Neurociencia

Como neurociencia (más raramente en singular: neurociencia ) se hace referencia a las áreas de investigación científica en las que se examinan el diseño y la función de los sistemas nerviosos . Debido a la amplia variedad de métodos utilizados, la investigación neurocientífica está a cargo de científicos de muchas disciplinas diferentes como fisiología , psicología , medicina , biología , informática o matemáticas . A menudo también hay colaboraciones con áreas científicas relacionadas, como tecnología de la información , informática o robótica .

Historia de la investigación del cerebro

Los hallazgos de los primeros tiempos de Egipto muestran que las intervenciones quirúrgicas en el sistema nervioso central se llevaron a cabo hace 5000 años. Alrededor del 70 por ciento de los cráneos en los que hay evidencia de tales intervenciones han cambiado biológicamente después de la operación, lo que indica que el paciente sobrevivió a la operación por meses o años.

Alrededor del 500 a. C. Se dice que Alkmaion de Croton fue el primero en descubrir los nervios ópticos y otros nervios sensoriales. Alkmaion desarrolló la idea de que los nervios son huecos y encierran un medio ( kenon ) que guía la impresión sensorial al cerebro. Hipócrates de Kos reconoció que el cerebro funciona como el asiento de la sensación y la inteligencia. Alrededor de 129-216 d.C., Galeno describió las funciones de los tractos nerviosos individuales .

Este artículo o la siguiente sección no se proporcionan adecuadamente con documentos de respaldo ( por ejemplo, evidencia individual ) La información sin pruebas suficientes podría eliminarse pronto. Ayuda a Wikipedia investigando la información e incluyendo buena evidencia.

En la Edad Media, el conocimiento de la investigación del cerebro en Europa occidental quedó por debajo del nivel de la antigüedad. La investigación en el área europea se centró principalmente en los estudios monásticos a base de hierbas.

Los primeros tramos se llevaron a cabo durante el Renacimiento . El italiano Giovanni Alfonso Borelli (1608-1679) cuestionó por primera vez la existencia de un spiritus animalis gaseoso . En cambio, sospechaba la existencia de un líquido, el succus nervio , que los nervios huecos presionaban en las extremidades y, por lo tanto, debería inducir las acciones de acuerdo con principios neumáticos.

El hecho de que los impulsos eléctricos fluyan a través de los nervios se describió por primera vez en el siglo XVIII. Un segundo hallazgo importante del siglo XVIII fue que la corteza cerebral está estructurada funcionalmente. La investigación sobre la anatomía del cerebro también avanzó rápidamente a partir del siglo XIX. En el todavía joven siglo XXI, la neurociencia se está desarrollando principalmente metodológicamente.

Campo de investigación

El campo de la investigación en neurociencia es el papel de los sistemas nerviosos de todo tipo en la ejecución global de los procesos de vida de los organismos biológicos.

En particular, las neurociencias tratan del análisis de la estructura y funcionamiento de las unidades centrales de todos los sistemas nerviosos, las neuronas y otros tipos de células como las células gliales en particular . Se examinan las peculiaridades y los efectos de la interconexión de estas células para formar redes neuronales en sistemas nerviosos complejos. Algunos ejemplos son el sistema nervioso difuso de los celentéreos , el cordón nervioso ventral de los artrópodos y el sistema nervioso central de los vertebrados .

Las áreas de investigación en neurociencia que se ocupan principalmente del estudio de la estructura y el rendimiento del cerebro de los primates (es decir, humanos y monos ) a menudo se denominan coloquialmente investigación del cerebro o del cerebro .

Además de la investigación experimental básica , también se investiga desde el punto de vista médico sobre las causas y posibles curas de enfermedades nerviosas como el Parkinson , el Alzheimer o la demencia . Además, las neurociencias investigan el procesamiento cognitivo de la información (procesos neuronales en la percepción , antes tradicionalmente denominados fenómenos “ mentales ”), así como el desarrollo y curso de reacciones emocionales o fenómenos amplios como la conciencia y la memoria .

En las últimas décadas, por tanto, han surgido numerosas colaboraciones, en parte ancladas institucionalmente, entre neurocientíficos e investigadores de otras disciplinas, siendo las relaciones más estrechas con representantes de la ciencia cognitiva , la psicología y la filosofía de la mente .

