Neurociencia Cognitiva: Libro de texto de neurociencia cognitiva

Portada Neurociencia Cognitiva_ok 20/09/13 14:28 Página 1
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La Neurociencia Cognitiva es un nuevo campo que se ha constituido a partir de la convergencia de
dos disciplinas que hasta ahora habían llevado rumbos muy alejados: la Psicología Cognitiva, que
estudia las funciones mentales superiores, y la Neurociencia, que estudia el sistema nervioso que
las sustenta. Esta nueva área científica se centra en el estudio del funcionamiento cerebral abordando
diferentes planos de análisis, desde los aspectos moleculares y celulares hasta la comprensión de
funciones mentales como el lenguaje o la memoria.
Entre las principales características de este libro destacan:
• Presenta los contenidos vertebrales de la neurociencia cognitiva desde una visión multidisciplinar
y utilizando enfoques basados en las competencias para la enseñanza.
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• Se da un énfasis especial al entendimiento de los diferentes mecanismos y sistemas del funcionamiento del sistema nervioso.
• Además de diferentes procesos cognitivos, trata otros temas que hasta ahora no habían sido
descritos en manuales de esta temática, como la reserva cognitiva, el refuerzo, la conducta sexual,
el sueño y la conciencia.
Neurociencia
Cognitiva
Neurociencia
Cognitiva
Redolar
Neurociencia
Cognitiva
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Versión adaptada para la Universidad Técnica Particular de Loja
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• Trata con profusión el concepto de red neural, vinculándolo con las dinámicas cerebrales y valorando la importancia de la actividad espontánea del cerebro para el estudio de las funciones mentales superiores.
Como valor añadido, y para facilitar la comprensión de la materia, la obra se acompaña de multitud
de recursos pedagógicos:
• Material gráfico para resumir algunos de los aspectos cardinales de los temas desarrollados.
• Textos destacados en cada capítulo que refuerzan el texto, como un resumen conceptual, conceptos clave y textos complementarios.
• Sitio web con acceso a estudiantes, donde se proporciona diferentes recursos didácticos que incluyen vídeos, contenidos complementarios y preguntas de autoevaluación. Además, el acceso
a los docentes proporciona todas las figuras del libro.
Es un libro ideado para convertirse en un texto de referencia para estudiantes de grado, máster y de
posgrado específicos de neurociencia cognitiva. Además, puede resultar de gran ayuda para profesionales de diferentes disciplinas como Psicología, Medicina, Biología, ciencias computacionales y
otras áreas de investigación relacionadas.
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NEUROCIENCIA
COGNITIVA
Diego Redolar Ripoll
Profesor Titular, Departamento de Psicobiología, Universitat Oberta de Catalunya, Barcelona.
Colaborador docente, Departamento de Psicobiología y Metodología de las Ciencias de la Salud,
Universidad Autónoma de Barcelona.
Codirector del Cognitive Neuro-lab y del programa de investigación de Neurociencia Cognitiva y Tecnologías
de la Información del Instituto de Investigación IN·3 de la Universitat Oberta de Catalunya, Barcelona.
Los contenidos del PDF son una adaptación realizada a medida para la
Universidad Técnica Particular de Loja del libro de Redolar: Neurociencia
Cognitiva, y no contendrán los materiales complementarios que vengan
referenciados
BUENOS AIRES - BOGOTÁ - CARACAS - MADRID - MÉXICO - PORTOALEGRE
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Versión adaptada para la Universidad Técnica Particular de Loja
Los editores han hecho todos los esfuerzos para localizar a los poseedores del copyright del material fuente utilizado. Si inadvertidamente hubieran omitido alguno, con gusto
harán los arreglos necesarios en la primera oportunidad que se les presente para tal fin.
Gracias por comprar el original. Este libro es producto del esfuerzo de profesionales como usted, o de sus profesores, si usted es estudiante. Tenga en cuenta
que fotocopiarlo es una falta de respeto hacia ellos y un robo de sus derechos intelectuales.
