NEUROLOGÍA DE LA CONDUCTA Correlatos cerebrales distintivos del aprendizaje consciente e inconsciente: una aproximación desde el aprendizaje de secuencias J.M.M. Vaquero a, L. Jiménez b CORRELATOS CEREBRALES DISTINTIVOS DEL APRENDIZAJE CONSCIENTE E INCONSCIENTE: UNA APROXIMACIÓN DESDE EL APRENDIZAJE DE SECUENCIAS Resumen. Objetivo. Exponer la evidencia más reciente sobre los correlatos neuroanatómicos que distinguen el aprendizaje de secuencias consciente y no consciente. Desarrollo. Las tareas de aprendizaje de secuencias constituyen la preparación más utilizada para evaluar el aprendizaje producido sin intención de aprender y sin consciencia de lo aprendido (aprendizaje implícito). En estas tareas, los participantes responden a estímulos sucesivos sin ser informados de que su sucesión obedece a una secuencia, y con la práctica mejoran su rendimiento, incluso sin ser capaces de generar la secuencia cuando se les pregunta directamente. En este trabajo se revisan las investigaciones que evalúan el rendimiento de pacientes neurológicos, o que emplean técnicas de neuroimagen para precisar los correlatos neuroanatómicos del aprendizaje. Conclusiones. Las investigaciones con técnicas de neuroimagen funcional revelan que los procesos de aprendizaje consciente se asocian con actividad del cíngulo anterior, existiendo por lo demás un gran solapamiento entre las estructuras implicadas en el aprendizaje implícito y explícito. Sin embargo, se observan mayores diferencias según si el aprendizaje se produce bajo distracción, para impedir que descubran la secuencia, o sin distracción. Estas diferencias se explican desde modelos que distinguen un circuito dorsal de aprendizaje no atencional (implícito) y un circuito atencional más ventral (implícito, o explícito si se descubre la secuencia). Los estudios con pacientes neurológicos confirman la participación de un amplio conjunto de estructuras tanto en aprendizaje implícito como explícito, incluyendo lóbulo prefrontal, córtex motor, lóbulo temporal, ganglios basales y cerebelo. Finalmente, presentamos evidencia sobre las funciones que desempeñaría cada estructura. [REV NEUROL 2007; 45: 615-23] Palabras clave. Aprendizaje de secuencias. Aprendizaje implícito. Cerebelo. Cíngulo anterior. Consciencia. Hipocampo. Memoria procedimental. INTRODUCCIÓN Gran parte de nuestra actividad diaria, desde hablar hasta conductas como conducir o escribir a máquina, reflejan el aprendizaje de secuencias ordenadas de movimientos. Generalmente, estas conductas tienen en común una ejecución extremadamente fluida que, paradójicamente, no suele ir acompañada de la capacidad para expresar con palabras lo que hacemos. A modo de ilustración, pensemos por un momento en cómo describiríamos el modo en que mantenemos el equilibrio sobre una bicicleta. Posiblemente cualquiera que nos escuchara perdería el equilibrio si siguiera fielmente nuestras indicaciones. Esta pobre capacidad para verbalizar nuestra conducta en estos contextos –o en otros, como tocar un instrumento o la práctica con destreza de algún deporte– se ha tomado como un indicador del carácter inconsciente de los procesos que controlan estas habilidades. Aceptado tras revisión externa: 01.10.07. a Departamento de Psicología Experimental y Fisiología del Comportamiento. Facultad de Psicología. Universidad de Granada. Granada. b Departamento de Psicología Social, Básica y Metodología. Facultad de Psicología. Universidade de Santiago de Compostela. Santiago de Compostela, A Coruña, España. Correspondencia: Dr. Joaquín M. M. Vaquero. Departamento de Psicología Experimental y Fisiología del Comportamiento. Facultad de Psicología. Campus de Cartuja, s/n. E-18071 Granada. Fax: +34 958 246 239. E-mail: [email protected] Trabajo financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia (MEC) de España y el Fondo Social Europeo (FSE) mediante el programa ‘Ramón y Cajal’, con un contrato de investigación a JMMV, por el MEC mediante un proyecto de investigación concedido a LJ (BSO2003-05095) y por la Secretaría de Estado de Universidades e Investigación del MEC mediante una beca posdoctoral de estancia en la Universidad McMaster (Canadá) concedida a JMMV (ref.: EX2005-0212). Agradecimientos. A J.M.J. Ramos y J. Lupiáñez, por los comentarios aportados sobre versiones previas del manuscrito. © 2007, REVISTA DE NEUROLOGÍA REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 Desde hace varias décadas, la psicología cognitiva y la neurociencia cuentan con modelos teóricos contrastados empíricamente que describen y explican cómo el control de esas habilidades puede desvincularse de la consciencia con la práctica [1]. En esencia, estos modelos plantean que la adquisición de una habilidad requiere esfuerzo y consciencia en un primer momento, pero asumen que la práctica conduciría progresivamente hacia su automatización por medio del desarrollo de patrones de movimientos cada vez más complejos que se realizan inconscientemente y sin esfuerzo. En este sentido, cualquiera que haya adquirido la habilidad de escribir a máquina podrá recordar que al principio necesitaba ser consciente de cómo su dedo se dirigía hacía una tecla, pero con la práctica esos procesos conscientes desaparecieron de forma progresiva hasta que en la actualidad seguramente la velocidad le impide describir cómo teclea. Sin embargo, la adquisición de comportamientos secuenciales no siempre proviene de un proceso de aprendizaje consciente que requiere esfuerzo. Desde finales de los años ochenta, el estudio de cómo aprendemos comportamientos secuenciales ha experimentado un gran auge espoleado fundamentalmente por el desarrollo de contextos de aprendizaje en los cuales el propio proceso de adquisición podría ser no intencional (sin esfuerzo) e inconsciente [2]. Volviendo a nuestras conductas más cotidianas, un ejemplo de este tipo podemos encontrarlo en cómo aprendemos a hablar. En este caso, emitimos complejas secuencias de movimientos vocales y palabras desde una temprana edad en la que nuestra limitada capacidad para operar a nivel consciente sugiere que tales patrones secuenciales deben aprenderse de un modo no consciente. En contextos de laboratorio, el aprendizaje de secuencias se ha estudiado empleando tareas de tiempo de reacción serial. En estas tareas, un estímulo se presenta en una de cuatro posibles localizaciones y cada una de estas localizaciones tiene asignada 615 J.M.M. VAQUERO, ET