XXX REUNIÓN DE LA SENP La magnetoencefalografía en los trastornos cognitivos del lóbulo frontal A. Capilla-González a,b, S. Fernández-González c, P. Campo a, F. Maestú a,b, A. Fernández-Lucas a,d, F. Mulas e, T. Ortiz a,d MAGNETOENCEPHALOGRAPHY IN COGNITIVE DISORDERS INVOLVING FRONTAL LOBES Summary. Introduction and development. Frontal lobe, more specifically prefrontal cortex, is one of the brain regions that undergoes more protracted ongoing development. The wider the developmental window of one brain structure, the more vulnerable the functions related to it. Hence, executive functions, which are mediated by prefrontal networks, seems to be specially vulnerable during childhood. Attention-deficit/hyperactivity disorder (ADHD) is one of the most prevalent neurodevelopmental disorders. Functional neuroimaging techniques have shown a dysfunction in a fronto-striatal network in this disorder, that is likely subserving deficits in executive processes, such as in response inhibition. Discussion. This review focuses on contributions of neuroimaging techniques, with high spatial (SPECT, PET and fMRI), temporal (ERP) and spatiotemporal (MEG) resolution, to the neurofunctionality of ADHD. [REV NEUROL 2004, 39: 183-8] Key words. Attention-deficit/hyperactivity disorder. Childhood development. Executive functions. Frontal lobe. Inhibition. Magnetoencephalography. INTRODUCCIÓN El estudio del lóbulo frontal y, en particular, de la corteza prefrontal se ha convertido en uno de los grandes retos de la neurociencia cognitiva de este siglo. La corteza prefrontal sigue un prolongado curso de desarrollo, que no se completa hasta el final de la adolescencia o principio de la edad adulta [1]. Esta amplia ventana de desarrollo hace que la corteza prefrontal sea especialmente vulnerable a sufrir una disfunción durante la infancia [2], lo que se refleja en el elevado número de trastornos del neurodesarrollo que presentan algún tipo de disfunción frontal, como el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH), el autismo o el síndrome de la Tourette [3-5]. El TDAH es uno de los trastornos del neurodesarrollo más ampliamente estudiado durante las últimas décadas, aunque aún quedan muchas preguntas sin resolver sobre su patofisiología [6]. Las técnicas de neuroimagen funcional están aportando respuestas a algunas de estas preguntas. Por una parte, aquellas que presentan una alta resolución espacial, como la tomografía por emisión de fotón único (SPECT), la tomografía por emisión de positrones (PET) o la resonancia magnética funcional (RMf), aportan respuestas a la pregunta de ‘dónde’, o en qué áreas, aparece la actividad cerebral. Las técnicas con alta resolución temporal derivadas de la electroencefalografía (EEG), como los potenciales relacionados con acontecimientos discretos (PRAD), permiten responder a la pregunta de ‘cuándo’ se activa una determinada región cerebral. Por último, para lograr acercarnos al ‘cómo’ se organiza la actividad cerebral ante un determinado Recibido: 6.05.04. Aceptado: 13.05.04. a Centro de Magnetoencefalografía Dr Pérez-Modrego. Universidad Complutense de Madrid. b Departamento de Psicología Básica II (Procesos Cognitivos). Facultad de Psicología. UCM. c Departamento de Psicología. Universidad Camilo José Cela. d Departamento de Psiquiatría y Psicología Médica. Facultad de Medicina. UCM. Madrid. e Instituto Valenciano de Neurología Pediátrica (INVANEP). Valencia, España Correspondencia: Dr. Tomás Ortiz. Centro de Magnetoencefalografía Dr. Pérez Modrego. Universidad Complutense de Madrid. Facultad de Medicina. Pabellón 8. Avda. Complutense, s/n. E-28040 Madrid. E-mail: cmeg@ rect.ucm.es proceso cognitivo, se requiere una técnica de neuroimagen funcional que integre una alta resolución espacial con una alta resolución temporal. La combinación de la resonancia magnética (RM) con la magnetoencefalografía (MEG) ofrece esta posibilidad, lo que la convierte en uno de los procedimientos más prometedores en el estudio de la función cognitiva [7]. DESARROLLO DE LA CORTEZA PREFRONTAL La corteza prefrontal ha sido objeto de un crecimiento ‘desproporcionado’ en la especie humana, llegando a constituir el 29% del total de la corteza [8]. Ontogenéticamente, la corteza prefrontal es una de las últimas regiones cerebrales en completar su desarrollo [1], debido a que la maduración cerebral sigue un modelo jerárquico que tiene como último eslabón las áreas de asociación [9,10]. Los dos procesos madurativos más altamente