Neurociencia
Estudio científico del sistema nervioso.

Dibujo de Santiago Ramón y Cajal (1899) de neuronas en el cerebelo de la paloma
Parte de una serie sobre
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Investigación
Aplicaciones

La neurociencia es el estudio científico del sistema nervioso (el cerebro , la médula espinal y el sistema nervioso periférico ), sus funciones y sus trastornos. [1] [2] [3] Es una ciencia multidisciplinaria que combina fisiología , anatomía , biología molecular , biología del desarrollo , citología , psicología , física , informática , química , medicina , estadística y modelado matemático para comprender las propiedades fundamentales y emergentes de las neuronas , la glía y los circuitos neuronales . [4] [5] [6] [ 7] [8] La comprensión de la base biológica del aprendizaje , la memoria , el comportamiento , la percepción y la conciencia ha sido descrita por Eric Kandel como el "desafío épico" de las ciencias biológicas . [9]

El alcance de la neurociencia se ha ampliado con el tiempo para incluir diferentes enfoques utilizados para estudiar el sistema nervioso a diferentes escalas. Las técnicas utilizadas por los neurocientíficos se han ampliado enormemente, desde estudios moleculares y celulares de neuronas individuales hasta la obtención de imágenes de tareas sensoriales , motoras y cognitivas en el cerebro.

Historia

Ilustración de la Anatomía de Gray (1918) de una vista lateral del cerebro humano , que muestra el hipocampo entre otras características neuroanatómicas.

Los primeros estudios sobre el sistema nervioso datan del antiguo Egipto . La trepanación , la práctica quirúrgica de perforar o raspar un orificio en el cráneo con el fin de curar heridas en la cabeza o trastornos mentales , o aliviar la presión craneal, se registró por primera vez durante el período Neolítico . Los manuscritos que datan de 1700 a. C. indican que los egipcios tenían algún conocimiento sobre los síntomas del daño cerebral . [10]

Las primeras opiniones sobre la función del cerebro lo consideraban una especie de "relleno craneal". En Egipto , desde finales del Imperio Medio en adelante, el cerebro se extraía regularmente como preparación para la momificación . En esa época se creía que el corazón era la sede de la inteligencia. Según Heródoto , el primer paso de la momificación era "tomar un trozo de hierro torcido y con él extraer el cerebro por las fosas nasales, eliminando así una parte, mientras se limpiaba el resto del cráneo enjuagándolo con drogas". [11]

La idea de que el corazón era la fuente de la conciencia no fue cuestionada hasta la época del médico griego Hipócrates . Él creía que el cerebro no solo estaba involucrado con la sensación (ya que la mayoría de los órganos especializados (por ejemplo, ojos, oídos, lengua) están ubicados en la cabeza cerca del cerebro), sino que también era la sede de la inteligencia. [12] Platón también especuló que el cerebro era la sede de la parte racional del alma. [13] Aristóteles , sin embargo, creía que el corazón era el centro de la inteligencia y que el cerebro regulaba la cantidad de calor del corazón. [14] Esta visión fue generalmente aceptada hasta que el médico romano Galeno , un seguidor de Hipócrates y médico de los gladiadores romanos , observó que sus pacientes perdían sus facultades mentales cuando habían sufrido daños en sus cerebros. [15]

Abulcasis , Averroes , Avicena , Avenzoar y Maimónides , activos en el mundo musulmán medieval, describieron una serie de problemas médicos relacionados con el cerebro. En la Europa del Renacimiento , Vesalio (1514-1564), René Descartes (1596-1650), Thomas Willis (1621-1675) y Jan Swammerdam (1637-1680) también hicieron varias contribuciones a la neurociencia.

La tinción de Golgi permitió por primera vez la visualización de neuronas individuales.

El trabajo pionero de Luigi Galvani a finales de la década de 1700 sentó las bases para el estudio de la excitabilidad eléctrica de los músculos y las neuronas. En 1843 Emil du Bois-Reymond demostró la naturaleza eléctrica de la señal nerviosa, [16] cuya velocidad Hermann von Helmholtz procedió a medir, [17] y en 1875 Richard Caton encontró fenómenos eléctricos en los hemisferios cerebrales de conejos y monos. [18] Adolf Beck publicó en 1890 observaciones similares de la actividad eléctrica espontánea del cerebro de conejos y perros. [19] Los estudios del cerebro se volvieron más sofisticados después de la invención del microscopio y el desarrollo de un procedimiento de tinción por Camillo Golgi durante finales de la década de 1890. El procedimiento utilizaba una sal de cromato de plata para revelar las intrincadas estructuras de las neuronas individuales . Su técnica fue utilizada por Santiago Ramón y Cajal y condujo a la formación de la doctrina de la neurona , la hipótesis de que la unidad funcional del cerebro es la neurona. [20] Golgi y Ramón y Cajal compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1906 por sus extensas observaciones, descripciones y categorizaciones de las neuronas de todo el cerebro.

