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Introducción: Neurociencias y Psicología

Conocer los mecanismos biológicos de las funciones psicológicas, tales como la memoria, la atención, las emociones, el lenguaje; es imprescindible para la comprensión de la conducta y del psiquismo humano normales y de sus alteraciones.

La frenología de Gall: primer antecedente de la corriente localizacionista

Principios de s. XIX. Intento pre-científico para relacionar mente y cerebro.
Dos ideas sobre la mente:
1. Que tenía una base biológica, el cerebro.
2. Que no era unitaria, sino que consistía en una colección de 35 facultades, c/ una de las cuales ocupaba un área circunscripta de la corteza cerebral. El tamaño relativo de las áreas depende del grado de desarrollo de la correspondiente facultad de c/ individuo y, dado que el crecimiento cerebral produce protuberancias en el cráneo, éstas reflejan las habilidades mentales y los rasgos particulares de c/ individuo. HOY → se acepta que hay una serie de funciones relativamente autónomas pero el listado de Gall no surge de una teoría psicológica coherente y apropiada. La teoría neural tampoco era apropiada, el cerebro era visto como un mosaico arbitrario de zonas y comparado con el músculo, tejido que está muy lejos de tener la complejidad estructural del cerebro.
Si la mente fuera unitaria, los individuos mostrarían un mismo nivel de habilidad para c/ facultad. Además, Gall prestó atención a las familias con habilidades excepcionales → infirió el carácter hereditario (x tanto, biológico) de las habilidades mentales.
Mente como un vasto conjunto de capacidades diferentes que funcionaban de manera coordinada.
Conocimiento sobre lesiones cerebrales → pueden afectar algunas facultades mentales sin comprender otras.

Antecedentes de la Neurociencia moderna

Hipócrates (300 a.C) → sugirió por primera vez que el estudio de la mente se relacionaba con el estudio del cerebro.
Descartes (s. XVII) → Dualismo cartesiano: relación mente-cerebro. Sostenía que el cerebro era el asiento del sentido común, la imaginación y la memoria pero lo mental no podía ser estudiado como un fenómeno físico.
El dualismo cartesiano funcionó como un pacto implícito que habilitaba el estudio científico del cuerpo, pero negaba el mismo estatus a la mente, la que perduraba bajo dominio teológico.
Flourens → Produjo lesiones en distintas partes del SN de palomas y estudió su efecto sobre la conducta. Basado en sus resultados, sostuvo que no había zonas específicas del cerebro responsables de conductas especiales y concluyó que la percepción, la imaginación y el afecto forman parte de una facultad mental única. No negó la relación e/ mente y cerebro. → Polémica e/ localizacionistas y antilocalizacionistas.


2da mitad del s. XIX
Broca → paciente Leborgne: lesión en el lóbulo frontal izquierdo. B. afirmó que ese era el asiento de la “facultad del lenguaje articulado”.

Santiago Ramón y Cajal (finales del XIX - principios del XX) → Identificó la neurona como el constituyente básico del SN. Por entonces, la mayoría de los estudiosos consideraban que el tejido nervioso era un sincicio continuo de cuerpos celulares y fibras, debido a que los preparados microscópicos mostraban esa apariencia. RyC, con la ayuda de una técnica de tinción, que sólo coloreaba algunas células de la preparación, se dio cuenta de que el SN estaba constituido por células discretas, cuyas ramificaciones conformaban una intrincada red. Formuló la doctrina neuronal → el SN está constituido por elementos señalizadores individuales, las neuronas, que se contactan unas con otras en puntos especializados de interacción
llamados sinapsis.

Aportes:
Embriología:
Harrison et al. → mostraron que los constituyentes de la neurona (la dendrita y el axón) eran continuidades del cuerpo celular. La punta del axón embrionario contenía un cono de crecimiento cuya función es guiar el avance del axón hacia su diana (lugar donde establecerá la sinapsis) durante la embriogénesis.

Electrofisiología:
Galvani → las células musculares producen electricidad y se contraen si se les aplica una corriente. (primer antecedente de la electrofisiología: estimulación y registro de la actividad eléctrica para estudiar el funcionamiento del SN).

Fisiología:
Sechenov → el funcionamiento del cerebro humano en términos de actividad refleja.
Pavlov → desarrolló el primer modelo fisiológico experimental de aprendizaje con su trabajo sobre reflejos condicionados.
Sherrington → actividad integrativa del SN
Konorski → el procesamiento de la información en niveles de abstracción creciente
Hebb → papel de la modificación de las sinapsis en la representación de la información perceptiva.

