Nuevos descubrimientos radicales están cambiando la neurociencia al revés

Viking Press
Como lo ilustra la portada de su libro "The Fabric of Mind", mi padre (Richard Bergland, MD) siempre prefirió las secciones transversales sagitales del cerebro porque este punto de vista ilustra mejor la división entre las estructuras corticales y subcorticales.
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Los avances en las neurotecnologías están destruyendo los sistemas de creencias de larga data y convirtiendo puntos de vista bien establecidos sobre cómo funciona el cerebro al revés. Estos son tiempos emocionantes de descubrimiento neurocientífico radical que nos ayudan a comprender mejor cómo funcionan nuestras mentes y cerebros.

En los últimos meses, una oleada de nuevas investigaciones sobre las regiones cerebrales subcorticales -incluido el cerebelo, el tallo encefálico y los ganglios basales- está cambiando la forma en que los neurocientíficos ven la función de las regiones cerebrales corticales que incluyen la corteza prefrontal. ( Cortical significa "relacionado con la capa externa del cerebro" que se conoce como la corteza cerebral. Subcortical se refiere a cualquier región del cerebro debajo de la corteza cerebral).

Las regiones cerebrales corticales del cerebro generalmente se consideran el "límite de pensamiento" que abarca todas las regiones cerebrales del cerebro. Por otro lado, las regiones subcorticales se consideran regiones del cerebro "no pensantes" que son impulsadas por fuerzas automáticas o subconscientes.

Más adelante en esta publicación de blog de Psychology Today , voy a resumir los aspectos más destacados de tres estudios de vanguardia sobre las estructuras cerebrales subcorticales que se publicaron el año pasado. Pero primero, quiero darle algunos antecedentes personales que expliquen por qué he tenido mis antenas para este tipo de investigación desde el comienzo del siglo XXI. Y por qué me levanto cada mañana esperando nuevas investigaciones de vanguardia sobre regiones cerebrales subcorticales.

"Lo que el Cerebelo está haciendo, lo está haciendo mucho"

Courtesy of Larry Vandervert
Fuente: Cortesía de Larry Vandervert

Mi padre, Richard Bergland, era neurocirujano, neurocientífico y autor de The Fabric of Mind. Como un pensador visionario, mi padre era un pionero y pionero que estaba adelantado a su tiempo. Como neurocientífico, mi padre a menudo se sentía frustrado por las limitaciones tecnológicas del siglo XX.

Con demasiada frecuencia, era científicamente imposible para mi padre probar empíricamente una de sus hipótesis sobre el papel de una región cerebral en particular, que obtuvo al observar a sus pacientes humanos antes y después de realizar una cirugía cerebral en la sala de operaciones, utilizando animales como ratones u ovejas en su laboratorio.

Por ejemplo, un accidente cerebrovascular o tumor que finalmente afecta la función cognitiva, emocional y psicológica de alguien podría ocurrir en regiones corticales del cerebro que incluyen los lóbulos frontal, parietal, temporal y occipital o estructuras subcorticales que incluyen los ganglios basales, tronco encefálico y cerebelo .

Como neurocirujano, mi padre presenció de primera mano las consecuencias neurológicas muy específicas que causaría un evento cerebral traumático en uno de sus pacientes. Mi padre sabía anecdóticamente de décadas de cirugía cerebral que el daño cortical y subcortical tuvo un impacto dramático en varios aspectos de la función cognitiva y psicológica. Pero, una vez más, no pudo demostrar estos hallazgos empíricamente en su laboratorio.

Debido a su conocimiento anatómico de que el cerebelo tenía solo un 10 por ciento del volumen cerebral pero contenía más del 50 por ciento de las neuronas totales del cerebro, mi padre planteaba regularmente la cuestión de las influencias subcorticales diciendo: "No sabemos exactamente qué es el cerebelo obra. Pero lo que sea que esté haciendo, está haciendo mucho de eso ".

A finales del siglo XX, a mi padre le costó convencer a sus colegas científicos de que las regiones subcorticales "no pensantes" del cerebro (como el cerebelo) podían influir en los procesos cognitivos. Pero como mencioné anteriormente, le fue imposible demostrar lo que observó anecdóticamente con los pacientes en un estudio de animales empíricamente basado.

Tristemente, la mayoría de los colegas de mi padre en el establecimiento médico eventualmente lo etiquetaron como un hereje por implacablemente intentar poner las influencias cognitivas y emocionales del cerebelo y otras regiones subcorticales del cerebro en el punto de mira.