Las ciencias de la salud están en permanente cambio. A medida que las nuevas investigaciones y la experiencia clínica amplían nuestro conocimiento, se requieren
modifica-ciones en las modalidades terapéuticas y en los tratamientos farmacológicos. Los autores de esta obra han verificado toda la información con fuentes confiables para
asegurarse de que ésta sea completa y acorde con los estándares aceptados en el momento de la publicación. Sin embargo, en vista de la posibilidad de un error humano o de
cambios en las ciencias de la salud, ni los autores, ni la editorial o cualquier otra persona implicada en la preparación o la publicación de este trabajo, garantizan que la
totalidad de la in-formación aquí contenida sea exacta o completa y no se responsabilizan por errores u omisiones o por los resultados obtenidos del uso de esta información.
Se aconseja a los lectores confirmarla con otras fuentes. Por ejemplo, y en particular, se recomienda a los lectores revisar el prospecto de cada fármaco que planean
administrar para cerciorarse de que la información contenida en este libro sea correcta y que no se hayan producido cambios en las dosis sugeridas o en las contraindicaciones
para su administración. Esta recomendación cobra especial importancia con relación a fármacos nuevos o de uso infrecuente.
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Imágenes de portada de las secciones: Xaro Sánchez Martínez
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o por ningún medio, ya sean mecánicos, electrónicos, fotocopiadoras, grabaciones o cualquier otro, sin el permiso previo de Editorial Médica Panamericana, S. A.
© 2014, EDITORIAL MÉDICA PANAMERICANA, S. A.de esta edición se publicó en el mes de XXXXX de 2013 versión electrónica de esta primera edición se publicó
en FALTA
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Índice de autores
Adrover-Roig, Daniel
Bufill Soler, Enric
Profesor Contratado Doctor, Departamento de Pedagogía
Aplicada y Psicología de la Educación, Universitat de las
Illes Balears. Investigador Principal del grupo I+DEL (Investigación en Desarrollo, Educación y Lenguaje), Illes Balears.
Neurólogo, Departamento de Neurología del Consorcio
Hospitalario de Vic. Colaborador del Instituto Catalán de Paleontología Humana y Evolución Social (IPHES), Universidad Rovira i Virgili, Tarragona.
Aivar Rodríguez, María Pilar
Caputi Cavalli, Ángel Ariel
Profesora Contratada Doctora, Departamento de Psicología Básica, Facultad de Psicología, Universidad Autónoma
de Madrid. Miembro del grupo de investigación reconocido
Percepción y Movimiento.
Investigador Jefe, Departamento de Neurociencias Integrativas y Computacionales, Instituto de Investigaciones Biológicas Clemente Estable, Ministerio de Educación y Cultura
de la República Oriental del Uruguay.
Andreu Barrachina, Llorenç
Carboni Román, Alejandra
Profesor Agregado, Estudios de Psicología i Ciencias de la
Educación, Universitat Oberta de Catalunya, Barcelona. Director del Máster Universitario de Dificultades del Aprendizaje y Trastornos del Lenguaje, Universitat Oberta de Catalunya, Barcelona.
Profesora Adjunta, Centro de Investigación Básica en Psicología (CIBPsi) e Instituto Fundamentos y Métodos, Facultad
de Psicología, Universidad de la República, Uruguay.
Arenaza-Urquijo, Eider M.
Doctora Investigadora Postdoctoral. INSERM-EPHE-UCBN,
U1077, Neuropsicología y Neuroanatomía Funcional de la
Memoria Humana, Caen Francia.
Bartrés-Faz, David
Profesor Contratado Doctor, Departamento de Psiquiatría y
Psicobiología Clínica, Facultad de Medicina, Universidad de
Barcelona.
Carmona Cañabate, Susana
Investigadora Postdoctoral, Social Cognitive Affective Neuroscience Unit, Psychology Department, Harvard University,
Boston, EE.UU.
Castellanos, Francisco Xavier
Director del Center for Neurodevelopmental Disorders, Catedrático de Psiquiatría Infantojuvenil, Profesor de Radiología y Neurociencia en New York University Langone Medical Center, New York, EE.UU. Director de Investigaciones en
Psiquiatría Infantojuvenil en el Nathan Kline Institute for
Psychiatric Research, Orangeburg, NY, EE.UU.