En paralelo a esta investigación, en 1815 Jean Pierre Flourens indujo lesiones localizadas del cerebro en animales vivos para observar sus efectos sobre la motricidad, la sensibilidad y el comportamiento. El trabajo con pacientes con daño cerebral de Marc Dax en 1836 y Paul Broca en 1865 sugirió que ciertas regiones del cerebro eran responsables de ciertas funciones. En ese momento, estos hallazgos fueron vistos como una confirmación de la teoría de Franz Joseph Gall de que el lenguaje estaba localizado y que ciertas funciones psicológicas estaban localizadas en áreas específicas de la corteza cerebral . [21] [22] La hipótesis de la localización de la función fue apoyada por observaciones de pacientes epilépticos realizadas por John Hughlings Jackson , quien infirió correctamente la organización de la corteza motora al observar la progresión de las convulsiones a través del cuerpo. Carl Wernicke desarrolló aún más la teoría de la especialización de estructuras cerebrales específicas en la comprensión y producción del lenguaje. Las investigaciones modernas a través de técnicas de neuroimagen , aún utilizan el mapa citoarquitectónico cerebral de Brodmann (referido al estudio de la estructura celular ) y las definiciones anatómicas de esta época para seguir demostrando que distintas áreas de la corteza se activan en la ejecución de tareas específicas. [23]

Durante el siglo XX, la neurociencia comenzó a ser reconocida como una disciplina académica distinta por derecho propio, en lugar de como estudios del sistema nervioso dentro de otras disciplinas. Eric Kandel y colaboradores han citado a David Rioch , Francis O. Schmitt y Stephen Kuffler por haber jugado papeles críticos en el establecimiento del campo. [24] Rioch originó la integración de la investigación anatómica y fisiológica básica con la psiquiatría clínica en el Instituto de Investigación del Ejército Walter Reed , a partir de la década de 1950. Durante el mismo período, Schmitt estableció un programa de investigación en neurociencia dentro del Departamento de Biología del Instituto Tecnológico de Massachusetts , que unía biología, química, física y matemáticas. El primer departamento de neurociencia independiente (entonces llamado Psicobiología) fue fundado en 1964 en la Universidad de California, Irvine por James L. McGaugh . [25] A esto le siguió el Departamento de Neurobiología de la Facultad de Medicina de Harvard , que fue fundado en 1966 por Stephen Kuffler. [26]

Modelos tridimensionales de homúnculos sensoriales y motores en el Museo de Historia Natural de Londres

En el proceso de tratamiento de la epilepsia , Wilder Penfield produjo mapas de la ubicación de varias funciones (motoras, sensoriales, memoria, visión) en el cerebro. [27] [28] Resumió sus hallazgos en un libro de 1950 llamado The Cerebral Cortex of Man . [29] Wilder Penfield y sus co-investigadores Edwin Boldrey y Theodore Rasmussen son considerados los creadores del homúnculo cortical . [30]

La comprensión de las neuronas y del funcionamiento del sistema nervioso se hizo cada vez más precisa y molecular durante el siglo XX. Por ejemplo, en 1952, Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley presentaron un modelo matemático para la transmisión de señales eléctricas en las neuronas del axón gigante de un calamar, a las que llamaron « potenciales de acción », y cómo se inician y propagan, conocido como el modelo de Hodgkin-Huxley . En 1961-1962, Richard FitzHugh y J. Nagumo simplificaron el modelo de Hodgkin-Huxley, en lo que se denomina el modelo de FitzHugh-Nagumo . En 1962, Bernard Katz modeló la neurotransmisión a través del espacio entre neuronas conocido como sinapsis . A partir de 1966, Eric Kandel y sus colaboradores examinaron los cambios bioquímicos en las neuronas asociados con el aprendizaje y el almacenamiento de la memoria en Aplysia . En 1981, Catherine Morris y Harold Lecar combinaron estos modelos en el modelo Morris-Lecar . Este trabajo cada vez más cuantitativo dio lugar a numerosos modelos de neuronas biológicas y modelos de computación neuronal .

Como resultado del creciente interés sobre el sistema nervioso, se han formado varias organizaciones neurocientíficas importantes para proporcionar un foro a todos los neurocientíficos durante el siglo XX. Por ejemplo, la Organización Internacional de Investigación del Cerebro se fundó en 1961, [31] la Sociedad Internacional de Neuroquímica en 1963, [32] la Sociedad Europea del Cerebro y la Conducta en 1968, [33] y la Sociedad de Neurociencia en 1969. [34] Recientemente, la aplicación de los resultados de la investigación en neurociencia también ha dado lugar a disciplinas aplicadas como la neuroeconomía , [35] la neuroeducación , [36] la neuroética , [37] y el neuroderecho . [38]

Con el tiempo, la investigación sobre el cerebro ha pasado por fases filosóficas, experimentales y teóricas, y se prevé que el trabajo sobre implantes neuronales y simulación cerebral será importante en el futuro. [39]

Neurociencia moderna

Sistema nervioso humano

El estudio científico del sistema nervioso aumentó significativamente durante la segunda mitad del siglo XX, debido principalmente a los avances en biología molecular , electrofisiología y neurociencia computacional . Esto ha permitido a los neurocientíficos estudiar el sistema nervioso en todos sus aspectos: cómo está estructurado, cómo funciona, cómo se desarrolla, cómo funciona mal y cómo se puede modificar.