La colosal decepción de mi padre por no poder expresar sus ideas más radicales sobre cómo funciona el cerebro publicado en revistas revisadas por pares me hizo sentir mal por él. Quería ayudar a mi padre a encontrar un escondite alrededor de lo que él llamaba 'guardianes de la Torre de Marfil' al idear una forma de eludir al establecimiento médico y publicar sus revolucionarias ideas sobre el cerebro.

Afortunadamente, en 2004, después de batir un récord mundial Guinness al correr 6 maratones consecutivos (153.76 millas) en 24 horas en una cinta rodante, un agente literario en Nueva York llamado Giles Anderson se me acercó para ver si estaba interesado en escribiendo un libro. Unas semanas más tarde, habíamos firmado un acuerdo con Diane Reverand en St. Martin's Press. Sabía que esta era una oportunidad de oro y mi única oportunidad en la vida de llevar las ideas de mi padre sobre las estructuras cerebrales subcorticales a una gran audiencia general.

Durante 2005, mi padre y yo hablamos varias veces al día e intercambiamos cientos y cientos de correos electrónicos sobre neurociencia. Durante este período, mi padre y yo creamos el "Modelo del cerebro dividido de Bergland" que sentaba estructuras corticales en lo que llamamos el "cerebro superior" y las estructuras subcorticales en lo que nos referimos como "cerebro abajo".

El modelo de cerebro dividido de Bergland de " cerebro cerebro abajo " fue una respuesta directa y convincente al omnipresente pero profundamente defectuoso modelo de " cerebro izquierdo-derecho ".

A principios de 2007, unas pocas semanas antes de que mi padre muriera repentinamente de un ataque al corazón, publiqué nuestro revolucionario marco de cerebro dividido en The Athlete's Way: Sweat and the Biology of Bliss . (Estoy eternamente agradecido de que mi padre muriera sabiendo que sus ideas radicales sobre las regiones cerebrales subcorticales habían sido publicadas por St. Martin's Press).

La ilustración del "Modelo de cerebro dividido de Bergland" a continuación es de p. 81 de The Athlete's Way . Este diagrama resalta la división saliente entre las regiones cerebrales corticales y subcorticales en un marco hipotético simplificado que se basa en el yin-yang de conectividad funcional robusta entre estas regiones para mantener la homeostasis psicológica.

Screenshot by Christopher Bergland
Esta ilustración del "Modelo del cerebro dividido de Bergland" fue creada en 2005 por Christopher Bergland junto con su padre, Richard Bergland, MD, y publicada en la pág. 81 de The Athlete's Way (Prensa de San Martín).
Fuente: Captura de pantalla de Christopher Bergland

"Up Brain-Down Brain" | Versión 2.0

Mi versión original de "cerebro cerebro abajo" como se ve arriba se enfocó únicamente en el cerebro (latín para "cerebro") y el cerebelo (latín para "cerebro pequeño"). Sin embargo, en base a todas las nuevas investigaciones innovadoras sobre la poderosa influencia de otras regiones subcorticales del cerebro en los últimos años; Ahora incluiría los ganglios basales y el tallo cerebral como parte del "cerebro descendente" en la versión 2.0 actualizada del modelo de cerebro dividido de Bergland.

Hace una década, cuando publiqué las ideas radicales de mi padre sobre las estructuras cerebrales subcorticales en The Athlete's Way, la mayoría de estas ideas todavía eran solo una conjetura educada basada en la evidencia anecdótica de mi padre. Desde entonces, los avances en las tecnologías basadas en la neurociencia han permitido a los investigadores profundizar y descubrir nuevas y emocionantes pistas sobre la misteriosa interacción entre regiones cerebrales corticales y subcorticales en laboratorios de todo el mundo.

Los últimos hallazgos empíricos están convirtiendo la sabiduría convencional acerca de cómo las regiones subcorticales "no pensantes" de nuestro cerebro realmente afectan el "pensamiento" cerebral al revés.

Debido a que hay demasiadas investigaciones científicas nuevas sobre las estructuras cerebrales subcorticales como para presentarlas en una sola publicación de blog, he decidido elegir tres estudios pioneros que se publicaron el año pasado. Cada uno de estos estudios ayuda a avanzar en nuestra comprensión de cómo funcionan el cerebelo, el tallo cerebral y los ganglios basales junto con las regiones corticales del cerebro.

