3.3: Los psicólogos estudian el cerebro usando muchos métodos diferentes

Objetivos de aprendizaje

1. Comparar y contrastar las técnicas que utilizan los científicos para ver y comprender las estructuras y funciones cerebrales.

Un problema para entender el cerebro es que es difícil tener una buena imagen de lo que sucede dentro de él. Pero hay una variedad de métodos empíricos que permiten a los científicos observar cerebros en acción, y el número de posibilidades ha aumentado dramáticamente en los últimos años con la introducción de nuevas técnicas de neuroimagen. En esta sección consideraremos las diversas técnicas que utilizan los psicólogos para aprender sobre el cerebro. Cada una de las diferentes técnicas tiene algunas ventajas, y cuando las armamos, comenzamos a tener una imagen relativamente buena de cómo funciona el cerebro y qué estructuras cerebrales controlan qué actividades.

Quizás el enfoque más inmediato para visualizar y comprender la estructura del cerebro es analizar directamente los cerebros de cadáveres humanos. Cuando Albert Einstein murió en 1955, su cerebro fue removido y almacenado para su posterior análisis. La investigadora Marian Diamond (1999) posteriormente analizó una sección de la corteza de Einstein para investigar sus características. Diamond estaba interesada en el papel de la glía, y planteó la hipótesis de que la proporción de células gliales a neuronas era un determinante importante de la inteligencia. Para probar esta hipótesis, comparó la proporción de glía a neuronas en el cerebro de Einstein con la proporción en los cerebros conservados de otros 11 hombres más “comunes”. Sin embargo, Diamond solo pudo encontrar apoyo para una parte de su hipótesis de investigación. Aunque encontró que el cerebro de Einstein tenía relativamente más glía en todas las áreas que estudió que en el grupo control, la diferencia solo fue estadísticamente significativa en una de las áreas que probó. Diamond admite que una limitación en su estudio es que solo tenía un Einstein para comparar con 11 hombres comunes.

Las lesiones proporcionan una imagen de lo que falta

Una ventaja del enfoque de cadáveres es que los cerebros pueden estudiarse a fondo, pero una desventaja obvia es que los cerebros ya no están activos. En otros casos, sin embargo, podemos estudiar cerebros vivos. El cerebro de los seres humanos vivos puede sufrir daños, por ejemplo, como consecuencia de accidentes cerebrovasculares, caídas, accidentes automovilísticos, disparos o tumores. Estos daños se denominan lesiones. En raras ocasiones, las lesiones cerebrales se pueden crear intencionalmente a través de cirugía, como la diseñada para extirpar tumores cerebrales o (como en pacientes de cerebro dividido) para reducir los efectos de la epilepsia. Los psicólogos también a veces crean lesiones intencionalmente en animales para estudiar los efectos sobre su comportamiento. Al hacerlo, esperan poder sacar inferencias sobre las probables funciones de los cerebros humanos a partir de los efectos de las lesiones en animales.

Las lesiones permiten al científico observar cualquier pérdida de la función cerebral que pueda ocurrir. Por ejemplo, cuando un individuo sufre un derrame cerebral, un coágulo de sangre priva de oxígeno a parte del cerebro, matando las neuronas de la zona y haciendo que esa área sea incapaz de procesar la información. En algunos casos, el resultado del ictus es una falta específica de habilidad. Por ejemplo, si el ictus influye en el lóbulo occipital, entonces la visión puede sufrir, y si el trazo influye en las áreas asociadas con el lenguaje o el habla, estas funciones sufrirán. De hecho, nuestra comprensión más temprana de las áreas específicas involucradas en el habla y el lenguaje se obtuvo mediante el estudio de pacientes que habían experimentado accidentes cerebrovasculares.

Figura\(\PageIndex{13}\)

John M. Harlow — Phineas Gage — dominio público.