Disciplinas

Neuromarketing : un mensaje publicitario estimula el hipotálamo

Las neurociencias evitan tratar de subdividirlas bruscamente en subáreas según diversos criterios. Es cierto que las disciplinas podrían clasificarse inicialmente según los niveles de jerarquía microscópicos y macroscópicos considerados (moléculas, células, estructura celular, red, comportamiento ), pero las neurociencias tienden a una perspectiva más funcional. En otras palabras, el papel funcional de un elemento microscópico para un sistema (macroscópico) se examina principalmente uno o más niveles por encima.

A continuación se muestra una posible clasificación aproximada de las neurociencias, según los niveles, en cuatro disciplinas diferentes:

Neurociencia Cognitiva
Neuropsicoanálisis
  • Sujetos clínico-médicos

La Neurobiología se ocupa principalmente de las bases biológicas moleculares y celulares de la neurociencia. Otras disciplinas que trabajan en este nivel son las ramas neurocientíficas de la bioquímica , biología molecular , genética y epigenética , pero también biología celular , histología y anatomía y biología del desarrollo . La - controvertidamente discutida - neurobiología vegetal se ocupa de la expansión del conocimiento neurocientífico de la zoología para incluir plantas .

La neurofisiología está en el centro de las neurociencias . Aunque la fisiología es normalmente una subdisciplina de la biología, tiene un papel especial en la neurociencia en esa actividad neuronal y, por lo tanto, el "lenguaje de los nervios" cae dentro del campo de la neurofisiología. La neurofisiología se puede subdividir en electrofisiología y fisiología sensorial , pero también está estrechamente relacionada con la neurofarmacología , la neuroendocrinología y la toxicología .

La neurociencia cognitiva ocupa un lugar central en un nivel superior. Se ocupa de los mecanismos neuronales que subyacen a las funciones cognitivas y psicológicas. Por lo tanto, ella está principalmente interesada en un mayor rendimiento del cerebro, así como en sus déficits.

En 2000, conocidos neurocientíficos dieron una plataforma a una colaboración internacional con el psicoanálisis al fundar una sociedad especializada separada, a la que llamaron Asociación de Neuropsicoanálisis .

Los temas clínico-médicos abordan la patogénesis , el diagnóstico y la terapia de enfermedades del cerebro e incluyen neurología , neuropatología , neurorradiología y neurocirugía , así como psiquiatría biológica y neuropsicología clínica .

Métodos

Los métodos de la neurociencia inicialmente difieren en su aplicabilidad a los seres humanos. Para estudiar el sistema nervioso humano, se utilizan predominantemente métodos no invasivos , es decir, métodos que no dañan el sistema. En casos excepcionales y en experimentos con animales, también se utilizan procedimientos invasivos . Un caso excepcional son, por ejemplo, los estudios de lesiones, que aportan información sobre la localización de funciones mediante una comparación sistemática de cerebros dañados. Sin embargo, el daño no se lleva a cabo de manera selectiva, sino que los pacientes con lesiones cerebrales o accidentes cerebrovasculares forman la base del estudio. A continuación se enumeran los métodos neurocientíficos más importantes.