Por ejemplo, se ha hecho posible comprender, con mucho detalle, los complejos procesos que ocurren dentro de una sola neurona . Las neuronas son células especializadas para la comunicación. Pueden comunicarse con neuronas y otros tipos de células a través de uniones especializadas llamadas sinapsis , en las que se pueden transmitir señales eléctricas o electroquímicas de una célula a otra. Muchas neuronas extruyen un filamento largo y delgado de axoplasma llamado axón , que puede extenderse a partes distantes del cuerpo y es capaz de transportar rápidamente señales eléctricas, influyendo en la actividad de otras neuronas, músculos o glándulas en sus puntos de terminación. Un sistema nervioso emerge del conjunto de neuronas que están conectadas entre sí en circuitos y redes neuronales .

El sistema nervioso de los vertebrados se puede dividir en dos partes: el sistema nervioso central (definido como el cerebro y la médula espinal ) y el sistema nervioso periférico . En muchas especies, incluidos todos los vertebrados, el sistema nervioso es el sistema orgánico más complejo del cuerpo, y la mayor parte de la complejidad reside en el cerebro. Solo el cerebro humano contiene alrededor de cien mil millones de neuronas y cien billones de sinapsis; consta de miles de subestructuras distinguibles, conectadas entre sí en redes sinápticas cuyas complejidades apenas han comenzado a desentrañar. Al menos uno de cada tres de los aproximadamente 20.000 genes que pertenecen al genoma humano se expresa principalmente en el cerebro. [40]

Debido al alto grado de plasticidad del cerebro humano, la estructura de sus sinapsis y las funciones resultantes cambian a lo largo de la vida. [41]

Dar sentido a la complejidad dinámica del sistema nervioso es un reto de investigación formidable. En última instancia, los neurocientíficos querrían comprender todos los aspectos del sistema nervioso, incluyendo cómo funciona, cómo se desarrolla, cómo funciona mal y cómo se puede alterar o reparar. Por lo tanto, el análisis del sistema nervioso se realiza en múltiples niveles, que van desde los niveles molecular y celular hasta los niveles sistémicos y cognitivos. Los temas específicos que forman el foco principal de la investigación cambian con el tiempo, impulsados ​​por una base de conocimiento en constante expansión y la disponibilidad de métodos técnicos cada vez más sofisticados. Las mejoras en la tecnología han sido los principales impulsores del progreso. Los avances en microscopía electrónica , informática , electrónica , neuroimagen funcional y genética y genómica han sido todos ellos importantes impulsores del progreso.

Los avances en la clasificación de las células cerebrales han sido posibles gracias al registro electrofisiológico, la secuenciación genética de células individuales y la microscopía de alta calidad, que se han combinado en un único método llamado secuenciación de parches en el que los tres métodos se aplican simultáneamente utilizando herramientas en miniatura. [42] La eficiencia de este método y las grandes cantidades de datos que se generan han permitido a los investigadores sacar algunas conclusiones generales sobre los tipos de células; por ejemplo, que el cerebro humano y el del ratón tienen diferentes versiones de fundamentalmente los mismos tipos de células. [43]

Neurociencia molecular y celular

Fotografía de una neurona teñida en un embrión de pollo.

Las cuestiones básicas que se abordan en la neurociencia molecular incluyen los mecanismos por los cuales las neuronas expresan y responden a señales moleculares y cómo los axones forman patrones complejos de conectividad. En este nivel, se utilizan herramientas de la biología molecular y la genética para comprender cómo se desarrollan las neuronas y cómo los cambios genéticos afectan las funciones biológicas. [44] La morfología , la identidad molecular y las características fisiológicas de las neuronas y cómo se relacionan con diferentes tipos de comportamiento también son de considerable interés. [45]

Las preguntas que se abordan en la neurociencia celular incluyen los mecanismos de cómo las neuronas procesan las señales fisiológicamente y electroquímicamente. Estas preguntas incluyen cómo las neuritas y los somas procesan las señales y cómo se utilizan los neurotransmisores y las señales eléctricas para procesar la información en una neurona. Las neuritas son extensiones delgadas de un cuerpo celular neuronal , que consisten en dendritas (especializadas para recibir entradas sinápticas de otras neuronas) y axones (especializados para conducir impulsos nerviosos llamados potenciales de acción ). Los somas son los cuerpos celulares de las neuronas y contienen el núcleo. [46]

Otra área importante de la neurociencia celular es la investigación del desarrollo del sistema nervioso . [47] Las preguntas incluyen la formación de patrones y la regionalización del sistema nervioso, el desarrollo axonal y dendrítico, las interacciones tróficas , la formación de sinapsis y la implicación de las fractonas en las células madre neurales , [48] [49] la diferenciación de neuronas y glía ( neurogénesis y gliogénesis ) y la migración neuronal . [50]

El modelado neurogenético computacional se ocupa del desarrollo de modelos neuronales dinámicos para modelar las funciones cerebrales con respecto a los genes y las interacciones dinámicas entre genes, a nivel celular (el modelado neurogenético computacional (CNGM) también se puede utilizar para modelar sistemas neuronales). [51]

Circuitos y sistemas neuronales

Organización propuesta de circuitos neuronales semánticos-motores para la comprensión del lenguaje de acción. Adaptado de Shebani et al. (2013).

La investigación en neurociencia de sistemas se centra en la arquitectura estructural y funcional del cerebro humano en desarrollo y en las funciones de las redes cerebrales a gran escala o sistemas conectados funcionalmente dentro del cerebro. Junto con el desarrollo cerebral, la neurociencia de sistemas también se centra en cómo la estructura y la función del cerebro permiten o restringen el procesamiento de la información sensorial, utilizando modelos mentales aprendidos del mundo, para motivar el comportamiento.

