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Las neurociencias

Estudian la estructura y la función química, farmacología, y patología del sistema nervioso y de cómo los diferentes elementos del sistema nervioso interaccionan y dan origen a la conducta.

El estudio biológico del cerebro es un área multidisciplinar que abarca muchos niveles de estudio, desde el puramente molecular hasta el específicamente conductual y cognitivo, pasando por el nivel celular (neuronas individuales), los ensambles y redes pequeñas de neuronas (como las columnas corticales) y los ensambles grandes (como los propios de la percepción visual) incluyendo sistemas como la corteza cerebral o el cerebelo, y, por supuesto, el nivel más alto del Sistema Nervioso.

En el nivel más alto, las neurociencias se combinan con la psicología para crear la neurociencia cognitiva, una disciplina que al principio fue dominada totalmente por psicólogos cognitivos. Hoy en día, la neurociencia cognitiva proporciona una nueva manera de entender el cerebro y la conciencia, pues se basa en un estudio científico que une disciplinas tales como la neurobiología, la psicobiología o la propia psicología cognitiva, un hecho que con seguridad cambiará la concepción actual que existe acerca de los procesos mentales implicados en el comportamiento y sus bases biológicas.

Neurociencia es el estudio del cerebro y sus elementos: las neuronas. El cerebro humano es la estructura más compleja del universo; cualquier buena teoría debe explicar su evolución y funcionamiento. (Aristóteles designo el corazón como el órgano del pensamiento y el sentimiento y supuso que el cerebro enfriaba la sangre del cuerpo; por eso la gente habla de querer de corazón, tener corazonadas, etc.) Un cerebro humano tiene al menos 100,000 millones de neuronas. La neurona es la célula mas evolucionada y su química es fascinante. Cada neurona recibe señales de cientos o miles de otras neuronas pero solo una señal sale de ella, o sea, procesa la información. En total, esta información es procesada en forma muy compleja, paralela y de sincronizada a través de diferentes zonas del cerebro, pero esto se presta para simular aspectos mentales en bases físicas. Cuando una neurona recibe suficiente estimulo de sus vecinas entonces produce una señal eléctrica (respuesta) que se transmite a otras. La transmisión de información dentro de una neurona es eléctrica y entre neuronas es electroquímica, con sustancias mediadoras que se llaman neurotransmisores. Unas neuronas tienden a excitar las otras a que se conecta su señal de respuesta, pero otras tienden a inhibirlas, dependiendo del tipo de neurotransmisor que contengan en su salida. Las memorias son guardadas como fuerzas de transmisión entre neuronas, o sea, como fuerza de conexión. Las conexiones son moldeadas por experiencia, de modo que se fortalecen las partes del cerebro mas usadas y se debilitan las conexiones neurales que no se usan; esto se llama plasticidad neural. Entonces, en principio, podemos tener muchas capacidades ocultas que no usamos por no saber que las tenemos ni como usarlas y para qué.

El tipo de manejo de información en las neuronas (paralela) ha originado lo que llaman la nueva generación en inteligencia artificial: las redes neurales artificiales. Estas redes son grupos de elementos procesadores que están conectados entre si, e interactúan en una manera que se aproxima a una simplificación de un sistema de neuronas (digamos de 10 a 500 elementos); estos elementos pueden ser simulados en un programa de computadora (implementación en software) o en un circuito electrónico (en hardware). Ya han aparecido varias aplicaciones químicas interesantes de estos sistemas simplificados, que son pequeños cerebros que aprenden a hacer rápidamente una tarea compleja; por ejemplo, identificar substancias químicas a partir de su espectro infrarrojo de absorción. Ese tipo de aplicaciones me interesa, pero aun mas el de tratar de entender mejor el funcionamiento del cerebro, o sea, la simulación de redes neurales reales. Los sistemas reales sirven para hacer estudios neurofisiológicos, neurobiológicos, y ahora, psicológicos. Este es el campo de la neurociencia computacional.

