¿NIÑOS Y ADULTOS USAN LAS MISMAS REGIONES CEREBRALES AL PONER ATENCIÓN?

Bueno, pues nos alcanzaron las fiestas de fin de año y creo que hoy es un buen día para subir el blog de esta semana. En esta ocasión  subiré una entrada escrita por Martha Beatriz Moreno relacionada a las diferencias cerebrales entre niños y adultos al poner atención.

¿NIÑOS Y ADULTOS USAN LAS MISMAS REGIONES CEREBRALES AL PONER ATENCIÓN?

Al parecer sí, pero con diferente intensidad y especificidad. El cerebro infantil y adulto es distinto en forma y funcionamiento en algunos aspectos. Por ejemplo, los niños tienen más materia gris (cuerpos neuronales) y menos materia blanca (axones neuronales) que los adultos. Conforme crecemos la materia blanca aumenta ya que los axones de las neuronas se mielinizan, es decir, se recubren de materia grasa que permite una mejor conducción de las señales nerviosas. Pero también se ha observado que para resolver problemas el cerebro infantil y adulto funciona diferente. Para explorar tales diferencias Konrad y colegas (2005) llevaron a cabo un estudio con Resonancia Magnética en el cual participaron 32 sujetos (16 adultos de 20 a 34 años y 16 niños de 8 a 12 años). Cada participante debía atender los estímulos visuales presentados en una pantalla dentro del resonador magnético. A niños y adultos se le presentó la misma serie de imágenes conformada de diferentes estímulos visuales: de fijación (una cruz), de alerta (asterisco) e imágenes objetivo (5 flechas) presentadas a manera de columna. Cada participante debía estar alerta para identificar cuando apareciera la imagen de 5 flechas. Debía poner principal atención en la dirección de la flecha de en medio para pulsar la tecla izquierda de una botonera cercana a su mano cuando dicha flecha apuntaba hacia la izquierda ó la tecla derecha si apuntaba hacia la derecha. (Ver figura 1)

Figura 1. Estímulos visuales presentados a los sujetos (en Konrad et al., 2005:431)

Los resultados mostraron que en todos los participantes se activó la misma región, pero niños y adultos presentaron diferentes patrones de activación. Al estar alerta, se activó principalmente una región de la corteza frontal llamado giro del cíngulo frontal derecho (figura 2A) y una estructura subcortical denominada tallo cerebral (figura 2B), el cual es la continuación de las fibras que conforman la médula espinal. Las discrepancias en el tamaño de las barras corresponden a diferencias en la intensidad de señal provocada por los diferentes cambios metabólicos (oxigenación) neuronales de niños y adultos al resolver la tarea. Las barras rojas corresponden a la activación neuronal al estar alertas a las imágenes sin pista y las barras verdes a las imágenes de alerta con pista (doble asterisco). Los autores sugieren que las diferencias observadas se deben a diferentes mecanismos de procesamiento entre niños y adultos.

Figura 2. Activación cerebral ante la tarea de alerta a imágenes con o sin pistas (asterisco).

Al ver el estímulo e identificar si todas las flechas de la columna apuntan a la misma dirección (congruencia) o no (incongruencia), en los adultos hubo mayor activación en la corteza parietal superior y el giro frontal inferior que en los niños (Figura 3A y B) y mayor activación en el giro temporal superior y el giro frontal superior en los niños que en los adultos (Figura 3C y D). Los autores consideran que tales resultados dan evidencia de inmadurez de redes neuronales (parietofrontales) en tareas cognitivas. Concluyen que los resultados dan evidencia de que el sistema atencional de los niños es funcional pero inmaduro en comparación con los adultos, ya que los niños mostraron un patrón de activación más difuso que abarca más áreas de regiones cerebrales que los adultos. Tal naturaleza refleja inmadurez del sistema durante la infancia, el cual se va haciendo más focal y especializado con el desarrollo y la experiencia.