Farmacología:
Bernard et al. → las drogas son activas en el organismo porque interactúan con receptores específicos en las células. De este descubrimiento derivó el estudio de la transmisión química en las sinapsis y su manipulación por agentes farmacológicos.

Psicología:
Los descubrimientos de Darwin estimularon la descripción objetiva de la conducta, dando origen a la Psicología experimental (estudio de la conducta en el lab.) y a la etiología (estudio de la conducta en el medio natural)

Neurociencia contemporánea
Tres factores influyentes: biología molecular, psicología cognitiva y nuevas técnicas de estudio del tejido neural.

1960 → crisis que afectaba al estudio de las funciones complejas humanas que se debía al predominio de una corriente psicológica que había aportado paradigmas rigurosos de aprendizaje como el condicionamiento operante, pero que había agotado su potencial. El conductismo (solo los fenómenos observables podían ser estudiados científicamente) intentaba explicar la conducta mediante la contingencia de estímulos y respuestas.
Chomsky, Miller y Fodor crearon las bases para el desarrollo de una nueva ciencia cognitiva que estudia las características de los sistemas inteligentes (naturales o artificiales) sobre la base de analizarlos como sistemas de procesamiento de información. La Psicología cognitiva, asumiendo que tareas psicológicas se llevan a cabo gracias a una serie de procesos mentales subyacentes, acometió la tarea de desarrollar y validar modelos de estas tareas en términos de estructuras, representaciones y procesos. Procesos que no son directamente observables, pero pueden inferirse a partir de manipulaciones experimentales.

Psicología y Neurociencias
La Psicología es el estudio científico del comportamiento. Las neurociencias tienen como objeto de estudio el SN, sistema cuya función es producir y controlar el comportamiento.
Las neurociencias no pueden avanzar en la explicación de los mecanismos neurales de las funciones psicológicas más complejas sin apoyarse en teorías psicológicas explícitas y sólidas.
La Psicología, en su objetivo de explicar la conducta, no puede dejar de lado datos, métodos y teorías provenientes de la investigación biológica y neurocientífica.

Ramas de las Neurociencias
Neuroanatomía y neurohistología: estudio de la estructura macro y microscópica del SN.
Neurofisiología: estudio del funcionamiento del SN.
Neuroquímica: estudio de las bases químicas del tejido nervioso.
Neuropatología: estudio de las alteraciones del tejido nervioso.
Neurología: especialidad médica que estudia las enfermedades humanas que afectan el SN.

Biología del comportamiento: trabaja con animales → manipulación directa del tejido nervioso (lesiones controladas, estimulación eléctrica localizada, inyección de sustancias neuroactivas) para estudiar sus efectos sobre la conducta.
Psicofisiología: humanos. Técnicas de registro eléctrico no invasivo (electroencefalograma, potenciales evocados, etc.).
Neuropsicología: efecto de las lesiones cerebrales sobre las funciones psicológicas complejas humanas (atención, memoria, lenguaje, etc.)
Psicofarmacología: manipulación farmacológica del tejido nervioso para estudiar sus efectos en el comportamiento. Abocada al desarrollo de medicamentos.
Neurociencia cognitiva: bases neurales de los procesos cognitivos humanos, trabaja con sujetos sanos que participan voluntariamente en los experimentos. Imágenes funcionales del cerebro que permiten visualizar las áreas cerebrales activas durante la realización de tareas psicológicas. Y técnica de registro eléctrico computarizado.

Dado que el cerebro humano es producto de la evolución, será mucho más difícil desentrañar sus mecanismos si no se adopta una perspectiva evolutiva y comparada. Los enfoques actuales como la Neurociencia cognitiva asumen explícitamente esta posición y consideran los datos provenientes de la investigación en animales como evidencia convergente para validar o refutar sus teorías.

Algunas cuestiones metodológicas en el estudio de las relaciones mente-cerebro

Perspectiva
 La observación rigurosa o experimentación de una conducta o función.
 Estudiar el desarrollo ontogenético de la función, en qué momento aparece, cómo se estructura progresivamente.
 Estudiar su desarrollo filogenético, cómo se fue modificando con la evolución, qué ventajas adaptativas explican su conservación.

Las neurociencias aportan conocimientos específicos a las 3 perspectivas. El conocimiento sobre la estructura y funcionamiento de una función ya adquirida, como el lenguaje, se ha beneficiado del estudio de las alteraciones del lenguaje por lesión cerebral. Los estudios neurobiológicos han hecho un gran aporte a la compresión de cómo interactúan el programa genético y los factores ambientales en el desarrollo del SN a lo largo del ciclo vital, incluyendo el estudio neural de los períodos críticos para la adquisición de funciones. La comprensión de la memoria humana se ha beneficiado del estudio comparativo de las capacidades de aprendizaje y memoria en distintas especies y su relación con las diferencias neuroanatómicas.