Las preguntas en neurociencia de sistemas incluyen cómo se forman los circuitos neuronales y cómo se utilizan anatómica y fisiológicamente para producir funciones como los reflejos , la integración multisensorial , la coordinación motora , los ritmos circadianos , las respuestas emocionales , el aprendizaje y la memoria . [52] En otras palabras, esta área de investigación estudia cómo se crean y transforman las conexiones en el cerebro, y el efecto que esto tiene sobre la sensación humana, el movimiento, la atención, el control inhibitorio, la toma de decisiones, el razonamiento, la formación de la memoria, la recompensa y la regulación de las emociones. [53]

Las áreas específicas de interés para este campo incluyen observaciones de cómo la estructura de los circuitos neuronales afecta la adquisición de habilidades, cómo las regiones especializadas del cerebro se desarrollan y cambian ( neuroplasticidad ) y el desarrollo de atlas cerebrales o diagramas de cableado de cerebros individuales en desarrollo. [54]

Los campos relacionados de la neuroetología y la neuropsicología abordan la cuestión de cómo los sustratos neuronales subyacen a comportamientos animales y humanos específicos . [55] La neuroendocrinología y la psiconeuroinmunología examinan las interacciones entre el sistema nervioso y los sistemas endocrino e inmunológico , respectivamente. [56] A pesar de los muchos avances, la forma en que las redes de neuronas realizan procesos y comportamientos cognitivos complejos aún se comprende poco. [57]

Neurociencia cognitiva y conductual

La neurociencia cognitiva aborda las cuestiones de cómo las funciones psicológicas son producidas por los circuitos neuronales . La aparición de nuevas y poderosas técnicas de medición como la neuroimagen (por ejemplo, fMRI , PET , SPECT ), EEG , MEG , electrofisiología , optogenética y análisis genético humano combinados con sofisticadas técnicas experimentales de la psicología cognitiva permite a los neurocientíficos y psicólogos abordar preguntas abstractas como cómo la cognición y la emoción se asignan a sustratos neuronales específicos. Aunque muchos estudios aún mantienen una postura reduccionista que busca la base neurobiológica de los fenómenos cognitivos, investigaciones recientes muestran que existe una interacción interesante entre los hallazgos neurocientíficos y la investigación conceptual, solicitando e integrando ambas perspectivas. Por ejemplo, la investigación neurocientífica sobre la empatía solicitó un interesante debate interdisciplinario que involucró filosofía, psicología y psicopatología. [58] Además, la identificación neurocientífica de múltiples sistemas de memoria relacionados con diferentes áreas del cerebro ha desafiado la idea de la memoria como una reproducción literal del pasado, apoyando una visión de la memoria como un proceso generativo, constructivo y dinámico. [59]

La neurociencia también está aliada con las ciencias sociales y del comportamiento , así como con campos interdisciplinarios nacientes. Ejemplos de tales alianzas incluyen la neuroeconomía , la teoría de la decisión , la neurociencia social y el neuromarketing para abordar preguntas complejas sobre las interacciones del cerebro con su entorno. Un estudio sobre las respuestas de los consumidores, por ejemplo, utiliza EEG para investigar correlaciones neuronales asociadas con el transporte narrativo en historias sobre eficiencia energética . [60]

Neurociencia computacional

Las preguntas en neurociencia computacional pueden abarcar una amplia gama de niveles de análisis tradicionales, como el desarrollo , la estructura y las funciones cognitivas del cerebro. La investigación en este campo utiliza modelos matemáticos , análisis teóricos y simulación por computadora para describir y verificar neuronas y sistemas nerviosos biológicamente plausibles. Por ejemplo, los modelos neuronales biológicos son descripciones matemáticas de neuronas activas que se pueden usar para describir tanto el comportamiento de neuronas individuales como la dinámica de redes neuronales . La neurociencia computacional a menudo se conoce como neurociencia teórica.

Neurociencia y medicina

Neurociencia clínica

La neurología, la psiquiatría, la neurocirugía, la psicocirugía, la anestesiología y la medicina del dolor , la neuropatología, la neurorradiología , la oftalmología , la otorrinolaringología , la neurofisiología clínica , la medicina de las adicciones y la medicina del sueño son algunas de las especialidades médicas que abordan específicamente las enfermedades del sistema nervioso. Estos términos también se refieren a las disciplinas clínicas que implican el diagnóstico y el tratamiento de estas enfermedades. [61]

La neurología estudia las enfermedades del sistema nervioso central y periférico, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y el accidente cerebrovascular , y su tratamiento médico. La psiquiatría se centra en los trastornos afectivos , conductuales, cognitivos y perceptivos . La anestesiología se centra en la percepción del dolor y la alteración farmacológica de la conciencia. La neuropatología se centra en la clasificación y los mecanismos patogénicos subyacentes de las enfermedades del sistema nervioso central y periférico y de los músculos, con énfasis en las alteraciones morfológicas, microscópicas y químicamente observables. La neurocirugía y la psicocirugía trabajan principalmente con el tratamiento quirúrgico de las enfermedades del sistema nervioso central y periférico. [62]

Investigación traslacional

Resonancia magnética de la cabeza de un hombre que muestra macrocefalia familiar benigna (circunferencia de la cabeza > 60 cm)