Las áreas en el lóbulo frontal de Phineas Gage se dañaron cuando una varilla de metal lo atravesó. Aunque Gage vivió el accidente, su personalidad, emociones y razonamiento moral fueron influenciados. El accidente ayudó a los científicos a comprender el papel del lóbulo frontal en estos procesos.

Ahora se sabe que buena parte de nuestras habilidades de razonamiento moral se encuentran en el lóbulo frontal, y al menos parte de esta comprensión proviene de estudios de lesiones. Por ejemplo, consideremos el conocido caso de Phineas Gage, un trabajador ferroviario de 25 años de edad que, como consecuencia de una explosión, tenía una varilla de hierro clavada en su mejilla y fuera por la parte superior de su cráneo, causando grandes daños en su lóbulo frontal (Macmillan, 2000). Aunque notablemente Gage pudo regresar al trabajo después de que las heridas sanaron, ya no parecía ser la misma persona a quienes lo conocían. El amable, de voz suave Gage se había vuelto irritable, grosero, irresponsable y deshonesto. Aunque existen dudas sobre la interpretación de este estudio de caso (Kotowicz, 2007), sí aportó evidencia temprana de que el lóbulo frontal está involucrado en la emoción y la moral (Damasio et al., 2005).

Investigaciones más recientes y más controladas también han utilizado pacientes con lesiones para investigar la fuente del razonamiento moral. Michael Koenigs y sus colegas (Koenigs et al., 2007) pidieron a grupos de personas normales, individuos con lesiones en los lóbulos frontales e individuos con lesiones en otros lugares del cerebro que respondieran a escenarios que implicaban hacerle daño a una persona, aunque el daño finalmente salvó la vida de otros personas (Miller, 2008).

En uno de los escenarios se les preguntó a los participantes si estarían dispuestos a matar a una persona para evitar que otras cinco personas fueran asesinadas. Como puede ver en la Figura\(\PageIndex{14}\), encontraron que los individuos con lesiones en el lóbulo frontal tenían significativamente más probabilidades de estar de acuerdo en hacer el daño que los individuos de los otros dos grupos.

Figura\(\PageIndex{14}\) El Lóbulo Frontal y Juicio Moral

Koenigs y sus colegas (2007) encontraron que el lóbulo frontal es importante en el juicio moral. Las personas con lesiones en el lóbulo frontal tenían más probabilidades de estar dispuestas a dañar a una persona para salvar la vida de otras cinco que los participantes control o aquellos con lesiones en otras partes del cerebro.

Registro de la actividad eléctrica en el cerebro

Además de los abordajes de lesiones, también es posible aprender sobre el cerebro estudiando la actividad eléctrica creada por el disparo de sus neuronas. Un enfoque, utilizado principalmente con animales, es colocar detectores en el cerebro para estudiar las respuestas de neuronas específicas. Investigaciones que utilizan estas técnicas han encontrado, por ejemplo, que hay neuronas específicas, conocidas como detectores de características, en la corteza visual que detectan movimiento, líneas y bordes, e incluso caras (Kanwisher, 2000).

Figura\(\PageIndex{15}\)

Colores Festivos — CC BY-SA 2.0.

Un participante en un estudio EEG tiene una serie de electrodos colocados alrededor de la cabeza, lo que permite al investigador estudiar la actividad del cerebro de la persona. Los patrones de actividad eléctrica varían dependiendo del estado actual del participante (por ejemplo, si está durmiendo o despierto) y de las tareas que realiza la persona.

Un enfoque menos invasivo, y uno que puede ser utilizado en humanos vivos, es la electroencefalografía (EEG). El EEG es una técnica que registra la actividad eléctrica producida por las neuronas del cerebro mediante el uso de electrodos que se colocan alrededor de la cabeza del participante de la investigación. Un EEG puede mostrar si una persona está dormida, despierta o anestesiada porque se sabe que los patrones de ondas cerebrales difieren durante cada estado. Los EEG también pueden rastrear las ondas que se producen cuando una persona está leyendo, escribiendo y hablando, y son útiles para comprender anomalías cerebrales, como la epilepsia. Una ventaja particular del EEG es que el participante puede moverse mientras se toman las grabaciones, lo cual es útil a la hora de medir la actividad cerebral en niños que a menudo tienen dificultades para mantenerse quietos. Además, al seguir los impulsos eléctricos a través de la superficie del cerebro, los investigadores pueden observar cambios en periodos de tiempo muy rápidos.

