Un'introduzione alle neuroscienze comportamentali

La neuroscienza comportamentale è lo studio di come il sistema nervoso guida il comportamento negli esseri umani e negli animali. I ricercatori in questo campo utilizzano una varietà di metodi, dalle tecniche di addestramento degli animali agli esperimenti di neuroimaging, per studiare come le aree funzionali e le reti del cervello sono correlate a comportamenti specifici e stati patologici correlati.

Questo video esaminerà una breve storia delle neuroscienze comportamentali, esaminerà le domande chiave poste dai ricercatori in questo campo, esaminerà alcuni dei metodi di spicco utilizzati per rispondere a tali domande e fornirà uno sguardo sui tipi di esperimenti eseguiti nei laboratori di neuroscienze comportamentali oggi.

Iniziamo con una panoramica di alcune delle principali pietre miliari nella storia delle neuroscienze comportamentali. Nell'antica Grecia, Ippocrate e i suoi seguaci furono tra i primi a credere che il cervello controllasse il pensiero umano.

Poi, nel 1662, René Descartes sviluppò uno dei primi modelli per descrivere come il cervello controlla il comportamento - ipotizzò che l'anima controllasse il corpo attraverso la ghiandola pineale.

I secoli successivi produssero molte prove che Cartesio si sbagliava. Ad esempio, nel 1848, il responsabile delle ferrovie Phineas Gage fu coinvolto in un incidente che guidò una verga di ferro attraverso il suo cranio. Ha vissuto, ma ha mostrato gravi cambiamenti di personalità, dimostrando che il danno al lobo frontale ha un profondo impatto sul comportamento.

Poi, alla fine del 19 ° secolo, Paul Broca e Carl Wernicke studiarono i pazienti che avevano perso la loro capacità di leggere e / o parlare e scoprirono aree del cervello responsabili del linguaggio, ora conosciute come le aree di Broca e Wernicke.

Più tardi, nel 1890, William James dichiarò che la psicologia doveva essere studiata attraverso la biologia, e seguirono molte importanti scoperte nella modifica comportamentale. Nel 1930, seguendo il consiglio di James, BF Skinner sviluppò un apparato chiamato Skinner box, che è ancora usato per studiare come la punizione e la ricompensa possono rafforzare il comportamento negli animali.

Poi, alla fine del 1900, sono diventate disponibili tecniche avanzate di neuroimaging, come la risonanza magnetica o la risonanza magnetica. Nel 1990, Seiji Ogawa ha sviluppato il metodo ora utilizzato per la risonanza magnetica funzionale, che ha rivoluzionato il campo delle neuroscienze consentendo ai ricercatori di visualizzare l'attività cerebrale nel tempo durante semplici compiti cognitivi.

Ora che abbiamo discusso alcuni dei principali eventi nella storia delle neuroscienze comportamentali, esaminiamo alcune delle domande fondamentali poste dalle persone che oggi la neurobiologia del comportamento. Queste domande coinvolgono tutte lo studio di correlati neurali, o specifiche regioni del cervello la cui attivazione è responsabile di una determinata funzione.

Ad esempio, uno scienziato interessato al controllo del movimento del sistema nervoso potrebbe studiare i meccanismi che controllano l'equilibrio e la coordinazione. Sebbene sia stato stabilito che queste funzioni mappano la corteccia motoria primaria, la corteccia premotoria, il cervelletto e la substantia nigra, gli scienziati stanno ancora studiando come i circuiti all'interno e tra ciascuna regione consentano la locomozione.

In alternativa, i ricercatori possono studiare come il sistema nervoso valuta gli stimoli e guida il comportamento in base a questi stimoli. Qui, i ricercatori possono chiedersi come diversi tipi di ricompensa possono influenzare il comportamento animale. Capire quando e perché certe ricompense sono motivanti potrebbe aiutarci ad affrontare problemi come la dipendenza. I correlati neurali per la motivazione e la ricompensa sono il sistema limbico e l'area tegmentale ventrale.