Objetivos de la Neurociencia

Describir la organización y funcionamiento del sistema nervioso, particularmente el cerebro humano.

Determinar como el cerebro se "construye" durante el desarrollo.

Encontrar formas de prevención y cura de enfermedades neurológicas y psiquiátricas

Neurociencia y salud

El mejor conocimiento del cerebro permite comprender y tratar mejor las enfermedades que afectan al sistema nervioso, tanto psiquiátricas como neurológicas. Esto permite nuevos tratamientos mucho más eficientes y seguros para enfermedades de enorme impacto social como Depresión, Demencia, Esquizofrenia, Enfermedad de Parkinson o accidentes cerebros vasculares. Los tratamientos han dejado de ser empíricos y no ocasionan tantos efectos adversos. En los próximos años vamos a asistir a nuevas formas de tratamientos que van a implicar, además de nuevos fármacos, el trasplante de células progenitoras de neuronas o modificadas genéticamente para que cumplan la función de neuronas faltantes y la terapia génica, es decir, la intervención directa en el genoma de las células nerviosas con fines terapéuticos.

Neurociencia, Informática y Robótica

La comprensión del sistema nervioso también tiene un interés productivo o industrial. Ejemplo de ello es el diseño de los nuevos aparatos inteligentes, sean computadoras o robots. La inteligencia artificial se basará cada vez más en una emulación de la Biología. El cerebro funciona de una manera radicalmente diferente a como lo hace una computadora o a un robot actual, los mecanismos por los cuales se procesa la información son inmensamente más complejos y sutiles en los circuitos neuronales. Las neuronas se comunican a través de un alfabeto de sustancias químicas llamadas neurotransmisoras. A su vez, las señales no sólo hacen silenciar o activar una neurona sino que también modifican sus propiedades al interactuar indirectamente con los genes.  Por ejemplo, un aprendizaje elemental como ser reconocer el peligro frente a la electricidad o el evitar comportamientos con consecuencias negativas (como el dolor o el gusto desagradable) implica millones de eventos moleculares, incluyendo cambios a nivel de la expresión de genes y nuevas conexiones entre las neuronas. 

El Sistema Nervioso

El sistema nervioso humano contiene aproximadamente 100 mil millones de neuronas. Consiste en el sistema nervioso central (encéfalo y médula espinal) y el sistema nervioso periférico que incluye los nervios vegetativos, sensoriales y motores. El sistema nervioso se organiza en circuitos y sistemas que controlan funciones como la visión, respiración y comportamiento.

La posibilidad de estudiar la biología de la neurona en cultivo y comprender los mecanismos moleculares y genéticos que intervienen en la función neuronal ha permitido desarrollar nuevas estrategias terapéuticas.

Por qué necesitamos el Sistema Nervioso? 

La concepción evolutiva es central en neurociencia. El sistema nervioso aparece básicamente como una necesidad de los animales de moverse o desplazarse. Para esto es necesario captar las características del medio ambiente, hacer una representación mental adecuada de la realidad exterior e interior y predecir el impacto de las acciones y los acontecimientos externos. El sistema nervioso es anticipatorio y realiza todo el tiempo hipótesis o representaciones sobre el mundo externo.

La Neurociencia cognitiva

 Es un área académica que se ocupa del estudio científico de los mecanismos biológicos subyacentes a la cognición, con un enfoque específico en los sustratos neurales de los procesos mentales y sus manifestaciones conductuales. Se pregunta acerca de cómo las funciones psicológicas y cognitivas son producidas por el circuito neural. La neurociencia cognitiva es una rama tanto de la psicología así como de la neurociencia, unificando e interconectando con varias sub-disciplinas tales como psicología cognitiva, psicobiología y neurobiología. Antes del advenimiento de la tecnología de resonancia magnética funcional, esta rama de la ciencia era llamada psicobiología cognitiva. Los científicos que se dedican a esta área normalmente tienen estudios de base en psicología experimental o neurobiología, pero pueden provenir de varias disciplinas, tales como la siquiatría, neurología, física, matemática, lingüística, y filosofía.