AL una tecla de respuesta. La tarea del participante consiste en responder con la máxima rapidez y precisión posible presionando la tecla asignada a la posición donde ha aparecido el estímulo. Realizada la respuesta, el estímulo aparece en otra localización a la que de nuevo ha de responder con la tecla asignada a esa localización, y esta dinámica se repite por cientos de ensayos. La esencia distintiva de estas tareas consiste en que la sucesión de localizaciones del estímulo obedece a una secuencia (p. ej., una sucesión de 12 localizaciones) que se repite continuamente en varios bloques de unos cien ensayos, pero al participante no se le informa de la presencia de dicha secuencia. Esta continua repetición origina que, con la práctica, los participantes emitan respuestas cada vez más rápidas y experimenten un significativo Figura 1. Ilustración de una tarea de tiempo de reacción serial. La serie representa dos reaumento en su tiempo de reacción si el estímulo peticiones de una secuencia típica compuesta de 12 ensayos (1-2-1-4-3-2-4-1-3-4-2-3), que presenta varias veces a lo largo de cada bloque de ensayos. En la parte inferior se repredeja de responder a esa secuencia, un patrón de se sentan los resultados típicos de esta tarea, que se caracterizan por un progresivo aumenejecución que indica de forma indirecta que los to de la rapidez de la respuesta a lo largo de la práctica, y un enlentecimiento brusco cuanparticipantes han aprendido a predecir cuál sería do se retira la secuencia durante el bloque de prueba. la localización esperable en cada ensayo (Fig. 1). Este tipo de tareas se han convertido en una herramienta priGracias a estos desarrollos del procedimiento, el paradigvilegiada para estudiar el aprendizaje no consciente fundamen- ma de aprendizaje de secuencias viene ocupando un lugar cada talmente debido a que, bajo ciertas condiciones, permite ocultar vez más prominente entre los procedimientos experimentales el objetivo del investigador. El objetivo de éste, cómo puede su- desarrollados para el estudio del denominado aprendizaje imponerse, consiste en que los participantes muestren una mejor plícito (no consciente) [12]. Esta forma de aprendizaje ha inejecución por la presencia de una secuencia, pero al mismo tiem- tentado demostrarse utilizando diversas estrategias como la po que este aprendizaje se produzca sin que detecten dicha se- presentación subliminal, la inclusión de relaciones complejas cuencia. En otras palabras, se pretende obtener una disociación o sutiles, o desviando la atención del participante. En conjunentre lo que se denominan medidas directas del aprendizaje, en to, aunando los trabajos llevados a cabo con cualquiera de eslas cuales expresamente se pide al participante que intente recor- tas estrategias, encontramos un amplio abanico de aprendizadar lo aprendido (en el caso del aprendizaje de secuencias sería jes que van desde preparaciones sencillas de condicionamiento reconocer o generar fragmentos de esa secuencia), y medidas in- clásico [13] o conductas operantes [14], hasta contenidos más directas, que permiten observar el aprendizaje sin pedir al parti- complejos como el aprendizaje de secuencias descrito o el cipante que revele lo aprendido, como sucede al observar un au- aprendizaje de gramáticas artificiales (véase una amplia desmento en el tiempo de reacción cuando se altera la secuencia. cripción de todos los procedimientos empleados en Seger [15] Para conseguir que el aprendizaje se observe únicamente en o Froufe [16]). la medida indirecta es importante que las secuencias encierren Sin embargo, a pesar de esa profusión de procedimientos, cierta complejidad, y resulta de gran ayuda la introducción de puede decirse que el paradigma que cuenta con evidencias más tareas distractoras que limiten los recursos de procesamiento claras de obtención de aprendizaje implícito es el aprendizaje consciente que el participante puede dedicar a la exploración de de secuencias [4]. Por el contrario, la gran mayoría de estudios la secuencia. Dentro de esta última variante, la tarea distractora realizados con otros paradigmas ha sido objeto de críticas metomás empleada consiste en introducir un tono de frecuencia alta dológicas que cuestionan el carácter no consciente del aprendio baja en el intervalo temporal existente entre la respuesta del zaje observado. El foco de controversia se centra en las medidas participante y la aparición del siguiente estímulo, y pedirle que, directas empleadas en muchos de estos trabajos, las cuales freaparte de responder a las posiciones, lleve el cómputo del nú- cuentemente son demasiado diferentes al contexto de aprendimero de tonos altos que van apareciendo. zaje o no demandan todo lo que se puede aprender en esas taPor lo que respecta a la complejidad de la secuencia, en los reas. De este modo, si se observa una peor ejecución en las meúltimos años este extremo se ha garantizado por medio del em- didas directas que en las medidas indirectas, esa disociación popleo de secuencias condicionales de segundo orden (SOC, en la dría no responder verdaderamente a un aprendizaje no consbibliografía anglosajona [3-6]) y/o de secuencias probabilísti- ciente, sino a la posible falta de sensibilidad de las medidas dicas [7-11]. Las secuencias SOC reciben este nombre porque pa- rectas para recabar lo aprendido conscientemente por el particira predecir la localización del estímulo en un ensayo concreto pante [17,18]. es necesario conocer su localización en los dos ensayos anterioEn definitiva, como es de suponer, las ventajas del paradigres, no siendo suficiente con la información aportada por el en- ma de aprendizaje de secuencias como modelo de un contexto de sayo previo. Por su parte, las secuencias probabilísticas consis- aprendizaje implícito [19] han provocado una proliferación de su ten en la generación de ciertas regularidades con mayor fre- estudio no sólo en el ámbito de la psicología cognitiva, sino tamcuencia que otras de tal forma que algunas sucesiones de estí- bién en el de la neurociencia, donde se ha convertido, con amplia mulos son más probables, pero nunca pueden predecirse con to- diferencia, en la herramienta más empleada para intentar descutal certeza. brir los correlatos cerebrales del aprendizaje implícito. 