Fundamentos De Psicobiología I - Temas 1 y 2 - PDF

FUNDAMENTOS DE PSICOBIOLOGIA I TEMA 1: CONCEPTO DE PSICOBIOLOGÍA 1. CONCEPTO La Psicobiología estudia la conducta basándose en el hecho de que el comportamiento es un proceso biológico (propiedad biológica). Estudia qué estructuras están involucradas, qué procesos lo ponen en marcha, cómo se regula,...

FUNDAMENTOS DE PSICOBIOLOGIA I TEMA 1: CONCEPTO DE PSICOBIOLOGÍA 1. CONCEPTO La Psicobiología estudia la conducta basándose en el hecho de que el comportamiento es un proceso biológico (propiedad biológica). Estudia qué estructuras están involucradas, qué procesos lo ponen en marcha, cómo se regula, qué finalidad tiene y cómo se ha ido modelando a lo largo de la filogenia. Por tanto, todos los aspectos que subyacen al comportamiento son objeto de estudio de la Psicobiología, entre éstos los procesos mentales que, si bien no son en sí mismos comportamiento, son procesos neurales que lo regulan y, por tanto, su investigación también es ne cesaria para explicar completamente la conducta. La conducta se define como el conjunto de manifestaciones públicamente observables reguladas por el sistema neuroendocrino, mediante las cuales el animal como un todo, en respuesta a un estímulo interno o externo, se relaciona activa y adaptativamente con el medio ambiente. Niko Tinbergen plantea cuatro porqués de los comportamientos (explicación biológica de la conducta): − Causas próximas: 1) Causación neurobiológica, control o mecanismos del comportamiento : qué procesos y estructuras están involucradas y cómo se regulan. Se refiere a las causas inmediatas que provocan un comportamiento. Incluye los factores fisiológicos (señales internas; hormonas) y ambientales y, estímulos externos. 2) Ontogenia: desarrollo del comportamiento a lo largo de la vida del individuo. Se consideran los factores genéticos, así como la influencia del ambiente y la experiencia. − Causas últimas: 3) Función/valor adaptativo del comportamiento: cómo el comportamiento contribuye con la supervivencia o el éxito reproductivo del individuo. 4) Filogenia: origen y evolución del comportamiento. Se compara el comportamiento con especies semejantes. La psicobiología es una ciencia multidisciplinar (neuroanatomía, neuroquímica, neuroendocrinología, neuropatología, neurofarmacología, neurofisiología...) con numerosas denominaciones: Biopsicología, biología del comportamiento, psicología biológica, neurociencia conductual. Hay diferencias entre la psicobiología y la neurociencia: la neurociencia es el nuevo marco de referencia que desde la tradición biológica se da al estudio del comportamiento. Es equivalente, a lo que la Psicobiología, desde la tradición psicológica plantea. 2. FUNDAMENTOS DE LA PSICOBIOLOGÍA En Fundamentos de Psicobiología se recogen los conocimientos básicos relacionados con la genética de la conducta y la evolución del comportamiento, así como, los referentes a la anatomía y fisiología del SN y los sistemas sensoriales involucrados en el procesamiento de la información y de los sistemas efectores que hacen posible el comportamiento. 3. ORÍGENES DE LA PSICOBIOLOGÍA Nace en la segunda mitad el s.XX. La Psicobiología tiene su origen en la Psicología Fisiológica, y ésta en el s.XIX a su vez de la Psicología. Sin embargo, tiene también unas raíces biológicas: las primeras aportaciones vienen de la fisiología experimental, posteriormente del funcionalismo, y después de la selección natural y la evolución, que a su vez se basa en características genéticas. Muchas de las civilizaciones antiguas (Egipto, India, China) consideraban al corazón la sede del pensamiento y las emociones. ANTIGUA GRECIA Hipócrates (460-379 a.C.); el cerebro es el órgano de las sensaciones y la sede de la inteligencia. Aristóteles (384-322 a.C) el corazón es el centro del intelecto y el cerebro “enfría la sangre”. IMPERIO ROMANO Galeno (130-200 a.C.) adopta la visión de Hipócrates. Disecciona cerebros de animales para atribuir funciones a las estructuras: cerebro (sensorial), cerebelo (motor) y ventrículos. S. XVII Descartes con una visión dualista. El cuerpo se une con el alma a través de la Glándula pineal. S. XVIII se plantea que el tejido cerebral tiene sustancia gris y sustancia blanca, se divide el cerebro en lóbulos y se crea un marco, para la época, de la localización cerebral. Benjamin Franklin realiza experimentos y observaciones sobre la electricidad. L. Galvani y Emil du Bois Reymond plantean que el cerebro produce electricidad. Los nervios son cables que conducen señales eléctricas hasta y desde el cerebro. S. XIX varios aportes 1) Bell y Magendie (1810): plantean que las fibras nerviosas transmiten en una sola dirección y descubren que las raíces ventrales de los nervios espinales estaban relacionadas con el control motor (fibras eferentes, motoras) y las raíces dorsales con la transmisión sensorial (fibras aferentes sensoriales). 