Neurobiología del Lenguaje, desarrollo y discapacidad para la lectura

Estudios de neuroimágenes sobre desarrollo
del lenguaje, lectura y trastornos de la lectura
Kenneth R. Pugh, PhD
Presidente y Director de Investigaciones de los
Laboratorios Haskins
Profesor Asociado de la Universidad de Yale
Profesor de la Universidad de Connecticut
Conexiones entre la experiencia temprana y el
desarrollo posterior del lenguaje y la lectura
• El foco de esta conferencia es en los factores que
permiten a los niños realizar todas sus habilidades
y talentos.
• El ambiente pre y post natal, es crucial para el
posterior desarrollo del lenguaje y la lectura.
• Mayores factores de riesgo:
• 1) Nutrición de la madre/infante.
• 2) Drogas Pre-natales, nicotina y exposición al
alcohol.
• 3) Rechazo y abuso.
• 4) Estimulación temprana del lenguaje y del
aprendizaje.
Exposición prenatal a nicotina y tabaquismo
adolescente: asociaciones con lenguaje, atención y
déficit cognitivo.
fuman
que
de mujeresof
%Percentage
Women
embarazo - U.S.
el Pregnancy
durante
Smoking
During
Tabaquismo durante el embarazo: Estados Unidos
20
15
10
5
0
7
8
9
1
0
9
1
6
9
1
0
2
3
0
2
4
0
2
National Vital Statistics Reports
Exposición prenatal a tabaquismo materno
altera el procesamiento del habla en neonatos
N=8 neonatos no expuestos
N=8 neonatos expuestos
Key et al, 2007
Test de detección de trastornos
de procesamiento auditivo: Puntaje
para palabras que compiten
El procesamiento auditivo central está alterado
en niños de edad escolar expuestos a nicotina por
tabaquismo materno durante el embarazo
Ninguna
Baja
Alta
Severidad de la exposición prenatal
McCartney et al, 1994
Rechazo: Evidencia de estudios sobre
adopción
• El rechazo temprano puede tener
profundas y negativas consecuencias en
el desarrollo posterior. Estudios
recientes se han enfocado en los niños
adoptados en diferentes edades de
orfanatorios donde el rechazo estaba
presente.
Desarrollo normal
de un cerebro desde
los 6 hasta los 12
meses.
Lombroso, P. J. Development of the
Cerebral Context: VI. Growth
Factors. 1998
Imágenes de un
desarrollo normal
del cerebro de un
niño de tres años y
de un niño que
sufre de un
extremo
rechazo.
http://www.olderchildadoption.com/rad/3-year-old.gif
Participantes
Muestra CT
n = 54 niños (23 niños), 4 - 12 años
Tiempo en el orfanato: 2 - 75 mos
n = 32: E. Europe (Lithuania, Romania, Russia, Ukraine)
n = 10: N. Asia (China, Korea)
n = 6: Central/S. America (Peru, Columbia, Guatemala and
Mexico)
n = 6: S.E. Asia (Cambodia, Vietnam).
n = 24 (17 niños) controles: ninos no adoptados
Equiparados segun edad, genero y estatus socioeconomico
Time in U.S.: 15 - 127 mos.
Regulación Emocional
68
66
CBCL T- scor e ( M = 5 0 , SD = 1 0 )
64
62
60
Aggression*
Affect*
Anxiety*
58
56
54
52
50
Non-adopted
controls
Foster care
Orphanage
care, 1-12
mos
Orphanage
care, 13-24
mos
Orphanage
care, 25-36
mos
Orphanage
care, 37+
mos
Resultados en lenguaje
130
• Receptive Vocabulary
(PPVT) and 20-min
memory delay: r (43) =
.50***
120
110
Sca le d scor e
• CELF subscales and
mos. in institution, r’s = .30* to -.40**
100
CELF language
90
PPVT-3
80
70
60
O
rp
h
an
ag
e
1rp
12
ha
na
ge
13
-2
O
rp
4
ha
na
ge
25
+
=
(n
O
Fo
st
e
r
gr
ou
p
co
nt
ro
ls
8)
50
Note: all are in average range; SES as a factor….
Lenguaje, Lectura y Cerebro
• El desarrollo de una lectura fluida es esencial para
tener éxito en el mundo moderno.
• Un número significativo de niños en todos los
países tienen dificultades para adquirir habilidades
adecuadas de lectura y escritura.
• Para muchos, estas dificultades se deben a la falta
de buenas oportunidades para el aprendizaje. Para
otros, refleja dificultades asociadas a trastornos
biológicos específicos de lectura.