  • La psicofísica se ocupa exclusivamente de las capacidades de medición del cerebro como un complejo dentro del organismo. Proporciona pistas sobre el abanico de posibilidades que tiene un ser vivo. La psicofísica a menudo se combina con la anatomía cuando se realizan estudios de lesiones. Pacientes con lesiones cerebrales, p. Ej. B. después de un accidente cerebrovascular se comparan con personas sanas. La comparación de las posibilidades (psicofísicas) de dos sistemas neuronales con un cerebro intacto o dañado permite evaluar el papel del área cerebral dañada en cuanto a habilidades y capacidades. Sin embargo, los estudios de lesiones tienen la desventaja de que la ubicación del daño solo se pudo determinar después de la muerte del paciente. Por tanto, eran muy tediosos, pero durante mucho tiempo formaron la base de todos los estudios neurocientíficos y limitaron la velocidad a la que se adquirían conocimientos neurocientíficos. En su metodología, la actividad de las células nerviosas no juega un papel directo, ya que el foco del estudio no es la célula nerviosa sino todo el sistema del ser vivo.
  • Con el desarrollo de dispositivos que brindan información directa o indirecta sobre la actividad cerebral, la naturaleza de los estudios también cambió. El desarrollo de la electroencefalografía (EEG) permite observar indirectamente el funcionamiento del cerebro. La actividad de las células nerviosas crea un campo eléctrico que se puede medir fuera del cráneo. Dado que un campo magnético también se propaga ortogonalmente a cada campo eléctrico, esto también se puede medir; este método se conoce como magnetoencefalografía (MEG). Ambos métodos tienen en común que permiten medir la actividad de grandes grupos de células con alta resolución temporal y así obtener información sobre la secuencia de pasos de procesamiento. La resolución espacial es moderada, pero permite a los investigadores obtener conocimiento sobre la ubicación y el tiempo de los pasos del proceso neuronal en personas vivas.
  • Por medio de la tomografía computarizada (TC), se ha hecho posible determinar la ubicación y la extensión de una lesión también en pacientes vivos. Esto hizo que los estudios de lesiones fueran más rápidos y precisos, ya que el cerebro se puede escanear inmediatamente después del daño y la anatomía del daño ya puede proporcionar información sobre posibles déficits (cognitivos), que luego se pueden estudiar de manera específica. Otro efecto secundario es el hecho de que el cerebro se deforma desde el daño hasta la muerte del paciente, lo que dificulta determinar la anatomía exacta del daño. Esta deformación no influye en la TC en la medida en que el tiempo entre el daño y la tomografía suele ser breve. Esto también se aplica a las imágenes por resonancia magnética (MRT / MRI, también conocidas como imágenes por resonancia magnética). Ambos métodos tienen una resolución espacial de buena a muy buena, pero no permiten sacar conclusiones sobre la actividad de las células nerviosas. Representan la continuación de los estudios de lesiones.
  • Los estudios funcionales, es decir, los estudios que examinan la función de ciertas áreas del cerebro, solo fueron posibles cuando se desarrollaron métodos de imágenes cuya intensidad de señal medida cambia según la actividad de las áreas del cerebro. Estos métodos incluyen tomografía por emisión de positrones (PET), tomografía computarizada por emisión de fotón único (SPECT) y tomografía por resonancia magnética funcional (fMRI / fMRI). Todos generan una señal con una resolución espacial de moderada a buena, pero tienen la desventaja de ser prácticamente ciegos a la secuencia temporal de procesos neuronales (en el rango de milisegundos). Un método relativamente nuevo es la espectroscopia de infrarrojo cercano no invasiva , que tiene una buena resolución temporal, pero solo puede obtener imágenes de pequeñas áreas del cerebro. Sin embargo, a diferencia de otros métodos funcionales, se puede utilizar como un EEG móvil y en un entorno natural.
  • En sistemas de modelos animales o en estudios clínicos, también se utilizan métodos invasivos que cambian específicamente las propiedades del sistema nervioso o causan daños o lesiones a través de la medición. A nivel global, los agentes farmacológicos en particular cambian las propiedades de las neuronas u otros mecanismos relevantes para la actividad, plasticidad o desarrollo neuronal. En la intervención farmacológica , dependiendo de la sustancia, se puede influir o destruir completamente un área del cerebro, o solo se puede influir en todo el cerebro un canal o tipo de receptor muy específico de la membrana celular neuronal. La intervención farmacológica es, por tanto, un método funcional tanto global como específico. La psicofísica, la electrofisiología o la histología (post mortem) se suelen utilizar para medir los efectos de la intervención .