2) Localización de las funciones cerebrales: − Gall (1809) funda la Frenología (funciones mentales y rasgos de la personalidad están localizados en áreas específicas en el cerebro y que podían ser determinadas por la forma del cráneo. Idea errónea). − Fluorens (1823) realiza estudios de ablación experimental (extirpar diferentes partes del cerebro) y plantea que todas las regiones participan de la misma manera en todas las funciones. − P. Broca (1861) descubre la localización del área del habla (área en el lóbulo frontal izquierdo). − Fritsch y Hitzig (1871) realizaron un experimento que demostró la relación entre el cerebro y el control motor a través de la estimulación eléctrica en partes del cerebro (perros) que desencadenó movimientos separados. − Ferrier (1881) con la extirpación en monos de las mismas regiones que provocaba parálisis muscular consolida la teoría de que el cerebro tiene áreas especificas responsables de diferentes funciones. − Munk. Descubre a ablación del lóbulo occipital se provoca ceguera. 3) Evolución de los sistemas nerviosos: Darwin (1859) “El origen de las especies”, desarrolla la Teoría de la evolución (selección natural) que es aplicable a la conducta de los organismos. 4) Neurona: Unidad funcional básica del cerebro: Schwann (1839) desarrolla la Teoría celular. − Nissl realiza tinción de núcleos (violeta de cresilo). − Camilo Golgi desarrolla la Teoría reticular. − Santiago Ramón y Cajal (1900) desarrolla la Teoría de la neurona como unidad funcional del SN. 4. DISCIPLINAS DE LA PSICOBIOLOGÍA PSICOLOGÍA FISIOLÓGICA: estudia los mecanismos fisiológicos que subyacen a las diferentes conductas por medio de la manipulación directa del SN en experimentos controlados. PSICOFISIOLÓGIA: estudia la relación entre la actividad fisiológica y los procesos psicológicos humanos (mismos cambios fisiológicos que preceden, acompañan o siguen al comportamiento). No se manipula el SN. NEUROPSICOLOGÍA (clínico): estudia la localización de los procesos psicológicos complejos en humanos: aprendizaje, memoria, lenguaje, procesos cognitivos, emocionales, etc. NEUROCIENCIA COGNITIVA: permite la comprensión de las funciones mentales y su vinculación con los sistemas neurales subyacentes. ETOLOGÍA: estudia la conducta animal en su entorno natural. PSICOENDOCRINOLOGÍA: estudia las interacciones entre el sistema endocrino y la conducta. PSICONEUROINMUNOLOGÍA: estudia las interacciones entre los factores psicológicos, SN y el sistema inmunitario. PSICOFARMACOLOGÍA: estudia los efectos de los fármacos y drogas de abuso sobre la conducta. GENÉTICA DE LA CONDUCTA: estudia los factores genéticos que determinan el comportamiento normal y patológico, intentando averiguar en qué medida contribuyen las influencias genéticas y ambientales. PSICOBIOLOGÍA DEL DESARROLLO: estudia los factores genéticos y epigenéticos que inciden sobre el sistema nervioso a lo largo de su ciclo vital y que por tanto influyen en el comportamiento. FUNDAMENTOS DE PSICOBIOLOGIA I TEMA 2: MÉTODO Y TÉCNICAS DE PSICOBIOLOGÍA 1. MÉTODO CIENTÍFICO Fases: 1) Observación: planteamiento del problema tras observar una conducta que se produce siempre igual. Las observaciones se realizan en los experimentos para probar una hipótesis. Bell: sección de fibras/¿parálisis muscular? Broca: lesión lóbulo frontal izquierdo/ pérdida del habla. 2) Formulación de la hipótesis (reproducción): antes de ser aceptada como un hecho, es necesario que se reproduzca fielmente y crear una o varias conjeturas acerca de la resolución del problema. 