Neuroștiințe comportamentale - Behavioral neuroscience

Neuroștiința comportamentală , cunoscută și sub numele de psihologie biologică , biopsihologie sau psihobiologie , este aplicarea principiilor biologiei la studiul mecanismelor fiziologice , genetice și de dezvoltare ale comportamentului la oameni și la alte animale.

Istorie

Neuroștiința comportamentală ca disciplină științifică a apărut dintr-o varietate de tradiții științifice și filozofice în secolele XVIII și XIX. În filozofie, oameni precum René Descartes au propus modele fizice pentru a explica comportamentul animal, precum și cel uman. Descartes a sugerat că glanda pineală , o structură nepereche din linia mediană a creierului multor organisme, era punctul de contact dintre minte și corp. Descartes a elaborat, de asemenea, o teorie în care pneumatica fluidelor corporale ar putea explica reflexele și alte comportamente motorii. Această teorie a fost inspirată de statuile în mișcare dintr-o grădină din Paris. Stimularea electrică și leziunile pot, de asemenea, să arate efectul comportamentului motor al oamenilor. Ei pot înregistra activitatea electrică a acțiunilor, hormonilor, substanțelor chimice și efectele pe care medicamentele le au în sistemul corpului, toate acestea afectând comportamentul zilnic al celor.

William James

Alți filosofi au contribuit și la nașterea psihologiei . Unul dintre primele manuale din noul domeniu, Principiile psihologiei de William James , susține că studiul științific al psihologiei ar trebui să se bazeze pe o înțelegere a biologiei.

Apariția psihologiei și a neuroștiinței comportamentale ca științe legitime poate fi urmărită de la apariția fiziologiei din anatomie , în special din neuroanatomie . Fiziologii au efectuat experimente pe organisme vii, o practică care a fost neîncrezută de anatomiștii dominanți ai secolelor al XVIII-lea și al XIX-lea. Lucrarea influentă a lui Claude Bernard , Charles Bell și William Harvey a contribuit la convingerea comunității științifice că datele fiabile ar putea fi obținute de la subiecții vii.

Chiar înainte de secolele al XVIII-lea și al XIX-lea, neuroștiințele comportamentale începeau să prindă formă încă din 1700 î.Hr. Întrebarea care pare să apară continuu este: care este legătura dintre minte și corp? Dezbaterea este denumită în mod oficial problema minte-corp . Există două școli majore de gândire care încearcă să rezolve problema minte-corp; monismul și dualismul . Platon și Aristotel sunt doi dintre mai mulți filozofi care au participat la această dezbatere. Platon credea că creierul este locul în care s-au întâmplat toate gândurile și procesele mentale. În schimb, Aristotel credea că creierul servea scopului de răcire a emoțiilor derivate din inimă. Problema minte-corp era o piatră de temelie către încercarea de a înțelege legătura dintre minte și corp.

A apărut o altă dezbatere despre localizarea funcției sau specializarea funcțională versus echipotențialitate, care a jucat un rol semnificativ în dezvoltarea neuroștiinței comportamentale. Ca urmare a localizării cercetării funcționale, mulți oameni celebri găsiți în psihologie au ajuns la diferite concluzii. Wilder Penfield a reușit să dezvolte o hartă a cortexului cerebral prin studierea pacienților epileptici împreună cu Rassmussen. Cercetările privind localizarea funcției au condus neurologii comportamentali la o mai bună înțelegere a părților controlului creierului. Acest lucru este exemplificat cel mai bine prin studiul de caz al lui Phineas Gage .

Termenul „psihobiologie” a fost folosit într-o varietate de contexte, subliniind importanța biologiei, care este disciplina care studiază modificările organice, neuronale și celulare în comportament, plasticitatea în neuroștiințe și bolile biologice în toate aspectele, în plus, biologia focalizează și analizează comportamentul și toți subiecții de care este preocupat, din punct de vedere științific. În acest context, psihologia ajută ca disciplină complementară, dar importantă în științele neurobiologice. Rolul psihologiei în aceste întrebări este acela al unui instrument social care susține principala sau cea mai puternică știință biologică. Termenul „psihobiologie” a fost folosit pentru prima dată în sensul său modern de către cavalerul Dunlap în cartea sa An Outline of Psychobiology (1914) . Dunlap a fost, de asemenea, fondatorul și redactorul-șef al revistei Psychobiology . În anunțul jurnalului respectiv, Dunlap scrie că jurnalul va publica cercetări „... referitoare la interconectarea funcțiilor mentale și fiziologice”, care descrie domeniul neuroștiinței comportamentale chiar și în sensul său modern.

