El cerebro y la mente: métodos de investigación en neurobiología

TEMA 1. EL CERVELL I LA MENT. MÈTODES DE RECERCA EN NEUROBIOLOGIA

1.1. Introducció

Definicions de cervell, ment i comportament des d'una perspectiva biologica:

• Cervell. Part del SNC on es processa la majoria d'informació procedent de diferents regions de l'organisme per tal d'elaborar una resposta. Pesa entre 130g-140g. Resultat de l'activitat.
• Ment. Conjunt d'operacions que duu a terme el cervell. En el cas dels humans ens permet tenir consciencia, percebre, pensar, jutjar, aprendre, recordar i comunicar-nos.
• Comportament. Conjunt de respostes conscients, inconscients, voluntàries o involuntàries que realitza un organisme en resposta a estímuls interns o externs, i que li permeten adaptar-se al seu entorn. Esta present en tot tipus d'organismes simples o complexos (humans > organismes unicellulars). En organismes complexos, bona part del comportament està regulat pel sistema nervios (no = cervell, diferent).
• Sistema nervios (SNC). Permet rebre i transmetre estimuls interns i externs, integrar informació i coordinar una resposta per adaptar-se a un entorn canviant.

1.2. Cervell i ment

L'Anima es una propietat del cos i desapareix amb la mort, ARISTOTIL

EDAT ANTIGA ( PERSPECTIVA ANTIGA)

En l'antiguitat no estava clar que la ment residis en el cervell. A l'Antic Egipte es considerava que el cor era d'on procedien els pensaments i sentiments. Aquest teoria anomenada cardiocentrista va ser també sustentada per pensadors de la Grècia Antiga, com Aristotil, així com d'altres pensadors fins al segle XVII. En paral·lel, altres pensadors de la Grecia Antiga, com Hipocrates o Plató o més endavant Galè, en època de l'Imperi Romà, ja consideraven que el cervell era l'organ on residia la ment.

Plató. L'anima pertany al mon de les idees i és immortal. El cos es material, mentre que l'anima és immaterial i immortal.

Aristotil. L'anima es una propietat mes del cos i desapareix amb la mort.

Gale també creia que els nervis estan buits i que per ells circulen el que anomenava "esperits animals" o pneuma psychikon, que seria el que mouria les diferents parts del COS.

Quan ens emocionem no notem res al cervell es un organ idolor i no es tant evident que sigui el centre de les nostres emocions

EDAT MITAJANA ( PERSPECTIVA MITJANA)

Durant aquest període es produeixen escassos avenços científica. Pel que fa a l'anatomia i coneixement general del sistema nervios els estudiosos es limiten a repetir dogmes i coneixements provinents dels pensadors i metges de l'Edat Antiga, com Galè.Psicofisiologia Curs 2020-2021 Gisela Elié Gracia

EDAT MODERNA ( PERSPECTIVA MODERNA)

A partir del segle XV i XVI a Europa es produeix un despertar de la ciencia i la filosofia. Andreas Vesalius, un metge del S. XVI, va revolucionar el coneixement de l'anatomia humana a partir de la realització de disseccions sistemàtiques del cossos humans, una practica prohibida en èpoques anteriors. Thomas Willis realitza unes detallades descripcions de l'anatomia del cervell i descriu per primera vegada el sistema d'artèries que porten sang al cervell (el poligon de Willis). En paral·lel, Renée Descartes, pensador frances del S. XVII, recupera la teoria dels esperits animals per intentar explicar la conducta humana. Considera que les persones son com automats que es mouen gràcies a l'acció dels esperits animals, que es generen a glandula pineal, des d'on es distribueixen per tot el cos i el fan moure segons les lleis de la hidraulica. Per altra banda, Descartes considera que els humans, a diferencia d'altres animals tenen una anima que és immaterial, i no està subjecta a les lleis de la natura.

A tot això, a partir del s. XVII (filosofia moderna) s'estableixen dos corrents:

• Dualisme (Renee Descartes). Cos i ment son entitats separades. El cos és material i es comporta com una maquina subjecta a les lleis naturals. La ment o anima és immaterial i no està subjecta a les lleis de la natura. Segons Descartes l'anima es comunica amb el cos a través de la glandula pineal. Els "esperits animals". Glândula pineal Monisme materialista Cos i ment son dos atributs d'una mateixa substância. = materialisme
• Monisme. L'Univers està format per una substancia única que segons alguns pensadors seria immaterial (monisme idealista) i segons altres material, cos i ment son dos atributs d'una mateixa substancia (materialisme).

Per una altra banda, la teoria dels "esperits animals" va quedant arraconada conforme successius experiments demostren que els nervis no estan buits i què no hi ha cap "substancia" que mogui els musculs del cos. L'estocada final a aquesta teoria la dona Luigi Galvani al segle XVIII quan demostra l'existència d'una "electricitat animal" capaç de provocar el moviment dels músculs. Va comprovar com l'aplicació d'una corrent elèctrica externa provocava la contracció d'una pota de granota i com posant en contacte el nervi ciàtic encara fresc d'una granota sobre la seva propia pota en provocava el moviment. D'aquesta forma va demostrar l'existencia de corrents electriques als organismes vius capaces de provocar el moviment dels músculs. 2Psicofisiologia Curs 2020-2021 Gisela Elié Gracia

PERSPECTIVA MATERIALISTA

A partir del s. XIX s'imposa la perspectiva materialista:

• Localitzacionisme. Les funcions mentals depenen d'estructures concretes del cervell.
• Holisme. Els cervell funciona com una massa homogenia. Les funcions mentals no depenen d'estructures concretes en regions concretes dins del cervell. Tot el cervell participa en el comportament. (Pierre Flourens).

funcions superiors Holisme funcions vitals estabilitat - coordinació

Durant la primera meitat del s. XIX va tindre molta importancia la corrent coneguda com a frenologia, creada per Franz Joseph Gall. Es tracta d'una corrent pseudocientifica, que considera que és possible estudiar les funcions cerebrals i trets psicologics de les persones a partir de la morfologia externa del seu crani. Tot i que no ha sigut acreditada des d'un punt de vista científices important perquè va ser la primera corrent que va afirmar que les funcions cerebrals es localitzaven en regions concretes del cervell, adoptant per tant una perspectiva localitzacionista.

