Neurofísica - Neurophysics

La neurofísica (o neurobiofísica ) es la rama de la biofísica que se ocupa del desarrollo y uso de métodos físicos para obtener información sobre el sistema nervioso . La neurofísica es una ciencia interdisciplinaria que utiliza la física y la combina con otras neurociencias para comprender mejor los procesos neuronales. Los métodos utilizados incluyen las técnicas de biofísica experimental y otras medidas físicas como el EEG principalmente para estudiar propiedades eléctricas , mecánicas o fluídicas , así como enfoques teóricos y computacionales . El término "neurofísica" es un acrónimo de " neurona " y " física ".

Entre otros ejemplos, la teorización de potenciales de acción ectópicos en neuronas usando una expansión de Kramers-Moyal y la descripción de fenómenos físicos medidos durante un EEG usando una aproximación dipolar utilizan la neurofísica para comprender mejor la actividad neuronal.

Técnicas de grabación

Las antiguas técnicas para registrar la actividad cerebral utilizando fenómenos físicos ya están muy extendidas en la investigación y la medicina . La electroencefalografía (EEG) utiliza la electrofisiología para medir la actividad eléctrica dentro del cerebro. Esta técnica, con la que Hans Berger registró por primera vez la actividad eléctrica del cerebro en un ser humano en 1924, no es invasiva y utiliza electrodos colocados en el cuero cabelludo del paciente para registrar la actividad cerebral. Según el mismo principio, la electrocorticografía (ECoG) requiere una craneotomía para registrar la actividad eléctrica directamente en la corteza cerebral .

En las últimas décadas, los físicos han desarrollado tecnologías y dispositivos para obtener imágenes del cerebro y su actividad. La técnica de resonancia magnética funcional (fMRI), descubierta por Seiji Ogawa en 1990, revela cambios en el flujo sanguíneo dentro del cerebro. Basada en la técnica de imágenes médicas existente, la resonancia magnética (MRI) y en el vínculo entre la actividad neuronal y el flujo sanguíneo cerebral, esta herramienta permite a los científicos estudiar las actividades cerebrales cuando se activan mediante una estimulación controlada. Otra técnica, la microscopía de dos fotones (2P), inventada por Winfried Denk (por la que recibió el premio Brain Prize en 2015), John H. Strickler y Watt W. Webb en 1990 en la Universidad de Cornell , utiliza proteínas fluorescentes y colorantes para imagen de las células del cerebro . Esta técnica combina la absorción de dos fotones, teorizada por primera vez por Maria Goeppert-Mayer en 1931, con láseres. Hoy en día, esta técnica se utiliza ampliamente en la investigación y, a menudo, se combina con la ingeniería genética para estudiar el comportamiento de un tipo específico de neurona .

Teorías de la conciencia

La conciencia es todavía un mecanismo desconocido y los teóricos aún tienen que presentar hipótesis físicas que expliquen sus mecanismos. Algunas teorías se basan en la idea de que la conciencia podría explicarse por las alteraciones en el campo electromagnético cerebral generado por los potenciales de acción desencadenados durante la actividad cerebral. Estas teorías se denominan teorías electromagnéticas de la conciencia . Otro grupo de hipótesis sugiere que la conciencia no se puede explicar por la dinámica clásica sino por la mecánica cuántica y sus fenómenos. Estas hipótesis se agrupan en la idea de mente cuántica y fueron introducidas por primera vez por Eugene Wigner .

Institutos de neurofísica

Premios

Entre la lista de premios que premian a los neurofísicos por su contribución a la neurología y campos afines, el más destacado es el Brain Prize , cuyos últimos galardonados son Adrian Bird y Huda Zoghbi por "su trabajo pionero para mapear y comprender la regulación epigenética del cerebro y para identificar el gen que causa el síndrome de Rett ". Los otros premios más relevantes que se pueden otorgar a un neurofísico son: el Premio NAS en Neurociencias , el Premio Kavli y en cierta medida el Premio Nobel de Fisiología o Medicina . Cabe señalar que se otorgó un Premio Nobel a los científicos que desarrollaron técnicas que contribuyeron ampliamente a una mejor comprensión del sistema nervioso, como Neher y Sakmann en 1991 para el patch clamp , y también a Lauterbur y Mansfield por su trabajo en Magnetic resonancia magnética (IRM) en 2003.

Ver también

Libros

• Wulfram Gerstner y Werner M. Kistler, Modelos de neuronas punzantes, neuronas individuales, poblaciones, plasticidad, Cambridge University Press (2002) ISBN   0-521-89079-9 ISBN   0-521-81384-0
• Alwyn Scott, Neurociencia: Una cartilla matemática, Birkhäuser (2002) ISBN   0-387-95403-1
• Graben, Peter; Zhou, Changsong; Thiel, Marco; Kurths, Jürgen (2008), "Fundamentos de la neurofísica", Conferencias en neurociencias supercomputacionales , Berlín, Heidelberg: Springer , págs. 3-48, Bibcode : 2008lsn..book ..... G , doi : 10.1007 / 978-3 -540-73159-7 , ISBN   978-3-540-73159-7

Referencias