616 REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 CEREBRO, CONSCIENCIA Y APRENDIZAJE CUÁLES SON LOS SUSTRATOS CEREBRALES DEL APRENDIZAJE DE SECUENCIAS Técnicas de neuroimagen Las técnicas de neuroimagen, principalmente la tomografía por emisión de positrones (PET) y la resonancia magnética funcional, permiten localizar topográficamente qué zonas cerebrales presentan una mayor actividad mientras se ejecuta una tarea conductual dada. Con la introducción de estas técnicas en tareas de aprendizaje de secuencias se han podido observar ciertas diferencias en los sustratos neuroanatómicos subyacentes a los modos de adquisición explícito e implícito. No obstante, más allá de esta diferencia, los resultados obtenidos en cada estudio se han registrado a veces en situaciones muy distintas y se han analizado con técnicas diversas, produciendo una complejidad que desafía los intentos de explicación teórica en términos de correspondencias simples entre localizaciones cerebrales y procesos. La búsqueda de posibles sustratos distintivos del aprendizaje consciente y no consciente comenzó en buena medida al comparar condiciones de tarea simple y dual [20-22]. Estos trabajos mostraron claramente que cada condición implicaba un circuito neuronal diferente. Cuando los participantes debían llevar a cabo una tarea secundaria de recuento de tonos además de responder a cada estímulo, se observaba que la activación relacionada con el aprendizaje de la secuencia se concentraba en coordenadas superiores contralaterales a la mano de respuesta (derecha), que implicaban al córtex parietal, al área motora suplementaria y al córtex motor primario del hemisferio izquierdo. Además de esta actividad cortical, el circuito también incluía actividad subcortical en los ganglios basales. Por su parte, cuando la tarea de secuencias se realizaba sin distracción, el trazado era bien diferente, ocupando regiones ventrales predominantemente del hemisferio derecho, que incluían el córtex occipital, temporal, parietal, prefrontal dorsolateral y premotor lateral. Como en el caso anterior, la actividad cortical se completaba con la contribución de regiones subcorticales, pero en este caso la participación de los ganglios basales se ampliaba en ocasiones con el cerebelo. Si se asume que las condiciones de tarea dual minimizan en gran medida la contribución de estrategias de aprendizaje consciente, mientras que las condiciones de tarea simple pueden permitir el descubrimiento de la secuencia, este patrón de resultados indicaría la existencia de bases neurales diferenciadas para el aprendizaje implícito y explícito. Por una parte, la condición de tarea dual generaría un aprendizaje implícito por distraer los procesos conscientes hacia otro cometido (contar tonos), mientras que la condición de tarea simple permitiría el descubrimiento de la secuencia y con ello el aprendizaje explícito. Sin embargo, contrariamente a este planteamiento, se ha observado que bajo condiciones de tarea simple los participantes pueden aprender la secuencia de manera no consciente [7,8, 20,22-25] y se ha visto también que, cuando se establecen comparaciones entre participantes en función de que descubran o no la secuencia, sus trazados neurales aparecen considerablemente solapados [20,22,24,25]. Por tanto, de haber algún sustrato neural que diferencie el aprendizaje consciente y no consciente, no se puede concluir sin más que éste se identifique con las diferencias existentes entre los trazados obtenidos en condiciones de tarea simple y de doble tarea. En este sentido, tanto los trabajos anteriormente citados como otros afines coinciden en destacar que el descubrimiento de la secuencia parece acompañarse de una mayor actividad del lóbulo REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 prefrontal [20,24,25,27-29]. Profundizando más sobre este particular, a partir de un reanálisis de los datos hallados por Grafton et al [20] y Hazeltine et al [22], Keele et al [29] observaron que el conocimiento explícito de la secuencia se asocia a una mayor actividad del cíngulo anterior, una estructura de la corteza prefrontal sobre la que más recientemente se ha obtenido evidencia que la relaciona con procesos explícitos de aprendizaje [7,30,31]. En efecto, Aizenstein et al [7] observaron que el cíngulo anterior se halla especialmente activo cuando los participantes descubren la secuencia, pero no cuando el proceso de adquisición se desarrolla de forma implícita. En esta misma línea, se ha encontrado una importante contribución de esta estructura cuando se pide abiertamente a los participantes que expresen el conocimiento adquirido durante la tarea [30], y en condiciones de aprendizaje intencional por ensayo y error, en donde la tarea requiere adivinar la secuencia y el estímulo sólo se presenta después de realizada la respuesta correcta [32-34]. Una revisión de los estudios que obtienen aprendizaje implícito permite confirmar que en ellos no se documenta activación del cíngulo anterior [20,22,27,28], salvo en el caso de fases avanzadas de entrenamientos con secuencias probabilísticas [7,8,35]. Esta particular coincidencia conduce a pensar que, presumiblemente, en estos casos de aprendizaje implícito con estructuras probabilísticas, el cíngulo anterior sería un sustrato que intervendría de nuevo en un proceso consciente, pero en esta ocasión un proceso no tanto en relación con el aprendizaje de la secuencia, sino con la resolución del conflicto producido cuando el estímulo aparece en un lugar distinto del esperado [8,36]. Como se mencionó anteriormente, las secuencias probabilísticas incluyen ensayos imprevisibles en los que se altera la secuencia esperada, generándose así un conflicto entre la respuesta correcta a ese ensayo inesperado y la tendencia aprendida de responder según el lugar esperado. Dada esa circunstancia, la resolución de este conflicto demanda un proceso controlado (consciente) que inhiba la tendencia aprendida, y el cíngulo anterior podría mediar en ese proceso. Al margen del cíngulo, otras regiones como el cerebelo y el lóbulo temporal también se han relacionado específicamente con procesos de aprendizaje consciente de secuencias. Sin embargo, en estos casos, la evidencia más reciente no corrobora esa relación. Efectivamente, la activación del cerebelo se ha observado cuando se descubre la secuencia [28,37] y en tareas explícitas como el aprendizaje por ensayo y error antes mencionado [32,33,38]. En cambio, no se observa cuando el aprendizaje es implícito [8,27] y decrece a medida que una habilidad se