Lenguaje, Lectura y Cerebro
• El lenguaje oral es una especialización biológica,
pero el lenguaje escrito es una invención cultural.
Más aún, el lenguaje oral es dominado
naturalmente por casi todas las personas sin
instrucciones directas.
• No existe una especialización cerebral para la
lectura.
• Lo anterior implica que la adquisición del lenguaje
escrito es un gran desafío para la plasticidad
cerebral.
El desafío cognitivo del aprendizaje
de la lectura
semántica
ortografía
fonología
Cómo leen palabras los lectores
expertos
• 1) Los lectores expertos pueden leer palabras en
forma rápida (aproximadamente 200 milisegundos)
• 2) La lectura de pseudopalabras es casi igual de
rápida
• Hallazgos claves: El desarrollo de la lectura
experta depende del establecimiento eficiente de
conexiones entre grafemas y fonemas. Aún los
lectores expertos adultos continúan generando
códigos fonológicos
15
Fenotipo de la conducta de
dificultad lectora (DL)
•
•
•
La identificación de palabras
es lenta, trabajosa e
imprecisa, lo cual genera un
“cuello de botella” para la
comprensión.
Los déficits tempranos en el
desarrollo de la conciencia
fonologica, predicen las
dificultades en la lectura de
palabras más adelante en el
desarrollo.
Los deficits en la conciencia
fonologica, dificulta el
desarrollo de habilidades de
decodificación (mapeo de
grafemas a fonemas). A su
vez, ello limita en forma
significativa la lectura fluída
de palabras y pseudopalabras.
semántica
ortografía
fonología
Trastornos de lectura: Bases neurocognitivas
• Los déficits de procesamiento fonológico son universales, ¿pero
cuáles son las causas de base?
• Existen diferentes propuestas explicativas:
• 1) representacioens fonológicas pobres / trastornos específicos
de lenguajes (Fowler/Elbro).
• 2) trastornos sensorio-motores visuales (Stein; Eden) y/o
auditivos (Tallal; Goswami).
• 3) déficits de acceso/recuperación (Ramus)
• 3) procesamiento ruidoso/déficits atencionales (Sperling;
Ziegler)
• ** Es posible que hayan múltiples subtipos, con diferentes vías
cerebrales involucradas pero con un estado final común: el déficit
de procesamiento fonológico.
• La investigación cerebral puede ser discriminatoria.
Cerebro y lenguaje:
Lóbulo
frontal
Lóbulo Frontal
Funciones ejecutivas
y motoras
Lóbulo Parietal
Funciones sensitivas
y de procesamiento
espacial.
Lóbulo Temporal
Funciones auditivas
y de lenguaje.
Lóbulo Occipital
Procesamiento
Visual.
Surco
Central
Sulcus
central
Lóbulo
parietal
Lóbulo
occipital
Lóbulo
temporal
Surco
lateral
Lateral Sulcus
Corteza motora
Área de
Broca
Corteza
visual
primaria
Corteza
auditiva
Área de
Wernicke
Giro
angular
El cerebro linguístico
• Estudios basados en lesiones
•Área de Broca: especializada en la produccion
de discurso y el procesamiento gramático.
•Área de Wernicke: especializada en la
comprensión del discurso y el procesamiento
semántico.
•Aprender a leer involucra la integración de
información visual con estas áreas del
hemisferio cerebral izquierdo.
La neurobiología de
las dificultades lectoras
• Imágenes cerebrales funcionales.
• Dos clases de técnicas:
• Electrofisiologicas (EEG; MEG): brindan
información sobre procesamiento temporal de
la actividad cerebral.
• Hemodinamicas (fMRI, PET): brindan
información sobre la localización del
procesamiento cerebral.
Imágenes de Resonancia Magnética
Localización de cortes
Tarea: escuchar vs leer oraciones
common
RH on left side
print(red) speech(blue)
Constable, Pugh et al. (2004)
Un modelo de lectura para lenguajes alfabéticos
(Pugh et al. 2006)
TEMPOROPARIETAL
(DORSAL)
Areas:
supramarginal, angular, superior
temporal (Wernicke’s) gyri
Hypothesized Function:
Mapping of orthographic to
phonological and semantic
representations
ANTERIOR
Areas:
inferior frontal gyrus
(including Broca’s area)
Hypothesized Function:
Articulatory recoding
OCCIPITOTEMPORAL
(VENTRAL)
Areas:
occipitotemporal juncture,
middle and inferior temporal gyri
Hypothesized Function:
Linguistically structured memorybased word identification system
(posterior aspect = “word-form” area)
Dificultad lectora
• Hallazgos frecuentes.