Manipulaciones experimentales
Rozenzweig y Leiman plantean que hay tres aproximaciones según qué variables manipula el investigador:
1. En la intervención somática, el investigador manipula el tejido cerebral y observa su efecto en la conducta.
2. En la intervención conductual, el investigador manipula la conducta y observa los efectos en el tejido cerebral.
3. En la aproximación correlacional, medir si una variable conductual está correlacionada con una variable neural; por ej., si la conducta de apareamiento en un amical correlaciona con alguno de sus niveles hormonales.

Relaciones mente-cerebro. ¿Dónde y cómo?
1. Las funciones cerebrales complejas se pueden descomponer en unidades que llevan a cabo sólo una parte de la tarea, procesos más simples y generales.
2. Son estos componentes los que pueden estar localizados en el cerebro.
3. Son estos componentes cerebrales más simples los que pueden correlacionarse con los componentes de procesamiento postulados por los modelos psicológicos. La psicología cognitiva desarrolló el marco teórico y metodológico que permitió identificar los componentes y operaciones mentales que participan en tareas.

La cuestión de la localización aborda el problema de qué estructuras cerebrales participan en el procesamiento de la información. Son los estudios de los niveles de menor escala espacial (redes locales, neuronas, sinapsis, moléculas) los que pueden dar respuesta a las preguntas relacionadas con el cómo. Las investigaciones del grupo de Kandel con el caracol Aplysia, utilizando paradigmas de aprendizaje asociativo y no asociativo, han permitido identificar los cambios sinápticos producidos por el aprendizaje y sus mecanismos moleculares, incluyendo la expresión de genes para la consolidación a largo plazo de los cambios. Aunque hay una gran diferencia entre el SN de n molusco y el de un mamífero, el conocimiento de los mecanismos moleculares del cambio sináptico inducido por la experiencia es un gran avance, considerando que la sinapsis es una estructura nerviosa altamente conservada por la evolución y muy similar entre diversas especies. Hebb, en los ’50, vislumbró el nexo entre la sinapsis y las representaciones mentales. Pensaba que la estimulación repetida de podía modificar las conexiones sinápticas desarrollando una estructura estable de neuronas capaz de actuar como un sistema cerrado. Sostenía que estos conjuntos neuronales –cell assemblies- bien podían ser el sustrato de las representaciones mentales producidas por la experiencia perceptual.


Genes y ambiente
Los factores genéticos y ambientales interactúan durante todo el ciclo vital, aunque el peso de la contribución es diferente según la etapa de la ontogenia. El desarrollo embrionario y los llamados períodos críticos son momentos de especial relevancia. La estructura intricada pero esencialmente idéntica que muestra el cerebro de los sujetos adultos es el desarrollo embrionario, durante el cual las células nerviosas proliferan, se diferencian, migran y establecen conexiones sinápticas. Aunque el ambiente siempre influye, la primera etapa responde a un programa detallado gobernado por los genes mediante una señalización bioquímica estable. El la última parte del desarrollo embrionario (modificación de las conexiones semánticas) está significativamente influido por la actividad, tanto por la generada dentro del sistema nervioso del embrión como por la provocada por eventos del mundo externo. Luego del nacimiento, los factores ambientales, juegan un rol principal, pero en interacción con los factores genéticos que restringen la adquisición de capacidades y aprendizajes a la dotación de la especie y regulan los momentos en que el sistema es más sensible a la exposición a los estímulos específicos (períodos críticos).

La complejidad del cerebro
→1.300 gramos
→100.000 millones de neuronas
→ promedio: 1000 conexiones por neurona
→ 100 billones de conexiones
La complejidad del cerebro y de las operaciones que lleva a cabo no dependen sólo del número de células, sino de su organización, de las conexiones que forman circuitos y sistemas. c/ neurona recibe indo de centenares a miles de conexiones y emite información a través de una cantidad similar de conexiones.
Cada neurona es en sí misma una unidad de procesamiento compleja, tal vez única, integrada en estructuras altamente organizadas (entramados de conexiones).