automatiza con la práctica [32,38,39]. Pero, a pesar de que este patrón de datos sugiere la participación del cerebelo específicamente en procesos explícitos, Doyon et al [26] argumentaron que tal evidencia podría ser producto de limitaciones técnicas en el campo de visión de la cámara PET que impedirían una completa visión de regiones inferiores del cerebelo posiblemente implicadas en procesos implícitos o automáticos. En consonancia con esta apreciación, estos mismos autores observaron que la menor actividad del cerebelo que acompaña la automatización de la habilidad supone un traslado de la actividad desde el córtex cerebelar hacia regiones internas como el núcleo dentado [26]. Asimismo, estudios recientes con pacientes apoyan esta alternativa, al observar que focos de lesión en el cerebelo impiden aprender la secuencia en la situación habitual donde no se informa sobre la presencia de la misma [40]. Por tanto, a pesar de no observarse activación en el cerebelo contingente con 617 J.M.M. VAQUERO, ET AL el aprendizaje implícito de secuencias, parece que la participación de esa estructura sería necesaria para aprender una secuencia también de una manera implícita. Por lo que respecta al lóbulo temporal, y más concretamente al sistema hipocampal, estudios recientes en los campos del aprendizaje y la memoria han modificado la concepción clásica que implica a este sistema específicamente en aspectos explícitos (declarativos) de nuestra memoria. Entre estos trabajos, algunos realizados con técnicas de neuroimagen ponen de manifiesto que el hipocampo también está implicado en el aprendizaje implícito cuando el aprendizaje contiene relaciones complejas [24] o componentes semánticos [41]. En el caso del aprendizaje de secuencias, Shendan et al [24] han observado actividad del hipocampo asociada con el aprendizaje de una SOC, es decir, de una secuencia que requiere considerar dos estímulos anteriores para poder predecir el siguiente, y esta actividad se presentaba independientemente de que el conocimiento fuera implícito o explícito. Por tanto, de manera importante para la discusión que nos Figura 2. Esquema de las estructuras cerebrales relacionadas con el aprendizaje de ocupa, esa actividad del sistema hipocampal se rela- secuencias. Los círculos negros representan áreas relacionadas con el sistema dor(no atencional), y los grises, áreas asociadas con el sistema ventral (atencional). cionaba con el aprendizaje complejo, pero no en par- sal Las estructuras asociadas a ambos modos de aprendizaje se indican por medio de ticular con el carácter explícito del aprendizaje. una corona negra sobre fondo gris. AMS: área motora suplementaria; CA: cíngulo anAsí pues, aun cuando existen hipótesis planteadas terior; CBL: cerebelo; CM: córtex motor; CP: córtex parietal; CPM: córtex premotor; acerca del papel del cerebelo y el hipocampo en el CPF: corteza prefrontal; CO: córtex occipital; CT: córtex temporal; GB: ganglios basales. aprendizaje explícito, por el momento el índice más fiable de la participación de procesos conscientes en el aprendizaje de secuencias es el que se relaciona con la activación cuencias sin tareas distractoras, pero resultaría poco efectivo en del cíngulo anterior [7,29-31]. Este dato es consistente con la co- condiciones de tarea dual, debido a que la dimensión introducinocida participación de esta estructura en otros procesos que im- da para realizar la tarea secundaria (tonos altos o bajos) se preplican esfuerzo cognitivo (procesos de control) como atención senta al azar. La razón estriba en que, bajo esta circunstancia, el selectiva [42], solución de problemas [43], generación de hipóte- sistema atencional se expone a un contexto que en términos sis [44] o resolución de conflictos que requieren inhibir respues- multidimensionales no está estructurado (no existe relación entas automáticas [45]. En resumen, operaciones propias de la me- tre los tonos y las posiciones), y el consiguiente fracaso para moria de trabajo [46] entendida como un mecanismo cognitivo vincular ambas dimensiones en una secuencia multidimensioencargado de retener y manipular de manera consciente informa- nal se traduce en que los correlatos neurales del sistema atención relevante sobre la tarea que se está llevando a cabo. cional no contribuyen al proceso de aprendizaje. Por el contraEsta escasa diferencia encontrada entre los trazados cere- rio, en estas situaciones seguiría actuando un sistema de aprenbrales producidos por el aprendizaje implícito y explícito ha lle- dizaje unidimensional y no dependiente de la atención, que asovado a los investigadores a centrar su atención sobre las mayo- ciaría de manera automática eventos inmediatos pertenecientes res diferencias que se encuentran entre el aprendizaje producido a una misma dimensión (p. ej., las localizaciones del estímulo) en condiciones de tarea simple o de doble tarea. Sobre este par- y daría lugar a un aprendizaje necesariamente implícito [47]. ticular, Keele et al [29] han desarrollado un modelo teórico que plantea la existencia de dos sistemas diferentes de aprendizaje. Estudio de pacientes Por un lado, un sistema de aprendizaje atencional controlaría Los trabajos con pacientes han generado un cuadro de resultalos procesos de adquisición en condiciones de tarea simple, y dos algo difuso debido sobre todo a las notables diferencias que generaría aprendizajes implícitos o explícitos dependiendo de si presentan respecto al tipo de secuencias empleadas y en cuanto los procesos atencionales implicados conducen o no al descu- a la extensión de las lesiones de los pacientes. brimiento de la secuencia. Por otro lado, un sistema de aprendiComo sucede en otros ámbitos de estudio del aprendizaje y zaje no atencional intervendría en cualquier circunstancia, in- la memoria, los pacientes amnésicos han sido la población clícluso en condiciones de tarea dual, produciendo aprendizaje de nica más estudiada. Estos pacientes presentan lesiones en escarácter implícito. La figura 2 contiene una representación es- tructuras del lóbulo temporal medial que deterioran gravemente quemática de las principales estructuras que intervendrían en ca- su capacidad de recuerdo, pero sistemáticamente también se ha da uno de estos dos sistemas a la luz de la evidencia más reciente. observado que muestran preservada la expresión de su conociSegún Keele et al [29], el sistema atencional genera apren- miento