La neurociencia cognitiva es el campo científico que se ocupa del estudio de los procesos biológicos y los aspectos que subyacen a la cognición , [1] con un enfoque específico en las conexiones neuronales en el cerebro que están involucradas en los procesos mentales . Aborda las preguntas de cómo las actividades cognitivas se ven afectadas o controladas por los circuitos neuronales en el cerebro. La neurociencia cognitiva es una rama tanto de la neurociencia como de la psicología , que se superpone con disciplinas como la neurociencia conductual , la psicología cognitiva , la psicología fisiológica y la neurociencia afectiva . [2] La neurociencia cognitiva se basa en teorías de la ciencia cognitiva junto con evidencia de la neurobiología y el modelado computacional . [2]
En este campo, las partes del cerebro desempeñan un papel importante, siendo las neuronas las que desempeñan el papel más importante, ya que lo fundamental es establecer una comprensión de la cognición desde una perspectiva neuronal, junto con los diferentes lóbulos de la corteza cerebral .
Los métodos empleados en la neurociencia cognitiva incluyen procedimientos experimentales de la psicofísica y la psicología cognitiva , la neuroimagen funcional , la electrofisiología , la genómica cognitiva y la genética del comportamiento .
Los estudios de pacientes con déficit cognitivo debido a lesiones cerebrales constituyen un aspecto importante de la neurociencia cognitiva. Los daños en los cerebros lesionados proporcionan un punto de partida comparable con respecto a los cerebros sanos y en pleno funcionamiento. Estos daños cambian los circuitos neuronales del cerebro y provocan un mal funcionamiento durante los procesos cognitivos básicos, como la memoria o el aprendizaje . Las personas que tienen discapacidades de aprendizaje pueden compararse con el funcionamiento de los circuitos neuronales sanos y, posiblemente, sacar conclusiones sobre la base de los procesos cognitivos afectados. Algunos ejemplos de discapacidades de aprendizaje en el cerebro incluyen lugares en el área de Wernicke , el lado izquierdo del lóbulo temporal y el área de Broca cerca del lóbulo frontal. [3]
Además, las capacidades cognitivas basadas en el desarrollo cerebral se estudian y examinan en el subcampo de la neurociencia cognitiva del desarrollo . Esta muestra el desarrollo del cerebro a lo largo del tiempo, analizando las diferencias y elaborando posibles razones para esas diferencias.
Los enfoques teóricos incluyen la neurociencia computacional y la psicología cognitiva .
La neurociencia cognitiva es un área de estudio interdisciplinaria que surgió de la neurociencia y la psicología . [4] Hay varias etapas en estas disciplinas que han cambiado la forma en que los investigadores abordaban sus investigaciones y que llevaron a que el campo se estableciera por completo.
Aunque la tarea de la neurociencia cognitiva es describir los mecanismos neuronales asociados con la mente, históricamente ha progresado investigando cómo una determinada área del cerebro sustenta una facultad mental dada. Sin embargo, los primeros esfuerzos por subdividir el cerebro resultaron problemáticos. El movimiento frenólogo no logró proporcionar una base científica para sus teorías y desde entonces ha sido rechazado. La visión del campo agregado, es decir, que todas las áreas del cerebro participaban en todo el comportamiento, [5] también fue rechazada como resultado del mapeo cerebral, que comenzó con los experimentos de Hitzig y Fritsch [6] y finalmente se desarrolló a través de métodos como la tomografía por emisión de positrones (PET) y la resonancia magnética funcional (fMRI). [7] La teoría de la Gestalt , la neuropsicología y la revolución cognitiva fueron puntos de inflexión importantes en la creación de la neurociencia cognitiva como campo, reuniendo ideas y técnicas que permitieron a los investigadores establecer más vínculos entre el comportamiento y sus sustratos neuronales.
