Investigación

Este contenido se basa en el Capítulo 5: Methods and Strategies of Research de la 13º edición del libro Physiology of behavior, de Neil R. Carlson y Melissa A. Birkett. La 13º edición fue publicada en 2020. A continuación muestro un pequeño fragmento del libro:

Página 90 del libro Physiology of behavior.

Tipos de investigación

La investigación en psicobiología se divide en dos grandes tipos:

• Investigación básica: Motivada por la curiosidad del investigador, busca adquirir conocimientos fundamentales sobre el funcionamiento del mundo. Un ejemplo de esto es estudiar cómo funciona el cerebro.
• Investigación aplicada: Se centra en la aplicación práctica de esos conocimientos para lograr un beneficio directo para la humanidad. Por ejemplo, estudiar las causas de la Enfermedad de Alzheimer.

Ambos tipos de investigación han permitido grandes avances en el conocimiento humano.

Métodos y técnicas de investigación

Métodos

El estudio de la biología del comportamiento implica la colaboración de muchas disciplinas científicas. Llevar a cabo un proyecto de investigación en biopsicología requiere dominar diversas técnicas experimentales.

Por otro lado, hay que recordar que las conclusiones más válidas no se extraen de un único experimento, sino de un programa de investigación que permite comparar resultados que abordan el mismo problema con diferentes métodos.

Por eso, los investigadores deben estar familiarizados con las ventajas y limitaciones de los métodos que emplean.

Técnicas

En esta sección se enumeran las diferentes técnicas utilizadas en la investigación psicobiológica:

• Técnicas de visualización de la estructura del cerebro humano in vivo.
• Técnicas de registro de la actividad neural en humanos.
• Técnicas de registro fisiológico no-invasivo de actividad periférica.
• Técnicas intervencionistas de estimulación del SNC humano.
• Técnicas invasivas en investigación fisiológica.
• Técnicas genéticas.
• Pruebas de evaluación conductual, que puede ser en seres humanos y en otros animales.

Neuroimagen

Las técnicas de neuroimagen se dividen en dos categorías principales, que se describen a continuación:

1. Estructurales: proporcionan información sobre las estructuras anatómicas.
2. Funcionales: permiten observar el funcionamiento en tiempo cuasi-real.

Algunas técnicas comunes incluyen:

• Tomografía Axial Computarizada (en inglés: ACT): técnica de rayos X asistida por ordenador, que permite observar distintas estructuras del cerebro in vivo analizando la densidad de los tejidos. Por ejemplo, el hueso se ve totalmente blanco, al ser muy denso; y el líquido cefaloraquídeo y la grasa se ven negras, por ser muy poco densas.
• Resonancia Eletro-Magnética (en inglés: EMR): utiliza un imán que genera un campo magnético constante de gran intensidad. Se compone de un imán creador del campo electromagnético, una antena emisora de radiofrecuencia, una antena receptora de la señal y un ordenador que permite la representación de la imagen. Dependiendo del tiempo de esposición, el EMR genera dos tipos de imagen - generalmente se utilizan ambas en combinación:
  • Imágenes T1: Muestran la anatomía normal del tejido blando y la grasa. Permite encontrar grasa en masas de tejido,así como posibles hemorragias subagudas.
  • Imágenes T2: Muestran líquido y alteraciones como tumores e inflamaciones.
• Tomografía por Emisión de Positrones (en inglés: PET): Técnica de rayos X asistida por ordenador, que permite observar distintas estructuras del cerebro in vivo analizando la densidad de los tejidos.

Pregunta

Las principales ventajas de las técnicas de neuroimagen funcional son:

Registro de la actividad neural

Estas técnicas cuantifican el procesamiento neuronal en una unidad de tiempo determinada, relacionando la actividad cerebral con las demandas de oxígeno y glucosa. Es decir: puesto que el cerebro no tiene reservas energéticas, la actividad neuronal implica un consumo de oxígeno y glucosa dedicado, localizado y proporcional a la actividad. Por eso, el incremento en consumo de glucosa y $O_2$ permite inferir la actividad cerebral.