Figura 3. Diferencias de activación cerebral entre niños y adultos al atender estímulos visuales

La investigación de Konrad y colegas es respetable dada la complejidad de hacer RMf con niños por la dificultad de contar con la cooperación, seguimiento de instrucciones y quietud que el niño debe tener durante el estudio de resonancia magnética y por la importancia de sus resultados ya que ofrecen evidencia de diferencias de procesamiento cognitivo reflejadas en diferencias de activación neuronal. Este trabajo permite una mayor comprensión del funcionamiento cerebral infantil ante tareas cognitivas. Los autores señalan que sus datos suponen no solo un funcionamiento neuronal característicos de los niños, sino también el uso de estrategias diferentes aunque funcionales pues le permiten al niño interactuar con su entorno y continuar con su desarrollo cognitivo hasta desarrollar estrategias cognitivas más eficientes sin requerir mayor sustrato neural (Konrad et al, 2005).

BIBLIOGRAFIA

Baars y Gage 2007 Cognition, brain and consciousness, Academic Press,

Konrad, K., Neufang, S., Thiel, C.M. et al. (2005). Development of attentional networks an fMRI study with children and adults. Neuroima433ge, 28(2), 429-439

Monkey see Monkey do (Lo que hace la mano hace la tras)

El otro dia platicando con unos amigos me comentaron acerca de un pájaro que repite los cantos de otras aves para impresionar a su posible pareja. Ese pájaro era tan bueno, que hasta repetía los sonidos que hacían las cámaras fotográficas que había alguna vez escuchado. Después pensé que en la naturaleza hay mas ejemplos en los que se imitan diferentes conductas. Pues este tema me sirve para introducir la participación de Horacio David Heras Sandoval en NeuroCog que les presento a continuación.

Monkey see Monkey do (Lo que hace la mano hace la tras)

Una habilidad peculiar entre los primates, en especial los seres humanos, es la de imitar a sus semejantes, y en algunos casos a sus no semejantes. Esto lo podemos observar mucho en niños en etapas preescolares (e.g. imitando el ladrido del perro, la cara del padre o la madre, los ojitos o trompitas de los abuelos, posteriormente las palabras y más despliegues conductuales, propios del grupo social al que pertenecen). La imitación es algo recurrente en nuestra especie, hasta los pasatiempos incluyen la demostración de esta habilidad para asombrar y divertir a los demás. También imitar se convierte en una forma de aprender tareas y adquirir nuevo conocimiento. Pero qué regiones del cerebro o que sustrato neural está detrás de esta estrategia conductual?

 

 

Neuronas espejo

La pregunta hecha arriba fue respondida en parte en los 1990’s al encontrarse un grupo de neuronas con función específica llamadas espejo o especulares, en la corteza prefrontal y área parietal, a través de registros de actividad eléctrica, en el cerebro de los macacos. El nombre de neuronas espejo se debe a que disparan tanto cuando se ejerce una acción sobre un objeto, como si se observa la acción sobre el mismo objeto.

 

 

¿Y en humanos existen?

Pues aunque no se puede demostrar la existencia de las neuronas espejo directamente, como en los macacos, se puede considerar su presencia en ciertas áreas, que se activan en respuesta a efectos que podrían resultar de actividad de neuronas espejo. Por ejemplo, la corteza Parietal (CP) se cree que incluye neuronas espejo, debido a que es un área que se ha expandido recientemente en la evolución, y se sugiere que puede ser importante en funciones cognitivas con importancia social, como la imitación. La CP además integra impulsos visuales, motores y somatosensoriales involucradas en movimiento de objetos, además las lesiones en la corteza parietal dañan la capacidad para imitar. El área de Broca (AC), aunque ha tenido resultados contrastantes, también puede sustentar este tipo de neuronas, ya que esta área tiene mayor actividad en algunas tareas de imitación, en comparación con tareas de no imitación, como se ha demostrado por estimulación transmagnética (TMS) e imagenología funcional por resonancia magnética (fMRI). El surco temporal superior (STS) posterior (STSp) es un punto de convergencia de estimulo proveniente del área de procesamiento de movimiento de la corteza visual y la vía de caracterización de contenido de la rama ventral, también tiene una gran conexión con la corteza orbitofrontal y la amígdala; además en los macacos hay células en el STS que responden a la vista de dirección de la vista, cara y movimiento ocular. En suma se cree que las neuronas espejo se localizan en la corteza premotora ventral y la corteza parietal inferior (en el surco intraparietal, IPS), y reciben impulsos visuales de la corteza posterior, a través del STS y la unión temporoparietal formando así el “sistema de neuronas espejo”.