Relația cu alte domenii ale psihologiei și biologiei

În multe cazuri, oamenii pot servi ca subiecți experimentali în experimentele de neuroștiințe comportamentale; cu toate acestea, o mare parte din literatura experimentală în neuroștiințele comportamentale provine din studiul speciilor neumane, cel mai frecvent șobolani, șoareci și maimuțe. Ca rezultat, o presupunere critică în neuroștiința comportamentală este că organismele împărtășesc asemănări biologice și comportamentale, suficient pentru a permite extrapolare între specii. Acest aliați neurostiintele comportamentale îndeaproape cu psihologia comparativă , psihologia evoluționistă , biologia evolutionista , si Neurobiologie . Neuroștiința comportamentală are, de asemenea, asemănări paradigmatice și metodologice cu neuropsihologia , care se bazează în mare măsură pe studiul comportamentului oamenilor cu disfuncție a sistemului nervos (adică o manipulare biologică non-experimentală).

Sinonimele pentru neuroștiințele comportamentale includ biopsihologia, psihologia biologică și psihobiologia. Psihologia fiziologică este un subdomeniu al neuroștiinței comportamentale, cu o definiție mai îngustă în mod corespunzător.

Metode de cercetare

Caracteristica distinctivă a unui experiment de neuroștiință comportamentală este că fie variabila independentă a experimentului este biologică, fie o variabilă dependentă este biologică. Cu alte cuvinte, sistemul nervos al organismului aflat în studiu este modificat permanent sau temporar sau se măsoară un aspect al sistemului nervos (de obicei, legat de o variabilă comportamentală).

Dezactivarea sau scăderea funcției neuronale

Leziuni - O metodă clasică în care o regiune cerebrală de interes este distrusă în mod natural sau intenționat pentru a observa orice schimbări rezultate, cum ar fi performanțe degradate sau îmbunătățite, la unele măsuri comportamentale. Leziunile pot fi plasate cu o precizie relativ ridicată „Datorită unei varietăți de„ atlasuri ”cerebrale care oferă o hartă a regiunilor creierului în coordonate stereotactice tridimensionale .

Partea din imagine subliniată arată leziunea din creier. Acest tip de leziune poate fi îndepărtat prin intervenție chirurgicală.
- Leziuni chirurgicale - Țesutul neuronal este distrus prin îndepărtarea chirurgicală.
- Leziuni electrolitice - Țesutul neuronal este distrus prin aplicarea unui traumatism de șoc electric.
- Leziuni chimice - Țesutul neuronal este distrus prin perfuzia unei neurotoxine .
- Leziuni temporare - Țesutul neuronal este temporar dezactivat prin răcire sau prin utilizarea de anestezice, cum ar fi tetrodotoxina .
Stimulare magnetică transcraniană - O nouă tehnică utilizată de obicei la subiecți umani în care o bobină magnetică aplicată pe scalp provoacă activitate electrică nesistematică în neuronii corticali din apropiere, care poate fi analizată experimental ca o leziune funcțională.
Injecție de ligand sintetic - Un receptor activat exclusiv de un ligand sintetic (RASSL) sau Designer Receptor Activat exclusiv de către Designer Drugs (DREADD), permite controlul spațial și temporal al semnalizării proteinei G in vivo . Aceste sisteme utilizează receptori cuplați cu proteine G ( GPCR ) concepute pentru a răspunde exclusiv liganzilor molecule mici sintetice , cum ar fi N-oxidul de clozapină (CNO), și nu ligandului (lor) natural. Lui RASSL reprezintă un GPCR pe baza de chemogenetic instrument. Acești liganzi sintetici la activare pot reduce funcția neuronală prin activarea proteinei G. Acest lucru se poate face cu activitatea neuronală atenuantă a potasiului.
Manipulări psihofarmacologice - Un antagonist al receptorilor chimici induce activitatea neuronală prin interferența cu neurotransmisia . Antagoniștii pot fi administrați sistemic (cum ar fi prin injecție intravenoasă) sau local (intracerebral) în timpul unei proceduri chirurgicale în ventriculi sau în structuri cerebrale specifice. De exemplu, antagonistul NMDA AP5 s- a demonstrat că inhibă inițierea potențării pe termen lung a transmiterii sinaptice excitatorii (în condiționarea fricii de rozătoare), despre care se crede că este un mecanism vital în învățare și memorie.
Inhibare optogenetică - O proteină inhibitoare activată prin lumină este exprimată în celulele de interes. Inhibarea neuronală puternică la scară de milisecundă este instigată la stimulare prin frecvența adecvată a luminii livrate prin fibră optică sau LED-uri implantate în cazul vertebratelor sau prin iluminare externă pentru nevertebrate mici, suficient de translucide. Halorhodopsinele bacteriene sau pompele de protoni sunt cele două clase de proteine utilizate pentru optogenetica inhibitoare, realizând inhibarea prin creșterea nivelului citoplasmatic al halogenurilor ( Cl^-
) sau scăderea concentrației citoplasmatice a protonilor, respectiv.

