Introducción a la neurociencia conductual

An Introduction to Behavioral Neuroscience

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Neuroscience

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An Introduction to Behavioral Neuroscience

1.6: Histological Staining of Neural Tissue

1.15: An Introduction to Developmental Neurobiology

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08:45 min

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April 30, 2023

Overview

Neurociencia Conductual es el estudio de cómo el sistema nervioso guías de comportamiento, y cómo las diferentes áreas funcionales y redes dentro del cerebro correlacionan con enfermedad y comportamientos específicos Estados. Investigadores en este campo utilizan una variedad amplia de métodos experimentales que van desde técnicas de entrenamiento animal complejo sofisticados imagen experimentos en seres humanos.

En primer lugar, este video ofrece una reseña histórica de algunos de los grandes hitos que llevan a nuestra actual comprensión del control del cerebro sobre el comportamiento. Entonces, algunas de las preguntas fundamentales formuladas por neurólogos conductuales se presentan, todos los cuales implican el estudio de los correlatos neuronales, o regiones específicas del cerebro cuya activación es responsable de una función dada. Siguientes, prominente los métodos utilizados para responder a esas preguntas se revisan para sujetos humanos y animales, como condicionamiento operante y de neuroimagen funcional. Finalmente, se presentan aplicaciones experimentales de estas técnicas, incluyendo entrenamiento animal utilizando una caja de Skinner y el uso de la electroencefalografía para investigar enfermedad neurológica humana.

Procedure

Neurociencia Conductual es el estudio de cómo el sistema nervioso guías de comportamiento de los seres humanos y animales. Los investigadores en este campo utilizan una variedad de métodos, de técnicas de entrenamiento de animales para experimentos de neuroimagen para el estudio de cómo las áreas funcionales y redes del cerebro se correlacionan con comportamientos específicos y relacionados con Estados de enfermedad.

Este video se reseña una breve historia de la neurociencia conductual, ir sobre las preguntas claves por los investigadores en este campo, revisar algunos de los métodos importantes para responder a esas preguntas y proporcionar una visión sobre los tipos de experimentos realizados en laboratorios de Neurociencia Conductual hoy.

Vamos a empezar con un resumen de algunos de los grandes hitos en la historia de la neurociencia conductual. En la antigua Grecia, Hipócrates y sus seguidores fueron los primeros en creer que el cerebro controla el pensamiento humano.

Entonces, en 1662, René Descartes desarrolló uno de los primeros modelos para describir cómo el cerebro controla el comportamiento – especuló que el alma controla el cuerpo a través de la glándula pineal.

Los próximos siglos produjeron mucha evidencia que Descartes estaba equivocado. Por ejemplo, en 1848, capataz del ferrocarril Phineas Gage fue implicado en un accidente que condujo a una barra de hierro a través de su cráneo. Vivió, pero exhibieron cambios de la personalidad grave, demostrando que daños al lóbulo frontal tienen un profundo impacto en el comportamiento.

Luego, a finales del siglo XIX, Paul Broca y Carl Wernicke estudiaron a pacientes que habían perdido su capacidad de leer o hablar y descubrió zonas del cerebro responsable del lenguaje, ahora conocido como las áreas de Broca y Wernicke.

Más tarde, en 1890, William James declaró que psicología debería ser estudiada por la biología, y seguido de muchos descubrimientos importantes en la modificación del comportamiento. En la década de 1930, Consejo siguiente James, BF Skinner desarrolló un aparato llamado la caja de Skinner, que todavía se utiliza para el estudio de cómo el castigo y la recompensa pueden reforzar comportamiento en animales.

Luego, a finales del siglo XX, neuroimágenes avanzadas se convirtieron en disponibles, tales como la proyección de imagen de resonancia magnética, o MRI. En 1990, Seiji Ogawa desarrolló el método que se utiliza ahora para la resonancia magnética funcional, que revolucionó el campo de la neurociencia por permitiendo a los investigadores visualizar la actividad cerebral en el tiempo durante las tareas cognitivas simples.

Ahora que hemos analizado algunos de los eventos más importantes en la historia de la neurociencia conductual, repasemos algunas de las preguntas fundamentales de la gente que la neurobiología de la conducta hoy en día. Estas preguntas todas implican el estudio de los correlatos neuronales, o regiones específicas del cerebro cuya activación es responsable de una función dada.

Por ejemplo, un científico interesado en el control del sistema nervioso del movimiento podría investigar los mecanismos balance de control y la coordinación. Aunque se ha establecido que estas funciones se asignan a la corteza motora primaria, corteza premotora, cerebelo y el nigra del substantia, los científicos todavía están investigando cómo los circuitos dentro de y entre cada región permite la locomoción.