3) Contrastación empírica (interpretación): las interpretaciones dependen del estado de los conocimientos (o de la ignorancia) en el momento que se hizo la observación y de las ideas preconcebidas del científico que hizo la interpretación. Los experimentos de Flourens o Gall son ejemplos. Hay dos tipos: − Contrastación experimental: relación entre variables biológicas y conductuales. Se consideran la intervención conductual (modifican el comportamiento) y la intervención somática (afectan al cuerpo). − Contrastación observacional: observación de correlaciones entre variables biológicas y conductuales. 4) Enunciado de leyes y teoría (verificación): si es afirmativa, se establece un hecho científico nuevo. Si es negativa, se sugieren nuevas interpretaciones de la observación original. La Psicobiología trata de establecer leyes que expliquen la conducta humana a través del funcionamiento del sist neuroendocrino o del organismo en general. 2. TÉCNICAS DE INVESTIGACIÓN EN NEUROCIENCIA Y PSICOBIOLOGÍA TÉCNICAS DE LESIÓN-CIRUGÍA ESTEREOTÁXICA 1) Cirugía estereotáxica: el estereotáxico es un soporte que inmoviliza el sujeto y que presenta dos brazos, uno vertical y otro horizontal que facilita las coordenadas para mapear el Sn (Atlas estereotáxico). Se utiliza en neurocirugía funcional, en pacientes callosotomizados (evitar propagación actividad epileptógena resistente a fármacos de localización focal) y en pacientes lobotomizados bajo paradigmas de vida o muerte. 2) Tipos de lesión: − Lesiones mecánicas: destrucción del tejido con una aguja. − Lesiones eléctricas: se genera una tensión eléctrica con la aguja llegando a quemar el tejido. − Lesiones químicas (neurotoxinas): pueden ser lesiones excitotóxicas (aa excitatorios) o lesiones específicas: 6-hidroxidopamina. − Lesiones reversibles: nestésicos locales y Frío (criodo). TÉCNICAS NEUROANATÓMICAS 1) Técnicas neurohistológicas: estudian el SN tratando el cerebro post mortem intentando que se asemeja lo mayor posible al cerebro vivo. Para esto se tiene que mantener el tejido para que no se pudra, fijarlo (al ser un tejido gelatinoso), congelarlo, seccionarlo, hacer uso de tinciones y montarlo en el portaobjeto. Se estudia a través de microscopios ópticos y electrónicos. Estas técnicas no son las más adecuadas para estudio prolongados en el tiempo y, además, se necita de distintos animales (esto permite la variabilidad, pero la técnica sigue siendo simple). Da una idea estructural a nivel microscópico, mas no funcional (aunque a través del método científico y conocimientos previos se puedan sacar conclusiones funcionales). 2) Técnicas de neuroimagen: pueden ser anatómica o funcionales: − Rayos X: es una técnica muy sencilla que aporta poca información; limita lo que se puede observar. Un tubo de rayos X emite/transmite en una sola dirección energía a través de la cabeza hasta una placa sensible que mide/recoge la transmisión de rayos X. Es útil para observar malformaciones o fracturas óseas. No permite discriminar entre materia blanca y materia gris: hueso relativamente opaco; tejido blando es relativamente transparente. → Angiografía: técnica radiológica aplicada a la psicobiología que se utiliza para obtener imágenes de los vasos sanguíneos. Al tener la sangre una densidad similar a la de los tejidos circundantes se requiere añadir un contraste radio-opaco (que absorbe la radiación X) para que sea visible en la radiografía. − Tomografía Axial Computerizada (TAC): utiliza un haz de rayos X que realiza múltiples disparos en diferentes ángulos (gira 180º realizando aproximadamente un disparo por grado) y un ordenador combina las imágenes para generar una sección transversal (horizontal). Posibles efectos secundarios debidos a las radiaciones ionizantes (mutágenos). Aplicaciones en el SN al aportar secciones horizontales del encéfalo: Identificar hemorragias cerebrales, hidrocefalia, hematomas; Identificar tumores (más de 2-4 mm); Identificar y localizar lesiones. − Imagen por Resonancia Magnética (IRM, Magnetic resonance imaging)/ Resonancia magnética nuclear (RMN): se cambia el tipo de energía para obtener nueva información que las demás técnicas no pueden proporcionar. Se utiliza un campo magnético muy potente (unas 30.000 veces el de la Tierra) que obliga, al aplicar ondas de radiofrecuencia a los átomos, a orientarse en una misma dirección (se alinean con el campo). Cuando se quita el campo magnético, los átomos vuelven a su estado natural y emiten una energía que será recogida y detectada por los receptores situados en el escáner