Espiando dentro del cerebro: Neuroimagen

Si bien el EEG puede proporcionar información sobre los patrones generales de actividad eléctrica dentro del cerebro, y aunque el EEG permite al investigador ver estos cambios rápidamente a medida que ocurren en tiempo real, los electrodos deben colocarse en la superficie del cráneo y cada electrodo mide las ondas cerebrales de grandes áreas del cerebro. Como resultado, los EEG no proporcionan una imagen muy clara de la estructura del cerebro.

Pero existen técnicas para proporcionar imágenes cerebrales más específicas. La resonancia magnética funcional (fMRI) es un tipo de exploración cerebral que utiliza un campo magnético para crear imágenes de la actividad cerebral en cada área cerebral. El paciente se acuesta en una cama dentro de una gran estructura cilíndrica que contiene un imán muy fuerte. Las neuronas que están disparando consumen más oxígeno, y la necesidad de oxígeno aumenta el flujo sanguíneo a la zona. El fMRI detecta la cantidad de flujo sanguíneo en cada región cerebral, y por lo tanto es un indicador de actividad neuronal.

Se pueden producir imágenes muy claras y detalladas de las estructuras cerebrales (ver, por ejemplo, Figura\(\PageIndex{16}\)) a través de fMRI. A menudo, las imágenes toman la forma de “cortes” transversales que se obtienen a medida que el campo magnético pasa a través del cerebro. Las imágenes de estas rebanadas se toman repetidamente y se superponen sobre imágenes de la propia estructura cerebral para mostrar cómo la actividad cambia en diferentes estructuras cerebrales a lo largo del tiempo. Cuando se le pide al participante de la investigación que participe en tareas mientras está en el escáner (por ejemplo, jugando un juego con otra persona), las imágenes pueden mostrar qué partes del cerebro están asociadas con qué tipo de tareas. Otra ventaja del fMRI es que es no invasivo. El participante de la investigación simplemente ingresa a la máquina y comienzan las exploraciones.

Aunque los propios escáneres son caros, las ventajas de las IRMF son sustanciales, y ahora están disponibles en muchos entornos universitarios y hospitalarios. La fMRI es ahora el método más utilizado para aprender sobre la estructura cerebral.

Figura\(\PageIndex{16}\) FMRI Imagen

El fMRI crea imágenes cerebrales de la estructura y actividad cerebral. En esta imagen las áreas roja y amarilla representan un aumento del flujo sanguíneo y, por lo tanto, una mayor actividad. A partir de tu conocimiento de la estructura cerebral, ¿puedes adivinar lo que está haciendo esta persona?

Foto cortesía de los Institutos Nacionales de la Salud, Wikimedia Commons — dominio público.

Todavía hay un enfoque más que se está implementando con mayor frecuencia para entender la función cerebral, y aunque es nuevo, puede llegar a ser el más útil de todos. La estimulación magnética transcraneal (TMS) es un procedimiento en el que se aplican pulsos magnéticos al cerebro de personas vivas con el objetivo de desactivar de manera temporal y segura una pequeña región cerebral. En estudios de TMS, el participante de la investigación se escanea primero en una máquina de resonancia magnética magnética para determinar la ubicación exacta del área cerebral que se va a probar. Luego se proporciona la estimulación eléctrica al cerebro antes o mientras el participante está trabajando en una tarea cognitiva, y se evalúan los efectos de la estimulación en el rendimiento. Si la capacidad del participante para realizar la tarea está influenciada por la presencia de la estimulación, entonces los investigadores pueden concluir que esta área particular del cerebro es importante para llevar a cabo la tarea.