Altri neuroscienziati comportamentali studiano come il sistema nervoso consente l'apprendimento e la formazione della memoria. Ad esempio, si può indagare su come il cervello crea e conserva i ricordi legati agli stimoli paurosi, che è importante per il trattamento dei disturbi da stress post-traumatico. Queste funzioni generalmente si mappano all'ippocampo e all'amigdala.

Ulteriori domande chiave si concentrano su processi cognitivi più elevati, come il riconoscimento facciale. Qui, un ricercatore può indagare su come un soggetto risponde a volti familiari rispetto a quelli nuovi. Nell'uomo, un correlato neurale specifico per il riconoscimento facciale è l'area del viso fusiforme nel giro fusiforme.

Ora che abbiamo esaminato alcune delle principali domande poste dai neuroscienziati comportamentali, approfondiremo alcuni dei metodi più importanti utilizzati quando si cerca di rispondere. Molti approcci in questo campo coinvolgono esperimenti comportamentali negli animali, che vengono eseguiti dopo aver manipolato determinate regioni del cervello, al fine di studiare il legame tra neurobiologia e comportamento.

Processi come la locomozione possono essere studiati negli animali utilizzando attrezzature specializzate come il rotarod, che è un'asta rotante che richiede all'animale di muoversi continuamente per evitare di cadere, o camere che richiedono all'animale di raggiungere il cibo per testare la destrezza.

I metodi che coinvolgono la modifica comportamentale includono il condizionamento operante e possono utilizzare la scatola di Skinner per esperimenti di auto-somministrazione che coinvolgono stimoli gratificanti o avversivi, come cibo o farmaci.

I metodi per studiare l'apprendimento e la memoria spesso utilizzano labirinti, come i disegni del labirinto d'acqua T-arm o Morris, in cui gli animali devono trovare, e quindi ricordare, il percorso per uscire dall'apparato.

Con l'aumentare della complessità del comportamento oggetto di indagine, aumenta anche la necessità di soggetti umani. Ad esempio, lo studio di processi cognitivi superiori, come il linguaggio, può comportare metodi che misurano l'attività neurale attraverso il cuoio capelluto, come l'elettroencefalografia, che può essere applicata mentre un soggetto svolge un compito cognitivo specifico.

I metodi di imaging funzionale sono anche utilizzati per studiare la cognizione umana, come la risonanza magnetica funzionale o la fMRI. Questo metodo misura un segnale, che è correlato al flusso sanguigno, e può a sua volta essere collegato all'attivazione neuronale basata sul compito, risultando così in una mappa statistica delle regioni cerebrali attive.

Ora che abbiamo esaminato alcuni dei metodi più importanti nelle neuroscienze comportamentali, diamo un'occhiata ad alcune applicazioni di queste tecniche.

In questo esperimento, a un topo viene insegnato che premendo ripetutamente una leva in una scatola Skinner si tradurrà in una ricompensa alimentare. L'animale viene quindi trattato con sostanze neuroattive, come l'ormone leptina, per valutare come i cambiamenti risultanti nell'attività cerebrale influenzano la motivazione per ottenere cibo.

Negli esseri umani, la risonanza magnetica funzionale viene spesso utilizzata per studiare processi cognitivi superiori come il processo decisionale. In questo studio, ai partecipanti è stato chiesto di decidere se un modello di punti si muove rapidamente o lentamente durante una scansione fMRI.

L'elettroencefalografia, o EEG, è una tecnica non invasiva che può essere utilizzata per studiare stati patologici, come la demenza e il morbo di Alzheimer. Per questi esperimenti, i partecipanti indossano elettrodi non invasivi sul cuoio capelluto che misurano l'attività elettrica del cervello mentre viene eseguita una funzione. L'analisi può rivelare modelli anormali correlati a malattie neurologiche o psichiatriche.

Hai appena visto l'introduzione di JoVE alle neuroscienze comportamentali. Abbiamo esaminato una breve storia di questo campo di studio, esaminato alcune delle sue domande chiave, discusso alcuni metodi importanti utilizzati per rispondere a tali domande ed esaminato alcune applicazioni specifiche di tali metodi.

Grazie per l'attenzione!