• Un gran numero de estudios
indican que los lectores con
dificultad lectora tienden a
sub activar áreas
temporoparietales y
occipitotemporales del
hemisferio izquierdo,
durante la resolución de
tareas de lectura y de
lenguaje (Paulesu et al.,
2001).
• Otros reportes frecuentes
informan un cambio
compensatorio frontal en
el hemisferio derecho.
Temporoparietal
Anterior
Occipitotemporal
Left Hemisphere
TD & RD Reading Children (Temple et
al., 2003)
Lectores Normales
Lectores con DL
Frontal
& Temporoparietal
Frontal
but NO
Temporoparietal
Conectividad funcional
(Pugh, et al., 2000 Psychological Science)
• Una descripción más completa requiere un enfoque
que aborde no sólo las diferencias intra-grupo, sino
también de los patrones de correlación entre
regiones o de la conectividad funcional (e.g.,
Horwitz, Rumsey & Donahue, 1998).
Plasticidad en el desarrollo de la
lectura (Shaywitz, Pugh et al., 2002)
• Incrementos en la habilidad
lectora están asociado con
una especializacion mayor de
las áreas asociadas del
hemisferio izquierdo.
• Lectores con dificultad
lectora no tienden a mostrar
esta tendencia en su
desarrollo neuronal.
Temporoparietal
Anterior
Occipitotemporal
Activation
Desarrollo de la lectura:
El área visual de formación de la palabra (VWFA)
Woodcock-Johnson Word Attack
Diferencias entre TD y RD differences:
Perspectivas desde estudios estructurales y
funcionales de neuroimágenes
• Las imágenes estructurales y funcionales indican que niños,
adolescentes, y adultos con trastornos de lectura (RD) fallan en
integrar las áreas temporoparietales (TP) y occipitotemporales
(OT) del hemisferio izquierdo (HI), en un circuito de lectura
coherente en los siguientes términos (Pugh et al., 2010):
1) Activación inestable y reducida
2) Reducción de la conectividad funcional
3) Reducción del volumen de la materia gris
4) Anomalías en los tractos de la sustancia blanca
* 5) Problemas en el aprendizaje y la consolidación de nuevos
aprendizajes (Pugh et al., 2008)
Un buen comienzo… pero:
•Estos hallazgos de las diferencias cerebrales en RD
sólo describen la condición a nivel de los sistemas
cerebrales. No lo explican.
INICIACION DE LA LECTURA
• Necesitamos estudiar el desarrollo cerebral y
comprender su funcionamiento durante períodos
más extensos (abordaje longitudinal) (Pugh &
McCardle, 2009).
• Nuestros estudios examinan ninos con alto riesgo
de padecer trastornos de lectura entre los 7 y 9
años, a través de diferentes técnicas y medidas
(genetica, neuroanatomia, neuroquimica circuitos
neuronales, comportamiento).
Timeline
Cohort 1 (N= 54)
Year 1-3
Cohort 2 (N= 54)
Year 2-4
Cohort 3 (N= 54)
Year 3-5
Time 1 (7.5 yrs of
age)
DNA, MRS, fMRI,
Behavior
DNA, MRS, fMRI,
Behavior
DNA, MRS, fMRI,
Behavior
Time 2 (8.5 yrs of
age)
Behavior
Time 3 (9.5 yrs of
age)
fMRI, Behavior
Behavior
fMRI, Behavior
Behavior
fMRI, Behavior
Pre-alfabetización: Riesgos para la
discapacidad lectora
• Alcanzar logros claves en el desarrollo del lenguaje
oral a tiempo, es crítico para un adecuado
desarrollo de la lectura en etapas posteriores:
• 1) El desarrollo del lenguaje receptivo y expresivo
predice la adquisión de lectura.
• 2) La adquisición de las competencias de conciencia
fonológica es crítica en los niños de edad
preescolar.
