Neurociencia de Sistemas y Circuitos
La neurociencia de sistemas y circuitos estudia cómo las poblaciones de neuronas se organizan en sistemas y circuitos funcionales que perciben el mundo, generan movimiento y moldean la emoción y la excitación. Es el nivel de análisis que se sitúa entre la neurociencia celular y molecular (por debajo) y la cognición y el comportamiento (por encima), preguntándose cómo las vías anatómicas y los patrones de actividad neural dan lugar a la percepción, la acción y el estado interno.
Definition
La neurociencia de sistemas y circuitos es el estudio de la estructura y la dinámica de circuitos neurales definidos y sistemas a gran escala, vinculando la conectividad anatómica y la actividad fisiológica con funciones sensoriales, motoras, afectivas y reguladoras del estado.
Scope
Esta área orienta al lector sobre los principales sistemas funcionales del sistema nervioso: los sistemas visual, motor, somatosensorial, límbico y atencional o de excitación. Es una visión general de referencia-educativa que enmarca las entradas temáticas detalladas que se encuentran debajo; no es una guía clínica y no aborda el diagnóstico o el tratamiento.
Sub-topics
Core questions
- ¿Cómo se transforman las entradas sensoriales a lo largo de vías organizadas en representaciones perceptivas?
- ¿Cómo planifican, seleccionan y ejecutan el movimiento los circuitos motores?
- ¿Cómo se regulan la emoción, la motivación y la excitación mediante circuitos distribuidos y sistemas neuromoduladores?
- ¿Cómo apoyan estas funciones las arquitecturas de circuitos jerárquicos y paralelos?
Key concepts
- Mapas topográficos y somatotópicos
- Campos receptivos y selectividad de características
- Procesamiento jerárquico y paralelo
- Bucles paralelos cortico-ganglios basales-tálamo-corticales
- Sistemas neuromoduladores y de excitación
- Redes cerebrales a gran escala y conectividad
Mechanisms
Los sistemas funcionales se construyen a partir de circuitos en los que las conexiones anatómicas ordenadas imponen cálculos sobre la actividad neural. Los sistemas sensoriales mapean las superficies de los receptores en la corteza de manera topográfica y extraen características progresivamente más complejas a lo largo de vías jerárquicas, como lo demostraron Hubel y Wiesel para la corteza visual y Mountcastle para la corteza somatosensorial. Las funciones motoras y límbicas dependen en parte de bucles paralelos, parcialmente segregados, a través de los ganglios basales y el tálamo descritos por Alexander y sus colegas. A la escala más grande, estos circuitos forman redes estructurales y funcionales cuya organización puede analizarse con métodos de teoría de grafos, como lo resumieron Bullmore y Sporns.
Clinical relevance
Los sistemas aquí descritos sustentan la neurología y la psiquiatría clínicas: los trastornos de la visión, el movimiento, la sensación, la emoción y la excitación se relacionan con la disfunción de circuitos específicos. Esta entrada explica la organización normal de estos sistemas como base para comprender la enfermedad; es material de referencia educativo y no una base para el diagnóstico o tratamiento individual.
Evidence & guidelines
La base de conocimientos de la neurociencia de sistemas se apoya en evidencia convergente de electrofisiología de unidad única, rastreo de vías anatómicas, estudios de lesión y neuroimagen humana, más que en ensayos clínicos. Estudios primarios fundamentales (por ejemplo, Mountcastle y Hubel y Wiesel) establecieron la organización columnar y topográfica de la corteza, y los análisis de redes modernos los integran en explicaciones a nivel de sistemas; los tratamientos de referencia estándar se encuentran en libros de texto completos de neurociencia.
History
La neurociencia de sistemas surgió de los esfuerzos de los siglos XIX y XX para localizar la función en el cerebro y mapear las vías sensoriales y motoras. Las grabaciones de unidad única de Mountcastle en la corteza somatosensorial y de Hubel y Wiesel en la corteza visual a mediados del siglo XX revelaron la organización columnar y jerárquica de la corteza sensorial, mientras que trabajos posteriores sobre los bucles de los ganglios basales y, más recientemente, sobre la conectómica a gran escala han extendido el campo desde circuitos individuales hasta redes de todo el cerebro.
Key figures
- Vernon Mountcastle
- David Hubel
- Torsten Wiesel
- Garrett Alexander
- Olaf Sporns
Related topics
Seminal works
- mountcastle-1957
- hubel-wiesel-1968
- alexander-1990
Frequently asked questions
- ¿En qué se diferencia la neurociencia de sistemas de la neurociencia celular o molecular?
- La neurociencia celular y molecular estudia neuronas individuales, sinapsis y los genes y moléculas dentro de ellas, mientras que la neurociencia de sistemas y circuitos estudia cómo los grupos de neuronas se conectan entre sí en circuitos y sistemas que realizan funciones como ver, moverse o regular las emociones.
- ¿Qué se considera un 'sistema' en el sistema nervioso?
- Un sistema neural es un conjunto de estructuras interconectadas que, en conjunto, cumplen una función coherente, como el sistema visual, el sistema motor o el sistema límbico; cada uno se estudia como una vía organizada con entradas, transformaciones y salidas características.