y el ordenador a través de cálculos muy complejos genera una imagen. Diferentes tejidos emiten distinta energía (los átomos que estén más alejados del campo sufrirán más cambio y, por lo tanto, emitirán más energía) Pocos efectos secundarios; mayor resolución que el TAC; Secciones horizontales, coronales y sagitales. Desventajas: Técnica larga (hasta 1h y media) ;Reducido tamaño del túnel (claustrofobia); Problemas con objetos metálicos (implantes) ; Mucho ruido; Muy caro(2 -3 millones de euros). Imágenes de difusión (DIT= tensor de difusión): medida de la difusión del agua entre las membranas celulares. Algunas limitaciones estructurales impiden esa difusión por igual en las tres dimensiones (más difícil en la dirección perpendicular al axón). Las imágenes se pueden ver alteradas por patologías → (Tractografía): técnica de RM de la modalidad de DIT que se utiliza para conocer y seguir las rutas de los tractos de fibras principales. Se utiliza en intervenciones quirúrgicas y sirve para identificar patologías. TÉCNICAS DE NEUROIMAGEN FUNCIONAL 1) Tomografía de emisión de positrones (TEP) (Positron emission tomography, PET): es una técnica de imagen que requiere la inyección intravenosa de una pequeña cantidad de un isótopo radioactivo de vida corta (la cantidad de radiación que recibe el sujeto es equivalente a dos radiografías de tórax). Se basa en la utilización de detectores creados en el ámbito de la física de partículas. Los radioisótopos se unir a distintas moléculas que presentan radiofármacos (átomo radioactivo) dependiendo de lo que queramos visualizar; la más utilizada es la glucosa radioactiva (desoxiglucosa con Fluor-18). El radioisótopo/radiofármaco emite positrones que al colisionar con electrones producen rayos gamma que son detectados por el escáner el cual producirá una imagen con la localización del radiofármaco. La glucosa radiactiva se acumulará en las células que están más activas (demandan mucha energía). La PET da una imagen con una gradación de colores en función del nivel de radiación en cada zona del tejido. Las áreas más activas presentan más radiación. 2) Resonancia Magnética Funcional (Functional magnetic resonance imaging, fMRI): utiliza los mismos principios físicos de la Resonancia Magnética. Las áreas cerebrales activas consumen más oxígeno, por lo que los capilares incrementan el flujo de sangre rica en oxihemoglobina (unida al oxígeno) para cubrir la mayor demanda. El escáner detecta las diferencias en la proporción entre oxihemoglobina y deoxihemoglobina (sin oxígeno) generando una imagen, similar a la del TEP, con alta resolución espacial (2-4 mm) y temporal (5-8 s). → Magnetoencefalografía: los SQUIDS (neuro-magnetómetros formados por dispositivos superconductores de interferencias cuánticas) detectan donde están localizados los campos magnéticos creados por la transmisión de los potenciales eléctricos de las neuronas. Se combina la medida de la actividad eléctrica con la RMN. Se utilizan para localizar el foco epiléptico y medir actividad asociada a la percepción de estímulos o a la ejecución de conductas o tareas cognitivas. TÉCNICAS DE REGISTRO Y DE ESTIMULACIÓN DE LA ACTIVIDAD NEURONAL 1) Registro de neuronas individuales: se estudia la actividad eléctrica de una sola neurona utilizando microelectrodos (tubos de vidrio muy fino llenos de un líquido superconductor) implantados en el cerebro de animales. 2) Electroencefalograma (EEG): esta fmacroelectrodos en el cuero cabelludo conectados a un polígrafo detectan actividad de un conjunto de neuronas. El electroencefalograma registra la actividad eléctrica del cerebro, conocida como ondas cerebrales. Revela algunas características notables de la actividad eléctrica cerebral: nunca es totalmente silente, incluso si una persona está dormida o anestesiada; El EEG registrado en la corteza tiene un gran número de patrones; El EEG se modifica cuando lo hace la conducta. Sirve para el diagnóstico de la epilepsia y de tumores cerebrales; estudio de las fases de sueño y vigilia; supervisión del encéfalo durante intervenciones. 