Durant els segles XIX i XX, diferents investigadors aporten evidencia científica a la teoria localitzacionista:

• Paul Pierre Broca (1861). Descriu un pacient incapaç de parlar amb la comprensió del llenguatge preservada. A l'autopista troba una lesió a la circumval·lació frontal inferior esquerre (àrea de Broca).
• Carl Wernicke (1876). Descriu un pacient amb dificultat per comprendre llenguatge. A l'autopsia preservada. A l'autopsia troba una lesió a la circumvolució
• Estudis posteriors han confirmat que les arees de Broca i Wernicke constitueixen components essencials per la producció (Broca) i la comprensió (Wernicke) del llenguatge. Eduard Hitzig i Gustav Fritsch (1870-80): Experiments basats en regions corticals d'animals vius, demostren l'existencia d'una regió cortical cerebral implicada en el control motor (cortex motor). 3Psicofisiologia Curs 2020-2021 Gisela Elié Gracia
• Wilder Penfield (1951). Topografia l'escorça motora i sensitiva Bing Mitate Penfield) a partir d'estimulació elèctrica cortical en pacients == Tongue- = Pieriat Somatosensory Strip Motor Strip F . FRONTAL LOBE T m TEMPORAL LOGE "Homunculus' P & PARIETAL LOGE O m OCCIPITAL DOGE intervinguts quirúrgicament. (Doctrina de la neurona) (homuncle de

Santiago Ramon i Cajal (1890). Doctrina de la neurona. El teixit esta conformat per unitats funcionals discretes anomenades neurones. Les neurones estableixen contacte inti, entre elles (sinapsis). La informació flueix preferentment en un únic sentit, fet que es va poder demostrar decades més tard amb estudis experimentals amb cultius neuronals.

• Korbinian Brodmann (1909). Arees de Brodmann. 52 arees corticals diferenciades segons la seva organització cel·lular (citoarquitectura). Aquestes àrees es correlacionen amb diferents funcions cerebrals.

Primary sensory cortex Association cortex Primary motor cortex 5 9 19 18 IV IV V 10- V V 17 VI VI 8 VI 19 37 38

Tot i que les dades anteriors aporten una evidencia clara a favor de l'existència de regions especialitzades del cervell que duen a terme funcions específiques, els estudis de neuroimatge funcional dels darrers anys posen de manifest que moltes funcions mentals son en realitat el producte de l'activació dinamica de diferents xarxes que interconnecten diferents regions del cervell i no simples àrees que funcionen de forma independent. Així, l'actual model seria un punt de trobada entre el localitzacionisme i l'holisme: el connexionisme. 4

1.3. Mètodes de recerca en neurobiologia

La neurociencia és un camp multidisciplinar que inclou diferents nivells d'estudi, des de l'escala atomica fins a la conducta observable dels sers humans.

Tècniques in vivo: comportament, biopsies, analisi de LCR, activitat electrica cerebral (electroencefalograma) o neuronal i neuroimatge.

Tècniques Postmortem. Anàlisi postmortem del teixit nerviós.

BIOLOGIA CELLULAR I MOLECULAR

Estudi de processos biologics a escala cel·lular i molecular Bioquímica Funció elologia Genètica Proteines - - ARN -ADN Molecular Estructura Biologia Estructural

Tècniques que estudien processos biologics a escala cellular i molecular. Permeten estudiar entre d'altres coses l'estructura de les cèl·lules que composen el sistema nervios, les proteïnes i els gens implicats en el funcionament del sistema nervios o les vies metaboliques i de senyalització tant a nivell intracellular com entre neurones. Tipus d'estudi:

• Tècniques in vivo (estudi "a dins de l'ésser viu"). Fan servir un organisme viu per estudiar un determinat procés biologic, el seu comportament, biopsies, anàlisis del LCR (liquid que circula per tot el SNC), la seva activitat electrica cerebral (electroencefalograma) o neurals i neuroimatge.
• Tècniques in vitro (estudi fora de l'esser viu). Intenten reproduir processos biologics fora dels organismes on tenen aquests tenen lloc.
• Tècniques in silico (models computacionals). Experiments basats en models computacionals. Poden fer-se entre d'altres per sequenciar ADN, estudiar l'estructura de molecules organiques o construir model de xarxes neuronals.

Disciplines relacionades:

• Genètica. Seqüència i funció dels gens.
• Bioquímica. Identificació de molécules, funció de proteïnes.
• Bioinformatica. Analisi computacional de dades.

ANATOMIA MACROSCÓPICA I MICROSCÓPICA DEL SN

Comprendre l'estructura és necessari per entendre la funció d'un sistema. En aquest apartat parlem de tècniques que analitzen l'estructura del sistema nervios a partir de l'analisi del teixit una vegada extret de l'organisme. 5