Los filósofos siempre se han interesado por la mente: «la idea de que explicar un fenómeno implica comprender el mecanismo responsable del mismo tiene profundas raíces en la Historia de la Filosofía desde las teorías atómicas en el siglo V a. C. hasta su renacimiento en el siglo XVII y XVIII en las obras de Galileo, Descartes y Boyle. Entre otros, es la idea de Descartes de que las máquinas que construyen los humanos podrían funcionar como modelos de explicación científica». [8] Por ejemplo, Aristóteles pensaba que el cerebro era el sistema de refrigeración del cuerpo y que la capacidad de inteligencia se encontraba en el corazón . Se ha sugerido que la primera persona en creer lo contrario fue el médico romano Galeno en el siglo II d. C., quien declaró que el cerebro era la fuente de la actividad mental, [9] aunque esto también se ha atribuido a Alcmeón . [10] Sin embargo, Galeno creía que la personalidad y la emoción no eran generadas por el cerebro, sino por otros órganos. Andreas Vesalius , anatomista y médico, fue el primero en creer que el cerebro y el sistema nervioso son el centro de la mente y la emoción. [11] La psicología , un campo que contribuyó de manera importante a la neurociencia cognitiva, surgió del razonamiento filosófico sobre la mente. [12]
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Uno de los predecesores de la neurociencia cognitiva fue la frenología , un enfoque pseudocientífico que afirmaba que la conducta podía determinarse por la forma del cuero cabelludo . A principios del siglo XIX, Franz Joseph Gall y JG Spurzheim creían que el cerebro humano estaba localizado en aproximadamente 35 secciones diferentes. En su libro, Anatomía y fisiología del sistema nervioso en general y del cerebro en particular, Gall afirmó que una protuberancia más grande en una de estas áreas significaba que esa área del cerebro era utilizada con mayor frecuencia por esa persona. Esta teoría ganó una importante atención pública, lo que llevó a la publicación de revistas de frenología y a la creación de frenómetros, que medían las protuberancias en la cabeza de un sujeto humano. Si bien la frenología siguió siendo un elemento fijo en ferias y carnavales, no gozó de una amplia aceptación dentro de la comunidad científica. [13] La principal crítica a la frenología es que los investigadores no pudieron probar las teorías empíricamente. [4]
La visión localizacionista se preocupaba por la localización de las capacidades mentales en áreas específicas del cerebro, en lugar de centrarse en las características de las capacidades y en cómo medirlas. [4] Los estudios realizados en Europa, como los de John Hughlings Jackson , respaldaron esta visión. Jackson estudió a pacientes con daño cerebral , en particular a aquellos con epilepsia . Descubrió que los pacientes epilépticos a menudo realizaban los mismos movimientos musculares clónicos y tónicos durante sus convulsiones, lo que llevó a Jackson a creer que debían ser causados por la actividad en el mismo lugar del cerebro cada vez. Jackson propuso que las funciones específicas se localizaban en áreas específicas del cerebro, [14] lo que fue fundamental para la comprensión futura de los lóbulos cerebrales .
Según la visión del campo agregado, todas las áreas del cerebro participan en cada función mental. [5]
Pierre Flourens , un psicólogo experimental francés, desafió la visión localista utilizando experimentos con animales. [4] Descubrió que la extirpación del cerebelo (cerebro) en conejos y palomas afectaba su sentido de coordinación muscular, y que todas las funciones cognitivas se interrumpían en las palomas cuando se extirpaban los hemisferios cerebrales . A partir de esto, concluyó que la corteza cerebral , el cerebelo y el tronco encefálico funcionaban juntos como un todo. [15] Su enfoque ha sido criticado sobre la base de que las pruebas no eran lo suficientemente sensibles como para notar déficits selectivos si hubieran estado presentes. [4]
Tal vez los primeros intentos serios de localizar funciones mentales en lugares específicos del cerebro fueron los de Broca y Wernicke . Esto se logró principalmente estudiando los efectos de las lesiones en diferentes partes del cerebro sobre las funciones psicológicas. [9] En 1861, el neurólogo francés Paul Broca se encontró con un hombre con una discapacidad que podía entender el lenguaje pero no podía hablar. El hombre solo podía producir el sonido "tan". Más tarde se descubrió que el hombre tenía daño en un área de su lóbulo frontal izquierdo ahora conocida como área de Broca . Carl Wernicke, un neurólogo alemán , encontró a un paciente que podía hablar con fluidez pero sin sentido. El paciente había sido víctima de un derrame cerebral y no podía entender el lenguaje hablado o escrito. Este paciente tenía una lesión en el área donde se unen los lóbulos parietal y temporal izquierdos, ahora conocida como área de Wernicke . Estos casos, que sugerían que las lesiones causaban cambios conductuales específicos, apoyaron firmemente la visión localizacionista. Además, la afasia es un trastorno del aprendizaje que también fue descubierto por Paul Broca. Según la Facultad de Medicina de Johns Hopkins, la afasia es un trastorno del lenguaje causado por un daño en un área específica del cerebro que controla la expresión y la comprensión del lenguaje. [16] Esto a menudo puede llevar a que la persona diga palabras sin sentido, conocidas como "ensalada de palabras" [17].