cuando éste se evoca de una forma más involuntaria o dizaje sobre eventos atendidos, pudiendo llevar a cabo asocia- consiste en una habilidad procedimental, es decir, cuando la exciones de cierta amplitud no sólo entre los eventos de una mis- periencia previa se recupera de forma implícita [48]. En el trama dimensión (p. ej., localizaciones), sino también entre even- bajo pionero de Nissen et al ([2], experimento 4), estos autores tos pertenecientes a diferentes dimensiones [10]. Este sistema estudiaron pacientes amnésicos y observaron que aprendían la tendría un papel principal en el proceso de aprendizaje de se- secuencia a pesar de que, como era de esperar por sus rasgos 618 REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 CEREBRO, CONSCIENCIA Y APRENDIZAJE clínicos, no eran conscientes de haberla practicado. Se diría, por tanto, que los pacientes amnésicos no sólo pueden expresar habilidades procedimentales, sino que también mantendrían preservada la capacidad de aprenderlas de forma implícita. Este aprendizaje observado en pacientes amnésicos, sin embargo, no suele alcanzar los niveles mostrados por sus grupos de control. Aunque algunos trabajos publicados no han encontrado diferencias significativas entre ambos grupos, en todos los casos se suelen apreciar valores absolutos menores para los pacientes [49,50]. Esa tendencia podría fácilmente explicarse considerando que las secuencias empleadas eran relativamente simples, por lo que los participantes del grupo control podrían haber descubierto al menos parte de la secuencia, beneficiándose así de un conocimiento explícito que no podrían adquirir los pacientes amnésicos [50]. Sin embargo, Curran [3] ha propuesto otra posible explicación de esta diferencia, basada en la amplitud del aprendizaje observado en cada uno de estos grupos. En su estudio, ni siquiera el grupo control alcanzó un conocimiento explícito de la secuencia, pero sí se observó una mayor dificultad de los pacientes amnésicos para adquirir relaciones de segundo orden. Estos resultados obtenidos por Curran confirman la participación del lóbulo temporal medial en la producción de aprendizajes asociativos de alto nivel [24,51,52], y lo que es más importante en el marco de esta revisión, apuntan hacia la importancia de esas estructuras en procesos de aprendizaje implícito cuando las secuencias son complejas. Este extremo se ha corroborado en el trabajo de Schendan et al [24] antes comentado, o más recientemente en el de Vandenberghe et al [53] con secuencias probabilísticas, colocando de este modo a los estudios de aprendizaje de secuencias dentro de ese conjunto de trabajos que, desde distintos ámbitos, demuestran que el sistema hipocampal no se relaciona exclusivamente con los componentes explícitos de la memoria [41,51,54]. Además de la población de pacientes amnésicos con lesiones temporomediales, la conocida implicación de los ganglios de la base en el aprendizaje de hábitos ha motivado el estudio de pacientes con Parkinson o corea de Huntington. Con respecto a los pacientes de Parkinson, los resultados obtenidos son llamativamente dispares, encontrándose ausencia de aprendizaje [55, 56], un aprendizaje inferior al mostrado por el grupo control [40, 57-60] e incluso ningún signo de déficit [61]. Los déficit motores de estos pacientes podrían ser parcialmente responsables de esta disparidad, pero lo cierto es que las discrepancias tampoco desaparecen al comparar estudios que emplean respuestas verbales para minimizar el impacto de los síntomas motores de este trastorno [58,59,61]. En este caso, la falta de acuerdo podría deberse a la variabilidad en el tipo de secuencias empleadas y en el estado de la enfermedad de los pacientes estudiados. Trabajos recientes que permiten examinar con más detenimiento estas variables sugieren que la aparición de déficit en el aprendizaje es más probable en la medida en que se combina una secuencia compleja y una lesión amplia de los ganglios basales, producto del estado avanzado de la enfermedad. En este sentido, Shin et al [62] han encontrado que pacientes con lesiones focales unilaterales restringidas al núcleo estriado o al globo pálido aprenden secuencias complejas al nivel de un grupo control, mientras que pacientes con lesiones más amplias y bilaterales aprenden significativamente menos que sus controles [40,58]. Este patrón de datos podría llevarnos a considerar que el déficit no depende de lesiones REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 en los ganglios basales, sino de la extensión de la lesión a otras regiones a medida que avanza la enfermedad. Sin embargo, los déficit se han observado incluso antes de que se desarrollen alteraciones cognitivas asociadas a la disfunción del lóbulo frontal [58], sugiriendo por tanto que los núcleos basales alterados en un estadio más avanzado de la enfermedad, como es el caso del putamen y el caudado, serían los que contribuyen en mayor medida al aprendizaje de secuencias. Los pacientes con corea de Huntington también se han analizado en algunos estudios, con resultados igualmente dispares. En los trabajos iniciales se observó que estos pacientes conseguían aprender una secuencia, aunque su aprendizaje era inferior al obtenido por sus grupos control [63,64]. Posteriormente, en cambio, Brown et al [65] observaron que estos pacientes aprendían sin especial problema una secuencia implícita, pero encontraban serias dificultades para aprender una secuencia de forma intencional por el método de ensayo y error. A partir de esta disociación, los autores sugirieron que el núcleo de los ganglios basales más afectado en esta enfermedad, concretamente el caudado, ejercería una función central en el aprendizaje intencional de secuencias. En último término, esta interpretación no sería incompatible con los resultados de los trabajos anteriores [63,64], dado que en éstos se emplearon secuencias más fáciles de descubrir, y es probable que en esas circunstancias las diferencias observadas entre los pacientes y los participantes del grupo control tuvieran relación con la adopción de un modo intencional de aprendizaje del que sólo se beneficiarían los participantes del grupo control. Por último, otros grupos de pacientes cuyo comportamiento se ha estudiado en el aprendizaje de secuencias son aquellos con lesiones focalizadas en el córtex prefrontal, en el cerebelo o en la corteza motora suplementaria. Por lo que