Psicobiología

La neurociencia del comportamiento, también conocida como psicología biológica, biopsicología o psicobiología, es la aplicación de los principios de la biología al estudio de los mecanismos fisiológicos, genéticos y de desarrollo del comportamiento en humanos y otros animales.

Historia

La neurociencia del comportamiento 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 tanto el comportamiento animal como el humano. Descartes sugirió que la glándula pineal, una estructura no apareada en la línea media del cerebro de muchos organismos, era el punto de contacto entre la mente y el cuerpo. Descartes también elaboró ​​una teoría en la que la neumática de los fluidos corporales podría explicar los reflejos y otros comportamientos motores. Esta teoría se inspiró en estatuas en movimiento en un jardín de París.La estimulación eléctrica y las lesiones también pueden mostrar el efecto del comportamiento motor de los humanos. Pueden registrar la actividad eléctrica de las acciones, las hormonas, los productos químicos y los efectos que tienen las drogas en el sistema del cuerpo, 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, Los principios de la psicología 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 del comportamiento como ciencias legítimas se puede rastrear desde el surgimiento de la fisiología de la anatomía, particularmente de la neuroanatomía. Los fisiólogos realizaron experimentos con organismos vivos, una práctica de la 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 fiables de sujetos vivos.

Incluso antes de los siglos XVIII y XIX, la neurociencia del comportamiento comenzaba a tomar forma ya en el año 1700 a. C. 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 escuelas principales 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 pensamientos y procesos mentales. En contraste, Aristóteles creía que el cerebro cumplía el propósito de enfriar las emociones derivadas del corazón. El problema mente-cuerpo fue un trampolín para intentar comprender la conexión entre la mente y el cuerpo.

Surgió otro debate sobre la localización de la función o la especialización funcional frente a 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 mediante el estudio de pacientes epilépticos junto con Rassmussen. La investigación sobre la localización de la función ha llevado a los neurocientíficos del comportamiento a comprender mejor 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, la biología enfoca y analiza el comportamiento y todos los temas que le conciernen, 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 cuestiones es el de una herramienta social que respalda a 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 del comportamiento; sin embargo, gran parte de la literatura experimental en neurociencia del comportamiento proviene del estudio de especies no humanas, con mayor frecuencia ratas, ratones y monos. Como resultado, una suposición crítica en la neurociencia del comportamiento es que los organismos comparten similitudes biológicas y de comportamiento, lo suficiente como para permitir extrapolaciones entre especies. Esto vincula estrechamente a la neurociencia del comportamiento con la psicología comparada, la psicología evolutiva, la biología evolutiva y la neurobiología. La neurociencia del comportamiento también tiene similitudes paradigmáticas y metodológicas con la neuropsicología, que se basa en gran medida en el estudio del comportamiento de los seres humanos con disfunción del sistema nervioso (es decir, una manipulación biológica no experimental).La psicología fisiológica es un subcampo de la neurociencia del comportamiento, con una definición apropiadamente más estrecha.

Métodos de búsqueda

La característica distintiva de un experimento de neurociencia del comportamiento es que la variable independiente del experimento es biológica o alguna variable dependiente es biológica. En otras palabras, se altera permanente o temporalmente el sistema nervioso del organismo en estudio, o se mide algún aspecto del sistema nervioso (generalmente para relacionarlo con una variable conductual).