 

 

Toda una especulación acerca de las especulares.

De manera importante Victor Gallese ha recolectado suficientes datos acerca del funcionamiento de estas neuronas y las regiones implicadas, tanto en macacos y humanos, con la “capacidad de leer la mente” (pero no esa que están pensando, no) en el marco de la teoría de la mente (ToM, en inglés), propuesta por Premack y Woodruff en 1978, según la cual los seres humanos (y probablemente primates, en su propio contexto) tenemos la capacidad de comprender los estados mentales de los otros, como creencias, deseos e intenciones, y apreciar que tanto difieren de los nuestros. Tres regiones cerebrales estarían implicadas de manera importante en la ToM: la corteza prefrontal medial, el STSp y el polo temporal. Además, otras estructuras relacionadas con la empatía (importante en la ToM) serían la ínsula y la corteza del cíngulo anterior.

Un aspecto interesante de la ToM, es el valor evolutivo que tendría, pues esto supondría un comportamiento conservado a través de las diferentes ramas filogenéticas de vertebrados (principalmente mamíferos) que permitiría a los organismos predecir un estado mental/conductual/cognitivo de otros organismos, que a su vez permitiría obtener más pistas del mundo y actuar en consecuencia. Sin embargo a pesar de los diferentes estudios en diferentes organismos, desde cuervos a primates no-humanos, ha sido difícil esclarecer si en especies diferentes de la humana hay ToM.

 

 

 

Una explicación para el Autismo

La existencia de ToM en humanos es clara y diferentes pruebas de ToM, como la prueba de Sally y Ann, o la de los cuatro dulces (que se basan en la falsa creencia de la realidad) han demostrado que la ToM se encuentra desarrollada en los seres humanos a partir de los 5 años y podría decirse que antes de la edad de 5 años (en experimentos modificados para infantes, no-verbales). Sin embargo en personas con lesiones cerebrales o que presentan Autismo, esta habilidad se ve afectada.

En lo que refiere al autismo, una hipótesis que trata de explicar la psicopatología del autismo, no sin tomar en cuenta las implicaciones de sus postulados, es precisamente la “hipótesis de las neuronas espejo en el autismo”. Algunos puntos que ayudan a postular esta hipótesis son: 1) La ToM se puede desarrollar en base a una función intacta de “comparación de lo propio y lo no-propio”. Entendiendo las intenciones de los otros, en el contexto de la memoria, permite la retro-dicción de memorias y pensamientos asociados. 2) Las neuronas espejo pueden funcionar en la comparación de lo propio y lo no-propio para la codificación de la acción. También pueden codificar la relación entre la meta y un objeto, permitiendo la formación de representaciones intencionales. 3) la disfunción en la neuronas espejo puede explicar tanto la ecolalia (hiperactividad), así como fallas en generar imitación en progreso, necesaria para desarrollar ToM.

Además Rogers y Pennington, ya en 1985, sugerían que en el autismo había una alteración biológica que restringía la capacidad de los niños a formar y coordinar representaciones sociales de sí mismos, y de otros, a niveles de complejidad incrementada, a través de procesos de representaciones de forma cruzada y a morfas, lo que les impide hacer imitaciones y afecta sus habilidades sociales comunicativas y afectivas.

Alguna de la evidencia que favorece la hipótesis de las neuronas espejo en psicopatología del autismo son los estudios de Nishitani, Avikainen y Hari de personas con síndrome de Asperger (SA, una variante del autismo) en donde se evaluaba la capacidad para imitar gestos por electromiografía y fMRI, donde las personas con SA tenían dificultadas para imitar los gestos y una actividad menor en el área de Broca. Además la reducción en la actividad del área de Broca se relaciona con la severidad del autismo. Igualmente se vio que el registro de la estimulación transmagnética de la corteza premotora estaba comprometido en niños con autismo, al mirar una acción blanco, y que esto dependía de la dirección cómo se les presentaba la acción. Otras regiones con una actividad disminuida en el autismo son el lóbulo temporal, la amígdala y el STSp. Todas estas regiones comprenden el sistema de neuronas espejo y a su vez sustentan la existencia de la ToM.