En 1870, los médicos alemanes Eduard Hitzig y Gustav Fritsch publicaron sus hallazgos sobre el comportamiento de los animales. Hitzig y Fritsch hicieron pasar una corriente eléctrica por la corteza cerebral de un perro, lo que provocó que diferentes músculos se contrajeran según las áreas del cerebro que se estimularan eléctricamente. Esto condujo a la propuesta de que las funciones individuales se localizan en áreas específicas del cerebro en lugar de en el cerebro en su conjunto, como sugiere la visión del campo agregado. [6] Brodmann también fue una figura importante en el mapeo cerebral; sus experimentos basados en las técnicas de tinción de tejidos de Franz Nissl dividieron el cerebro en cincuenta y dos áreas.
A principios del siglo XX, las actitudes en Estados Unidos se caracterizaban por el pragmatismo, lo que llevó a una preferencia por el conductismo como enfoque principal en psicología . J. B. Watson fue una figura clave con su enfoque de estímulo-respuesta. Al realizar experimentos en animales, pretendía ser capaz de predecir y controlar el comportamiento. El conductismo finalmente fracasó porque no pudo proporcionar una psicología realista de la acción y el pensamiento humanos: se centró principalmente en las asociaciones estímulo-respuesta a expensas de explicar fenómenos como el pensamiento y la imaginación. Esto condujo a lo que a menudo se denomina la "revolución cognitiva". [18]
A principios del siglo XX, Santiago Ramón y Cajal y Camillo Golgi comenzaron a trabajar en la estructura de la neurona. Golgi desarrolló un método de tinción con plata que podía teñir por completo varias células en un área particular, lo que lo llevó a creer que las neuronas estaban conectadas directamente entre sí en un citoplasma. Cajal cuestionó esta visión después de teñir áreas del cerebro que tenían menos mielina y descubrir que las neuronas eran células discretas. Cajal también descubrió que las células transmiten señales eléctricas a través de la neurona en una sola dirección. Tanto Golgi como Cajal recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1906 por este trabajo sobre la doctrina de la neurona. [19]
Varios hallazgos en el siglo XX continuaron haciendo avanzar el campo, como el descubrimiento de las columnas de dominancia ocular , el registro de células nerviosas individuales en animales y la coordinación de los movimientos de los ojos y la cabeza. La psicología experimental también fue significativa en la fundación de la neurociencia cognitiva. Algunos resultados particularmente importantes fueron la demostración de que algunas tareas se realizan a través de etapas de procesamiento discretas, el estudio de la atención, [20] [21] y la noción de que los datos conductuales no proporcionan suficiente información por sí mismos para explicar los procesos mentales. Como resultado, algunos psicólogos experimentales comenzaron a investigar las bases neuronales del comportamiento. Wilder Penfield creó mapas de áreas sensoriales y motoras primarias del cerebro estimulando las cortezas de los pacientes durante la cirugía. El trabajo de Sperry y Gazzaniga sobre pacientes con cerebro dividido en la década de 1950 también fue fundamental en el progreso del campo. [9] El término neurociencia cognitiva en sí fue acuñado por Gazzaniga y el psicólogo cognitivo George Armitage Miller mientras compartían un taxi en 1976. [22]
Las nuevas tecnologías de mapeo cerebral, en particular la fMRI y la PET , permitieron a los investigadores investigar estrategias experimentales de psicología cognitiva mediante la observación de la función cerebral. Aunque a menudo se piensa que se trata de un método nuevo (la mayor parte de la tecnología es relativamente reciente), el principio subyacente se remonta a 1878, cuando el flujo sanguíneo se asoció por primera vez con la función cerebral. [7] Angelo Mosso , un psicólogo italiano del siglo XIX, había monitoreado las pulsaciones del cerebro adulto a través de defectos óseos creados neuroquirúrgicamente en los cráneos de los pacientes. Observó que cuando los sujetos realizaban tareas como cálculos matemáticos, las pulsaciones del cerebro aumentaban localmente. Tales observaciones llevaron a Mosso a concluir que el flujo sanguíneo del cerebro seguía la función. [7]