Inhabilitar o disminuir la función neural

• Lesiones: un método clásico en el que una región del cerebro de interés se destruye de forma natural o intencional para observar cualquier cambio resultante, como un 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 las regiones del cerebro en coordenadas estereotácticas tridimensionales".
  • Lesiones quirúrgicas: el tejido neural se destruye al extirparlo quirúrgicamente.
  • Lesiones electrolíticas: el tejido neural se destruye mediante la aplicación de un traumatismo por descarga eléctrica.
  • Lesiones químicas: el tejido neural se destruye por la infusión de una neurotoxina.
  • Lesiones temporales: el tejido neural se desactiva temporalmente por enfriamiento o por 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 provoca una actividad eléctrica no sistemática en las neuronas corticales cercanas que se puede analizar experimentalmente como una lesión funcional.
• Inyección de ligando sintético: un receptor activado únicamente por un ligando sintético (RASSL) o un receptor de diseño activado exclusivamente por fármacos de diseño (DREADD), permite el control espacial y temporal de la señalización de la proteína G in vivo. Estos sistemas utilizan receptores acoplados a proteína G (GPCR) diseñados para responder exclusivamente a ligandos sintéticos de moléculas pequeñas, 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 atenuar la actividad neuronal con potasio.
• Manipulaciones psicofarmacológicas: un antagonista de los receptores químicos 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 AP5 inhibe el inicio de la potenciación a largo plazo de la transmisión sináptica excitatoria (en el condicionamiento del miedo de 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 las células de interés. La potente inhibición neuronal en una escala de tiempo de milisegundos se instiga con la estimulación mediante la frecuencia adecuada de la luz suministrada a través de fibra óptica o LED implantados en el caso de los vertebrados, o mediante iluminación externa para los invertebrados pequeños y suficientemente translúcidos. Las halorodopsinas bacterianas o 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 de 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, los G _q -DREADD pueden usarse 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 puede analizarse como si tuviera un efecto estimulante (en lugar de una lesión funcional).
• Excitación optogenética: una proteína excitatoria activada por la luz se expresa en células seleccionadas. La canalrodopsina-2 (ChR2), un canal catiónico activado por la luz, fue la primera opsina bacteriana que se demostró que excita las neuronas en respuesta a la luz, aunque ahora se han generado una serie de nuevas herramientas optogenéticas excitatorias al mejorar e impartir propiedades novedosas a ChR2

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 la actividad neuronal. Los VSD comúnmente cambiaron sus propiedades fluorescentes en respuesta a un cambio de voltaje a través de la membrana de la neurona, lo que hace que la actividad eléctrica de la membrana subumbral y supraumbral (potenciales de acción) sea detectable. También se han desarrollado proteínas fluorescentes sensibles al voltaje codificadas genéticamente.
  • Las imágenes de calcio se basan en tintes o proteínas codificadas genéticamente que emiten fluorescencia al unirse al calcio que está presente de forma 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 de vesícula sináptica y una proteína fluorescente sensible al pH. Tras la liberación de vesículas sinápticas, la proteína quimérica se expone al pH más alto de la hendidura sináptica, lo que provoca un cambio medible en la fluorescencia.
• Registro de una sola unidad: método mediante el cual se introduce un electrodo en el cerebro de un animal vivo para detectar la actividad eléctrica generada por las neuronas adyacentes a la punta del electrodo. Normalmente, esto se realiza con animales sedados, pero a veces se realiza con animales despiertos que participan en un evento de comportamiento, como una rata sedienta que bate una lija en particular previamente emparejada con agua para medir los patrones correspondientes de activación neuronal en el punto de decisión.
• Grabación de electrodos múltiples: el uso de un conjunto de electrodos finos para registrar la actividad simultánea de hasta cientos de neuronas.
• fMRI: 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 resonancia magnética y se toman para indicar la actividad relativa de las 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 tridimensional. Estas partículas son emitidas por inyecciones de radioisótopos como el flúor. Las imágenes de PET revelan los procesos patológicos que predicen los cambios anatómicos, lo que las hace importantes para detectar, diagnosticar y caracterizar muchas patologías.
• Electroencefalografía – O EEG; y la técnica derivada de potenciales relacionados con eventos, en la que electrodos en el cuero cabelludo monitorean la actividad promedio de las neuronas en la corteza (nuevamente, se usa con mayor frecuencia en sujetos humanos). Esta técnica utiliza diferentes tipos de electrodos para sistemas de registro, 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 neural. Por ejemplo, se cree que la expresión de genes tempranos inmediatos es causada por una vigorosa actividad neural. Asimismo, la inyección de 2-desoxiglucosa antes de alguna tarea conductual puede ir seguida de la localización anatómica de esa sustancia química; es absorbido 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 forma 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 algún comportamiento se puede inferir estadísticamente mediante el estudio de cepas endogámicas de algunas especies, más comúnmente ratones. La secuenciación reciente del genoma de muchas especies, sobre todo de ratones, ha facilitado esta técnica.
• Cría 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 sólidas sobre el papel de ese tramo de ADN.
• Ingeniería genética: el genoma también puede manipularse experimentalmente; por ejemplo, los ratones knockout pueden diseñarse para que carezcan de un gen en particular, o un gen puede expresarse en una cepa que normalmente no lo hace (la 'transgénica'). Las técnicas avanzadas también pueden permitir que se produzca la expresión o la supresión de un gen mediante la inyección de alguna sustancia química reguladora.