En la siguiente sección, he incluido un ejemplo para cada una de estas tres regiones cerebrales junto con una representación artística de la región del cerebro, una sinopsis del estudio y un enlace a una publicación más profunda del blog de Psychology Today sobre la investigación. .

1. El cerebelo

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El cerebelo
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En 1504, Leonardo da Vinci realizó la colada de cera del cerebro humano y acuñó el término "cerebelo" para describir dos hemisferios cerebrales pequeños que están bien escondidos debajo de los hemisferios relativamente húmidos del cerebro. Cerebella r es la palabra hermana para cerebral y significa 'relacionado o localizado en el cerebelo'.

Históricamente, los neurocientíficos consideraban que el cerebelo era la sede de actividades no pensantes, como la coordinación y el ajuste de los movimientos musculares. Sin embargo, en los últimos años, una amplia gama de estudios han demostrado (por primera vez) que el cerebelo juega un papel importante en muchos de nuestros procesos cognitivos, emocionales y creativos.

Por ejemplo, los neurocientíficos y psicólogos de la Universidad de Stanford están llevando a cabo una investigación pionera sobre la base neuronal de la optimización de la capacidad creativa. Sus hallazgos sugieren que el cerebelo puede ser la principal fuerza impulsora en muchos de nuestros procesos creativos. La investigación sugiere que para que el pensamiento creativo funcione libremente, es útil 'soltar' las funciones ejecutivas rígidas de la corteza prefrontal.

Los investigadores de Stanford descubrieron que suprimir los centros de control ejecutivo del cerebro y permitir que el cerebelo sea el "controlador" aumenta la capacidad creativa espontánea. Este es un concepto revolucionario que desafía la construcción dudosa del "cerebro derecho" siendo nuestro epicentro creativo.

El estudio de junio de 2016, "Cambios en la activación cerebral asociados con la mejora espontánea y la creatividad figurativa después del entrenamiento basado en el pensamiento del diseño: un estudio longitudinal de resonancia magnética funcional", se publicó en la revista Cerebral Cortex . Escribí sobre esta investigación en una publicación de blog de Psychology Today , "Capacidad mejorada de cerebelo aumenta la capacidad creativa".

2. Ganglios basales

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Los ganglios basales.
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Los ganglios basales son una región subcortical del cerebro con proyecciones neuronales y conectividad funcional que se extienden a la corteza cerebral, tronco encefálico, cerebelo y varias otras áreas del cerebro.

El cuerpo estriado es una subsección específica de los ganglios basales que contiene un grupo de varias regiones cerebrales y neuronas que se asocian con la formación de hábito, el control de los movimientos voluntarios, las emociones y la adicción.

Según los neurocientíficos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), el mal funcionamiento de los ganglios basales se ha asociado con las enfermedades de Parkinson y Huntington, así como con los trastornos del espectro autista (TEA), el trastorno obsesivo compulsivo (TOC) y el síndrome de Tourette.

Utilizando un modelo de ratón, los neurocientíficos del MIT liderados por Ann Graybiel pudieron identificar recientemente que un grupo específico de neuronas en los ganglios basales está involucrado en la toma de decisiones emocionales que requieren cualquier tipo de "análisis de costo-beneficio" que provoque ansiedad y signifique ser pragmático mientras escuchas tus instintos intestinales primarios simultáneamente.

Los investigadores del MIT han identificado que la vía de comunicación neuronal al estriado está directamente relacionada con otro subsistema complejo alimentado por dopamina. Los investigadores llaman a este subsistema un "bouquet estridente-dendrón".

Tómese unos minutos para ver a Graybiel resumir claramente cómo las regiones subcorticales como los ganglios basales interactúan con el "límite de pensamiento" de la corteza cerebral. ¡Tuve un Aha! momento después de ver este clip de YouTube. El video está realmente bien hecho y tiene excelentes efectos visuales.

La última investigación del MIT sobre el cuerpo estriado muestra que la mecánica cerebral de la toma de decisiones emocionales implica un circuito de bucle que depende de la función de la dopamina que está enraizada en los ganglios basales.

Este estudio de septiembre de 2016, "Los ramos Striosome-Dendron resaltan un circuito estriatonigral único dirigido a las neuronas que contienen dopamina", se publicó en Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Escribí una publicación de blog de Psychology Today basada en estos hallazgos, "Estudio que señala los circuitos cerebrales de la toma de decisiones emocionales".

3. El tallo cerebral

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El tallo cerebral
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El tronco encefálico es una región cerebral subcortical que es fundamental para mantener la conciencia, regular la función cardíaca y respiratoria automática del sistema nervioso central y mucho, mucho más.

