Métodos y técnicas de la psicobiología

Tema 2: Métodos y técnicas
Los avances en física e ingeniería han ayudado a nuestra forma de entender el funcionamiento del cerebro,
muchas técnicas se han desarrollado gracias a esto. Una ciencia es tan buena como lo son sus métodos, pero
éstos sólo son válidos cuando se cuenta con asunciones sobre el cerebro. La manera de cómo se conceptualice
el cerebro va a determinar cómo se estudie, y el modo de estudio las conclusiones.
Los psicobiólogos intentan relacionar los aspectos psicológicos y los biológicos. La tendencia general es
estudiar cómo funciona el cerebro a nivel de componentes y luego cómo estos componentes funcionan como
conjunto. La investigación se orienta a partes anatómicamente distinguibles. Se han desarrollado varias
técnicas: métodos fisiológicos y métodos psicológicos. Trataremos los primeros.
Métodos fisiológicos
• Lesión: se daña o extirpa una parte del cerebro y se estudian los cambios en conducta.
• Estimulación: eléctrica o química. Se estudian las funciones de diferentes áreas del cerebro
estimulándolas y estudiando los cambios en conducta.
• Registro: es el más reciente. Registrar la actividad nerviosa, incluso cuando el individuo realiza
alguna tarea.
Lesión
La finalidad es determinar la función de áreas concretas del cerebro. La lesión es el acercamiento más
intuitivo. Su lógica: si una parte del cerebro se puede identificar como unidad funcional y se puede anular,
luego observar y medir las conductas resultantes puede ayudar a conocer y confirmar cuál es la función.
Cualquier cambio conductual está relacionado con el área que se ha anulado.
Esta técnica sigue usándose en la actualidad, aunque de manera mucho más selectiva. Se practica en animales,
aunque alguna vez se usó en humanos (lobotomía frontal para tratar la esquizofrenia mediante la inyección de
alcohol, bien desconexión mediante la sección de las conexiones de este lóbulo con el resto del cerebro). Se
usa ablación para manifestar la extirpación de áreas cerebrales.
Todos estos acercamientos implican asumir que el cerebro es modular, que las conexiones son en paralelo. Si
se conectaran en serie, la extirpación va a afectar a todo el sistema, y no nos va a proporcionar conocimiento.
La lesión tiene algunos problemas:
• Es muy difícil extirpar limpiamente una parte del cerebro sin afectar a las demás. Los límites no están
claros
• Puede existir un haz de fibras que conecte dos zonas diferentes y que pase por la extirpada.
• Incluso si se pudieran extraer fácilmente, ¿qué se puede concluir a partir de la observación del cambio de
conducta?
Sólo se puede aceptar este procedimiento si es contrastando el análisis de muchos componentes, ningún
experimento individual es muy relevante. Estos problemas se resuelven en parte con el conocimiento de la
organización cerebral. Se dispone de técnicas que dicen el alcance de las lesiones.
Existen por otro lado nuevas técnicas de destrucción selectiva, que han venido a sustituir a los procesos
groseros. Son procesos más finos que anulan áreas muy pequeñas. Hay una gran variedad de técnicas:
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• Técnica electrolítica: se hace pasar una corriente eléctrica por un alambre y el calor generado en su punta
destruye las células circundantes. Esta técnica se emplea en zonas superficiales.
• Aparato estereotáxico: para las zonas más internas se aprovecha la organización tridimensional del
cerebro usando este aparato. Consta de dos partes: un soporte para la cabeza del animal y otro para el brazo
portador del electrodo, que se puede mover en las tres dimensiones. Existe un punto de referencia 0, en el
eje interaural, de modo que cualquier punto del cerebro se puede situar en los tres ejes con ese punto como
referencia. Existen mapas precisos del cerebro de muchas especies. Se trata de una corriente de alta
intensidad que discurre por un electrodo que destruye pequeñas áreas.
• Técnicas criogénicas: consisten en congelar la parte del cerebro que se quiere anular.
• Productos químicos que, introducidos por una cánula, destruyen las células nerviosas. El dañar fibras que
pasen por la zona se salva con la destrucción selectiva de los somas o los axones de éstas células. Estas
sustancias son neurotoxinas. Ej.: el ácido kaínico, que destruye los cuerpos celulares de las neuronas
adyacentes a la zona de inyección. Pero esta técnica tiene algún problema, como la posible lesión de otras
zonas del cerebro o del resto del organismo, ya que las toxinas pueden discurrir por el torrente sanguíneo.
