revolución cognitiva".

Doctrina de la neurona

A principios del siglo XX, Santiago Ramón y Cajal y Camillo Golgi comenzaron a trabajar en la estructura de la neurona. Golgi desarrolló un método de tinción de plata que podía teñir por completo varias células en un área particular, lo que lo llevó a creer que las neuronas estaban directamente conectadas entre sí en un citoplasma. Cajal desafió este punto de vista después de teñir áreas del cerebro que tenían menos mielina y descubrir que las neuronas eran células discretas. Cajal también descubrió que las células transmiten señales eléctricas por la neurona en una sola dirección. Tanto Golgi como Cajal recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1906 por este trabajo sobre la doctrina de las neuronas.

Mediados del siglo XX

Varios hallazgos en el siglo XX continuaron avanzando en el campo, como el descubrimiento de las columnas de dominancia ocular, el registro de células nerviosas individuales en animales y la coordinación de los movimientos de los ojos y la cabeza. La psicología experimental también fue importante en la base de la neurociencia cognitiva. Algunos resultados particularmente importantes fueron la demostración de que algunas tareas se realizan a través de etapas discretas de procesamiento, el estudio de la atención,y la noción de que los datos de comportamiento no proporcionan suficiente información por sí mismos para explicar los procesos mentales. Como resultado, algunos psicólogos experimentales comenzaron a investigar las bases neurales del comportamiento. Wilder Penfield creó mapas de áreas motoras y sensoriales primarias del cerebro al estimular las cortezas de los pacientes durante la cirugía. El trabajo de Sperry y Gazzaniga en pacientes con cerebro dividido en la década de 1950 también fue fundamental en el progreso del campo. El término neurociencia cognitiva en sí mismo fue acuñado por Gazzaniga y el psicólogo cognitivo George Armitage Miller mientras compartían un taxi en 1976.

Mapeo cerebral

La nueva tecnología de mapeo cerebral, en particular fMRI y PET, permitió a los investigadores investigar estrategias experimentales de psicología cognitiva mediante la observación de la función cerebral. Aunque a menudo se considera que se trata de un método nuevo (la mayor parte de la tecnología es relativamente reciente), el principio subyacente se remonta a 1878, cuando el flujo sanguíneo se asoció por primera vez con la función cerebral. Angelo Mosso, un psicólogo italiano del siglo XIX, había monitoreado las pulsaciones del cerebro adulto a través de defectos óseos creados neuroquirúrgicamente en los cráneos de los pacientes. Observó que cuando los sujetos se dedicaban a tareas como cálculos matemáticos, las pulsaciones del cerebro aumentaban localmente. Tales observaciones llevaron a Mosso a concluir que el flujo sanguíneo del cerebro seguía a la función.

Surgimiento de una nueva disciplina.

Nacimiento de la ciencia cognitiva

El 11 de septiembre de 1956 se llevó a cabo una reunión a gran escala de cognitivistas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts. George A. Miller presentó su artículo "El mágico número siete, más o menos dos", mientras que Noam Chomsky y Newell & Simon presentaron sus hallazgos sobre informática. Ulric Neisser comentó muchos de los hallazgos de esta reunión en su libro Cognitive Psychology de 1967.. El término "psicología" había ido decayendo en las décadas de 1950 y 1960, lo que provocó que el campo se denominara "ciencia cognitiva". Los conductistas como Miller comenzaron a centrarse en la representación del lenguaje en lugar del comportamiento general. David Marr concluyó que uno debe entender cualquier proceso cognitivo en tres niveles de análisis. Estos niveles incluyen niveles de análisis computacional, algorítmico/representacional y físico.