La principal ventaja del TMS es que permite al investigador sacar conclusiones causales sobre la influencia de las estructuras cerebrales en los pensamientos, sentimientos y comportamientos. Cuando se aplican los pulsos de TMS, la región cerebral se vuelve menos activa, y se espera que esta desactivación influya en las respuestas del participante de la investigación. La investigación actual ha utilizado TMS para estudiar las áreas cerebrales responsables de la emoción y la cognición y sus roles en cómo las personas perciben la intención y abordan el razonamiento moral (Kalbe et al., 2010; Van den Eynde et al., 2010; Young, Camprodon, Hauser, Pascual-Leone, & Saxe, 2010). TMS también se usa como tratamiento para una variedad de afecciones psicológicas, incluyendo migraña, enfermedad de Parkinson y trastorno depresivo mayor.

Enfoque de Investigación: Ciberostracismo

Las técnicas de neuroimagen tienen implicaciones importantes para comprender nuestro comportamiento, incluyendo nuestras respuestas a quienes nos rodean. Naomi Eisenberger y sus colegas (2003) probaron la hipótesis de que las personas que fueron excluidas por otros reportarían angustia emocional y que las imágenes de sus cerebros mostrarían que experimentaban dolor en la misma parte del cerebro donde normalmente se experimenta el dolor físico. En el experimento, 13 participantes fueron colocados cada uno en una máquina de imágenes cerebrales fMRI. A los participantes se les dijo que estarían jugando un juego de computadora “Cyberball” con otros dos jugadores que también estaban en máquinas fMRI (los dos oponentes en realidad no existían, y sus respuestas fueron controladas por la computadora).

Cada uno de los participantes se midió bajo tres condiciones diferentes. En la primera parte del experimento, se les dijo a los participantes que a raíz de dificultades técnicas, aún no se pudo hacer el vínculo con los otros dos escáneres, y así al principio no podían participar, sino solo ver, la jugada del juego. Esto permitió a los investigadores tomar una lectura de fMRI basal. Entonces, durante un segundo escaneo de inclusión, los participantes jugaron el juego, supuestamente con los otros dos jugadores. Durante este tiempo, los demás jugadores lanzaron el balón a los participantes. En el tercero, exclusión, escaneo, sin embargo, los participantes recibieron inicialmente siete tiros de los otros dos jugadores pero luego fueron excluidos del juego porque los dos jugadores dejaron de lanzar la pelota a los participantes por lo que resta del escaneo (45 tiros).

Los resultados de los análisis mostraron que la actividad en dos áreas del lóbulo frontal fue significativamente mayor durante la exploración de exclusión que durante la exploración de inclusión. Debido a que se sabe que estas regiones cerebrales por investigaciones previas son activas para individuos que están experimentando dolor físico, los autores concluyeron que estos resultados muestran que las respuestas cerebrales fisiológicas asociadas con ser socialmente excluidas por otros son similares a las respuestas cerebrales experimentadas en la física lesión.

Investigaciones adicionales (Chen, Williams, Fitness, & Newton, 2008; Wesselmann, Bagg, & Williams, 2009) han documentado que las personas reaccionan al ser excluidas en una variedad de situaciones con una variedad de emociones y comportamientos. Las personas que sienten que están excluidas, o incluso las que observan a otras personas siendo excluidas, no solo experimentan dolor, sino que se sienten peor consigo mismas y sus relaciones con las personas en general, y pueden trabajar más arduamente para tratar de restablecer sus conexiones con los demás.