Por último, hallamos el problema de traducir los síntomas a la función del cerebro; no es fácil asumir que la
función que se pierde esté relacionada con el área lesionada, además pueden surgir los llamados efectos
positivos, es decir, que a raíz de una lesión no sólo no desaparezcan comportamientos, sino que aparezcan
otros nuevos. No obstante, la lesión ha contribuido mucho a nuestro conocimiento del cerebro.
Estimulación
Puede ser eléctrica o química. Se estimulan partes del cerebro y se observa la conducta. Mediante
implantación de cánulas, en la estimulación química, o de electrodos, en la eléctrica. En la estimulación
eléctrica lo que se hace es medir la diferencia de intensidad eléctrica entre dos electrodos. Cuando son
regiones profundas se recurre también al aparato estereotáxico.
Su lógica: se trata de imitar la actividad normal de esas partes del cerebro; cuando se estimula cierta región
cerebral se supone que el animal va a comportarse como si la estimulación fuera natural.
Macroestimulación: se activan muchas células nerviosas. Microestimulación: se activa una sola o una
pequeña comunidad (mediante microcánulas, o microelectrodos con corrientes de baja intensidad). Con la
micro se quieren estudiar ciertos patrones de actividad relacionados con conductas concretas. En el caso de
que sea química se conoce como iontoforesis o microiontoforesis.
La actividad cerebral implica neurotransmisores y receptores. Se sabe que existen fármacos que imitan el
efecto (agonistas) o lo bloquean (antagonistas); son específicos para determinados neurotransmisores o
receptores y actúan sobre la sinapsis.
La estimulación no altera la organización del cerebro, por lo que serviría tanto si funcionara en serie como en
paralelo. Pero, cuando se estimula una región, ésta puede estimular a su vez otra; siempre cabe la duda de si se
conocen verdaderamente todas las zonas que han sido estimuladas.
Problemas:
La estimulación es una técnica complicada, sobre todo en la macro, porque con una estimulación inadecuada
se corre el riesgo de bloquear el patrón normal. Asegurar que la estimulación sea realista, que se asemeje a la
realidad, es difícil. Otro problema es el gradiente de intensidad: si queremos estimular toda una zona hay que
inyectar más en el centro para que llegue a las zonas más periféricas (los niveles, muchas veces, no son
realistas).
Algunos problemas específicos de la microestimulación son:
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• Las células grandes se estimulan más fácilmente que las pequeñas, que tienen unos umbrales más
altos.
• Hay células tan pequeñas que es muy complicado afinar.
Registro
Su lógica: si una parte del cerebro es relevante para un proceso, debería existir un cambio importante en ella
cuando se evoca ese proceso. No es sólo actividad eléctrica, sino también química. Hasta hace poco no se
podía estudiar esta última.
Existen muchas técnicas, pero no todas sirven para estudiar la conducta. El registro eléctrico consiste en el
examen de la actividad eléctrica de las células ante determinadas situaciones; se emplean 2 electrodos y se
estudia la diferencia de intensidad. El registro de regiones internas requiere el uso del aparato estereotáxico.
Macro registro: estudio de muchas células, de qué partes están activas en determinadas tareas. Micro
registro: estudio de células individuales o de pequeñas poblaciones.
El método de macro registro más simple es el electroencefalograma (EEG), en el que se observa la actividad
mediante macroelectrodos colocados en el cuero cabelludo. Determina el estado funcional general pero es
difícil relacionar los resultados con operaciones concretas de áreas concretas.
• Registro monopolar: un electrodo se coloca en el lugar que se quiere estudiar y el otro en una zona de
silencio eléctrico.
• Registro bipolar: ambos electrodos a los lados del lugar elegido.
El resultado es la suma de la comparación dos a dos de los electrodos. No proporcionan una localización de
áreas específicas. Las ondas varían según el estado de consciencia.
Potenciales Evocados: es una forma de macro registro no invasiva. Se obtiene de promediar informaciones
del EEG. Mediante este promedio se eliminan los ruidos de fondo y podemos obtener la señal (los potenciales
evocados), que son cambios de voltaje relacionados con acontecimientos específicos y limitados en el tiempo;
cambios en una determinada región del cerebro y que son evocados por algún estímulo.