implicados en esculpir la anatomía fina del cerebro son la eliminación selectiva o poda de las sinapsis menos eficientes (pruning) [11,12] –que parece producir una disminución en el volumen de la sustancia gris– y la mielinización, que contribuye, entre otros factores, a aumentar el volumen de la sustancia blanca [13]. El volumen de la sustancia gris en la corteza prefrontal alcanza su pico máximo alrededor de los 12 años [14] y, a partir de ese momento, empieza a disminuir [15,16] hasta estabilizarse en la edad adulta [17]. Por otra parte, el volumen de la sustancia blanca del lóbulo frontal aumenta linealmente de los 4 a los 13 años [14], aunque su proceso de mielinización no se completa hasta la edad adulta [1]. La corteza prefrontal mantiene un importante número de conexiones recíprocas con estructuras subcorticales y con otras regiones corticales, formando parte de circuitos frontoestriatales, frontotalámicos, frontolímbicos y frontoparietales, entre otros [18-21]. El proceso de mielinización podría ser un fenómeno madurativo clave en la optimización de la efectividad de estas conexiones. 2004, REVISTA DE NEUROLOGÍA FUNCIONES EJECUTIVAS Y CORTEZA PREFRONTAL Las funciones ejecutivas (FE) constituyen las capacidades menta- REV NEUROL 2004; 39 (2): 183-188 183 A. CAPILLA-GONZÁLEZ, ET AL les esenciales para llevar a cabo una conducta eficaz, creativa y adaptada socialmente [22,23]. Tradicionalmente se ha considerado que la corteza prefrontal es el sustrato neuroanatómico de las FE, afirmación basada en el hecho de que pacientes con daño prefrontal realizan peor las tareas que requieren la intervención de estas funciones [24]. Sin embargo, recientes estudios lesionales [25], clínicos [26, 27] y de neuroimagen [19,28] han evidenciado la implicación de otras estructuras corticales y subcorticales en la Figura 1. Posible dinámica de relaciones entre los modelos teóricos actuales del TDAH, los candidatos a ser de este trastorno, y posibles componentes de las funciones ejecutivas (FE), según una inteejecución de estas tareas. Estos endofenotipos gración de modelos de FE propuestos por distintos autores (véase texto). Las flechas con trazado discontihallazgos retan la idea tradicional nuo indican la existencia de una relación secundaria o hipotética. localizacionista, apoyando la hipótesis de que el auténtico sustrato de las FE no es la corteza prefrontal, sino circuitos neurona- mismo tiempo que habilidades dependientes del correcto funles ampliamente distribuidos en los que participaría, entre otros, cionamiento de la corteza prefrontal: la integración temporal, la la corteza prefrontal [18,28]. memoria de trabajo y la inhibición [8,47-50] (Fig. 1). Las FE se desarrollan durante la infancia y la adolescencia en paralelo a los cambios madurativos que moldean la corteza La respuesta al dónde: SPECT, PET, RMf y TDAH prefrontal y sus conexiones con el resto del cerebro [1,19,29- Los estudios realizados con técnicas de neuroimagen funcional, 32]. Asimismo, su desarrollo está modulado por la adquisi- principalmente SPECT, PET y RMf, están generando un gran ción previa de otras habilidades cognitivas con las que man- número de aportaciones a la pregunta de ‘dónde’ aparece la actitiene una estrecha relación, como la atención o la memoria vidad cerebral, o ‘dónde no’, en niños con TDAH. [33]. Esta lentitud en su desarrollo [34], así como la amplia Gustafsson et al [51], en un estudio realizado con SPECT, distribución de los circuitos que las sustentan [18], hace que muestran la existencia de una distribución anormal del flujo las FE resulten especialmente frágiles durante la infancia y la sanguíneo cerebral regional en niños con TDAH. Además, estos adolescencia. autores encontraron una relación inversa entre el flujo sanguíneo cerebral regional en áreas frontales del hemisferio derecho y la gravedad de los síntomas conductuales. En adolescentes DISFUNCIÓN FRONTAL EN LA INFANCIA: con TDAH se ha evidenciado, mediante PET, una disminución EL TRASTORNO POR DÉFICIT DE ATENCIÓN en el metabolismo cerebral regional de la glucosa en el lóbulo CON HIPERACTIVIDAD (TDAH) frontal, mientras que el metabolismo cerebral global no se ha El TDAH es uno de los trastornos del neurodesarrollo más fre- visto alterado [52]. Sin embargo, en adultos con TDAH de inicuentes en la infancia [35]. Se refiere a un conjunto variable de cio temprano se ha observado un hipometabolismo, tanto regiosíntomas de hiperactividad-impulsividad y/o inatención, que