Hasta hace poco, los neurocientíficos no creían que el tronco cerebral desempeñara un papel en los comportamientos sociales de los mamíferos. Pero una nueva investigación muestra que las proyecciones neuronales desde la corteza prefrontal a una región específica del tallo cerebral están directamente relacionadas con el control del comportamiento impulsivo y la respuesta de "lucha o huida".

En 2007, Dean Mobbs, profesor de neurociencia cognitiva en Caltech y su equipo, identificó por primera vez que la interacción entre la corteza prefrontal (PFC) y el área gris periacueductal (PAG) del tronco encefálico se asoció con aspectos específicos del comportamiento social -como el impulso de tomar vuelo en respuesta a un estímulo amenazante, como un depredador o matón.

Para este estudio, Mobbs et al. usó fMRI para controlar la actividad cerebral mientras que los participantes del estudio jugaron un juego tipo Pac-Man dentro del escáner de neuroimagen. Los investigadores descubrieron que en los momentos antes de que el avatar de Pac-Man de alguien se devorara, la corteza prefrontal de los jugadores se cerraba justo cuando una región del tronco encefálico llamada PAG se volvía muy activa y se iluminaba en la fMRI.

 EMBL/Livia Marrone
La corteza prefrontal (PFC) se conecta directamente a una región del tronco encefálico, el gris periacueductal (PAG), a través de neuronas corticales prefrontales específicas. Estas neuronas (en morado) se proyectan directamente desde la corteza prefrontal hasta la PAG y parecen controlar las conductas instintivas.
Fuente: EMBL / Livia Marrone

A principios de esta semana, los neurocientíficos del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL) localizaron proyecciones neuronales específicas desde la corteza prefrontal hasta la región PAG del tronco encefálico que parecen evitar que las criaturas sociables, como los humanos y los ratones, actúen con instinto impulsivo. impulsado por sentimientos de derrota social.

El estudio de enero de 2017, "Control cortical prefrontal de un circuito de comportamiento social del tronco encefálico", se publicó en línea antes de imprimir en Nature Neuroscience . Escribí sobre estos hallazgos en una publicación de blog de Psychology Today , "Social Defeat Wreaks Havoc on Brain Circuitry, Study Finds".

Este estudio EMBL ilumina la importancia de la conectividad funcional robusta entre la corteza prefrontal y el tronco encefálico para controlar la impulsividad basada en el miedo desencadenada por la derrota social o la intimidación. Estos hallazgos podrían tener amplias implicaciones para tratar la esquizofrenia junto con una amplia gama de trastornos del estado de ánimo como la depresión, la ansiedad y los comportamientos de evitación asociados con el trastorno de estrés postraumático (TEPT).

Donald Trump es un ejemplo perfecto del mundo real y un estudio de caso de los nuevos hallazgos de EMBL que el control de impulsos requiere una conectividad funcional robusta entre el PFC y el PAG. Por ejemplo, mientras veía a Donald Trump perder el control en una conferencia de prensa ayer y atacar a un reportero de CNN porque se sentía derrotado socialmente y acosado por acusaciones de "noticias falsas" de fuentes anónimas … Me preguntaba si nuestro presidente electo y su equipo de transición podría beneficiarse de la comprensión de los correlatos neuronales de ciertos comportamientos sociales?

Mantener la calma durante momentos emocionales de derrota social, cuando la impulsividad o el miedo a menudo conduce a reacciones instintivas impulsivas de elegir pelea o huida parece requerir una sólida conectividad con la corteza prefrontal para mantener el autocontrol y la ecuanimidad.

La buena noticia es que estos circuitos neuronales nunca son fijos. La neuroplasticidad hace posible que cada uno de nosotros mejore la conectividad funcional de nuestro cerebro y aprenda a ser más compasivo, empático y evite los estallidos de agresión o ira. (Para obtener más información acerca de cómo hacer esto, consulte mi publicación de blog de Psychology Today , "5 formas basadas en la ciencia para romper el ciclo de los ataques de furia")

Afortunadamente, los últimos hallazgos de EMBL junto con otros avances presentados en este documento que mejoran nuestra comprensión de la poderosa influencia de las regiones cerebrales subcorticales en nuestro comportamiento conducirán a nuevas intervenciones basadas en la neurociencia que mejoran las vidas individuales y las dinámicas sociales entre personas de todos los ámbitos.

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