Bosch Galcerán, Laura
Profesora Titular, Departamento de Psicología Básica, Facultad de Psicología, Universidad de Barcelona. Miembro del
Instituto de Investigación en Cerebro, Cognición y Conducta
(IR3C), Universidad de Barcelona.
Checa Fernández, Purificación
Budelli, Rubén
Chica Martínez, Ana B.
Profesor Titular de Biomatemática, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Uruguay.
Investigadora Ramón y Cajal, Departamento de Psicología
Experimental, Universidad de Granada. Centro de Investigación Mente, Cerebro y Conducta.
Investigadora Postdoctoral, Departamento de Psicología Experimental, Universidad de Granada. Centro de Investigación Mente, Cerebro y Conducta.
Bueno i Torrens, David
Profesor Titular de Universidad, Departamento de Genética,
Facultad de Biología, Universidad de Barcelona, Barcelona. Investigador principal de la línea de investigación de
Composición, función y control homeostático del fluido cerebroespinal y formación del sistema nervioso central en
vertebrados.
Colom i Victoriano, Francesc
Responsable del Área Psicoeducación y Tratamientos Psicológicos, Unidad de Trastornos Bipolares. Investigador del
Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer
(IDIBAPS) y del Centro de Investigación Biomédica en Red
en el Área de Salud Mental (CIBERSAM).
V
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VI
Índice de autores
Colomé González, Àngels
González Álvarez, Julio
Profesora Agregada, Departamento de Psicología Básica, Facultad de Psicología, Universidad de Barcelona. Miembro del
Instituto de Investigación en Cerebro, Cognición y Conducta
(IR3C), Universidad de Barcelona.
Profesor Titular, Departamento de Psicología Básica, Clínica
y Psicobiología, Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad Jaume I de Castellón de la Plana. Especialista en Psicología del Lenguaje. Miembro de la Association for Psychological Science (APS) y la Acoustical Society of America (ASA).
Compte, Albert
Investigador, Unidad de Neurociencias Experimentales y
Clínicas, Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i
Sunyer (IDIBAPS), Barcelona.
De Diego-Balaguer, Ruth
Investigadora, Institució Catalana de Recerca i Estudis
Avançats (ICREA), Departamento de Psicología Básica, Facultad de Psicología, Universidad de Barcelona.
De la Iglesia Vayá, María
Guàrdia Olmos, Joan
Catedrático de Universidad, Departamento de Metodología
de las Ciencias del Comportamiento, Universidad de Barcelona. Coordinador del grupo de investigación consolidado
en Técnicas Estadísticas Avanzadas Aplicadas a la Psicología
(GTEAAP) de la Universidad de Barcelona y miembro del
Institut de Recerca en Cervell, Cognició i Conducta (IR3C)
de la Universidad de Barcelona.
Jáuregui Huerta, Fernando
Profesor Titular, Departamento de Neurociencias, Centro
Universitario de Ciencias de la Salud, Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Jalisco, México.
Directora Científica del Centro de Excelencia en Imagen Biomédica (CEIB-AVS), miembro del grupo GIBI230, Agencia
Valenciana de Salud, Valencia. Responsable del laboratorio
de conectividad cerebral en el programa científico de Deterioro Neurológico, Centro de Investigación Príncipe Felipe
(CIPF) y Coordinadora de la Red Iberoamericana de Conectividad Cerebral (RIACC).
Luquín de Anda, M. Sonia
Falcón Falcón, Carles
Maiche Marini, Alejandro
Laboratorio de procesado de Imágenes de la Plataforma
Imagen Médica, Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS) de Barcelona e investigador del
grupo de Imagen Biomédica de la Universidad Barcelona
(CIBER-BBN). Barcelona.
Profesora Titular, Departamento de Neurociencias, Centro
Universitario de Ciencias de la Salud, Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Jalisco, México.
Profesor Adjunto del Instituto de Fundamentos y Métodos,
y Director del Centro de Investigación Básica en Psicología
(CIBPsi), Facultad de Psicología, Universidad de la República, Uruguay.