nal (i.e. corteza premotora, corteza prefrontal superior y cíngutienen una intensidad desadaptativa e incoherente en relación lo anterior) [53] como global [53,54]. con el nivel de desarrollo del niño [36]. Los estudios de RMf se han centrado en el estudio de la Distintos estudios han evidenciado una disfunción en un cir- activación cerebral en niños con TDAH ante tareas de inhibicuito frontoestriatal en el TDAH [6,37-39]. Actualmente existen ción que, como comentamos anteriormente, se ha propuesto cinco modelos teóricos que intentan dar cuenta los déficit cog- como uno de los déficit primarios en el TDAH [41]. Para ello nitivos primarios del TDAH [40]: se han empleado tareas go/no go y tipo Stroop, que demandan – Modelo de función ejecutiva [5]. inhibir una tendencia de respuesta dominante, así como tareas – Modelo de inhibición [41]. stop-signal, en las que se requiere detener la ejecución de una – Modelo de inhibición/activación conductual [42]. respuesta en curso. Estos estudios han encontrado una hipoac– Modelo cognitivo-energético [43]. tivación en la corteza prefrontal del hemisferio derecho [38, – Modelo de aversión a la demora [44,45]. 55,56] y en el núcleo caudado [55]. Según Casey et al [38], dado que la mayor activación del núcleo caudado se observa La búsqueda de endofenotipos, es decir, índices cuantitativos tanto en la condición de inhibición como en la condición conque predigan el riesgo de padecer TDAH [46], podría ayudar a trol, podría relacionarse con la ejecución de las respuestas conintegrar esta diversidad de modelos. Se han propuesto cuatro ductuales, mientras que la activación de la corteza prefrontal, candidatos a ser endofenotipos cognitivos del TDAH: déficit en exclusiva de la condición de inhibición, sería específica de la la inhibición de respuesta, en la memoria de trabajo, en el pro- habilidad para suprimir respuestas a estímulos salientes, auncesamiento temporal y reducción del gradiente de demora [46]. que irrelevantes. Otros estudios han encontrado una hipoactiEstos posibles endofenotipos recogen lo que, según distintos vación en el cíngulo anterior [57]. Se ha sugerido que el cínguautores, podrían ser los componentes esenciales de las FE, al lo anterior es una región crucial para el correcto funcionamien- 184 REV NEUROL 2004; 39 (2): 183-188 XXX REUNIÓN DE LA SENP a b c Figura 2. Activación, tras la aparición de un feedback negativo en el test de clasificación de cartas de Wisconsin (WCST), de la corteza prefrontal dorsolateral y el cíngulo anterior del hemisferio izquierdo, durante los primeros 400 ms de procesamiento (excluyendo el procesamiento sensorial primario), en dos sujetos prototípicos: a) TDAH-subtipo combinado; b) Grupo control; c) Promedio de la actividad magnética relacionada con la aparición del feedback negativo, en el que la flecha indica la aparición del estímulo, y el recuadro, la ventana temporal en la que aparecen las diferencias entre ambos grupos (imágenes obtenidas en el Centro de Magnetoencefalografía de la UCM). to de los circuitos frontoestriatales [58], por lo que podría ser una estructura altamente implicada en el sustrato neurofuncional del TDAH. Por último, es interesante señalar que durante el curso del desarrollo normal se observa una mejoría en la hipofuncionalidad frontal al aumentar la edad [59]. Por esto, algunos autores han sugerido que la hipoactivación frontal observada en los niños con TDAH podría ser el reflejo de una disfunción en el proceso de maduración del lóbulo frontal [56]. La respuesta al cuándo: PRAD y TDAH Los PRAD aportan una información muy precisa sobre los cambios fisiológicos relacionados con una situación concreta, dado que su resolución temporal es del orden de milisegundos [60]. Los estudios con PRAD en TDAH se han centrado en dos aspectos. En primer lugar, en la atención en función de la modalidad sensorial (visual o auditiva), utilizando tareas de ejecución REV NEUROL 2004; 39 (2): 183-188 continua (CPT, del inglés continuous performance test) y tareas oddball. Y, en segundo lugar, en los procesos de inhibición, utilizando tareas go/no go y stop-signal, al igual que los estudios de RMf [61]. En los estudios de atención se ha observado que los niños con TDAH presentan una disminución en la amplitud de la negatividad de procesamiento (PN, del inglés processing negativity, latencia entre 120 y 300 ms), del componente N2 frontal [62,63] y del componente P3b [62,64] ante estímulos desviantes. Algunos autores han comprobado