respecta a los pacientes con daño prefrontal, se ha observado una reducción del aprendizaje [56,66] que en principio podría asociarse con la reducción de los efectos intencionales sobrevenidos al descubrimiento consciente de la secuencia. Para arrojar cierta luz sobre esta cuestión resulta interesante un estudio llevado a cabo por Robertson et al [67] con estimulación magnética transcraneal. En este estudio se observó que la inhibición del córtex prefrontal dorsolateral mediante esta técnica impedía el aprendizaje implícito de la tarea clásica de localizaciones, pero no de una secuencia de colores. A partir de este resultado, los autores concluyeron que el papel del córtex prefrontal en esta tarea no tendría relación necesariamente con el hecho de que este aprendizaje fuera explícito, sino más bien con la implicación de información espacial. En lo referente a las lesiones del cerebelo [40] o la corteza motora suplementaria (hemisferio izquierdo) [68], en ambos casos se ha observado que sus efectos son drásticos hasta el extremo de abolir completamente el aprendizaje. En el caso del cerebelo, como se ha descrito previamente, Shin et al [40] no encontraron aprendizaje en pacientes con lesiones restringidas a esta estructura. Este resultado podría atribuirse a la implicación del cerebelo en la regulación motora, pero es importante reseñar que el daño cerebelar elimina el aprendizaje no sólo en condiciones estándares de entrenamiento, sino también en condiciones de simple observación de la secuencia [57,69]. En resumen, aunque por el momento los estudios con pacientes parecen difíciles de interpretar, dadas las dificultades para diferenciar entre componentes implícitos y explícitos del aprendizaje y la dispar extensión de las lesiones, los resultados 619 J.M.M. VAQUERO, ET AL tienden a confirmar la participación de un amplio conjunto de estructuras en el aprendizaje de secuencias. Al igual que mostraban los estudios de neuroimagen, regiones como el lóbulo temporal, el córtex prefrontal, el córtex motor o los ganglios basales se relacionan tanto con el aprendizaje implícito como con el explícito. No obstante, a diferencia de aquellos estudios, las pruebas con pacientes permiten considerar que esas regiones son necesarias para el aprendizaje de secuencias, y no sólo sus correlatos. Junto a ésta, otra de las aportaciones de estos trabajos es llamar la atención sobre la importancia del cerebelo posiblemente en ambas formas de aprendizaje, coincidiendo de este modo con las consideraciones apuntadas por Doyon et al [26] acerca de las limitaciones de las cámaras PET para registrar actividad relevante en esta región. Tabla. Posibles funciones de las estructuras implicadas en el aprendizaje de secuencias, agrupadas según los sistemas de aprendizaje atencional y no atencional propuestos por Keele et al. Sistema de aprendizaje Estructura Función Sistema no atencional Corteza motora suplementaria Representación del conocimiento de la secuencia en un nivel abstracto Córtex motor primario Efectores específicos, pero no representación del aprendizaje Córtex parietal Generación de las coordenadas espaciales para la acción Ganglios basales El propio aprendizaje secuencial u operaciones de cambio de acción Cerebelo Control motor o integrador sensorial Córtex prefrontal dorsolateral La interacción del córtex prefrontal dorsolateral, temporal y prefrontal permite aprendizajes de mayor alcance que pueden basarse en las propiedades del estímulo Sistema atencional (aprendizaje implícito) Funciones de las estructuras relacionadas con el aprendizaje de secuencias Como se ha comentado, más que un circuito general de aprendizaje de secuencias, los estudios de neuroimagen parecen indicar la existencia de dos sistemas anatómicamente distintos [29]. Cuando se introduce una tarea distractora, el papel fundamental se atribuye a un sistema ‘no atencional’ que generaría un aprendizaje implícito mediado por regiones dorsales Sistema atencional del hemisferio izquierdo, contralaterales a la (aprendizaje mano de respuesta. Estas regiones serían la explícito) corteza motora suplementaria, el córtex motor y el córtex parietal. En cambio, en ausencia de distracción, el proceso de aprendizaje quedaría controlado por un circuito que abarcaría regiones más ventrales, fundamentalmente del hemisferio derecho, que incluiría áreas del córtex prefrontal, temporal, parietal, occipital y premotor. En el caso de que la atención desplegada (sin distracción) permita el descubrimiento de la secuencia, este circuito daría lugar a un aprendizaje consciente. Precisar la función de cada una de estas estructuras corticales, así como de las regiones subcorticales implicadas, como los ganglios basales o el cerebelo, es una tarea extremadamente compleja que sólo puede empezar a abordarse a partir del desarrollo del estudio comportamental de la propia tarea de aprendizaje de secuencias. Una vez que la investigación a ese nivel ha aportado ciertas claves importantes acerca del contenido motor y/o perceptivo de este aprendizaje, es posible elaborar algunas propuestas sobre la función desempeñada por cada una de estas estructuras (Tabla). Comenzando por el sistema no atencional, los estudios revisados permiten asignar a la corteza motora suplementaria un papel central en la codificación de una representación relativamente abstracta de la secuencia motora, mientras que el córtex motor reflejaría la actividad de los efectores específicos y el córtex parietal podría encargarse de generar las coordenadas espaciales necesarias para la acción de esos efectores [36]. Diversos estudios comportamentales dirigidos a explorar el contenido del aprendizaje implícito de secuencias permiten concluir que este aprendizaje es fundamentalmente de carácter motor, pero no está fijado a los efectores específicos con los que se 620 Córtex temporal Córtex occipital Córtex premotor lateral Representación del conocimiento de la secuencia en un nivel abstracto Córtex parietal Generación de las coordenadas espaciales para la acción Ganglios basales El propio aprendizaje secuencial u operaciones de cambio de acción Cerebelo Control motor o integrador sensorial El cíngulo anterior se suma a las estructuras implicadas en el sistema atencional de aprendizaje implícito Generación y revisión de hipótesis (expectativas) sobre el siguiente estímulo responde durante el aprendizaje. Como prueba de ello se ha observado