  • La estimulación magnética transcraneal (TMS) permite acortar áreas del cerebro. Aunque es invasivo, también se usa en humanos porque no se espera que cause daño permanente. Por medio de un fuerte campo magnético, la electricidad se induce sin dolor en áreas enteras del cerebro, cuya actividad no tiene nada que ver con la tarea normal de las áreas. Por tanto, a veces se habla de una lesión temporal . La duración de la lesión suele estar en el rango de milisegundos y, por tanto, permite conocer la secuencia de procesos neuronales. Con la estimulación magnética transcraneal repetitiva (rTMS), por otro lado, las áreas del cerebro se apagan durante minutos mediante la estimulación repetida mediante el uso de un mecanismo protector del cerebro. La estimulación simultánea repetida de áreas enteras del cerebro lleva al cerebro a creer que un ataque epiléptico es inminente. Como contrarreacción, se suprime la actividad del área del cerebro estimulada para evitar que la excitación se propague. La lesión temporal creada de esta manera persiste ahora durante unos minutos. La resolución espacial es moderada, la resolución temporal muy buena para TMS y mala para rTMS.
  • Por medio de la estimulación eléctrica de áreas corticales, como con TMS, el procesamiento de los impulsos nerviosos en ciertas áreas del cerebro se puede influenciar brevemente o desconectar por completo. Sin embargo, a diferencia de la EMT, el cráneo se abre para este propósito (ya que se deben aplicar corrientes mucho más fuertes y dolorosas desde fuera del cráneo) y se implanta un electrodo en un área del cerebro de interés. Esto permite una determinación espacial mucho más precisa de las áreas afectadas. La estimulación eléctrica se utiliza principalmente en neurocirugía para determinar los centros del lenguaje que no deben dañarse durante las operaciones, pero también en modelos animales para poder influir en la actividad neuronal a corto plazo.
  • La electrofisiología trabaja en la dirección opuesta, que en lugar de inducir corrientes en el cerebro mide las señales eléctricas de células individuales o grupos de células. Aquí se hace una distinción entre experimentos in vivo e in vitro . En los experimentos in vivo , los electrodos se colocan en el cerebro de un animal vivo, ya sea implantándolos de forma permanente (implante crónico) o solo temporalmente en áreas del cerebro de interés (experimento agudo). Los implantes crónicos permiten estudiar la actividad cerebral de un animal que se comporta normalmente. Los experimentos in vitro estudian la actividad eléctrica de las células y no se llevan a cabo en animales vivos, sino solo en tejido cerebral. La actividad del tejido no se corresponde con el comportamiento normal del animal, pero técnicas como la técnica del patch-clamp permiten sacar conclusiones mucho más precisas sobre las propiedades de las neuronas en un área cerebral, ya que estas pueden ser estudiadas de forma sistemática. .
  • La microscopía siempre ha sido importante para estudiar la estructura morfológica del tejido cerebral . Las técnicas más nuevas, especialmente la microscopía multifotónica y la microscopía confocal, permiten una resolución espacial antes inimaginable. Las neuronas individuales se pueden medir en 3D y los cambios morfológicos se pueden estudiar en detalle. También se pueden realizar estudios funcionales cuando se utilizan colorantes sensibles a iones o sensibles al voltaje .
  • La neurociencia teórica trata de comprender los principios y mecanismos que subyacen al desarrollo, organización, procesamiento de información y habilidades mentales del sistema nervioso utilizando modelos matemáticos. Con la teoría de sistemas dinámicos se utilizan enfoques de la física y las matemáticas. Muchos problemas no pueden resolverse analíticamente y, por tanto, deben simularse numéricamente. El campo de la neurociencia computacional puede entenderse como una rama de investigación dentro de la neurociencia teórica en la que se utilizan ordenadores para simular modelos. Dado que este es principalmente el caso, los términos "neurociencia teórica" ​​y "neurociencia computacional" se utilizan a menudo como sinónimos.
  • Las técnicas de la genética ofrecen más campos de la neurociencia a nivel celular . Con su ayuda, se pueden eliminar genes muy específicos (p. Ej., Ratón knockout ), modificar o implementar ( p . Ej., El sistema Gal4 / UAS ) en animales de experimentación para observar su importancia para el sistema nervioso. Prácticamente todos los métodos enumerados anteriormente se pueden usar en tales mutantes o transformantes. Una especialidad es la optogenética , en la que las células modificadas genéticamente pueden activarse o inhibirse mediante irradiación con luz. Además, permite observar la actividad de poblaciones enteras de ciertos tipos de células bajo el microscopio óptico.