Algunas de estas técnicas son:

• Resonancia Magnética Funcional (en inglés: RMf): Detecta e identifica áreas del cerebro durante su actividad, utilizando el contraste BOLD (blood oxygen level dependent) para medir la concentración de hemoglobina oxigenada en la sangre.
• Tomografía por Emisión de Positrones (en inglés: PET): Estudia la radiación electromagnética resultante de un marcador radioactivo introducido por vía intravenosa, permitiendo medir la tasa metabólica de glucosa.
• Tomografía Computarizada por Emisión de Fotones Simples (en inglés: SPECT): Mide el flujo sanguíneo utilizando radiotrazadores, proporcionando información menos cuantificable que el PET.
• Electroencefalografía (EEG): registra la actividad celebral espontánea a través de electrodos situadios en el cuero cabelludo. Así, permite inferir la actividad de la parte más externa del cerebro: la corteza del encéfalo. El EEF tiene muy buena resolución temporal; es decir: mide cambios en el tiempo - pero no tiene buena resolución espación.
• Potenciales Evocados: Cambios rápidos en la actividad eléctrica del sistema nervioso originados por eventos o estímulos puntuales. Se presenta un estímulo visual, auditivo o somestésico que provoca una respuesta eléctrica. El estímulo se presenta repetidas veces y se obtiene un promedio de las respuestas de cada electrodo.
• Magnetoencefalografía (MEG): Es la técnica más avanzada y precisa, que es capaz de detectar los más débiles campos magnéticos cerebrales producidos por corrientes intracelulares en las neuronas piramidales. Es la mejor herramienta de entre las disponibles en la actualidad, para estudiar la actividad neural.
• Corticografía (electrocorticografía): a diferencia de las anteriores, es una técnica invasiva. Permite registrar la actividad cerebral a través de electrodos situados directamente sobre la corteza cerebral. Se utiliza con fines clínicos.

Entre las técnicas mencionadas, la única que no requiere administración intravenosa de ninguna sustancia es la RMf. Las otras dos, requieren la administración de un biomarcador radioactivo.

Ondas medidas por el electroencefalograma (EEG)

Todas estas técnicas miden las interacciones electro-químicas entre las células del sistema nervioso. Estas interacciones suceden a distintas frecuencias.

A continuación se presenta una tabla que detalla los diferentes tipos de ondas cerebrales registradas mediante EEG, junto con sus frecuencias y los estados cerebrales asociados:

Onda	Frecuencia	Región cerebral	Estados cerebrales
Delta	0.5 - 4 Hz	En todas las áreas	Asociada con el estado de sueño profundo (fase III y IV del sueño NREM).
Theta	4 - 8 Hz	Región fronto-centro-temporal	Aparece en estados de somnolencia, en las fases I y II del sueño NREM. Asociada a estados de meditación y relajación profunda.
Alpha	8 - 13 Hz	Región occipital	Indica estado de relajación con alerta, atención pasiva. Predominante en estados de relajación y en vigilia con los ojos cerrados.
Beta	13 - 30 Hz	Regiones frontales y frontales superiores	Asociada con la vigilia, razonamiento activo, resolución de problemas, atención y procesamiento cognitivo activo.
Gamma	>30 Hz	Región fronto-central	Asociada a procesos de alta complejidad cognitiva, percepción, atención sostenida, y respuesta a estímulos sensoriales.

La frecuencia también se puede expresar mediante ciclos por segundo. Por ejemplo 4 Hz significa 4 ciclos por segundo.

Registro fisiológico no-invasivo de actividad periférica

¿Qué es periférico?

El término periférico, en el contexto del sistema nervioso, se refiere a las funciones y respuestas fisiológicas que ocurren fuera del sistema nervioso central. Es decir, la actividad periférica es la actividad del Sistema Nervioso Periférico (SNP): está dividido en dos sistemas: el somático y el autónomo.

Estas técnicas permiten medir diversas actividades periféricas sin invasión del cuerpo. Las técnicas incluyen:

Sistema nervioso somático

Para registrar la actividad del sistema nervioso somático, las técnicas más utilizadas son:

• Electromiografía (EMG): Registra la actividad eléctrica de los músculos tanto en reposo como en actividad.
• Electrooculografía (EOG): Registra los movimientos oculares.