que, si se modifica la correspondencia entre los estímulos y las teclas de respuesta y se altera de forma independiente bien la secuencia de estímulos o bien la secuencia de respuestas, sólo la alteración de esta última impide realmente la expresión del aprendizaje, aun cuando quede intacta la secuencia de estímulos [70]. En cambio, sustituir los efectores no reduce la expresión de lo aprendido, como se ha demostrado en estudios que transfieren a los sujetos de responder con varios dedos a hacerlo con uno sólo [71,72], o en aquellos que cambian la mano de respuesta entre la fase de entrenamiento y la de prueba [73]. De acuerdo con estos resultados, puede decirse que el aprendizaje motor que se refleja en esta tarea no parece estar fijado a efectores concretos como los dedos o la mano con la que se practicó, sino que reflejaría más bien un aprendizaje de relaciones entre localizaciones de respuesta o, lo que es lo mismo, de relaciones entre los sucesivos lugares hacia donde debe dirigirse continuamente la acción (p. ej., las teclas de respuesta) con independencia del efector empleado [70,73]. Sólo con grandes cantidades de práctica (varias sesiones), el componente motor ligado a efectores específicos puede llegar a desempeñar un papel significativo en este aprendizaje [74]. Los estudios de neuroimagen parecen indicar que ese conocimiento motor relativamente abstracto (desligado de los efectores específicos) estaría representado en el área motora suplementaria. Al contrario de lo que se ha observado en el córtex motor, un cambio de efectores desde los dedos de una sola mano al empleo de ambas manos no cambia el foco de ac- REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 CEREBRO, CONSCIENCIA Y APRENDIZAJE tivación dentro del área motora suplementaria [21] y, además, esta estructura se muestra activa incluso cuando se imaginan los movimientos en lugar de ejecutarlos [75]. Más allá de las regiones motoras, la función que el córtex parietal desempeñaría en este circuito parece situarse en la generación de coordenadas espaciales adecuadas para la acción. En este sentido, diversos estudios de neuroimagen muestran un incremento en la actividad de esta región cuando se inician movimientos voluntarios dirigidos a un lugar, también con independencia del efector empleado, e incluso cuando los movimientos son sólo imaginados [76]. Respecto al circuito ventral, identificado por Keele et al [29] con los procesos de aprendizaje atencional, la participación del córtex prefrontal, temporal, occipital y premotor confiere una mayor complejidad al aprendizaje, que sin embargo no origina necesariamente la producción de un aprendizaje consciente. Como se desprende de los estudios comentados previamente acerca de la implicación del lóbulo temporal en el aprendizaje de relaciones complejas de segundo orden [3,24], y del lóbulo prefrontal en el procesamiento específico de información espacial [67], estas estructuras amplían las posibilidades del aprendizaje incluso en condiciones bajo las cuales los participantes aprenden de forma implícita. Aun cuando no se descubra la secuencia, el córtex prefrontal y el temporal son capaces de generar asociaciones implícitas complejas que quedarían representadas de un modo abstracto en el córtex premotor, como sugiere el hecho de que esta región aparezca activa incluso cuando se imaginan los movimientos secuenciales [75]. No obstante, no se puede descartar que la actividad prefrontal pudiera reflejar también la búsqueda de un patrón ordenado. En condiciones de atención no restringida, si esta búsqueda conduce al descubrimiento de la secuencia, se ha observado un aumento de actividad prefrontal [20,24,25,27-29]. Este aumento, que implicaría de manera especial al cíngulo anterior [7,2931], podríamos vincularlo al desarrollo de expectativas conscientes en consonancia con diferentes trabajos que observan actividad del cíngulo anterior en procesos de generación de hipótesis [44]. Más concretamente, en coordinación con el lóbulo occipital –estructura implicada en procesos perceptivos–, el córtex temporal y prefrontal podrían producir formas de aprendizaje de secuencias basadas en propiedades perceptivas del estímulo desde las cuales derivaría el desarrollo de expectativas. En suma, como podemos observar, los datos disponibles permiten desarrollar ciertas hipótesis acerca de las funciones de las estructuras corticales que se han relacionado con el aprendizaje de secuencias. Sin embargo, si nos trasladamos a las estructuras subcorticales implicadas, esta asignación de funciones por el momento resulta menos clara. Sobre los ganglios basales, algunos estudios han sugerido que podrían contribuir al aprendizaje per se, pero otros apuntan más bien a su función en operaciones de cambio de acción, que disparan las sucesivas acciones de acuerdo con un orden representado en áreas motoras [29,36]. Respecto a la primera hipótesis, se sabe que los circuitos dopaminérgicos de los ganglios basales son un componente fundamental de los sistemas de reforzamiento de conductas, y este dato apuntaría al papel de esta estructura en la formación de asociaciones secuenciales a partir de las señales de reforzamiento aportadas por ese circuito [77]. Sin embargo, como respaldo a la segunda hipótesis, se ha observado que al menos parte de los problemas causados por lesiones relacionadas con estas áreas subcorticales tienen relación con la integración de in- REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 formación espacial y temporal [40], por lo que el menor aprendizaje mostrado en estos casos podría revelar un problema en la programación espaciotemporal de las sucesivas respuestas, más que en la adquisición de la información relevante. No obstante, con independencia de esta discusión, los estudios de pacientes sugieren una posible distinción entre las contribuciones del núcleo caudado y del putamen, según la cual el primero desempeñaría un mayor papel en el aprendizaje intencional, y el segundo, en el aprendizaje incidental [65]. Por último, en cuanto a las posibles funciones del cerebelo, en varias ocasiones hemos subrayado la escasez de datos de neuroimagen que revelen su participación en el aprendizaje implícito de secuencias, lo cual contrasta con la abundante bibliografía que relaciona esta estructura con los procesos de sincronización de la acción y optimización de movimientos complejos [78]. En esta línea, Bower et