Las ondas que se obtienen son muy complejas, así que se pueden estudiar por partes. El análisis se suele
centrar en los picos y ondas de la señal.
Hay evidencias de que algunos componentes de los PE están relacionados con la toma de decisiones. La P300
es un potencial positivo grande y que ocurre a unos 300 mlseg. de la presentación del estímulo (varía según la
decisión que haya que tomar sobre un estímulo). Pero ésta sólo ocurre si el estímulo tiene algún significado
para el sujeto.
Micro registro: Proporciona información adicional que no dan los procedimientos anteriores. Se emplean
microelectrodos para estimular una región muy pequeña. La técnica permite observar células individuales en
animales incluso en movimiento. Puede revelar los detalles del patrón de actividad que presentan las células
nerviosas ante determinado estímulo. Aunque el planteamiento de esta técnica es bastante sencillo, el llevarlo
a la práctica tiene sus complicaciones.
Procedimientos no invasivos
Los procedimientos invasivos son los que implican penetración en el tejido cerebral. Los no invasivos se
basan en métodos externos, por lo tanto pueden usarse en humanos.
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Tomografía Axial Computerizada (TAC)
Fue la primera técnica de neuroimagen disponible (1972). Suministra imágenes anatómicas tridimensionales
en las que el investigador puede localizar las lesiones. Es un ordenador el que organiza tridimensionalmente
las informaciones de rayos X. Éstos proporcionan placas de secciones horizontales.
Se proyectan rayos X a través de la cabeza del paciente. El tubo de rayos X y el detector van girando
alrededor de la cabeza. El detector va a medir el número de fotones que atraviesan. Si alguna de las regiones
absorbe una cantidad que no es la normal es que está dañada, y esto se reflejará en las imágenes. Se combinan
las secciones (8 ó 9) y se obtiene un scanner por TAC.
Resonancia magnética (RM)
Tiene mayor utilidad que el TAC, y lo ha reemplazado. Puede presentar con gran detalle las regiones y
lesiones cerebrales. El funcionamiento es bastante complicado.
Lo que estudia son las ondas emitidas por los átomos de hidrógeno cuando son activados magnéticamente.
Las informaciones son computerizadas, y esto proporciona una representación tridimensional.
Cuando se produce un patrón diferente, es que hay lesiones.
Registros metabólicos
Se sabe que el flujo sanguíneo cerebral, el metabolismo de la glucosa y el consumo de oxígeno por las
neuronas es proporcional al grado de actividad de éstas.
Tomografía por Emisión de Positrones (TEP, PET)
Proporciona información sobre la actividad metabólica del cerebro. Proporciona imágenes tridimensionales.
Al sujeto se le inyecta 2−desoxiglucosa radiactiva (2−DG), una sustancia semejante a la glucosa, que se
absorbe más rápidamente y que no puede ser metabolizada, acumulándose en las neuronas.
Nos indica qué áreas del cerebro son más activas en determinadas tareas. Las partículas que emite esta
sustancia son captadas desde el exterior y la información computerizada.
Los problemas que tiene son la limitada resolución espacial y temporal. La principal desventaja es el alto
coste, los isótopos son de vida muy corta, por lo que tiene que ser acelerados en el mismo laboratorio.
Tomografía por emisión de fotones simples (SPECT)
Proporciona imágenes tridimensionales, incluso de estructuras profundas, y no necesita acelerador de
partículas. Sin embargo, su fiabilidad aún no está bien definida.
Otras técnicas de registro
−Electromiografía (mide la descarga eléctrica de los músculos)
−Electrooculografía (mide la descarga eléctrica de los ojos)
−Actividad electrodermal (descarga de la piel)...
A partir de la bioquímica:
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−Inmunocitoquímica ! informa de las características bioquímicas de neuronas específicas.
−Histofluorescencia ! localiza neuronas que contengan determinado neurotransmisor.
−Peroxidasa del rábano ! permite visualizar neuronas y trazar sus conexiones.
Conclusión
Todos estos nuevos avances se han vuelto indispensables para el estudio del cerebro. El ordenador es ahora
una herramienta fundamental de estudio.
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