Combinando neurociencia y ciencia cognitiva

Antes de la década de 1980, la interacción entre la neurociencia y la ciencia cognitiva era escasa. La neurociencia cognitiva comenzó a integrar el terreno teórico recién establecido en la ciencia cognitiva, que surgió entre las décadas de 1950 y 1960, con enfoques en psicología experimental, neuropsicología y neurociencia. (La neurociencia no se estableció como una disciplina unificada hasta 1971). A finales del siglo XX evolucionaron nuevas tecnologías que ahora son el pilar de la metodología de la neurociencia cognitiva, incluyendo TMS (1985) y fMRI (1991). Los métodos anteriores utilizados en la neurociencia cognitiva incluyen EEG (EEG humano 1920) y MEG (1968). Ocasionalmente, los neurocientíficos cognitivos utilizan otros métodos de imágenes cerebrales, como PET y SPECT. Una técnica próxima en neurociencia es NIRS, que utiliza la absorción de luz para calcular los cambios en la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina en las áreas corticales. En algunos animales se puede utilizar el registro de una sola unidad. Otros métodos incluyen microneurografía, EMG facial y seguimiento ocular. La neurociencia integradora intenta consolidar datos en bases de datos y formar modelos descriptivos unificados de varios campos y escalas: biología, psicología, anatomía y práctica clínica.

La teoría de la resonancia adaptativa (ART) es una teoría de la neurociencia cognitiva desarrollada por Gail Carpenter y Stephen Grossberg a fines de la década de 1970 sobre aspectos de cómo el cerebro procesa la información. Describe una serie de modelos de redes neuronales que utilizan métodos de aprendizaje supervisados ​​y no supervisados ​​y abordan problemas como el reconocimiento y la predicción de patrones.

En 2014, Stanislas Dehaene, Giacomo Rizzolatti y Trevor Robbins recibieron el Premio Cerebro "por su investigación pionera sobre los mecanismos cerebrales superiores que sustentan funciones humanas tan complejas como la alfabetización, la aritmética, el comportamiento motivado y la cognición social, y por sus esfuerzos para comprender trastornos del comportamiento". Brenda Milner, Marcus Raichle y John O'Keefe recibieron el Premio Kavli en Neurociencia "por el descubrimiento de redes cerebrales especializadas para la memoria y la cognición" y O'Keefe compartió el Premio Nobel en Fisiología o Medicina en el mismo año con May-Britt Moser y Edvard Moser "por sus descubrimientos de células que constituyen un sistema de posicionamiento en el cerebro".

En 2017, Wolfram Schultz, Peter Dayan y Ray Dolan recibieron el Brain Prize "por su análisis multidisciplinario de los mecanismos cerebrales que vinculan el aprendizaje con la recompensa, que tiene implicaciones de gran alcance para la comprensión del comportamiento humano, incluidos los trastornos de la toma de decisiones en condiciones como el juego, la adicción a las drogas, el comportamiento compulsivo y la esquizofrenia".

Tendencias recientes

Recientemente, el enfoque de la investigación se ha expandido desde la localización de áreas del cerebro para funciones específicas en el cerebro adulto usando una sola tecnología. Los estudios han divergido en varias direcciones diferentes: explorando las interacciones entre diferentes áreas del cerebro, utilizando múltiples tecnologías y enfoques para comprender las funciones cerebrales y utilizando enfoques computacionales. Los avances en la neuroimagen funcional no invasiva y los métodos de análisis de datos asociados también han hecho posible el uso de estímulos y tareas altamente naturalistas, como películas que representan interacciones sociales en estudios de neurociencia cognitiva.

Otra tendencia muy reciente en la neurociencia cognitiva es el uso de la optogenética para explorar la función del circuito y sus consecuencias conductuales.

Temas

• Atención
• Conciencia
• Toma de decisiones
• emociones
• Inteligencia
• Idioma
• Aprendizaje
• Memoria
• Percepción
• Cognición social

Métodos

Los métodos experimentales incluyen:

• Psicofísica
• Registro visual
• Resonancia magnética funcional
• Electroencefalografía
• Magnetoencefalografía
• electrocorticografía
• Estimulación Magnética Transcraneal
• Modelado Computacional