Neurobiología

Imagen combinada de IRM y PET del cerebro humano.

La neurobiología es el estudio de las células del sistema nervioso y la organización de estas células dentro de circuitos funcionales que procesan la información y median en el comportamiento.[1] Es una subdisciplina tanto de la biología como de la neurociencia. La neurobiología difiere de la neurociencia, un campo mucho más amplio relacionado con cualquier estudio científico del sistema nervioso. La neurobiología tampoco debe ser confundida con otras subdisciplinas de la neurociencia como la neurociencia computacional, la neurociencia cognitiva, la neurociencia del comportamiento, la psiquiatría biológica, la neurología y la neuropsicología a pesar del solapamiento que se da entre estas subdisciplinas. Los científicos que estudian la neurobiología se llaman neurobiólogos.

Las propiedades básicas, la actividad, y la regulación de las corrientes de membrana, la plasticidad sináptica, la neurotransmisión, la neurogénesis, la sinaptogénesis y los canales iónicos de las células son algunos campos estudiados por los neurobiólogos.[6]

Historia

Ilustración de Anatomía de Gray mostrando una vista lateral del cerebro humano, señalando el hipocampo entre otras características neuroanatómicas.

El estudio del sistema nervioso se remonta al antiguo Egipto. La evidencia de trepanación, la práctica quirúrgica que consiste en perforar el cráneo con el objetivo de curar dolores de cabeza, trastornos mentales o aliviar la presión craneal, ha sido practicada en pacientes desde el neolítico y se ha encontrado en varias culturas alrededor del mundo. Manuscritos que datan del año 1700 A. C. indicarían que los egipcios poseían cierto conocimiento acerca de los síntomas que presenta el daño cerebral.[7]

Algo así como "un relleno craneal" fueron las primeras observaciones hechas acerca del papel que desempeñaría el cerebro. En Egipto, desde finales del Imperio Medio en adelante, el cerebro era removido de forma regular para la momificación. Se pensaba, en ese entonces, que la inteligencia residía en el corazón y que sería éste la fuente de la conciencia, pero esta creencia no sería rebatida sino hasta la llegada de Hipócrates de Cos, padre de la medicina.[11] Aristóteles, sin embargo, creía que el corazón era el centro de la inteligencia y que el cerebro servía para enfriar la sangre. Esta opinión fue generalmente aceptada hasta que Galeno, médico de los Gladiadores romanos y seguidor de Hipócrates, observó como sus pacientes perdían ciertas facultades mentales al sufrir daños en el cerebro.

En Al-Ándalus, Abulcasis, el padre de la cirugía moderna, desarrolla materiales y diseños técnicos que todavía se utilizan en neurocirugía. Averroes sugiere la existencia de la enfermedad de Parkinson y atribuye propiedades fotorreceptoras a la retina. Ibn Zuhr describe la meningitis, tromboflebitis intracraneal, tumores del mediastino y realiza importantes contribuciones a la neurofarmacología moderna. Maimónides escribe acerca de los trastornos neuropsiquíatricos, describe la rabia y la intoxicación por belladona.[12] Vesalio (1514-1564) rechaza la idea de sus contemporáneos que sostienen que los ligamentos, las aponeurosis y los tendones son tres tipos de unidades nerviosas, pues afirma que el nervio es el modo de la transmisión de la sensación y el movimiento. Comparte la creencia aristotélica: los nervios no se originan en el corazón, sino que provienen del cerebro. René Descartes observa que la glándula pineal se encuentra cerca de los ventrículos. Afirmaba que el líquido cefalorraquídeo de los ventrículos actuaba a través de los nervios para controlar el cuerpo, y que la glándula pineal, intervenía en este proceso.

Los estudios del cerebro se tornaron más sofisticados con la invención del microscopio y el desarrollo de un procedimiento de tinción por parte de Camilo Golgi a finales de la década de 1890. Tal procedimiento utiliza una sal de cromato de plata para revelar la intrincadas estructuras de las neuronas individuales. Su técnica fue utilizada por Santiago Ramón y Cajal y dio lugar a la formación de la doctrina de la neurona, la hipótesis de que la unidad funcional del cerebro es la neurona. Golgi y Ramón y Cajal compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1906 por sus extensas observaciones, descripciones y clasificaciones de las neuronas en el cerebro. La doctrina de la neurona fue apoyada por diversos experimentos a partir del trabajo pionero de Galvani en la excitabilidad eléctrica de los músculos y neuronas. En el siglo XIX, Emil du Bois-Reymond, Johannes Peter Müller y Hermann von Helmholtz demostraron que las neuronas son eléctricamente excitables y que su actividad era previsible a la situación eléctrica de las neuronas adyacentes.

En paralelo con esta investigación, el trabajo con pacientes con daño cerebral realizado por Paul Broca sugirió que ciertas regiones del cerebro son responsables de determinadas funciones. En ese momento, los hallazgos de Broca fueron vistos como una confirmación de la teoría de Franz Joseph Gall de que el lenguaje se encontraba localizado en un área especifica y ciertas funciones psicológicas se encontrarían localizadas en la corteza cerebral.[15]

En 1952, Alan Lloyd Hodgkin y Andrew Huxley presentaron un modelo matemático para la transmisión de señales eléctricas en las neuronas del axón gigante de calamar, los potenciales de acción, y cómo se inician y propagan, conocido como el modelo de Hodgkin-Huxley. En 1961-2, Richard Fitzhugh y J. Nagumo simplificaron a Hodgkin y Huxley en lo que se llama el modelo de Fitzhugh-Nagumo. En 1962, Bernard Katz modeló la neurotransmisión a través del espacio entre las neuronas conocida como sinapsis. En 1981 Catherine Morris y Harold Lecar combinaron estos modelos en el modelo de Morris-Lecar. En 1984, J. L. Hindmarsh y R. M. Rose aumentaron aún más el modelo neurotransmisión en el modelo de Hindmarsh-Rose.

A partir de 1966, Eric Kandel y James Schwartz examinaron el análisis bioquímico de los cambios en las neuronas asociadas con el aprendizaje y el almacenamiento de memoria.

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