literatura

  • Olaf Breidbach : La materialización del ego. Sobre la historia de la investigación del cerebro en los siglos XIX y XX. Suhrkamp, ​​Frankfurt 1997, ISBN 978-3-518-28876-4 (serie: Wissenschaft, 1276).
  • Thomas Budde, Sven Meuth: Preguntas y respuestas sobre las neurociencias. Huber, Berna 2003, ISBN 3-456-83929-4 .
  • Hans Burkert: La dictadura de la neuroimagen de la investigación del cerebro. Vernissage, Heidelberg 2009, ISBN 978-3-941812-01-7 .
  • Suitbert Cechura, investigación cognitiva del cerebro (PDF; 124 kB) - Mito de una teoría científica del comportamiento humano, Hamburgo 2008, VSA, ISBN 978-3-89965-305-2 .
  • David Chalmers : Documentos mentales. Bibliografía . 18.000 entradas. [1]
  • Brigitte Falkenburg: mito del determinismo. ¿Cuánto nos explica la investigación del cerebro? Springer, 2012, ISBN 3-642-25097-1 .
  • Michael Hagner : Homo cerebralis. El cambio del órgano del alma al cerebro. Insel, Frankfurt 2000, ISBN 3-458-34364-4 .
    • dsb.: Cerebros ingeniosos. Sobre la historia de la investigación cerebral de élite. 2a edición Munich 2007.
    • dsb.: El espíritu en acción. Estudios históricos sobre investigación del cerebro. Wallstein, Göttingen 2006, ISBN 3-8353-0064-4 .
  • Felix Hasler: Neuromitología: un folleto contra el poder interpretativo de la investigación del cerebro. Transcripción, Bielefeld 2012 (3.a edición 2013), ISBN 3-8376-1580-4 .
  • Torsten Heinemann: Ciencia popular: Investigación cerebral entre laboratorio y programa de entrevistas. Wallstein , Göttingen 2012, ISBN 978-3-8353-1073-5 .
  • Leonhard Hennen, Reinhard Grünwald, Christoph Revermann y Arnold Sauter: conocimientos e intervenciones en el cerebro. El desafío de la neurociencia a la sociedad. Edición Sigma , Berlín 2008, ISBN 978-3-8360-8124-5 .
  • Ulrich Herrmann : Neurodidactica. Conceptos básicos y sugerencias para la enseñanza y el aprendizaje amigables con el cerebro. Beltz, Weinheim 2006 (segunda edición de 2009), ISBN 978-3-407-25511-2 .
  • Peter Janich : No hay una nueva imagen del hombre: sobre el lenguaje de la investigación del cerebro. Suhrkamp, ​​Frankfurt 2009, ISBN 3-518-26021-9 .
  • Eric Richard Kandel , James H. Schwartz, Thomas M. Jessel (Eds.): Neurociencias. Una introducción. Spectrum, Heidelberg / Berlín / Oxford 1995, ISBN 3-86025-391-3 . De inglés y expandido a:
    • Fundamentos de la ciencia y el comportamiento neuronales. Appleton y Lange, Norwalk 1995.
    • Principios de la ciencia neuronal. 4ª edición. McGraw-Hill, Nueva York 2000, ISBN 978-0-8385-7701-1 .
  • Jürgen Peiffer : Investigación del cerebro en Alemania de 1849 a 1974. Springer, Berlín 2004, ISBN 3-540-40690-5 .
  • Guido Rappe : Neuro-religión .
    • Neuro-religión I. El homúnculo y los sentimientos . Projektverlag, Bochum 2016, ISBN 978-3-89733-401-4 .
    • Neuro-Religión II. Lo que la neurociencia todavía no puede explicar . Projektverlag, Bochum 2016, ISBN 978-3-89733-405-2 .
  • Ewald Richter : ¿Adónde nos lleva la investigación moderna del cerebro? Duncker & Humblot, Berlín 2005, ISBN 3-428-11786-7 .
  • Christine Zunke : Crítica de la investigación del cerebro. Neurofisiología y libre albedrío. Academy, Berlín 2008, ISBN 3-05-004501-9 .
  • Antonio Damasio : El hombre es él mismo: cuerpo, mente y emergencia de la conciencia humana . Pantheon Verlag 2013, ISBN 978-3-570-55179-0 .

Informes de difusión

enlaces web

Wikcionario: Neurociencia  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones

Evidencia individual

  1. ↑ a b Trappenberg, Thomas P.: Fundamentos de la neurociencia computacional . 2ª Edición. Prensa de la Universidad de Oxford, Oxford 2010, ISBN 978-0-19-956841-3 .
  2. ^ Neuropsicoanálisis. Consultado el 22 de mayo de 2018 (inglés): "La Asociación de Neuropsicoanálisis es una red internacional de organizaciones sin fines de lucro que apoyan el diálogo entre las neurociencias y el psicoanálisis".
  3. ^ Deisseroth, Karl: 10 años de opsinas microbianas en neurociencia . En: Nature Neuroscience . 18, núm. 9, 2015, págs. 1213-1225. doi : 10.1038 / nn.4091 .