Diseños de investigación en neurociencias. Dr. Jorge O. Alarcón V. Profesor Principal UNMSM

Transcripción

1 Diseños de investigación en neurociencias Dr. Jorge O. Alarcón V. Profesor Principal UNMSM

2 Diseños en neurociencias Estructural Enfoque Epidemiológico Otros

3 Enfoque estructural Objetivo Niveles Comportamiento Procesos cognitivos Redes neuronales y estructuras anatómicas Neurona Organelos Citoesqueleto Proteínas Genes Comprende cómo funciona el cerebro Características Puede ser muy simple como el reflejo motor o muy complejo como el ejecutar un instrumento musical. Aprendizaje, memoria, percepción, decisión, emoción y otros procesos de orden superior. Pueden integrar la información de todas las partes del cerebro 100 billones conectadas a través de 100 trillones de sinapsis. Proporcionan a la célula la capacidad de enviar señales a otras neuronas. Permiten que un proceso neural extienda grandes distancias del cerebro y del cuerpo Proporcionan a las neuronas sus habilidades de señalización intercelular y sus características fisiológicas. Unidades funcionales del genoma de un organismo. El genoma humano contiene aproximadamente 30,000 genes, cada subtipo neural expresa su propio subconjunto de genes.

4 El comportamiento no es lo que el organismo hace, sino lo que él decide hacer. Comportamiento Cognición Redes o circuitos Neuronas Organelos Citoesqueleto Proteínas Genes

5 Diseños Diseños Estudios de casos Exploración sistemática (screens) Descripción Experimento Características Identificar eventos naturales y usarlos para desarrollar hipótesis que pueden ser puestas a prueba mediante otros estudios. Buscar estructuras anatómicas, neuronas, proteínas o gens que podrían desempeñar un papel en un evento de interés Técnicas para observar el sistema nervioso sin manipular ninguna variable Para probar una hipótesis a través de la manipulación de una variable (VI) y determinar el efecto en otra (VD)

6 Ejemplos Diseños Estudios de casos Exploración sistemática (screens) Descripción Experimento Ejemplos Caso de Phineea Gage. Un trabajador ferroviario que tuvo un accidente en 1948 en el que un fierro le atravesó el cráneo y lesionó todo el lóbulo frontal pero sobrevivió. Esto permitió obtener información acerca del funcionamiento del lóbulo frontal y formular hipótesis. Un neurocientista quiere identificar los genes relacionados a la regulación del peso corporal, para lo cual compara los perfiles de expresión genética en los centros de alimentación del cerebro de animales alimentados y hambrientos. Las neuronas se pueden describir en términos de los genes o proteinas que ellos expresan, su morfología, o el número de neuronas de una población específica de neuronas o de sus propiedades electrofisiológicas. La "única" forma de probar una hipótesis en neurociencias. Hay dos tipos comunes de experimento:

7 Ejemplos de experimentos Tipo Pérdida de función (Necesidad) Ejemplos Parte del sistema nervioso (gen, proteína, actividad eléctrica o una parte completa de la estructura del cerebro) es disminuida o eliminada con la intención de comprobar su necesidad para que un cierto proceso ocurra. Algunas veces es complementado con una experimento de rescate, en el que la función suprimida se restituye. Responde a preguntas como estas: Is a normal copy of the gene Fezf2 necessary for the proper development of the cerebral cortex? Is the receptor for the hypocretin neuropeptide necessary for normal sleep/ wake transitions in mammals? Is electrical activity in the medial geniculate nucleus required for auditory-driven spikes in auditory cortex? Can human patients with damage to the cerebellar vermis perform as well as healthy controls on a verbal-memory task?

8 Ejemplos de experimentos Tipo Ganancia de función (Suficiencia) Ejemplos Un aspecto del sistema nervioso es incrementado sobre lo normal (aumentar la expresión de un gen o proteína, de la actividad eléctrica de una región, o un neurotransmisor en el medio extracelular). Responde a preguntas como estas: Can an increase in the gene TrpA1 cause mice to be hypersensitive to cold temperatures? Can an introcerebroventricular injection of Neuropeptide Y cause an increase in feeding behavior in rats? Can electrical microstimulation of the lateral geniculate nucleus increase spike frequencies over time in area V4 of visual cortex? Can stimulation of the motor cortex in human subjects using transcranial magnetic stimulation (TMS) cause motor behaviors?

9 Ejemplo de experimento En todo experimento es importante tener cuidado con las conclusiones. Experimento de "pérdida de función": Ratón al que se suprime un gen necesario y que no responde a los estímulos dolorosos. Conclusión 1: el gen es necesario para una respuesta adecuada, en el ensayo para la detección del dolor. El gen puede ser responsable del desarrollo normal de la médula espinal y el ratón no tiene sensación periférica. Conclusión 2: El gen regula la detección del dolor El gen puede codificar una proteína necesaria para el desarrollo normal del tálamo y afecta la parte que recibe información sobre los estímulos dolorosos y por lo tanto no envía la señal a la corteza somato-sensorial. Se necesitan controles cuidadosos para llegar a conclusiones apropiadas.