Como vemos hay suficiente evidencia que favorece la existencia de las neuronas espejo en el cerebro humano, su papel en la comprensión de las acciones de otros y sus disfunción en patologías como el autismo, sin embargo la necesidad por un método más preciso para su identificación y evaluación de su función en el cerebro humano es muy importante. La gran cantidad de estudios acerca de estas neuronas son un ejemplo de cómo neuronas con una función tan específica pueden tener un papel importantísimo en funciones tan complejas como procesos de integración de conocimiento social, perceptual, informativo y emocional.

Referencias

Phil. Trans. R. Soc. B (2007) 362, 659–669

Nature reviews, neuroscience, volume 3, june 2002, 463-471

Annu Rev Psychol. 2009;60:87-113.

Autism Res. 2008 Apr;1(2):73-90.

Pensar en “no Pensar”

En esta ocasión voy a subir un escrito de Clemens Bauer, el cual me hace pensar que algunas veces, el no-pensar nos deja más que el pensar.

Pensar en “no Pensar”

Estudios recientes de neuroimagen han identificado un conjunto de regiones del cerebro que son metabólicamente más activas durante el reposo o el simple “no pensar” y que se desactivan al iniciar la ejecución de tareas más exigentes como lo sería el poner atención a una imagen, un cálculo mental o leer entre muchas otras. Esta red cerebral por default o red del estado basal ha sido funcionalmente vinculada con el torrente de la conciencia o los múltiples pensamientos que se producen automáticamente en ausencia de actividad dirigida con un fin o propósito específico, es decir durante el “reposo”. Dicho de otra forma, mientras no estamos realizado ninguna tarea en específico y sentimos que estamos descansando o no estamos pensando en nada, en realidad estamos pensando en “no pensar” y el cerebro esta igual o más activo que cuando realmente estamos ejecutando una tarea cognitiva demandante.

Que implicaciones podría tener esto y que se puede hacer para realmente descansar el cerebro?

En un estudio realizado en la Universidad de Atlanta, el Dr. Pagnoni y colaboradores (Pagnoni, Cekic, & Guo, 2008) investigaron mediante la resonancia magnética funcional (fMRI por sus siglas en inglés) si el entrenamiento mental mediante la técnica de meditación Zen tiene algún efecto sobre la red del estado basal y si hay alguna diferencia en cuanto a los tiempos de reacción durante una tarea de rocesamiento conceptual de palabras. Para esto hicieron que los participantes se mantuvieran en períodos de meditación simplificada, como atender a la respiración, mientras se intercalaban palabras en inglés o solo un arreglo de letras sin significado alguno. La tarea era mantener el estado meditativo, interrumpirlo solo cuando se presentaban las palabras, y decdir si era una palabra o sólo un arreglo de letras. Se comparó a meditadores Zen con por lo menos tres años de experiencia con voluntarios sanos sin ninguna experiencia en mediatación.

Los resultados demostraron que los profesionales en meditación Zen, muestran una reducción significativa en la duración de la actividad neuronal vincula a la transformación conceptual dentro de la red del estado basal (fig 1), lo que sugiere que un entrenamiento meditativo puede fomentar la capacidad de controlar el torrente de la consciencia o la cascada automática de pensamientos de asociaciones semánticas provocada por un estímulo y, por extensión, para regular voluntariamente el flujo de la actividad mental espontánea.

Figura 1. Contraste de acivaciones entre palabras y no palabras en los datos agrupados de controles contra meditadores.