Migliaro, Adriana
Fauquet Ars, Jordi
Profesor Titular, Departamento de Psicobiología y Metodología de las Ciencias de la Salud, Universidad Autónoma
de Barcelona. Investigador de la Unidad de Investigación
en Neurociencia Cognitiva, Universidad Autónoma de Barcelona y del grupo de investigación en neuroimagen, Programa de Neurociencias, Fundación IMIM, Parque de Investigación Biomédica de Barcelona.
Fernández-Mendoza, Julio
Postdoctoral Scholar, Sleep Research & Treatment Center, College of Medicine, Pennsylvania State University. Licensed Psychologist, Department of Psychiatry, Penn State
Milton S. Hershey Medical Center, Hershey, Pennsylvania.
García Estrada Joaquín
Investigador Titular, Centro de Investigación Biomédica de
Occidente, Instituto Mexicano del Seguro Social. Profesor
del Doctorado en Ciencias Biomédicas, Centro Universitario
de Ciencias de la Salud, Universidad de Guadalajara, Guadalajara, Jalisco, México.
Gómez Sena, Leonel
Profesor Titular de Neurociencias, Instituto de Biología, Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Uruguay.
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Asistente de Biomatemática, Instituto de Biología, Facultad
de Ciencias, Universidad de la República, Uruguay.
Miranda García, Rubén
Profesor Titular, Departamento de Psicobiología, Facultad de
Educación, Universidad Complutense de Madrid.
Moreno Alcázar, Ana
Investigadora, Fundación para la Investigación y Docencia
María Angustias Giménez (FIDMAG), Germanes Hospitalàries Research Foundation, Hospital Benito Menni. Profesora
Colaboradora, Universitat Oberta de Catalunya, Barcelona.
Morgado Bernal, Ignacio
Catedrático de Psicobiología, Instituto de Neurociencia de
la Universidad Autónoma de Barcelona. Investigador sobre
los mecanismos neuronales del aprendizaje y la memoria.
Muñoz Marrón, Elena
Profesora Titular, Departamento de Psicología Básica, Universitat Oberta de Catalunya, Barcelona. Codirectora del
Cognitive Neuro-lab y del programa de investigación de
Neurociencia Cognitiva y Tecnologías de la Información del
Instituto de Investigación IN·3 de la Universitat Oberta de
Catalunya, Barcelona.
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Índice de autores
Pascual Urzúa, Rodrigo
Ríos Lago, Marcos
Catedrático de Neurociencias, Escuela de Kinesiología, Facultad de Ciencias. Profesor Agregado de Neuropsicología,
Escuela de Psicología, Facultad de Filosofía y Educación,
Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, Chile.
Profesor del Departamento de Psicología Básica II, Facultad de Psicología, UNED, Madrid. Neuropsicólogo, Unidad
de Daño Cerebral, Hospital Beata María Ana, Red Menni de
Atención al Daño Cerebral, Madrid.
Periáñez Morales, José A.
Robles Muñoz, Noemí
Profesor Titular, Departamento de Psicología Básica II (Procesos Cognitivos), Facultad de Psicología, Universidad Complutense de Madrid. Investigador, Servicio de Neuroimagen,
Unidad de Investigación Proyecto Alzheimer (UIPA). Fundación CIEN-Fundación Reina Sofía, Madrid.
Investigadora Postdoctoral, Programa de Neurociencia Cognitiva y Tecnologías de la Información, Internet Interdisiciplinary Institute (IN3), Universitat Oberta de Catalunya,
Barcelona.
VII
Rodríguez-Fornells, Antoni
Peró Cebollero, Maribel
Profesora agregada, Departamento de Metodología de las
Ciencias del Comportamiento, Universidad de Barcelona.
Investigadora del grupo de investigación consolidado en
Técnicas Estadísticas Avanzadas Aplicadas a la Psicología
(GTEAAP) de la Universidad de Barcelona y miembro del
Institut de Recerca en Cervell, Cognició i Conducta (IR3C)
de la Universidad de Barcelona.
Pires, Ana Cristina
Investigadora, Centro de Investigación en Psicología Básica (CIBPsi), Facultad de Psicología, Universidad de la
República, Uruguay. Estudiante de Doctorado (Fundación
Ciencia y Tecnología, Portugal; SFRH/BD/77098/2011), Facultad de Psicología, Universidad Autónoma de Barcelona,
España.