al [79] sostienen que la contribución del cerebelo en el control motor sería una función indirecta, derivada de su papel como coordinador sensorial que integra información de distintas dimensiones, maximizando así la calidad de nuestra percepción del medio. No obstante, bien sea por ejercer un control directo sobre los movimientos, bien por maximizar la calidad de la percepción del medio, lo que parece evidente es que el cerebelo resulta clave en la coordinación de habilidades motoras. El reciente trabajo de Shin et al [40] confirma esta conclusión, al mostrar que las lesiones en esta estructura eliminan cualquier efecto de aprendizaje de secuencias. Por tanto, parece razonable aceptar las conclusiones de Doyon et al [26] que atribuyen la falta de evidencia acerca del papel del cerebelo en el aprendizaje implícito de secuencias a las limitaciones de las técnicas de neuroimagen para recoger la actividad de los núcleos internos de esta estructura presumiblemente implicados en este aprendizaje. CONCLUSIONES El aprendizaje de secuencias producido en el contexto de tareas de tiempo de reacción serial se ha convertido en la actualidad en el mejor procedimiento experimental para generar aprendizaje implícito y, como consecuencia, su uso se ha extendido dentro del marco de la neurociencia en el intento de descubrir circuitos neuroanatómicos que distingan entre aprendizaje consciente y no consciente. En términos generales, estas investigaciones revelan que el aprendizaje de secuencias depende de la contribución de un amplio conjunto de estructuras, pero de manera particular parece evidenciarse que la aparición de procesos conscientes en el aprendizaje se asocia con la participación del cíngulo anterior. Al margen de esta distinción, los estudios de neuroimagen revelan que el circuito implicado en el aprendizaje es sumamente diferente en función de que el participante realice la tarea sin distracciones o la lleve a cabo al tiempo que realiza una segunda tarea. Concretamente, el circuito se reduce bastante cuando el participante actúa en condiciones de doble tarea, implicando una región dorsal que engloba al córtex parietal, al área motora suplementaria, al córtex motor primario y a los ganglios basales. En cambio, cuando actúa en condiciones de tarea simple, el circuito cortical es más amplio, extendiéndose por regiones ventrales del hemisferio derecho, que incluyen el córtex occipital, temporal, parietal, prefrontal dorsolateral, premotor lateral y los ganglios basales. Keele et al [29] han propuesto que, en situaciones de doble tarea, el aprendizaje se produciría mediante 621 J.M.M. VAQUERO, ET AL un sistema no atencional que genera un aprendizaje siempre implícito, y fundamentalmente ligado a la producción serial de un conjunto de acciones en el espacio, mientras que en situaciones de tarea simple, los participantes se beneficiarían de la acción de un sistema atencional que podría dar lugar a aprendizajes implícitos o explícitos en función de si la atención se focaliza o no sobre las relaciones adecuadas. Los estudios con pacientes neurológicos vienen a confirmar la participación determinante de ese amplio conjunto de estructuras tanto en el aprendizaje implícito como explícito. Estos estudios destacan además la participación del cerebelo incluso en el aprendizaje implícito, sugiriendo posibles limitaciones de las técnicas de neuroimagen para registrar la actividad de esta región. Por último, la evidencia disponible hasta el momento acerca de las posibles funciones de todo este entramado de estructuras debe considerarse preliminar, pero la progresiva integración de los estudios funcionales y de los que abordan la localización de las estructuras subyacentes muestra una prometedora convergencia. En este sentido, el contenido de este aprendizaje parece representarse en las cortezas premotoras en la forma de un aprendizaje motor sin efectores específicos. No obstante, en el caso del sistema atencional, la interacción entre el córtex prefrontal dorsolateral, temporal y occipital permitiría aprendizajes de mayor alcance que pueden basarse en las propiedades del estímulo, y que se convertirían en expectativas conscientes cuando se produce la participación del cíngulo anterior. BIBLIOGRAFÍA 1. Anderson JR. The architecture of cognition. Cambridge, MA: Harvard University Press; 1983. 2. Nissen MJ, Bullemer P. 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To report on the most recent evidence concerning the neuroanatomical correlates that distinguish conscious and unconscious sequence learning. Development. Sequence-learning tasks are the most widely used test for evaluating learning that takes place with no intention to learn and without awareness of what has been learnt (implicit learning). In these tasks, participants respond to successive stimuli without being told that their run follows a sequence; with practice they improve their performance, even thought they are unable to generate the sequence when directly asked to do so. In this article we review the research that has been carried out to evaluate the performance of neurological patients or that uses neuroimaging techniques to pinpoint the neuroanatomical correlates of learning. Conclusions. Studies conducted using functional neuroimaging techniques reveal that conscious learning processes are linked to activity in the anterior cingulate and that there is an important overlap between the structures involved in implicit and explicit learning. Nevertheless, greater differences are seen depending on whether the learning takes place with distractions (in order to prevent subjects from discovering the sequence) or without distractions. These differences can be explained using models that draw a distinction between a dorsal pathway of non-attentional (implicit) learning and a more ventral attentional pathway (which is implicit, or explicit if the sequence is discovered). Studies with neurological patients confirm the involvement of a wide range of structures both in implicit and explicit learning, including the prefrontal lobe, the motor cortex, the temporal lobe, the basal ganglia and the cerebellum. Finally, we present evidence of the functions carried out by each structure. [REV NEUROL 2007; 45: 615-23] Key words. Anterior cingulate. Cerebellum. Consciousness. Hippocampus. Implicit learning. Procedural memory. Sequence learning. REV NEUROL 2007; 45 (10): 615-623 623