Niños con dificultades en el desarrollo del
lenguaje (Preston et al. 2010, Brain)
Múltiples estudios sugieren que hay un déficit de
lectura en niños con retardo en el inicio del habla
(Rescorla 2002, 2005, 2009; Scarborough & Dobrich,
1990)
Desempeño de hablantes tempranos y tardíos en diferentes
medidas de Lectura (Woodcock-Johnson Tests of Achievement)
Esquema de la tarea de fMRI
Eventos asociados a activación por fMRI
ante demandas de de emparejamiento/
desemparejamiento (se presiona un
pulsor cuando el audio o la letra escrita se
asocia a una figura)
Tasa emparejamiento/desmperajamiento (80-20)
Sólo se incluyeron en el análisis los ensayos de desemperajemiento
Hablantes tardios versus hablantes
tempranos. Activacion del cerebro
en la lectura y el habla a los 7.5 años
TEMPRANO > TARDÍO
TARDÍO > TEMPRANO
Tálamo
Putamen
Giro temporal superior
Palabras habladas
Palabras leidas
Implicaciones
Estos datos sugieren que hablar tarde, junto a su impacto
negativo sobre los riesgos para los trastornos de
lectura, está asociado con fallas en el desarrollo de
estructuras subcorticales (ganglios basales y tálamo) y
corticales, relevantes tanto para la lectura como para
el procesamiento auditivo
Ello implica un rol importante del aprendizaje motor en la
emergencia de los circuitos de la lectura, aunque aún
su comprensión sea pobre.
También sugiere un marcador biológico temprano del
riesgo para las dificultades de lenguaje y lectura..
Neuroquímica y RD: Una mirada a
MRS, fMRI, y las relaciones
conductuales
MRS
Metabolitos analizados en una región de interés
centrada en la corteza occipital medial
• N-acetyl aspartato
(NAA)
•GABA
•Glutamato
•Colina
Glutamato X Puntajes de lectura
Neuroquímica y RD: Un análisis estructural de
ecuaciones (SEM) preliminar de MRS, fMRI,
relaciones conductuales
Hallazgos claves sobre glutamato
1) La relación inversa entre glutamato y puntajes de
lectura es estable en cada visita: Las
correlaciones entre Tiempo 2 y Tiempo 3 son
significativas.
2) Relaciones de dominio específico: Se sostienen
para diferentes medidas de lectura pero no para
competencias matemáticas.
3) Estos datos muestran el valor agregado del MRS
respecto al fMRI, respecto al análisis de las
diferencias individuales en el desempeño lector.
Síntesis de los hallazgos longitudinales a la fecha
• 1) El inicio tardío del habla se asocia a anomalías subcorticales
en ganglios basales y tálamo (Preston et al., 2010).
• 2) Problemas en las competencias tempranas de preparación para
la lectura, como en el procesamiento fonológico, limitan la
integración entre lo escrito y lo escuchado en regiones del lóbulo
temporal (Frost et al., 2009).
• 3) Mapa de índices sensoriales y cognitivos sobre la activación
pulvinar para palabras escritas (Pugh et.al., 2012).
• 4) indices neuroquímicos (particularmente glutamato y NAA)
parecen ser sensibles a las dificultades lectoras en niños
pequeños (Fulbright et al. in prep)
• 5) Genética: asociaciones iniciales con el gen para COMT y
lectura (Landi et al. in press)
Implicaciones de los hallazgos a la fecha…
• Estos hallazgos en niños muy pequeños sugieren
que en aquellos que desarrollan sus competencias
lectoras dentro de lo esperable, los sistemas
cortico-corticales se modifican para la integración
del habla y lo escrito (incluyendo el aprendizaje
motor y las áreas de lenguaje).
• Los riesgos de RD se asocian a fallas tempranas en
la integración multimodal.
• La expresión temprana y los hitos del lenguaje
expresivo y receptivo, junto con las competencias
meta-fonológicas, restringen el desarrollo inicial
de los circuitos de la lectura en el hemisferio
izquierdo.
Plasticidad y compensación en el
desarrollo de la lectura
• Las mejoras en la lectura se
asocian con el incremento de
la especialización de las
áreas cerebrales del HI
involucradas en el
reconocimiento de la palabra
escrita.
Temporoparietal
Anterior
Occipitotemporal
• Lectores con DL no tienden
a mostrar esta tendencia de
desarrollo neuronal.
• La trayectoria es directa y
de derecha a izquierda.
• ¿La acción remedial
normaliza esta
trayectoria?
Temporoparietal
Anterior
Occipitotemporal
Preguntas acerca del tratamiento de
los trastornos de lectura
• ¿Los niños con alteraciones en el procesamiento en
su hemisferio izquierdo pueden recobrar su
potencial lector por medio de acciones correctivas
o compensatorias?
• ¿Estas acciones pueden focalizarse en el
entrenamiento de la adquisicion de conciencia
fonologica y corregir el perfil neurológico?