Por otra parte, los investigadores pueden investigar cómo el sistema nervioso evalúa estímulos y guías de comportamiento basado en estos estímulos. Aquí, los investigadores pueden pedir diferentes tipos de recompensa puede afectar el comportamiento de los animales. Entender cuándo y por qué ciertas recompensas son motivación podría ayudarnos a resolver los problemas como adicción. Correlatos neuronales para la motivación y la recompensa son el sistema límbico y el área tegmental ventral.

Otros neurocientíficos del comportamiento estudian cómo el sistema nervioso permite la formación de la memoria y el aprendizaje. Por ejemplo, uno puede investigar cómo el cerebro crea y conserva recuerdos relacionados con estímulos temerosos, que es importante para el tratamiento de los trastornos de estrés postraumático. Estas funciones se asignan generalmente al hipocampo y la amígdala.

Preguntas claves adicionales se centran en procesos cognitivos superiores, tales como el reconocimiento facial. Aquí, un investigador puede investigar cómo un sujeto responde a familiares frente a caras nuevas. En los seres humanos, un correlato neural específico para el reconocimiento de la cara es el área fusiforme de la cara en la convolución del cerebro fusiforme.

Ahora que nos hemos pasado por algunas de las preguntas principales formuladas por neurocientíficos del comportamiento, vamos a profundizar en algunos de los métodos importantes utilizados al tratar de responderlas. Muchos enfoques en este campo implican experimentos conductuales en animales, que se realizan después de la manipulación de ciertas regiones del cerebro, con el fin de estudiar la relación entre la neurobiología y el comportamiento.

Procesos tales como la locomoción pueden ser estudiados en animales usando equipo especializado como el rotarod, que es una varilla giratoria que requiere el animal para mover continuamente para evitar caerse, o cámaras que requieren el animal para alimentos a prueba de destreza.

Métodos que implican la modificación del comportamiento incluyen el condicionamiento operante y pueden utilizar la caja del desollador para experimentos de autoadministración con estímulos gratificantes o aversivos, como alimentos o drogas.

Métodos para investigar la memoria y el aprendizaje a menudo utilizan laberintos, como T-brazo o diseños de laberinto de agua Morris, en la que los animales tienen que encontrar y entonces recuerdan, el camino a la salida del aparato.

A medida que aumenta la complejidad de la conducta objeto de investigación, también lo hace la necesidad de seres humanos. Por ejemplo, estudiar los procesos cognitivos superiores, como el lenguaje, puede implicar métodos que miden la actividad de los nervios a través del cuero cabelludo, como el electroencefalograma (EEG), que puede ser aplicado como un sujeto realiza una tarea cognitiva específica.

Métodos de proyección de imagen funcionales se utilizan también para el estudio de la cognición humana, como la proyección de imagen de resonancia magnética funcional o fMRI. Este método mide una señal de que está correlacionada con el flujo de sangre y se puede a su vez para tarea basada en la activación neuronal lo que resulta en un mapa estadístico de las regiones del cerebro activas.

Ahora que hemos realizado sobre algunos de los métodos importantes de la neurociencia conductual, echemos un vistazo a algunas aplicaciones de estas técnicas.

En este experimento, se enseña un ratón que pulsando una palanca en una caja de Skinner tendrá como resultado una recompensa de comida. El animal es entonces tratado con sustancias neuroactivas, como la hormona leptina, para evaluar cómo los cambios resultantes en la actividad cerebral influyen en la motivación para obtener alimento.

En los seres humanos, MRI funcional a menudo se utiliza para estudiar procesos cognitivos superiores como la toma de decisiones. En este estudio, los participantes debían decidir si un patrón de puntos se mueve rápidamente o lentamente durante una exploración de fMRI.

Electroencefalografía, o EEG, es una técnica no invasiva que puede utilizarse para estudiar Estados de la enfermedad, como la demencia y la enfermedad de Alzheimer. Para estos experimentos, los participantes usar electrodos no invasivos en el cuero cabelludo que miden la actividad eléctrica del cerebro como una función. Análisis pueden revelar patrones anormales correlacionados con enfermedades neurológicas o psiquiátricas.

Sólo ha visto la introducción de Zeus a la neurociencia conductual. Has revisado una breve historia de este campo de estudio, pasó de algunos si sus claves preguntas, discute algunos métodos importantes utilizados para responder a esas preguntas y examina algunas aplicaciones específicas de estos métodos.

¡Gracias por ver!

Transcript

Behavioral neuroscience is the study of how the nervous system guides behavior in humans and animals. Researchers in this field utilize a variety of methods, from animal training techniques to neuroimaging experiments, to study how the functional areas and networks of the brain correlate to specific behaviors and related disease states.

This video will review a brief history of behavioral neuroscience, go over the key questions asked by investigators in this field, review some of the prominent methods used to answer those questions, and provide a glimpse into the types of experiments performed in behavioral neuroscience labs today.

Let’s begin with an overview of some of the major milestones in the history of behavioral neuroscience. In ancient Greece, Hippocrates and his followers were among the first to believe that the brain controlled human thought.