3) Técnicas de estimulación: − Estimulación eléctrica: se utilizan microelectrodos para modular la actividad bioeléctrica de los tejidos. − Estimulación química: modulan la actividad neuronal utilizando aa excitatorios. Es más específica (sólo somas/no los axones). Microiontoforesis aplica neurotrasmisores. − Estimulación magnética transcraneal (EMT):.estimula neuronas de la corteza cerebral utilizando una bobina electromagnética. Sirve para estudios cognitivos y funcionales y, en los tratamientos de depresión, Alzheimer, Parkinson, adicciones, esquizofrenia. TÉCNICAS NEUROQUÍMICAS 1) Medida de Neurotransmisores: Patch Clamp y cromatografía. 2) Detectar proteínas: − Inmunohistoquímica: localizar proteínas en secciones de un tejido. − Western blot: permite conocer el peso molecular, la detección y cuantificación de una proteína en una muestra. − ELISA: cuantifica proteínas en líquidos biológicos. 3) Detectar RNA: RT-PCR 4) Detectar DNA: PCR MÉTODOS GENÉTICOS 1) Animales transgénicos: contienen material genético de otras especies. Se utilizan como modelos para estudiar ataxias y la enfermedad de Hungtington. 2) Animales “knockout” (Supresión de genes:): se les desactiva un gen para estudiar sus funciones y el efecto de su pérdida (anomalías neurales y/o comportamentales). Problemas para interpretar resultados: muchos rasgos comportamentales son poligénicos y la eliminación de un gen suele influir sobre la expresión de otros genes. 3) Estudios con gemelos: permite evaluar la influencia de la herencia en un rasgo concreto estudiándolo en gemelos monocigóticos (gemelos, ADN idéntico) y dicigóticos (mellizos, ADN ≠). Se ha demostrado que algunos factores (obesidad, predisposición al alcoholismo, consumo de drogas, esquizofrenia) resultan influidos por factores genéticos. Los sujetos presentan más vulnerabilidad. 4) Estudios sobre adopción: permite evaluar la influencia de factores genéticos frente a los ambientales comparando personas que fueron adoptadas en fases tempranas con sus padres biológicos y adoptivos: si hay parecido con padres biológicos: rasgo influido por f. genéticos; si hay parecido con padres adoptivos: rasgo influido por f. ambientales. ESTUDIOS COMPORTAMENTALES 1) Evaluación neuropsicológica: permite determinar la naturaleza de las alteraciones psicológicas de pacientes con daño cerebral contrastando con un grupo previo de control (sin daño cerebral). 2) Conducta animal: fundamental para investigar diferentes aspectos (ansiedad, actividad motora, memoria, aprendizaje) en el comportamiento animal. − Campo abierto: consiste en observar el comportamiento de un animal en su hábitat natural para después ponerlo en un espacio donde se mide su actividad y nivel de ansiedad, observando si prefiere permanecer cerca de las paredes o explorar el centro del campo, para así comprobar la efectividad de un fármaco en desarrollo. − Actímetro: dispositivo con sensores que registra la actividad motora de los animales a lo largo del tiempo. Se utiliza para estudiar patrones de actividad, como el nivel de hiperactividad y ritmos circadianos. − Rotarod: prueba para evaluar la coordinación motora, equilibrio y fatiga muscular tanto en animales normales como transgénicos. Consiste en medir el tiempo que tardan los animales en perder el equilibrio y caer (medida de su destreza motora y resistencia) de un cilindro que gira a diferentes velocidades. Es útil para estudiar el impacto de enfermedades neuromotoras, lesiones cerebrales o tratamientos farmacológicos que afectan el control motor. Complementa los estudios sobre funciones motoras y neurológica s en animales. − Laberinto elevado en forma de cruz: consiste en un aparato con dos brazos abiertos y dos cerrados que mide la ansiedad, así como la memoria espacial de roedores. El tiempo que pasan explorando los brazos abiertos indica niveles de ansiedad más bajos, mientras que una mayor permanencia en los cerrados, mayor ansiedad. − Modelos de condicionamiento: se basan en el condicionamiento clásico (asociación de un EN con un EI provocando una RC) y operante (se mide cómo los animales modifican su conducta mediante refuerzos o castigos) para estudiar el aprendizaje y la memoria en animales. − Laberinto de agua de Morris: prueba utilizada tanto en humanos con enfermedades motoras como en animales modelo de Alzheimer para evaluar el aprendizaje espacial y la memoria. Un animal es colocado en una piscina circular opaca con una plataforma sumergida invisible y se mide el tiempo que tarda en encontrar la plataforma (aprendizaje) y si recuerda su ubicación en pruebas posteriores (memoria ).