Efectos de las intervenciones tempranas
orientadas a remediar las competencias de
lectores trastornos de lectura
• Generalidades. En colaboracion con la Dra. Benita
Blachman (Syracuse University) examinamos los
cambios neurobiologicos asociados con una
intervencion durante 9 meses, con foco en la
consciencia fonológica, principios de
alfabetización, y el desarrollo del vocabulario en
niños pequeños (Shaywitz et al., 2004).
• 3 Grupos: Sin discapacidad (N = 28); control DL (N
=12), Tratamiento de DL (N = 32). Cada grupo fue
escaneado al inicio (línea basal, edad promedio =
6.5), un año después (post-tratamiento). El grupo
con DL tratado fue evaluado nuevamente un año
después de finalizada la intervención.
• (ver Simos et al.,2002 y Temple et al.,2003
para hallazgos similares con diferentes
protocolos de entrenamiento fonologico)
Tratamiento
• 50 minutos de entrenamiento (tutoría), 5 días por
semana, 9 meses (105 horas en total)
• Un plan de 5 pasos (flexible) e individualizado
•
•
•
•
•
Asociaciones letras – sonidos
Manipulación de fonemas
Lectura de palabras
Lectura de textos
Evaluación
• Resultados clave a nivel conductual:
mejoramiento significativo en el
desempeño en una bateria de pruebas
relacionadas con lectura del grupo con
RD, en comparacion con el grupo
control (Blachman et al., 2005)
• Los efectos permanecieron estables
despues de un año.
Grupo de
tratamiento:
Evolución desde
el pre
tratamiento
• De este modo, tenemos evidencia que
un entrenamiento apropiado tiene un
efecto normalizador en la trayectoria
neurobiologica en lectores
emergentes en riesgo.
• Debido a esto, la plasticidad es
fuerte aun en los niños con
dificultades para aprender a leer.
Una historia consistente sobre los
efectos del tratamiento en el cerebro,
comienza a emerger
• Un creciente número de estudios sobre
tratamientos muestra la modulación de los
circuitos de lectura del hemisferio izquierdo, a
partir de la implementación de intervenciones
efectivas:
• cambios funcionales (Shaywitz et al., 2004;
Simos et al.,2002 Temple et al.,2003; Eden et al.,
2004; Meyler et al, 2009)
y
• cambios en materia gris y blanca (Keller et al.,
2009; Flowers et al., 2011)
• Entonces, contamos con evidencia de que los
tratamientos apropiados tienen un efecto
normalizador sobre las trayectorias
neurobiológicas en los lectores tempranos en
riesgo.
• Los sistemas posteriores del hemisferio izquierdo
parecen ser inestables pero entrenables en
lectores tempranos en riesgo.
• Pero, algunos niños no responden:
• Quiénes son estos niños y qué funciona para ellos?
• El tratamiento óptimo se diferencia en los niños
con ADHD o discalculia?
• Necesitamos diseños que constrasten diferentes
abordajes y permitan establecer qué funciona y
para quiénes.
Conclusiones
• El desarrollo temprano del lenguaje es la
clave para el posterior éxito en la
lectura.
• Los circuitos del hemisferio izquierdo
(HI) se desarrollan con aprendizaje.
• La corrección temprana e intensiva
puede promover un buen desarrollo
cerebral en niños con severas
discapacidades en lectura.
Collaborators
•
Haskins Laboratories: Einar Mencl, Rebecca Sandak, Stephen Frost, Nicole
Landi, Jon Preston, Leonard Katz, Jay Rueckl, Jim Magnuson, Donald
Shankweiler, Jun Ren Lee,, David Braze, Daragh Sibley, Allison Austin, Peter
Molfese, Mark Seidenberg
•
Yale Reading Center: Ken Pugh (Director), Gina Della Porta, Eleanor
Tejada, Kelley Delaney, Ashley Zennis, Anish Kurian, Heatherly Carlson,
Priya Pugh, Beth Eaton, Ann Stutzman
•
Yale Center for the Study of Learning and Attention: Bennett Shaywitz,
Sally Shaywitz (Directors), Karen Marchione, John, Holahan, Jack Fletcher
•
Yale University/Diagnostic Radiology: John Gore, Todd Constable, Robert
Fulbright, Doug Rothman, Graeme Mason, Pawel Skudlarski, Cheryl Lacadie
•
Yale University/Psychiatry: Leslie Jacobsen
•
Yale Child Study Center: Elena Grigorenko