Sistema nervioso autónomo

Para registrar la actividad del sistema nervioso autónomo, las técnicas más utilizadas son:

• Actividad electrodermal (AED): registra cambios en las propiedades eléctricas de la piel, como la conductancia y la resistencia; reflejando el arousal y las experiencias emocionales.
• Actividad cardiovascular: Mide la frecuencia cardíaca, la tensión arterial y la volemia. La volemia son cambios del volumen sanguíneo en una determinada localización.
• Actividad gastrointestinal: Mide el pH intestinal para medir las señales eléctricas que viajan a través de los músculos del estómago.

Técnicas intervencionistas de estimulación del SNC Humano

Estas técnicas se utilizan para estimular el sistema nervioso central humano.

Pueden ser invasivas o no invasivas, como se describe a continuación:

1. Invasivas, que incluyen:
   • Técnica de Penfield: estimula el córtex cerebral mediante electrodos aplicados directamente. Así, es posible identificar neuronas vinculadas con una determinada actividad, como en el caso de la epilepsia. Se utiliza sólo a nivel clínico, debido a su alto grado de invasión.
   • Test de Wada: consiste en administrar un anestésico llamado amital sódico en la arteria carótida para anestesiar temporalmente un hemisferio cerebral y evaluar las funciones cognitivas. Cabe señalar que se suele anestesiar el hemisferio ipsilateral (en el mismo lado del cuerpo).
2. No Invasivas, que incluyen:
   • Estimulación Magnética Transcraneal (en inglés: TMS): Induce una corriente en el cerebro utilizando un campo magnético a través del cuero cabelludo, activando o interfiriendo con funciones cerebrales. Es una técnica segura e indolora.

Técnicas invasivas en investigación fisiológica

Estas técnicas implican la intervención directa en el cuerpo y se utilizan en investigación fisiológica. Algunas de ellas son:

• Estereotaxia: Localiza con precisión estructuras cerebrales para realizar lesiones, estimular o inyectar sustancias. Implica la implantación de electrodos o la inyección de sustancias químicas. Es decir: requiere cirugía en el cerebro. Esta técnica, por ser tan invasiva, se utiliza sólo en animales. La única excepción podrían ser los pacientes con Parkinson que no responden a ningún otro tratamiento.
• Histología: consiste en observar un tejido mediante un microscopio. En el caso de la histología del cerebro, es una técnica post-mortem que requiere la realización de una serie de pasos:

Pregunta

La estereotaxia permite:

Técnicas genéticas

Estas técnicas se utilizan para estudiar el impacto de los genes en el comportamiento y la biología. Entre ellas se incluyen:

• Supresión de genes (ratones knockout): consiste en crear un organismo que carece de un gen determinado.
• Sustitución de genes (ratones transgénicos): Inserción de genes patológicos extraídos de células humanas.

Generalmente estos organismos son ratones.

Cuando se utilizan técnicas genéticas en humanos, éstas son no-invasivas y consiste en analizar la influencia genética a través de estudios de familias, de adopción y de gemelos.

Pruebas de evaluación conductual

En humanos

Las pruebas de evaluación conductual en humanos exploran las funciones cognitivas tras daño cerebral y establecen un plan de rehabilitación adecuado. Algunas de estas pruebas son:

• Evaluación neuropsicológica: consiste en analizar las funciones cerebrales después de un daño para establecer un plan. Sin embargo, será un neuropsicólogo quien examine los cambios más sutiles en las funciones de percepción, emoción, motivación o cognición.

En animales

Estas técnicas se utilizan para evaluar la conducta animal y pueden incluir varios métodos. Sirven, por ejemplo, para testar el efecto de un fármaco o una intervención, analizando la conducta del animal en ciertas situaciones.

A continuación se detallan algunos de estos métodos:

• Campo abierto, rueda de actividad y actímetro: Registro de la actividad motora y emocionalidad. Por ejemplo, para testar el efecto de un ansiolítico, analizar si una rata se desplaza por zonas de un campo que generalmente evitaría por miedo.
• Test de natación forzada: registro de la actividad natatoria del animal y de su inmovilidad.
• Aislamiento social, lesión cerebral, tetirada de sustancias, estimulación cerebral: inducción de la conducta agresiva.
• Condicionamiento clásico y operante: incluye técnicas como el condicionamiento de evitación y la autoestimulación eléctrica intracraneal, a través de programas de refuerzo apetitivo o de evitación.
• Laberintos: medición de la memoria espacial y otros procesos como el aprendizaje asociativo y la ansiedad.