que estas diferencias están moduladas por un gradiente evolutivo, de manera que las diferencias entre los niños con TDAH y los niños controles en la amplitud de la onda PN y del componente N2 se apreciarían a los 6 años, desapareciendo a los 8 años, mientras que las diferencias en la amplitud del componente P3b sólo serían evidentes a los 8 años de edad. Estos hallazgos estarían en línea con la hipótesis de un retraso en la maduración frontal en los niños con TDAH propuesta por Rubia et al [59]. Además, como sugieren Jonkman et al [64], la alteración en un aspecto temprano de procesamiento podría ser responsable del desencadenamiento incorrecto de los procesos relacionados con el componente P3b. Esto hace que debamos prestar especial atención a las alteraciones observadas en los niños con TDAH de menor edad en los componentes más tempranos, como PN o N2, ya que esta alteración alrededor de los 200 ms podría tener importantes repercusiones sobre los procesos que han de llevarse a cabo posteriormente. Los estudios sobre inhibición de respuesta muestran que los niños con TDAH presentan una disminución en la amplitud del componente N2 frontal [65]. El componente N2 parece ser el reflejo electrofisiológico del proceso de inhibición ya que, en aquellos sujetos con una mejor capacidad de inhibición, se ha observado una mayor amplitud y una menor latencia de este componente [66]. Por último, Falgatter et al [67] han encontrado una disminución en la amplitud del componente P3 central en niños con TDAH, debido a una menor frontalización del campo eléctrico cerebral positivo ante estímulos no go. Posteriores análisis de localización de fuentes mediante LORETA mostraron una disminución significativa de la actividad eléctrica en el cíngulo anterior en la condición de no go. La respuesta al cómo: MEG y TDAH La MEG es una técnica que permite registrar los campos magnéticos generados por el flujo de corriente eléctrica intracelular a través de las dendritas de las neuronas piramidales [68]. Como comentamos con anterioridad, la fusión MEG-RM presenta las dos características que debería reunir una técnica de neuroimagen funcional ‘ideal’: una alta resolución tanto espacial como temporal [7]. Desde nuestro conocimiento, sólo hay un estudio que haya empleado la MEG para explorar el funcionamiento cerebral en niños con TDAH [69]. Partiendo de la hipótesis de disfunción ejecutiva en el TDAH, en este estudio se registró la actividad magnética cerebral durante la realización de una versión modificada [70] del test de clasificación de tarjetas de Wisconsin (WCST) [71,72]. Aunque se trata de un estudio preliminar, los resultados apuntan hacia la existencia de una menor activación en los niños con TDAH, tanto en la corteza prefrontal dorsolateral como en el cíngulo anterior del hemisferio izquierdo durante los primeros 400 ms (excluyendo el procesamiento sensorial primario) tras la recepción de un feedback negativo [69] (Fig. 2). Este hallazgo pone de manifiesto la existencia de una 185 A. CAPILLA-GONZÁLEZ, ET AL alteración en los niños con TDAH a dos niveles. A nivel neurofisiológico, refleja una hipoactivación en regiones prefrontales esenciales para un correcto funcionamiento ejecutivo, como ya había sido descrito por otros estudios de neuroimagen funcional realizados con SPECT [51], PET [52] y RMf [56]. Cabe resaltar la hipoactivación observada en la corteza cingular anterior [69], que es una estructura que se ha relacionado con la asignación de recursos atencionales [57]. Esta hipoactivación del cíngulo anterior se ha descrito sólo en algunos estudios previos [53,57], posiblemente, porque las tareas utilizadas en otras ocasiones no requieran su activación para ejecutarse correctamente. Sin embargo, como se ha comprobado previamente con MEG, la aparición de un feedback negativo, que informe de la necesidad de cambiar de set en el WCST, sí evita la activación del cíngulo anterior [73]. Este estudio refleja también una alteración temporal, mostrando que las diferencias entre los niños con TDAH y los niños del grupo control aparecerían en fases tempranas del procesamiento, durante los primeros 400 ms, en línea con los hallazgos descritos por los estudios realizados con PRAD [62-64,67]. CONCLUSIONES Las distintas técnicas de neuroimagen funcional, en su conjunto, ofrecen una oportunidad única para observar in vivo el funcionamiento del cerebro de los niños con TDAH. Los estudios que han empleado técnicas de neuroimagen de alta resolución