Recientemente, las fronteras entre las distintas especialidades se han difuminado, ya que todas están influidas por la investigación básica en neurociencia. Por ejemplo, las imágenes cerebrales permiten obtener información biológica objetiva sobre las enfermedades mentales, lo que puede conducir a un diagnóstico más rápido, un pronóstico más preciso y un mejor seguimiento de la evolución del paciente a lo largo del tiempo. [63]

La neurociencia integradora describe el esfuerzo por combinar modelos e información de múltiples niveles de investigación para desarrollar un modelo coherente del sistema nervioso. Por ejemplo, la imagenología cerebral combinada con modelos numéricos fisiológicos y teorías de mecanismos fundamentales puede arrojar luz sobre los trastornos psiquiátricos. [64]

Otro campo importante de la investigación traslacional son las interfaces cerebro-ordenador (BCIs), o máquinas capaces de comunicarse e influir en el cerebro. Actualmente se están investigando por su potencial para reparar sistemas neuronales y restablecer ciertas funciones cognitivas. [65] Sin embargo, antes de aceptarlas, es necesario abordar algunas consideraciones éticas. [66] [67]

Ramas principales

Las actividades de investigación y enseñanza de la neurociencia moderna pueden clasificarse, a grandes rasgos, en las siguientes ramas principales, en función del tema y la escala del sistema en estudio, así como de los distintos enfoques experimentales o curriculares. Sin embargo, los neurocientíficos individuales suelen trabajar en cuestiones que abarcan varios subcampos distintos.

Lista de las principales ramas de la neurociencia
RamaDescripción
Neurociencia afectivaLa neurociencia afectiva es el estudio de los mecanismos neuronales implicados en la emoción, generalmente a través de la experimentación en modelos animales. [68]
Neurociencia del comportamientoLa neurociencia del comportamiento (también conocida como psicología biológica, psicología fisiológica, biopsicología o psicobiología) es la aplicación de los principios de la biología al estudio de los mecanismos genéticos, fisiológicos y de desarrollo del comportamiento en humanos y animales no humanos. [69]
Neurociencia celularLa neurociencia celular es el estudio de las neuronas a nivel celular, incluida la morfología y las propiedades fisiológicas. [70]
Neurociencia clínicaEl estudio científico de los mecanismos biológicos que subyacen a los trastornos y enfermedades del sistema nervioso . [71]
Neurociencia cognitivaLa neurociencia cognitiva es el estudio de los mecanismos biológicos subyacentes a la cognición. [71]
Neurociencia computacionalLa neurociencia computacional es el estudio teórico del sistema nervioso. [72]
Neurociencia culturalLa neurociencia cultural es el estudio de cómo los valores, prácticas y creencias culturales moldean y son moldeados por la mente, el cerebro y los genes a lo largo de múltiples escalas temporales. [73]
Neurociencia del desarrolloLa neurociencia del desarrollo estudia los procesos que generan, dan forma y remodelan el sistema nervioso y busca describir la base celular del desarrollo neuronal para abordar los mecanismos subyacentes. [74]
Neurociencia evolutivaLa neurociencia evolutiva estudia la evolución de los sistemas nerviosos. [75]
Neurociencia molecularLa neurociencia molecular estudia el sistema nervioso con biología molecular, genética molecular, química de proteínas y metodologías relacionadas. [76]
NanoneurocienciaUn campo interdisciplinario que integra la nanotecnología y la neurociencia. [77]
Ingeniería neuronalLa ingeniería neuronal utiliza técnicas de ingeniería para interactuar con los sistemas neuronales, comprenderlos, repararlos, reemplazarlos o mejorarlos. [78]
NeuroanatomíaLa neuroanatomía es el estudio de la anatomía de los sistemas nerviosos . [79]
NeuroquímicaLa neuroquímica es el estudio de cómo los neuroquímicos interactúan e influyen en la función de las neuronas. [80]
NeuroetologíaLa neuroetología es el estudio de la base neuronal del comportamiento de los animales no humanos.
NeurogastronomíaLa neurogastronomía es el estudio del sabor y cómo afecta la sensación, la cognición y la memoria. [81]
NeurogenéticaLa neurogenética es el estudio de la base genética del desarrollo y la función del sistema nervioso . [82]
NeuroimagenLa neuroimagen incluye el uso de varias técnicas para obtener imágenes directas o indirectas de la estructura y función del cerebro. [83]
NeuroinmunologíaLa neuroinmunología se ocupa de las interacciones entre el sistema nervioso y el sistema inmunológico. [84]
NeuroinformáticaLa neuroinformática es una disciplina dentro de la bioinformática que lleva a cabo la organización de datos de neurociencia y la aplicación de modelos computacionales y herramientas analíticas. [85]
NeurolingüísticaLa neurolingüística es el estudio de los mecanismos neuronales del cerebro humano que controlan la comprensión, producción y adquisición del lenguaje. [86] [71]
NeurooftalmologíaLa neurooftalmología es una subespecialidad de orientación académica que fusiona los campos de la neurología y la oftalmología, y que a menudo trata enfermedades sistémicas complejas que tienen manifestaciones en el sistema visual.
NeurofísicaLa neurofísica es la rama de la biofísica que se ocupa del desarrollo y uso de métodos físicos para obtener información sobre el sistema nervioso. [87]
NeurofisiologíaLa neurofisiología es el estudio de la estructura y función del sistema nervioso, generalmente utilizando técnicas fisiológicas que incluyen medición y estimulación con electrodos u ópticamente con colorantes sensibles a iones o voltaje o canales sensibles a la luz. [88]
NeuropsicologíaLa neuropsicología es una disciplina que se encuentra bajo el paraguas tanto de la psicología como de la neurociencia, y está involucrada en actividades en los ámbitos de la ciencia básica y la ciencia aplicada. En psicología, está más estrechamente asociada con la biopsicología , la psicología clínica , la psicología cognitiva y la psicología del desarrollo . En neurociencia, está más estrechamente asociada con las áreas de neurociencia cognitiva, conductual, social y afectiva. En el dominio aplicado y médico, está relacionada con la neurología y la psiquiatría. [89]
NeuropsicofarmacologíaLa neuropsicofarmacología, una ciencia interdisciplinaria relacionada con la psicofarmacología y la neurociencia fundamental, es el estudio de los mecanismos neuronales sobre los que actúan los fármacos para influir en el comportamiento. [90]
PaleoneurobiologíaLa paleoneurobiología es un campo que combina técnicas utilizadas en la paleontología y la arqueología para estudiar la evolución del cerebro, especialmente la del cerebro humano. [91]
Neurociencia socialLa neurociencia social es un campo interdisciplinario dedicado a comprender cómo los sistemas biológicos implementan procesos y comportamientos sociales, y a utilizar conceptos y métodos biológicos para informar y refinar las teorías de los procesos y el comportamiento sociales. [92]
Neurociencia de sistemasLa neurociencia de sistemas es el estudio de la función de los circuitos y sistemas neuronales. [93]