Îmbunătățirea funcției neuronale

Stimularea electrică - O metodă clasică în care activitatea neuronală este îmbunătățită prin aplicarea unui curent electric mic (prea mic pentru a provoca moartea celulară semnificativă).
Manipulări psihofarmacologice - Un agonist al receptorilor chimici facilitează activitatea neuronală prin îmbunătățirea sau înlocuirea neurotransmițătorilor endogeni . Agoniștii pot fi administrați sistemic (cum ar fi prin injecție intravenoasă) sau local (intracerebral) în timpul unei proceduri chirurgicale.
Injecție sintetică de ligand - La fel, G _q -DREADDs pot fi utilizate pentru a modula funcția celulară prin inervația regiunilor cerebrale, cum ar fi hipocampul. Această inervație are ca rezultat amplificarea ritmurilor γ, ceea ce crește activitatea motorie.
Stimulare magnetică transcraniană - În unele cazuri (de exemplu, studii de cortex motor ), această tehnică poate fi analizată ca având un efect stimulator (mai degrabă decât ca o leziune funcțională).
Excitație optogenetică - O proteină de excitare activată cu lumină este exprimată în celule selectate. Channelrhodopsin -2 (ChR2), un canal de cation activat cu lumină, a fost prima opsină bacteriană care a excitat neuronii ca răspuns la lumină, deși o serie de noi instrumente optogenetice de excitare au fost generate acum prin îmbunătățirea și conferirea de proprietăți noi ChR2

Măsurarea activității neuronale

Tehnici optice - Metodele optice pentru înregistrarea activității neuronale se bazează pe metode care modifică proprietățile optice ale neuronilor ca răspuns la evenimentele celulare asociate cu potențialele de acțiune sau eliberarea neurotransmițătorului.
- Coloranții sensibili la tensiune (VSD) au fost printre cele mai vechi metode de detectare optică a activității neuronale. VSD-urile și-au schimbat în mod obișnuit proprietățile fluorescente ca răspuns la o schimbare de tensiune în membrana neuronului, făcând detectabilă activitatea sub-prag și supra-prag (potențiale de acțiune) a membranei. Au fost, de asemenea, dezvoltate proteine fluorescente sensibile la tensiune codificate genetic.
- Imaginea cu calciu se bazează pe coloranți sau proteine codificate genetic care fluoresc la legarea de calciu care este prezent în mod tranzitor în timpul unui potențial de acțiune.
- Sinapto-pHluorina este o tehnică care se bazează pe o proteină de fuziune care combină o proteină de membrană a veziculelor sinaptice și o proteină fluorescentă sensibilă la pH. La eliberarea veziculelor sinaptice, proteina himerică este expusă la pH-ul mai ridicat al fisurii sinaptice, provocând o schimbare măsurabilă a fluorescenței.
Înregistrare cu o singură unitate - Metodă prin care un electrod este introdus în creierul unui animal viu pentru a detecta activitatea electrică generată de neuronii adiacenți vârfului electrodului. În mod normal, acest lucru se efectuează cu animale sedate, dar uneori se efectuează pe animale trezite implicate într-un eveniment comportamental, cum ar fi un șobolan însetat care bate un anumit tip de șmirghel asociat anterior cu apă pentru a măsura modelele corespunzătoare de tragere neuronală la punctul de decizie.
Înregistrare multielectrod - Utilizarea unui pachet de electrozi fini pentru a înregistra activitatea simultană de până la sute de neuroni.
RMN - Imagistica prin rezonanță magnetică funcțională, o tehnică aplicată cel mai frecvent la subiecți umani, în care modificările fluxului sanguin cerebral pot fi detectate într-un aparat RMN și sunt luate pentru a indica activitatea relativă a regiunilor creierului la scară mai mare (adică, de ordinul sutelor) de mii de neuroni).
Scanările cerebrale PET pot arăta diferențe chimice în creier între dependenți și non-dependenți. Puteți vedea imaginile normale din rândul de sus provin de la non-dependenți, în timp ce persoanele care au tulburări de dependență au scanări care par mai anormale.