La neurociencia aplicada

Es una disciplina que utiliza el conocimiento científico sobre el cerebro para potenciar la salud y el bienestar de las personas.

La neurociencia aplicada tiene un carácter multidisciplinar, pues se basa en disciplinas como la psicología clínica, ciencia cognitiva, neurofisiología, ergonomía, física, ingeniería, robótica, inteligencia artificial o la bioinformática. La expansión de la neurociencia aplicada da lugar a nuevos campos, como la neuroeconomía, el neuromarketing y la neuroeducación, aunque los principales ámbitos de aplicación comprenden la clínica y el trabajo

La neurociencia computacional

Difiere del conexionismo psicológico y de las teorías del aprendizaje de disciplinas como el aprendizaje automático, las redes neurales y la teoría del aprendizaje estadístico en que enfatiza las descripciones funcionales y biológicamente realistas de neuronas (y sistemas neurales), su fisiología y su dinámica. Estos modelos captan las características esenciales del sistema biológico en múltiples escalas espacio-temporales desde las corrientes de membranas, proteínas y acoplamiento químico hasta las oscilaciones de redes, la arquitectura topográfica y de columnas, y el aprendizaje y la memoria. Estos modelos computacionales se usan para probar hipótesis que puedan ser verificadas directamente mediante experimentos biológicos actuales o futuros.

Neurociencia social

Mientras que la neurociencia es el estudio del comportamiento individual del cerebro de una persona, la neurociencia social es el estudio simultáneo de dos cerebros en interrelación mutua.

La maduración de la neurociencia en el estudio de los procesos mentales

En los últimos años se ha ido vislumbrando una compleja amalgama de relaciones teóricas y metodológicas entre los diferentes campos que han contribuido de una forma interdisciplinar a la potenciación del estudio científico del estudio nervioso y de todo aquello que conlleva.

A veces, puede resultar difícil distinguir el límite entre las contribuciones diferenciales y los objetos específicos de estudio de cada uno de estos campos. De este modo, en los últimos años han ido surgiendo cantidades ingentes de trabajos enmarcados dentro del campo de la neurociencia cognitiva, demarcándose como una disciplina nueva claramente diferenciada del resto de aproximaciones científicas existentes. Partiendo de esta conceptualización, debemos asumir que la diferencia más importante que puede establecerse, dentro de esta nueva perspectiva de estudio y las diferentes aproximaciones que intentan comprender el funcionamiento del cerebro subyacente a la conducta y la cognición, es el nivel de análisis que se utiliza. De este modo, algunas líneas de pensamiento sugieren que la neurociencia cognitiva utiliza un nivel de análisis más holístico que el resto de aproximaciones.

Principios de Neurociencias

Sus características principales son:

• No transmiten impulsos nerviosos (eso solo lo hacen las neuronas)

• Carecen de axón (que las neuronas si tienen)

• Son capaces de reproducirse por mitosis (las neuronas no)

• Y sus funciones tradicionales son: o Realizan la limpieza del SN (la microglía) o Participan de la barrera hematoencefálica (la macroglía) o Se encargan de la nutrición de la neurona (la macrogía) o Realizan un sostén del SN o Aceleran la transmisión del impulso generando vainas de mielina alrededor del axón al protegerlo (células de Schawnn en el SN periférico y células de oligodendrogía en el SN central)

A partir de los años 80 del siglo XX se les comienza a atribuir otras funciones aún más importantes:

• Monitorizar la actividad de las neuronas: o Detectar e interpretar la actividad neural

• Controlar el microambiente neuronal: o Composición iónica o Niveles de neurotransmisor o Suministro de factores de crecimiento…