Carreras en neurociencia[94]

Nivel de Licenciatura

Ventas farmacéuticasConsejero residencial
Técnico de laboratorioEspecialista en asuntos regulatorios
Psicometrista*Técnico médico*
Escritor científicoAsistente de investigación clínica
Defensa de la cienciaAsistente de educación especial
Trabajo sin fines de lucroAsistente de atención al paciente *
Educador de saludTécnico en Órtesis y Prótesis*
Tecnólogo en EEG*Técnico en cuidado de animales de laboratorio
Gerente Médico y de SaludIngeniero de ventas
Técnico en Ciencias ForensesAplicación de la ley
Técnico de farmacia*Gerente de Ciencias Naturales
Políticas públicasPublicidad/Marketing

Nivel de maestría

Enfermera practicanteTécnico en neuroimagen
Asistente médicoMaestro
Consejero genéticoEpidemiología
Terapeuta ocupacionalBioestadístico
Ortesista/protesistaPatólogo del habla y el lenguaje
Ingeniero neuronalSalud pública

Grado Avanzado

Medicina (MD, DO)Científico de alimentos
Científico investigadorFarmacéutico
DentistaVeterinario
FisioterapeutaAudiólogo
OptometristaAbogado
Psicólogo clínicoProfesor
NeuropsicólogoQuiropráctico

Organizaciones de neurociencia

La mayor organización profesional de neurociencia es la Society for Neuroscience (SFN), que tiene su sede en Estados Unidos pero cuenta con muchos miembros de otros países. Desde su fundación en 1969, la SFN ha crecido de forma constante: en 2010 contaba con 40.290 miembros de 83 países. [95] Las reuniones anuales, que se celebran cada año en una ciudad estadounidense diferente, atraen a investigadores, becarios posdoctorales, estudiantes de posgrado y de grado, así como a instituciones educativas, agencias de financiación, editoriales y cientos de empresas que suministran productos utilizados en la investigación.

Otras organizaciones importantes dedicadas a la neurociencia incluyen la Organización Internacional de Investigación Cerebral (IBRO), que celebra sus reuniones en un país de una parte diferente del mundo cada año, y la Federación de Sociedades Europeas de Neurociencia (FENS), que celebra una reunión en una ciudad europea diferente cada dos años. FENS comprende un conjunto de 32 organizaciones a nivel nacional, incluyendo la Asociación Británica de Neurociencia , la Sociedad Alemana de Neurociencia ( Neurowissenschaftliche Gesellschaft ) y la Société des Neurosciences francesa . [96] La primera Sociedad Nacional de Honor en Neurociencia, Nu Rho Psi , fue fundada en 2006. También existen numerosas sociedades de neurociencia juvenil que apoyan a estudiantes de pregrado, posgrado e investigadores en el inicio de su carrera, como Simply Neuroscience [97] y Project Encephalon. [98]

En 2013, se anunció la Iniciativa BRAIN en los EE. UU. La Iniciativa Internacional del Cerebro [99] se creó en 2017, [100] actualmente integrada por más de siete iniciativas de investigación cerebral a nivel nacional (EE. UU., Europa , Instituto Allen , Japón , China , Australia, [101] Canadá, [102] Corea, [103] e Israel [104] ) [105] que abarcan cuatro continentes.