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 teórico. Los métodos computacionales tienen una amplia variedad de roles que incluyen la aclaración de experimentos, la prueba de hipótesis y la generación de nuevos conocimientos. Estas técnicas juegan un papel cada vez mayor en el avance de la psicología biológica.

Limitaciones y ventajas

Diferentes manipulaciones tienen ventajas y limitaciones. El tejido neural destruido como consecuencia primaria de una cirugía, una descarga eléctrica o una neurotoxina pueden confundir los resultados de modo que el trauma físico enmascare 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, hasta cierto punto, el resultado del daño. al tejido neural circundante, más que por una lesión de una región distinta del cerebro. 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 se ha metabolizado el fármaco.

áreas temáticas

En general, los neurocientíficos del comportamiento estudian temas y problemas similares a los de los psicólogos académicos, aunque están limitados por la necesidad de utilizar animales no humanos. Como resultado, la mayor parte de la literatura en neurociencia del comportamiento se ocupa de los procesos mentales y los comportamientos que se comparten en diferentes modelos animales, como:

• Sensación y percepción
• Conducta motivada (hambre, sed, sexo)
• Control de movimiento
• Aprendizaje y Memoria
• Sueño y ritmos biológicos
• Emoción

Sin embargo, con una sofisticación técnica cada vez mayor y con el desarrollo de métodos no invasivos más precisos que se pueden aplicar a sujetos humanos, los neurocientíficos del comportamiento están comenzando a contribuir a otras áreas temáticas clásicas de la psicología, la filosofía y la lingüística, como:

• Idioma
• Razonamiento y toma de decisiones.
• Conciencia

La neurociencia del comportamiento también ha tenido una sólida historia de contribución a la comprensión de los trastornos médicos, incluidos aquellos que caen dentro del ámbito de la psicología clínica y la psicopatología biológica (también conocida como psicología anormal). Aunque no existen modelos animales para todas las enfermedades mentales, el campo ha aportado importantes datos terapéuticos sobre una variedad de condiciones, que incluyen:

• La enfermedad de Parkinson, un trastorno degenerativo del sistema nervioso central que a menudo afecta las habilidades motoras y el habla.
• Enfermedad de Huntington, un raro trastorno neurológico hereditario cuyos síntomas más evidentes 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 presenta en personas mayores de 65 años y se caracteriza por un deterioro cognitivo progresivo, junto con una disminución de las actividades de la vida diaria y por síntomas neuropsiquiátricos o cambios de comportamiento.
• 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 para experimentar placer.
• Esquizofrenia, un diagnóstico psiquiátrico que describe una enfermedad mental caracterizada por deficiencias en la percepción o expresión de la realidad, que se manifiesta más comúnmente 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 del cerebro que afecta la interacción social y la comunicación, y causa un comportamiento restringido y repetitivo, todo comienza antes de que el 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 normalmente 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 o neurobiólogos del comportamiento. (Esta lista omite a los ganadores que eran casi exclusivamente neuroanatomistas o neurofisiólogos; es decir, aquellos que no midieron variables conductuales o neurobiológicas).

• Charles Sherrington (1932)
• Édgar Adrián (1932)
• Walter Hess (1949)
• Egas Moniz (1949)
• Georg von Bekésy (1961)
• Jorge Wald (1967)
• Granito Ragnar (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 Carlson (2000)
• Ricardo Axel (2004)
• Linda B Buck (2004)
• John O'Keefe (2014)
• Edward Moser (2014)
• May-Britt Moser (2014)

Premio Kavli en Neurociencia

• Ana Graybiel (1942)
• Cornelia Bargmann (1961)
• Winfried Denk (1957)