PET - Tomografia cu emisie de pozitroni detectează particulele numite fotoni folosind un examen 3-D de medicină nucleară. Aceste particule sunt emise prin injecții de radioizotopi, cum ar fi fluor. Imagistica PET dezvăluie procesele patologice care prezic schimbări anatomice, făcându-l important pentru detectarea, diagnosticarea și caracterizarea multor patologii
Electroencefalografie - Sau EEG; și tehnica derivată a potențialelor legate de evenimente , în care electrozii scalpului monitorizează activitatea medie a neuronilor din cortex (din nou, utilizați cel mai frecvent la subiecți umani). Această tehnică utilizează diferite tipuri de electrozi pentru sisteme de înregistrare, cum ar fi electrozi cu ac și electrozi pe bază de ser fiziologic. EEG permite investigarea tulburărilor psihice, a somnului și a fiziologiei. Poate monitoriza dezvoltarea creierului și implicarea cognitivă.
Neuroanatomie funcțională - Un omolog mai complex al frenologiei . Expresia unor markeri anatomici este luată pentru a reflecta activitatea neuronală. De exemplu, se crede că expresia genelor timpurii imediate este cauzată de o activitate neuronală viguroasă. De asemenea, injectarea de 2-dezoxiglucoză înainte de o anumită sarcină comportamentală poate fi urmată de localizarea anatomică a substanței chimice respective; este preluat de neuronii activi electric.
MEG - Magnetoencefalografia arată funcționarea creierului uman prin măsurarea activității electromagnetice. Măsurarea câmpurilor magnetice create de curentul electric care curge în interiorul neuronilor identifică activitatea creierului asociată cu diferite funcții umane în timp real, cu precizie spațială milimetrică. Clinicienii pot obține în mod neinvaziv date care să îi ajute să evalueze tulburările neurologice și să planifice tratamente chirurgicale.

Tehnici genetice

Cartarea QTL - Influența unei gene într-un anumit comportament poate fi dedusă statistic prin studierea tulpinilor consangvinizate ale unor specii, cel mai frecvent șoareci. Secvențierea recentă a genomului multor specii, mai ales șoareci, a facilitat această tehnică.
Reproducerea selectivă - Organismele, adesea șoareci, pot fi crescute selectiv printre tulpini consangvinizate pentru a crea o tulpină congenică recombinantă . Acest lucru s-ar putea face pentru a izola o porțiune de ADN interesantă din punct de vedere experimental derivată dintr-o tulpină de pe genomul de fundal al altei tulpini, pentru a permite inferențe mai puternice despre rolul acelei întinderi de ADN.
Ingineria genetică - Genomul poate fi, de asemenea, manipulat experimental; de exemplu, șoarecii knockout pot fi proiectați pentru a nu avea o anumită genă sau o genă poate fi exprimată într-o tulpină care în mod normal nu o face („transgenica”). Tehnicile avansate pot permite, de asemenea, exprimarea sau suprimarea unei gene să se producă prin injectarea unei substanțe chimice de reglare.

Alte metode de cercetare

Modele de calcul - Utilizarea unui computer pentru a formula probleme din lumea reală pentru a dezvolta soluții. Deși această metodă este adesea axată pe informatică, a început să se îndrepte spre alte domenii de studiu. De exemplu, psihologia este unul dintre aceste domenii. Modelele computaționale permit cercetătorilor în psihologie să-și îmbunătățească înțelegerea funcțiilor și dezvoltărilor din sistemele nervoase. Exemple de metode includ modelarea neuronilor, rețelelor și sistemelor cerebrale și analiza teoretică. Metodele computaționale au o mare varietate de roluri, inclusiv clarificarea experimentelor, testarea ipotezelor și generarea de noi perspective. Aceste tehnici joacă un rol din ce în ce mai mare în avansarea psihologiei biologice.