Claves para llevar

• Estudiar los cerebros de cadáveres puede llevar a descubrimientos sobre la estructura cerebral, pero estos estudios son limitados debido a que el cerebro ya no está activo.
• Los estudios de lesiones son informativos sobre los efectos de las lesiones en diferentes regiones cerebrales.
• El registro electrofisiológico se puede usar en animales para medir directamente la actividad cerebral.
• Las medidas de la actividad eléctrica en el cerebro, como la electroencefalografía (EEG), se utilizan para evaluar los patrones de ondas cerebrales y la actividad.
• La resonancia magnética funcional (fMRI) mide el flujo sanguíneo en el cerebro durante diferentes actividades, proporcionando información sobre la actividad de las neuronas y, por lo tanto, las funciones de las regiones cerebrales.
• La estimulación magnética transcraneal (TMS) se utiliza para desactivar de manera temporal y segura una pequeña región cerebral, con el objetivo de probar los efectos causales de la desactivación sobre el comportamiento.

Ejercicio y Pensamiento Crítico

1. Considera las diferentes formas en que los psicólogos estudian el cerebro, y piensa en una característica o comportamiento psicológico que podría estudiarse utilizando cada una de las diferentes técnicas.

Referencias

Chen, Z., Williams, K. D., Fitness, J., & Newton, N. C. (2008). Cuando el daño no sanará: Explorando la capacidad de revivir el dolor social y físico. Ciencia Psicológica, 19 (8), 789—795.

Damasio, H., Grabowski, T., Frank, R., Galaburda, A. M., Damasio, A. R., Cacioppo, J. T., & Berntson, G. G. (2005). El regreso de Phineas Gage: Pistas sobre el cerebro desde el cráneo de un paciente famoso. En Neurociencia social: Lecturas clave (pp. 21—28). Nueva York, NY: Psychology Press.

Diamante, M. C. (1999). ¿Por qué el cerebro de Einstein? Nuevos horizontes para el aprendizaje. Recuperado a partir de http://www.newhorizons.org/neuro/diamond_einstein.htm

Eisenberger, N. I., Lieberman, M. D., & Williams, K. D. (2003). ¿Duele el rechazo? Un estudio fMRI sobre la exclusión social. Ciencia, 302 (5643), 290—292.

Kalbe, E., Schlegel, M., Sack, A. T., Nowak, D. A., Dafotakis, M., Bangard, C.,... Kessler, J. (2010). Disociación cognitiva de la teoría afectiva de la mente: Un estudio de TMS. Cortex: Una revista dedicada al estudio del sistema nervioso y la conducta, 46 (6), 769—780.

Kanwisher, N. (2000). Especificidad de dominio en la percepción facial. Neurociencia de la naturaleza, 3 (8), 759—763.

Koenigs, M., Young, L., Adolphs, R., Tranel, D., Cushman, F., Hauser, M., & Damasio, A. (2007). El daño a la corteza prefontal aumenta los juicios morales utilitarios. Naturaleza, 446 (7138), 908—911.

Kotowicz, Z. (2007). El extraño caso de Phineas Gage. Historia de las Ciencias Humanas, 20 (1), 115—131.

Macmillan, M. (2000). Un extraño tipo de fama: Historias de Phineas Gage. Cambridge, MA: Prensa MIT.

Miller, G. (2008). Las raíces de la moralidad. Ciencia, 320, 734—737.

Van den Eynde, F., Claudino, A. M., Mogg, A., Horrell, L., Stahl, D.,... Schmidt, U. (2010). La estimulación magnética transcraneal repetitiva reduce el deseo alimentario inducido por señales en los trastornos bulímicos. Psiquiatría Biológica, 67 (8), 793—795.

Wesselmann, E. D., Bagg, D., & Williams, K. D. (2009). “Siento tu dolor”: Los efectos de observar el ostracismo en el sistema de detección del ostracismo. Revista de Psicología Social Experimental, 45 (6), 1308—1311.

Young, L., Camprodon, J. A., Hauser, M., Pascual-Leone, A., & Saxe, R. (2010). La alteración de la unión temporoparietal derecha con estimulación magnética transcraneal reduce el papel de las creencias en los juicios morales. PNAS Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América, 107 (15), 6753—6758.