El 11 de septiembre de 1956, se celebró una reunión a gran escala de cognitivistas en el Instituto Tecnológico de Massachusetts . George A. Miller presentó su artículo " El número mágico siete, más o menos dos " [23], mientras que Noam Chomsky y Newell & Simon presentaron sus hallazgos sobre informática . Ulric Neisser comentó muchos de los hallazgos de esta reunión en su libro de 1967 Psicología cognitiva . El término "psicología" había ido decayendo en los años 1950 y 1960, lo que hizo que el campo se conociera como "ciencia cognitiva". Los conductistas como Miller comenzaron a centrarse en la representación del lenguaje en lugar del comportamiento general. David Marr concluyó que uno debe entender cualquier proceso cognitivo en tres niveles de análisis. Estos niveles incluyen los niveles de análisis computacional, algorítmico/representacional y físico. [24]
Antes de la década de 1980, la interacción entre la neurociencia y la ciencia cognitiva era escasa. [25] La neurociencia cognitiva comenzó a integrar la base teórica recién establecida en la ciencia cognitiva, que surgió entre las décadas de 1950 y 1960, con enfoques de psicología experimental, neuropsicología y neurociencia. (La neurociencia no se estableció como una disciplina unificada hasta 1971 [26] ). A fines de la década de 1970, se dice que el neurocientífico Michael S. Gazzaniga y el psicólogo cognitivo George A. Miller acuñaron por primera vez el término "neurociencia cognitiva". [27] A fines del siglo XX, evolucionaron nuevas tecnologías que ahora son el pilar de la metodología de la neurociencia cognitiva, incluidas la TMS (1985) y la fMRI (1991). Los métodos anteriores utilizados en la neurociencia cognitiva incluyen EEG (EEG humano 1920) y MEG (1968). Ocasionalmente, los neurocientíficos cognitivos utilizan otros métodos de imágenes cerebrales como PET y SPECT . Una técnica emergente en neurociencia es la NIRS , que utiliza la absorción de luz para calcular los cambios en la oxihemoglobina y la desoxihemoglobina en las áreas corticales. En algunos animales se puede utilizar el registro de una sola unidad . Otros métodos incluyen la microneurografía , la EMG facial y el seguimiento ocular . La neurociencia integradora intenta consolidar los datos en bases de datos y formar modelos descriptivos unificados de varios campos y escalas: biología, psicología, anatomía y práctica clínica. [28]
La teoría de la resonancia adaptativa ( ART ) es una teoría de la neurociencia cognitiva desarrollada por Gail Carpenter y Stephen Grossberg a finales de los años 1970 sobre aspectos de cómo el cerebro procesa la información . Describe una serie de modelos de redes neuronales artificiales que utilizan métodos de aprendizaje supervisados y no supervisados , y abordan problemas como el reconocimiento y la predicción de patrones . [29]
En 2014, Stanislas Dehaene , Giacomo Rizzolatti y Trevor Robbins recibieron el Premio Brain "por su investigación pionera sobre los mecanismos cerebrales superiores que sustentan funciones humanas tan complejas como la alfabetización, la aritmética, el comportamiento motivado y la cognición social, y por sus esfuerzos para comprender los trastornos cognitivos y conductuales". [30] Brenda Milner , Marcus Raichle y John O'Keefe recibieron el Premio Kavli en Neurociencia "por el descubrimiento de redes cerebrales especializadas para la memoria y la cognición" [31] y O'Keefe compartió el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en el mismo año con May-Britt Moser y Edvard Moser "por sus descubrimientos de células que constituyen un sistema de posicionamiento en el cerebro". [32]
En 2017, Wolfram Schultz , Peter Dayan y Ray Dolan recibieron el Premio Brain "por su análisis multidisciplinario de los mecanismos cerebrales que vinculan el aprendizaje con la recompensa, lo que tiene implicaciones de largo alcance para la comprensión del comportamiento humano, incluidos los trastornos de la toma de decisiones en condiciones como el juego, la adicción a las drogas, el comportamiento compulsivo y la esquizofrenia". [33]
Recientemente, el enfoque de la investigación se ha ampliado y ya no se centra en la localización de áreas cerebrales para funciones específicas en el cerebro adulto utilizando una única tecnología. Los estudios han divergido en varias direcciones diferentes: explorando las interacciones entre diferentes áreas cerebrales, utilizando múltiples tecnologías y enfoques para comprender las funciones cerebrales y utilizando enfoques computacionales. [34] Los avances en neuroimagen funcional no invasiva y los métodos de análisis de datos asociados también han hecho posible el uso de estímulos y tareas altamente naturalistas, como largometrajes que representan interacciones sociales, en estudios de neurociencia cognitiva. [35]
Otra tendencia muy reciente en la neurociencia cognitiva es el uso de la optogenética para explorar la función del circuito y sus consecuencias conductuales. [36]
Los métodos experimentales incluyen:
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