Los resultados encontrados apoyan la hipótesis de que la práctica regular de la meditación Zen mejora la capacidad de regulación voluntaria de la la actividad mental espontánea o el control del torrente de la conciencia. Los meditadores mostraron una respuesta BOLD (Blood oxigen level dependant) en regiones de la red del estado basal que se relaciona con la semántica de las palabras o con procesamientos conceptuales, que se caracterizó por una reducción mayor después de estímulo en comparación con los sujetos control (ver Figura 2). Una posible explicación que dan los investigadores para este hallazgo es que los meditadores, dado su historia de práctica, tenían una capacidad mayor para centrar la atención en la respiración después de haber procesado y respondió a los estímulos presentados, mientras que los sujetos control mantenían el procesamiento conceptual varios segundos posterior al estímulo y les costaba regresar a la taréa de concentración, es decir que la actividad mental automática del torrente de la conciencia que se produce no puede ser detenida con tanta facilidad. Es interesante observar que en el giro angular izquierdo, una región importante en el procesamiento conceptual (ver Figura 2), se puede observar que la señal BOLD relacionada a la desactivación cae a un nivel inferior que el nivel basal en el período post-estímulo en los meditadores (línea roja). Este hallazgo puede indicar que el proceso activo de regular el procesamiento conceptual provocado por el estímulo y volver a centrarse en la respiración, se encuentra mas desarollado y es mas eficaz en meditadores que en los sujetos control y que estos pueden temporalmente llevarlo por debajo del nivel de la línea de base normal.

Figura 2. Respuesta BOLD entre grupos de sujetos meditadores (rojo) y controles (azul) y la zona específica de la medición.

Estos hallazgos nos indican en grán medida que la red del estado basal, és al igual que otras redes del cerebro, suceptible a modulaciones de tipo top down, y como lo demuestra el presente estudio, tiende a ser menos controlable en personas normales comparada con sujetos que han tenido entrenamiento mental.

Cabe mencioar que hay varios estudios y revisiones (Buckner, Andrews Hanna, & Schacter, 2008; Greicius, Srivastava, Reiss, & Menon, 2004) que relacionan un malfuncionamiento de esta red del estado basal con diversas enfermedades como la esquizofrenia, el autismo o la enfermedad de Alzheimer por lo que se cree que la red del estado basal es fundamental en el funcionamiento cognitivo y que terapias enfocadas para la modulación de dicha red podrían contribuir al entendimiento, prevención y tratamiento de dichos padecimientos, precisamente regulando la actividad dentro de esta red del estado basal.

En la mayoría de las técnicas de meditación, se busca obtener un control y una regulación mental. Se busca desarrollar una familiaridad con la atención voluntaria, dirigida por el sujeto a menudo hacia la respiración y/o la postura. Éste esfuerzo cognitivo, aunque parezca requerir de mayor energía, en realidad atenua o desactiva la red del estado basal o atención automática y espontánea de procesamiento conceptual, misma que aparece en cuanto uno deja de realizar este esfuerzo cognitivo de prestar atención. La diferencia neta en el consumo de energía se ve disminuido, por lo que realmente hay menor actividad cerebral al prestar atención que al pensar en “no pensar”. En otras palabras, podemos decir que la meditación es un entrenamiento para crear un proceso facilitado hacia la atención voluntara y por ende una desactivación de la red del estado basal, misma que produce un estado metabólico de menor consumo energético a nivel neuronal.

La adopción de una postura sentada estable y en un ambiente tranquilo con la mente dirigida voluntariamente hacia la respiración reduce la actividad neuronal produciendo un verdadero reposo mental.

Bibliografía

Buckner, R. L., Andrews Hanna, J. R., & Schacter, D. L. (2008). The brain's default network. Annals of the New York Academy of Sciences, 1124(1), 1-38.

Greicius, M. D., Srivastava, G., Reiss, A. L., & Menon, V. (2004). Default-mode network activity distinguishes Alzheimer's disease from healthy aging: evidence from functional MRI. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(13), 4637.

Pagnoni, G., Cekic, M., & Guo, Y. (2008). "Thinking about not-thinking": neural correlates of conceptual processing during Zen meditation. PloS One, 3(9), e3083. doi:10.1371/journal.pone.0003083