thumb|300px|Dibujo de las células de un cerebro de pollo, por Santiago Ramón y Cajal.
La neurociencia (también en plural, neurociencias) es una disciplina científica que estudia el sistema nervioso y todos sus aspectos: por ejemplo, estructura, función, desarrollo ontogenético y filogenético, bioquímica, farmacología y patología, y cómo sus diferentes elementos interactúan, dando lugar a las bases biológicas de la cognición y la conducta.
La neurociencia engloba una amplia gama de interrogantes acerca de cómo se organizan los sistemas nerviosos de los seres humanos y de otros animales, cómo se desarrollan y cómo funcionan para generar la conducta. Estas preguntas pueden explorarse usando las herramientas analíticas de la genética y la genómica, la biología molecular y la biología celular, la anatomía y la fisiología de los aparatos y sistemas, la filosofía, la biología conductual y la psicología.
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, e incluso 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.
El principal objetivo de la neurociencia cognitiva es el estudio de las representaciones internas de los fenómenos mentales. La neurociencia cognitiva se basa en cinco aproximaciones principales:
En el encéfalo, hay una representación ordenada del espacio personal: la precisión de los exámenes neurológicos clínicos se basa en mapas corticales fiables del cuerpo. En el córtex hay un mapa del cuerpo para cada modalidad de sensación. La representación interna del espacio personal puede modificarse con la experiencia: la capacidad de modificación de la representación interna puede explicar el síndrome del miembro fantasma. La representación interna del espacio personal puede estudiarse a nivel celular: cada neurona del sistema nervioso central tiene un campo receptor específico. El espacio real, así como el imaginado y el recordado, se representan en las áreas de asociación parietales posteriores.
Las neurociencias ofrecen un apoyo a la psicología con la finalidad de entender mejor la complejidad del funcionamiento mental. La tarea central de las neurociencias es la de intentar explicar cómo funcionan millones de neuronas en el encéfalo para producir la conducta, y cómo a su vez estas células están influidas por el medio ambiente. Tratando de desentrañar cómo la actividad del cerebro se relaciona con la psiquis y el comportamiento, revolucionando la manera de entender las conductas y lo que es más importante aún: cómo aprende nuestro cerebro, cómo guarda información y cuáles son los procesos biológicos que facilitan el aprendizaje.
Es cierto que las formas espontáneas de desarrollo parecen una condición necesaria para las formas de funcionamiento cognoscitivo, pero no son condición suficiente. Existen nomenclaturas psicopatológicas, hoy aplicadas a los niños, que puede llevar a la medicalización de la infancia.
Temas de interés
Algunos de los problemas aún no resueltos de la neurociencia son:
Conciencia: ¿cuál es la base neuronal de la experiencia subjetiva y las sensaciones, la cognición, la vigilia, el estado de alerta, la excitación y la atención? ¿cómo se resuelve el problema difícil de la conciencia? ¿Cuál es su función? van Hemmen, J.L. and Sejnowski, T.J.(ed), 23 Problems in Systems Neuroscience, Oxford University Press, 2006 Percepción: ¿cómo transfiere el cerebro información sensorial en percepción interna coherente? ¿Cuáles son las normas por las cuales se organiza la percepción? ¿Cuáles son las características que constituyen nuestra experiencia perceptual de acontecimientos internos y externos? ¿cómo están integrados los sentidos? ¿Cuál es la relación entre la experiencia subjetiva y el mundo físico? Aprendizaje y memoria: ¿dónde se almacenan los recuerdos y cómo se recuperan de nuevo? ¿Cómo puede ser mejorado el aprendizaje? ¿Cuál es la diferencia entre recuerdos explícitos e implícitos? Plasticidad neuronal: ¿qué tan plástico es el cerebro maduro? Desarrollo y evolución: ¿cómo y por qué evolucionó el cerebro? ¿Cuáles son las determinantes moleculares del desarrollo cerebral individual? Sueño: ¿Por qué soñamos? ¿cuáles son los mecanismos cerebrales subyacentes? ¿Cuál es su relación con la anestesia? Cognición y decisiones: ¿cómo y dónde evalúa el cerebro la recompensa y el esfuerzo (costo) para modular el comportamiento? ¿Cómo modifica la experiencia previa la percepción y el comportamiento? ¿Cuáles son las contribuciones genéticas y ambientales para el funcionamiento del cerebro? Idioma: ¿cómo se implementa neuralmente? ¿Cuál es la base del significado semántico? Enfermedades: ¿cuáles son las bases neurales (causas orgánicas) de enfermedades mentales como los trastornos psicóticos (por ejemplo, la manía, la esquizofrenia), la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer o la adicción? ¿Es posible recuperarse de la pérdida de la función motora o sensorial?
Áreas relacionadas
Las neurociencias exploran campos tan diversos como: La operación de neurotransmisores en la sinapsis; los mecanismos biológicos responsables del aprendizaje; el control genético del desarrollo neuronal desde la concepción; la operación de redes neuronales; la estructura y funcionamiento de redes complejas involucradas en la memoria, la percepción y el habla.