Educación pública y divulgación

Además de realizar investigaciones tradicionales en entornos de laboratorio, los neurocientíficos también han participado en la promoción de la conciencia y el conocimiento sobre el sistema nervioso entre el público en general y los funcionarios gubernamentales. Dichas promociones han sido realizadas tanto por neurocientíficos individuales como por grandes organizaciones. Por ejemplo, los neurocientíficos individuales han promovido la educación en neurociencia entre los estudiantes jóvenes organizando el International Brain Bee , que es una competencia académica para estudiantes de secundaria o preparatoria de todo el mundo. [106] En los Estados Unidos, grandes organizaciones como la Society for Neuroscience han promovido la educación en neurociencia mediante el desarrollo de una cartilla llamada Brain Facts, [107] colaborando con maestros de escuelas públicas para desarrollar Neuroscience Core Concepts para maestros y estudiantes de K-12, [108] y copatrocinando una campaña con la Fundación Dana llamada Brain Awareness Week para aumentar la conciencia pública sobre el progreso y los beneficios de la investigación del cerebro. [109] En Canadá, el CIHR Canadian National Brain Bee se lleva a cabo anualmente en la Universidad McMaster . [110]

Los educadores en neurociencia formaron la Facultad de Neurociencia de Pregrado (FUN) en 1992 para compartir las mejores prácticas y brindar premios de viaje a los estudiantes de pregrado que se presentaran en las reuniones de la Sociedad de Neurociencia. [111]

Los neurocientíficos también han colaborado con otros expertos en educación para estudiar y refinar las técnicas educativas para optimizar el aprendizaje entre los estudiantes, un campo emergente llamado neurociencia educativa . [112] Las agencias federales en los Estados Unidos, como el Instituto Nacional de Salud (NIH) [113] y la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), [114] también han financiado investigaciones relacionadas con las mejores prácticas en la enseñanza y el aprendizaje de conceptos de neurociencia.

Aplicaciones de la neurociencia en la ingeniería

Chips informáticos neuromórficos

La ingeniería neuromórfica es una rama de la neurociencia que se ocupa de la creación de modelos físicos funcionales de neuronas con fines de computación útil. Las propiedades computacionales emergentes de las computadoras neuromórficas son fundamentalmente diferentes de las computadoras convencionales en el sentido de que son un sistema complejo y que los componentes computacionales están interrelacionados sin un procesador central. [115]

Un ejemplo de este tipo de ordenador es la supercomputadora SpiNNaker . [116]

Los sensores también pueden volverse inteligentes con tecnología neuromórfica. Un ejemplo de esto es el BrainScaleS (brain-inspired Multiscale Computation in Neuromorphic Hybrid Systems) de Event Camera , una supercomputadora neuromórfica analógica híbrida ubicada en la Universidad de Heidelberg en Alemania. Fue desarrollada como parte de la plataforma de computación neuromórfica del Proyecto Cerebro Humano y es el complemento de la supercomputadora SpiNNaker, que se basa en tecnología digital. La arquitectura utilizada en BrainScaleS imita las neuronas biológicas y sus conexiones a nivel físico; además, dado que los componentes están hechos de silicio, estas neuronas modelo operan en promedio 864 veces (24 horas de tiempo real son 100 segundos en la simulación de la máquina) que sus contrapartes biológicas. [117]

Los recientes avances en la tecnología de microchips neuromórficos han llevado a un grupo de científicos a crear una neurona artificial que puede reemplazar a las neuronas reales en las enfermedades. [118] [119]