Then, in 1662, René Descartes developed one of the first models to describe how the brain controls behavior – he speculated that the soul controlled the body through the pineal gland.

The next few centuries produced a lot of evidence that Descartes was wrong. For example, in 1848, railroad foreman Phineas Gage was involved in an accident that drove an iron rod through his skull. He lived, but exhibited severe personality changes, demonstrating that damage to the frontal lobe has a profound impact on behavior.

Then, in the late 19th century, Paul Broca and Carl Wernicke studied patients who had lost their ability to read and/or speak, and discovered areas of the brain responsible for language, now known as the Broca and Wernicke areas.

Later, in 1890, William James declared that psychology should be studied via biology, and many major discoveries in behavioral modification followed. In the 1930’s, following James’ advice, BF Skinner developed an apparatus called the Skinner box, which is still used to study how punishment and reward can reinforce behavior in animals.

Then, in the late 1900’s, advanced neuroimaging techniques became available, such as magnetic resonance imaging, or MRI. In 1990, Seiji Ogawa developed the method now used for functional MRI, which revolutionized the field of neuroscience by allowing researchers to visualize brain activity over time during simple cognitive tasks.

Now that we’ve discussed some of the major events in the history of behavioral neuroscience, let’s review some of the fundamental questions asked by the folks who neurobiology of behavior today. These questions all involve the study of neural correlates, or specific brain regions whose activation is responsible for a given function.

For example, a scientist interested in nervous system control of movement might investigate the mechanisms that control balance and coordination. Although it has been established that these functions map to the primary motor cortex, premotor cortex, cerebellum, and the substantia nigra, scientists are still investigating how the circuitry within and between each region enables locomotion.

Alternatively, researchers may investigate how the nervous system evaluates stimuli and guides behavior based on these stimuli. Here, researchers may ask how different types of reward can impact animal behavior. Understanding when and why certain rewards are motivating could help us address problems like addiction. Neural correlates for motivation and reward are the limbic system and the ventral tegmental area.

Other behavioral neuroscientists study how the nervous system allows for learning and memory formation. For example, one may investigate how the brain creates and retains memories related to fearful stimuli, which is important for the treatment of post-traumatic stress disorders. These functions generally map to the hippocampus and the amygdala.

Additional key questions focus on higher cognitive processes, such as facial recognition. Here, a researcher may investigate how a subject responds to familiar versus novel faces. In humans, a neural correlate specific for face recognition is the fusiform face area in the fusiform gyrus.

Now that we’ve gone through a few of the major questions asked by behavioral neuroscientists, let’s delve into some of the prominent methods used when trying to answer them. Many approaches in this field involve behavioral experiments in animals, which are performed after manipulating certain brain regions, in order to study the link between neurobiology and behavior.

Processes such as locomotion can be studied in animals using specialized equipment such as the rotarod, which is a rotating rod that requires the animal to move continually to avoid falling off, or chambers that require the animal to reach for food to test dexterity.

Methods involving behavioral modification include operant conditioning, and may utilize the Skinner box for self-administration experiments involving rewarding or aversive stimuli, such as food or drugs.

Methods to investigate learning and memory often utilize mazes, such as T-arm or Morris water maze designs, in which animals have to find, and then remember, the path to exit the apparatus.

As the complexity of the behavior under investigation increases, so does the need for human subjects. For example, studying higher cognitive processes, like language, may involve methods that measure neural activity through the scalp, such as electroencephalography, which can be applied as a subject performs a specific cognitive task.

Functional imaging methods are also used to study human cognition, such as Functional Magnetic Resonance Imaging or fMRI. This method measures a signal, which is correlated to blood flow, and can in turn be linked to task based neuronal activation thereby resulting in a statistical map of active brain regions.

Now that we’ve gone over some of the prominent methods in behavioral neuroscience, let’s have a look at some applications of those techniques.

In this experiment, a mouse is taught that repeatedly pressing a lever in a Skinner box will result in a food reward. The animal is then treated with neuroactive substances, like the hormone leptin, to assess how the resulting changes in brain activity influence the motivation to obtain food.

In humans, functional MRI is often used to study higher cognitive processes such as decision-making. In this study, participants were asked to decide if a pattern of dots is moving quickly or slowly during an fMRI scan.

Electroencephalography, or EEG, is a non-invasive technique that can be used to study disease states, such as dementia and Alzheimer’s disease. For these experiments, participants wear non-invasive electrodes on the scalp that measure the brain’s electrical activity as a function is performed. Analysis may reveal abnormal patterns correlated with neurologic or psychiatric diseases.

You’ve just watched JoVE’s introduction to behavioral neuroscience. We’ve reviewed a brief history of this field of study, went over some if its key questions, discussed some prominent methods used to answer those questions, and examined some specific application of those methods.

Thanks for watching!

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