espacial han detectado una disminución en el flujo sanguíneo (SPECT), el metabolismo (PET) y la activación (RMf) de la corteza prefrontal en niños con TDAH. Por otra parte, estudios realizados con PRAD muestran una disminución en la amplitud de distintos componentes, como la onda PN, o los componentes N2, P3a y P3b, todos ellos con latencias comprendidas entre 200 y 500 ms, aproximadamente. Por último, el único estudio, hasta la fecha, que ha empleado la MEG para explorar el sustrato neurofuncional de las FE en niños con TDAH muestra una hipoactivación en estos niños en las cortezas prefrontal dorsolateral y cingular izquierdas durante los primeros 400 ms de procesamiento. Posteriores trabajos utilizando esta técnica permitirán detectar otros aspectos fundamentales para la comprensión de este trastorno, como en qué latencia exacta, dentro del rango de 400 ms, aparece esta hipoactivación prefrontocingular, o si existe una alteración en algún otro componente más temprano que perturbe el funcionamiento global del circuito. Futuros estudios con estas técnicas de neuroimagen funcional podrían ayudar a esclarecer cuál, o cuáles, son los circuitos cerebrales alterados en el TDAH. Es posible que cada uno de los endofenotipos cognitivos que se han sugerido para el TDAH estén sustentados por un circuito cerebral diferente. Las técnicas de neuroimagen funcional podrían ser útiles para caracterizar los perfiles espaciotemporales de activación cerebral de cada uno de estos endofenotipos. Esto permitiría reclasificar a los niños con TDAH en subtipos más homogéneos en función de criterios neurocognitivos que podrían ser más útiles, de cara a la intervención, que la actual clasificación basada en síntomas conductuales. BIBLIOGRAFÍA 1. Stuss DT. Biological and psychological development of executive functions. Brain Cogn 1992; 20: 8-23. 2. Dennis M. Language and the young damaged brain. In Boll T, Bryant BK, eds. Clinical neuropsychology and brain function: research, measurement and practice. Washington: American Psychological Association; 1989. p. 85-124. 3. Hendren RL, De Backer I, Pandina GJ. Review of neuroimaging studies of child and adolescent psychiatric disorders from the past 10 years. J Am Acad Child Adolesc Psychiatry 2000; 39: 815-28. 4. Sergeant JA, Geurts H, Oosterlaan J. How specific is a deficit of executive functioning for attention-deficit/hyperactivity disorder? Behav Brain Res 2002; 130: 3-28. 5. Pennington BF, Ozonoff S. 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Las técnicas de neuroimagen han mostrado la existencia de una disfunción en una red frontoestriatal en este trastorno, lo que podría estar mediando las alteraciones observadas en procesos ejecutivos como, por ejemplo, la inhibición de respuesta. Discusión. Esta revisión se centra en las contribuciones de las técnicas de neuroimagen funcional con alta resolución espacial (SPECT, PET y RMf), temporal (PRAD) y espaciotemporal (MEG), a la neurofuncionalidad del TDAH. [REV NEUROL 2004; 39: 183-8] Palabras clave. Desarrollo infantil. Funciones ejecutivas. Inhibición. Lóbulo frontal. Magnetoencefalografía. Trastorno por déficit de atención con hiperactividad. 188 A MAGNETOENCEFALOGRAFIA NAS PERTURBAÇÕES COGNITIVAS DO LOBO FRONTAL Resumo. Introdução e desenvolvimento. O lobo frontal, e mais concretamente o córtex pré-frontal, é uma das regiões cerebrais com um curso de desenvolvimento mais prolongado. Quanto maior for o período de desenvolvimento de uma estrutura cerebral, maior é a vulnerabilidade das funções relacionadas com a mesma. Por isto, as funções executivas, que são mediadas por circuitos pré-frontais, parecem ser especialmente vulneráveis durante a infância. A perturbação por défice de atenção com hiperactividade (PDAH) é uma das perturbações do neurodesenvolvimento com maior prevalência. As técnicas de neuroimagem mostraram a existência de uma disfunção numa rede fronto-estriatal nesta doença, o que poderia estar a mediar as alterações observadas em processos executivos como, por exemplo, a inibição da resposta. Discussão. Esta revisão centra-se nos contributos das técnicas de neuroimagem funcional com alta resolução espacial (SPECT, PET e RMf), temporal (PRAD) e espaço-temporal (MEG) à neurofuncionalidade da PDAH. [REV NEUROL 2004; 39: 183-8] Palavras chave. Desenvolvimento infantil. Funções executivas. Inibição. Lobo frontal. Magnetoencefalografia. Perturbação por défice de atenção com hiperactividade. REV NEUROL 2004; 39 (2): 183-188