AñoCampo de premiosImagenLaureadoVidaPaísRazón fundamentalÁrbitro.
1904FisiologíaIván Petróvich Pavlov1849–1936Imperio ruso"en reconocimiento a su trabajo sobre la fisiología de la digestión, a través del cual se ha transformado y ampliado el conocimiento sobre aspectos vitales del tema"[120]
1906FisiologíaCamilo Golgi1843–1926Reino de Italia"en reconocimiento a su trabajo sobre la estructura del sistema nervioso"[121]
Santiago Ramón y Cajal1852–1934Restauración (España)
1911FisiologíaPlaya de las Gaviotas de Allvar1862–1930Suecia"por su trabajo sobre la dioptría del ojo"[122]
1914FisiologíaRoberto Bárány1876–1936Austria-Hungría"por sus trabajos sobre la fisiología y patología del aparato vestibular"[123]
1932FisiologíaCharles Scott Sherrington1857–1952Reino Unido"por sus descubrimientos sobre las funciones de las neuronas"[124]
Edgar Douglas Adrián1889–1977Reino Unido
1936FisiologíaHenry Hallett Dale1875–1968Reino Unido"por sus descubrimientos relacionados con la transmisión química de los impulsos nerviosos"[125]
Otto Löwi1873–1961Austria
Alemania
1938FisiologíaCorneille Jean François Heymans1892–1968Bélgica"por el descubrimiento del papel que desempeñan los mecanismos sinusales y aórticos en la regulación de la respiración "[126]
1944FisiologíaJosé Erlanger1874–1965Estados Unidos"por sus descubrimientos relacionados con las funciones altamente diferenciadas de las fibras nerviosas individuales"[127]
Herbert Spencer Gasser1888–1963Estados Unidos
1949FisiologíaWalter Rudolf Hess1881–1973Suiza"por su descubrimiento de la organización funcional del intercerebro como coordinador de las actividades de los órganos internos"[128]
Antonio Caetano Egas Moniz1874–1955Portugal"por su descubrimiento del valor terapéutico de la leucotomía en ciertas psicosis"[128]
1955QuímicaVicente du Vigneaud1901–1978Estados Unidos"por su trabajo sobre compuestos de azufre de importancia bioquímica, especialmente por la primera síntesis de una hormona polipeptídica " (Oxitocina)[129]
1957FisiologíaDaniel Bovet1907–1992Italia"por sus descubrimientos relacionados con los compuestos sintéticos que inhiben la acción de ciertas sustancias corporales, y especialmente su acción sobre el sistema vascular y los músculos esqueléticos"[130]
1961FisiologíaGeorg von Békésy1899–1972Estados Unidos"por sus descubrimientos del mecanismo físico de estimulación dentro de la cóclea"[131]
1963FisiologíaJohn Carew Eccles1903–1997Australia"por sus descubrimientos sobre los mecanismos iónicos implicados en la excitación e inhibición en las porciones periféricas y centrales de la membrana de las células nerviosas"[132]
Alan Lloyd Hodgkin1914–1998Reino Unido
Andrew Fielding Huxley1917–2012Reino Unido
1967FisiologíaGranito Ragnar1900–1991Finlandia
Suecia		"por sus descubrimientos sobre los procesos visuales fisiológicos y químicos primarios del ojo"[133]
Línea Hartline de Haldan Keffer1903–1983Estados Unidos
Jorge Wald1906–1997Estados Unidos
1970FisiologíaJulio Axelrod1912–2004Estados Unidos"por sus descubrimientos sobre los transmisores humorales en las terminales nerviosas y el mecanismo de su almacenamiento, liberación e inactivación"[132]
Ulf von Euler1905–1983Suecia
Bernard Katz1911–2003Reino Unido
1973FisiologíaKarl von Frisch1886–1982Austria"por sus descubrimientos sobre la organización y elucidación de patrones de comportamiento individual y social"[134]
Konrad Lorenz1903–1989Austria
Nikolaas Tinbergen1907–1988Países Bajos
1977FisiologíaRoger Guillemin1924–2024Francia"por sus descubrimientos sobre la producción de hormonas peptídicas en el cerebro "[135]
Andrew V. Schally1926–Polonia
1981FisiologíaRoger W. Sperry1913–1994Estados Unidos"por sus descubrimientos sobre la especialización funcional de los hemisferios cerebrales "[133]
David H. Hubel1926–2013Canadá"por sus descubrimientos sobre el procesamiento de la información en el sistema visual "[133]
Torsten N. Wiesel1924–Suecia
1986FisiologíaStanley Cohen1922–2020Estados Unidos"por sus descubrimientos de factores de crecimiento "[136]
Rita Levi-Montalcini1909–2012Italia
1997FisiologíaStanley B. Prusiner1942–Estados Unidos"por su descubrimiento de los priones , un nuevo principio biológico de infección"[137]
1997QuímicaJens C. Skou1918–2018Dinamarca"por el primer descubrimiento de una enzima transportadora de iones, Na + , K + -ATPasa"[138]
2000FisiologíaArvid Carlsson1923–2018Suecia"por sus descubrimientos sobre la transducción de señales en el sistema nervioso "[139]
Pablo Greengard1925–2019Estados Unidos
Eric R. Kandel1929–Estados Unidos
2003QuímicaRoderick MacKinnonRoderick MacKinnon1956–Estados Unidos"por los descubrimientos relacionados con los canales en las membranas celulares [...] por los estudios estructurales y mecanísticos de los canales iónicos"[140]
2004FisiologíaRichard Axel1946–Estados Unidos"por sus descubrimientos de los receptores olfativos y la organización del sistema olfativo "[141]
Linda B. Buck1947–Estados Unidos
2012QuímicaRobert Lefkowitz1943–Estados Unidos"para estudios de receptores acoplados a proteína G "[142]
Brian Kobilka1955–Estados Unidos
2014FisiologíaJohn O'Keefe1939–Estados Unidos
Reino Unido		"por sus descubrimientos de las células de lugar y cuadrícula que constituyen un sistema de posicionamiento en el cerebro"[143]
May-Britt Moser1963–Noruega
Edvard I. Moser1962–Noruega
2017FisiologíaJeffrey C. Hall1939–Estados Unidos"por sus descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano "[144]
Michael Rosbash1944–Estados Unidos
Michael W. Young1949–Estados Unidos
2021FisiologíaDavid Julio1955–Estados Unidos"por sus descubrimientos de receptores de temperatura y tacto"[145]
Ardem Patapoutian1967–Líbano

Estados Unidos

2024FísicaJuan Hopfield1933–Estados Unidos“Por descubrimientos e invenciones fundamentales que permiten el aprendizaje automático con redes neuronales artificiales ”[146]
Geoffrey Hinton1947–Reino Unido

Véase también

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Wikiversidad tiene recursos de aprendizaje sobre el tema: Neurociencia
Wikilibros tiene un libro sobre el tema: Neurociencia
Busque neurociencia en Wikcionario, el diccionario libre.
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con neurociencia .
  • La neurociencia en nuestro tiempo en la BBC
  • Marco de información sobre neurociencias (NIF)
  • Sociedad Americana de Neuroquímica
  • Asociación Británica de Neurociencias (BNA)
  • Federación de Sociedades Europeas de Neurociencia
  • Neurociencia en línea (libro de texto electrónico sobre neurociencia)
  • Serie de conferencias sobre neurociencia del HHMI: Creando tu mente: moléculas, movimiento y memoria Archivado el 24 de junio de 2013 en Wayback Machine
  • Sociedad de Neurociencias
  • Neurociencia para niños
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