Entre las áreas relacionadas con las neurociencias, se encuentran las siguientes:
el neurodesarrollo la neuroanatomía la neurociencia aplicada la neurociencia cognitiva la neurociencia computacional la neuroeconomía la neurofisiología la neurolingüística la neurología la neuropsicología la psiquiatría la neuropsiquiatría la neurotecnología la psicofarmacología la neurogenética la neurocirugía la neurobiología el neuromarketing la neuroadministración
Aspectos históricos: la neurona
Luigi Galvani alt=imagen|miniaturadeimagen|Luigi Galvani
En 1791, Luigi Galvani, un fisiólogo de Bolonia, descubrió la existencia de actividad eléctrica en los animales. Había colgado la pata de una rana en un gancho de cobre suspendido de un balcón de hierro. La interacción entre los dos metales hacía que la pata se contrajera.
El fisiólogo llamó a esta forma de producir energía «bioelectrogénesis». A través de numerosos y espectaculares experimentos —como electrocutar cadáveres humanos para hacerlos bailar la «danza de las convulsiones tónicas»—, llegó a la conclusión de que la electricidad necesaria no provenía del exterior, sino que era generada en el interior del propio organismo vivo que, una vez muerto, seguía conservando la capacidad de conducir el impulso y reaccionar a él consecuentemente.
Hermann von Helmholtz Hermann von Helmholtz descubrió que la generación de electricidad por parte de los axones de las células nerviosas no es un producto secundario de su actividad, sino un medio para transmitir mensajes de un extremo a otro. Logró medir, en 1859, la velocidad de propagación de tales mensajes, y llegó a la conclusión de que se propagan a 27m/s (metros por segundo).
alt=imagen|miniaturadeimagen|Hermann von Helmholtz
Camillo Golgi Camillo Golgi desarrolló un método de tinción con cromato de plata, que permite colorear una neurona entre muchas otras, supuso una revolución en los laboratorios de estudio de tejidos nerviosos. Con este método identifico una clase de célula nerviosa dotada de extensiones que se conectan a otras células nerviosas Compartió el Premio Nobel de Medicina de 1906 con Santiago Ramón y Cajal.
Santiago Ramón y Cajal miniaturadeimagen|Santiago Ramón y Cajal
Santiago Ramón y Cajal dio a la célula nerviosa el nombre de neurona, unidad elemental del sistema de señalización del sistema nervioso. Descubre que el axón de una neurona solo se comunica con las dendritas de otra en regiones especializadas: las sinapsis. Además, una neurona determinada solo se comunica con ciertas células, y no con otras. En el interior de la neurona, las señales fluyen en una dirección única. Este principio permite determinar el flujo de la información en los circuitos neurales. Encontró que existen tres tipos principales de neuronas: sensorial, motora e interneurona.
Charles Sherrington Charles Sherrington estudió los fundamentos neurales del comportamiento reflejo. Descubrió que es posible inhibir las neuronas además de excitarlas, y que la integración de esas señales determina la acción del sistema nervioso.
Edgar Adrian Edgar Adrian ideó métodos para registrar los potenciales de acción, que son las señales eléctricas utilizadas por las neuronas para la comunicación. Descubre que son señales de tipo todo o nada, es decir, o bien se presentan completas o bien no se presentan en absoluto. Compartió el Premio Nobel de Medicina con Charles Sherrington.
Julius Bernstein Julius Bernstein, discípulo de Wilhelm Helmholtz, propuso en 1902 la hipótesis de la membrana porosa para describir el proceso de conducción eléctrica en las neuronas. Dedujo que hay una diferencia de potencial entre el interior y el exterior de la célula nerviosa, incluso cuando la célula está en reposo. (Véase potencial de acción y potencial de reposo.)
Alan Hodgkin y Andrew Huxley Alan Hodgkin y Andrew Huxley desarrollaron investigaciones sobre el axón gigante de las células nerviosas de los calamares (véase Otto Schmitt). Confirmaron la hipótesis de Julius Bernstein de que el potencial de membrana en reposo se genera por el desplazamiento de iones de potasio hacia el exterior de la célula y de iones de sodio hacia su interior. Compartieron el Premio Nobel de Medicina de 1963 con John Eccles, por la investigación sobre las bases iónicas de la transmisión nerviosa.
Henry Dale y Otto Loewi Henry Dale y Otto Loewi propusieron la teoría química de la transmisión sináptica. Descubrieron, en forma independiente, que cuando el potencial de acción de una neurona del sistema nervioso autónomo llega a los terminales del axón, causa la liberación de una sustancia química en la hendidura sináptica. Recibieron el Premio Nobel de Medicina en 1936.
Edwin Furshpan y David Potter Edwin Furshpan y David Potter descubrieron, en una langosta de río, que también es posible la transmisión eléctrica entre dos células nerviosas, si bien la mayoría de las sinapsis son de origen químico.
Bernard Katz Bernard Katz descubrió que cuando un potencial de acción ingresa en la terminal presináptica causa la apertura de los canales de calcio, lo que permite la afluencia de este elemento químico al interior de la célula. La abundancia de calcio, a su vez, determina la liberación de los neurotransmisores en la hendidura sináptica. El neurotransmisor se une a los receptores superficiales de la neurona postsináptica, y las señales químicas se retraducen a señales eléctricas. Compartió el Premio Nobel de Medicina de 1970 con Ulf von Euler y Julius Axelrod por los estudios realizados sobre neurotransmisores.
Rodolfo Llinás