El SN está estructurado en niveles crecientes de complejidad
Muchas neuronas sólo se comunican con sus vecinas más próximas formando redes/circuitos locales. Estas redes locales, a su vez, se agregan constituyendo regiones. Asimismo, las regiones corticales y subcorticales de distintas partes del encéfalo se interconectan a distancia para formar sistemas, y los sistemas se interconectan para formar sistemas de sistemas. Las neuronas individuales se conectan mediante conexiones sinápticas formando conjuntos que a su vez se agrupan en otros conjuntos con grados progresivos de complejidad. El cerebro → supersistema de sistemas.
Consecuencia: dado que las propiedades de respuesta de cualquier neurona dependen de las influencias que recibe, el funcionamiento de una neurona individual depende del circuito local y de la región a la que pertenece. A su vez, el trabajo de los sistemas depende de la forma en que las regiones que lo componen interactúan entre sí, y lo que c/uno de los componentes aporta desde su ubicación dentro del sistema. La especialización de un área cerebral es resultado del patrón de conectividad de los circuitos locales que lo constituyen. C/ nuevo nivel de organización muestra capacidades de procesamiento superiores que si bien dependen de los aportes de sus constituyentes no pueden ser explicadas como simple suma de sus propiedades.

Niveles de organización del SNC
Sejnowski y Churchland (1989) distinguen y clasifican los niveles de organización del SNC en referencia a una escala física, EL TAMAÑO. → moléculas → sinapsis → neuronas → redes locales → mapas → sistemas.
• Niveles subcelulares

• Rango macroscópico:
SNC no excede el metro.
Mapas corticales → cm.
• Niveles microscópicos
Redes locales → milímetro.
Neuronas → centenares de micrones (1 micrón = milésima de milímetro)
Sinapsis → pocos micrones
• Microscopía electrónica
Fenómenos moleculares → angstrom (milésima parte del micrón)

Los niveles de organización del SNC son distinguibles conceptualmente, pero no separables en su existencia real. Los niveles de organización son niveles de estudio.

i) SISTEMAS → un conjunto de elementos relacionados e/ sí que constituyen una unidad de complejidad mayor, de cuya interacción emergen nuevas propiedades funcionales, no explicables por la simple suma de las propiedades de sus componentes. El nivel de sistemas refiere a una estructura neural constituida por varias regiones funcionales (corticales y subcorticales), localizadas en zonas distantes del SN, conectadas a través de fibras bancas, y que participan en una función determinada = la noción de sistema es de orden funcional = el agrupamiento de componentes se explica por su participación en una función determinada.
ii) REGIONES: MAPAS, LÁMINAS, COLUMNAS → los circuitos locales se agrupan en conjuntos mayores denominados REGIONES → nivel estructural que tiene sus propios principios de organización. Algunas regiones de la corteza cerebral están dispuestas de acuerdo a un principio de organización topográfica: el ordenamiento de las neuronas es tal que c/ punto del área motora primaria se corresponde con grupos moleculares precisos del cuerpo de manera que la corteza motora primaria reproduce un “mapa topográfico” de la musculatura del cuerpo.
Otros dos tipos de organización de las regiones corticales, disposición en láminas y en columnas. Si observamos la corteza cerebral a través de un corte transversal → se hace evidente una organización en capas = ORGANIZACIÓN LAMINAR → ordena el patrón de conexiones. La información que entra o sale de la corteza lo hace por lugares específicos, algunas capas reciben información desde los receptores localizados en la periferia, otras reciben información de las áreas de la corteza otras envían proyecciones a otras zonas corticales, otras envían proyecciones hacia los efectores (ej. músculos). // El córtex tiene, además, una organización vertical, que consiste en un alto grado de afinidad entre las células que se disponen como columnas que atraviesan las láminas. Las células de una misma columna tienden a conectarse e/ sí. Reflejo funcional: las células de una misma columna poseen similares propiedades de respuesta.
Mapas topográficos, láminas y columnas son casos especiales de un principio general: la explotación de las propiedades geométricas de la disposición de las neuronas para el procesamiento de la información.
iii) REDES LOCALES → dentro de un mm3 de corteza cerebral hay 100.000 neuronas y 1.000.000.000 de sinapsis. ¿Cómo trabaja este mm3 de corteza? Hay enormes dificultades empíricas para estudiar esta masa de axones, dendritas y sinapsis. El nivel de las redes locales es relevante para las funciones psicológicas superiores; es en este nivel en el que se espera encontrar respuestas iniciales a la pregunta ¿cómo logra el cerebro representar la ortografía de una palabra, cómo la conecta con su significado o con los comandos articulatorios durante la LVA?
iv) NEURONA → la unidad anatómica y funcional de procesamiento del sistema nervioso.
v) SINAPSIS Y MOLÉCULA → la señalización eléctrica de las neuronas se basa en la distribución de los iones a ambos lados de la membrana celular; esta distribución está regulada por lo canales iónicos. La comunicación sináptica e/ neuronas se realiza mediante la liberación de moléculas llamadas neurotransmisores que actúan sobre receptores ubicados en la membrana postsináptica.