Limitări și avantaje

Diferite manipulări au avantaje și limitări. Țesutul neuronal distrus ca o consecință primară a unei intervenții chirurgicale, șoc electric sau neurotoxină poate confunda rezultatele, astfel încât trauma fizică maschează modificările proceselor neurofiziologice fundamentale de interes. De exemplu, atunci când utilizați o sondă electrolitică pentru a crea o leziune intenționată într-o regiune distinctă a creierului șobolanului, țesutul înconjurător poate fi afectat: deci, o schimbare a comportamentului prezentată de grupul experimental post-chirurgical este într-o oarecare măsură un rezultat al deteriorării la țesutul neuronal înconjurător, mai degrabă decât printr-o leziune a unei regiuni cerebrale distincte. Majoritatea tehnicilor de manipulare genetică sunt, de asemenea, considerate permanente. Leziunile temporare pot fi realizate cu manipulări genetice avansate, de exemplu, anumite gene pot fi acum pornite și oprite cu dieta. Manipulările farmacologice permit, de asemenea, blocarea anumitor neurotransmițători temporar, deoarece funcția revine la starea sa anterioară după ce medicamentul a fost metabolizat.

Domenii de subiect

În general, neurologii comportamentali studiază teme și probleme similare cu psihologii academici, deși sunt limitați de nevoia de a folosi animale neumane. Ca rezultat, cea mai mare parte a literaturii din neuroștiința comportamentală se referă la procese și comportamente mentale care sunt împărtășite între diferite modele animale, cum ar fi:

Senzație și percepție
Comportament motivat (foame, sete, sex)
Controlul mișcării
Învățare și memorie
Somnul și ritmurile biologice
Emoţie

Cu toate acestea, odată cu creșterea sofisticării tehnice și cu dezvoltarea unor metode neinvazive mai precise care pot fi aplicate subiecților umani, neurologii comportamentali încep să contribuie la alte domenii clasice ale psihologiei, filozofiei și lingvisticii, cum ar fi:

Limba
Raționament și luarea deciziilor
Constiinta

Neuroștiințele comportamentale au avut, de asemenea, un istoric puternic de a contribui la înțelegerea tulburărilor medicale, inclusiv a celor care intră sub incidența psihologiei clinice și a psihopatologiei biologice (cunoscută și sub numele de psihologie anormală). Deși nu există modele animale pentru toate bolile mintale, domeniul a contribuit cu date terapeutice importante privind o varietate de afecțiuni, inclusiv:

Boala Parkinson , o tulburare degenerativă a sistemului nervos central care afectează adesea abilitățile motorii și vorbirea pacientului.
Boala Huntington , o rară tulburare neurologică moștenită ale cărei simptome cele mai evidente sunt mișcările anormale ale corpului și lipsa de coordonare. De asemenea, afectează o serie de abilități mentale și unele aspecte ale personalității.
Boala Alzheimer , o boală neurodegenerativă care, în forma sa cea mai frecventă, se găsește la persoanele cu vârsta peste 65 de ani și se caracterizează printr-o deteriorare cognitivă progresivă, împreună cu activități în declin din viața de zi cu zi și prin simptome neuropsihiatrice sau modificări de comportament.
Depresia clinică , o tulburare psihiatrică frecventă, caracterizată printr-o scădere persistentă a dispoziției, pierderea interesului pentru activitățile obișnuite și capacitatea diminuată de a experimenta plăcerea.
Schizofrenia , un diagnostic psihiatric care descrie o boală mintală caracterizată prin afectări ale percepției sau exprimării realității, care se manifestă cel mai frecvent ca halucinații auditive, iluzii paranoide sau bizare sau vorbire și gândire dezorganizate în contextul unei disfuncții sociale sau ocupaționale semnificative.
Autismul , o tulburare de dezvoltare a creierului care afectează interacțiunea socială și comunicarea și provoacă un comportament limitat și repetitiv, totul începând înainte ca un copil să aibă trei ani.
Anxietate , o stare fiziologică caracterizată prin componente cognitive, somatice, emoționale și comportamentale. Aceste componente se combină pentru a crea sentimente care sunt de obicei recunoscute ca frică, reținere sau îngrijorare.
Abuzul de droguri , inclusiv alcoolismul .

Premii

Premii Nobel

Următorii câștigători ai Premiului Nobel ar putea fi considerați în mod rezonabil neurologi sau neurobiologi comportamentali. (Această listă omite câștigătorii care erau aproape exclusiv neuroanatomiști sau neurofiziologi ; adică cei care nu au măsurat variabilele comportamentale sau neurobiologice.)

Premiul Kavli în Neuroștiințe

Vezi si

Referințe

linkuri externe

Ascultați acest articol ( 8 minute )

Acest fișier audio a fost creat dintr-o revizuire a acestui articol din 18 decembrie 2006 și nu reflectă modificările ulterioare.

Languages

In other projects