Proal Fernández, Erika
Directora del Centro de Investigación neuroMOBIUS, México, DF. Directora de NEUROingenia Clinical and Research
Center, México, DF. Investigadora colaboradora del Center
for Neurodevelopmental Disorders, New York. University
Langone Medical Center, New York, EE.UU. Coordinadora
de la Red Iberoamericana de Conectividad Cerebral (RIACC).
Puhl, Matthew D.
Assistant Neuroscientist, Laboratory for Psychiatric & Molecular Neuroscience, Department of Psychiatry, McLean
Hospital, Harvard Medical School, Belmont, Massachusetts,
EE.UU.
Profesor Investigador, Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats (ICREA), Instituto de Investigación Biomédica
de Bellvitge (IDIBELL), Departamento de Psicología Básica,
Facultad de Psicología, Universidad de Barcelona.
Sánchez Martínez, Xaro
Doctora en Medicina, Especialista en Psiquiatría. Psiquiatra
Consultora e Investigadora en Verslavingszorg Noord Nederland (principal organización para la atención a las adicciones y la patología dual en el Norte de Holanda). Ilustradora, pintora y grabadora.
Sánchez-Cubillo, Ignacio
Neuropsicólogo Clínico, Red Menni de Daño Cerebral, Bilbao, Vizcaya.
Santín Núñez, Luis Javier
Profesor Titular, Área de Psicobiología, Facultad de Psicología, Universidad de Málaga.
Serra Grabulosa, Josep M.
Profesor Titular, Departamento de Psiquiatría y Psicobiología Clínica, Facultad de Psicología, Universidad de Barcelona. Investigador del grupo de Neuropsicología del Institut
d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS).
Tobeña Pallarés, Adolf
Catedrático de Psiquiatría y Psicología Médica, Unidad de
Psicología Médica, Facultad de Medicina, Universidad
Autónoma de Barcelona.
Ramos Zuñiga, Rodrigo
Profesor Titular, Departamento de Neurociencias, Centro
Universitario de Ciencias de la Salud, Universidad de Guadalajara, Jalisco, México.
Redolar Ripoll, Diego
Profesor Titular, Departamento de Psicobiología, Universitat
Oberta de Catalunya, Barcelona. Colaborador docente, Departamento de Psicobiología y Metodología de las Ciencias
de la Salud, Universidad Autónoma de Barcelona. Codirector del Cognitive Neuro-lab y del programa de investigación
de Neurociencia Cognitiva y Tecnologías de la Información
del Instituto de Investigación IN·3 de la Universitat Oberta
de Catalunya, Barcelona.
00 Primeras.indd VII
Travieso García, David
Profesor Contratado Doctor, Departamento de Psicología Básica, Facultad de Psicología, Universidad Autónoma
de Madrid. Miembro del grupo de investigación reconocido
Percepción y Movimiento.
Valero Cabré, Antoni
Investigador Científico Titular, (Chargé de Recherches) del
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS). Hôpital de la Pitié-Salpêtrière. Équipe de Neuropsychologie des
Lesions Focales du Cerveau. Paris, Francia. Profesor Asistente adjunto de Anatomía y Neurobiología de la Boston
University, Boston, Estados Unidos.
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VIII
Índice de autores
Vásquez Echeverría, Alejandro
Vieta i Pascual, Eduard
Profesor Adjunto, Centro de Investigación Básica en Psicología (CIBPsi) e Instituto de Fundamentos y Métodos
en Psicología, Facultad de Psicología, Universidad de la
República, Uruguay. Estudiante de Doctorado, Facultad
de Psicología y Ciencias de la Educación, Universidad de
Porto, Portugal.
Profesor Titular, Departamento de Psiquiatría y Psicobiología Clínica, Facultad de Medicina, Universidad de Barcelona.
Jefe de Servicio de Psiquiatría y Psicología, Instituto de Neurociencia, Hospital Clínic Universitari, Barcelona. Investigador principal del Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS) y del Centro de Investigación
Biomédica en Red en el Área de Salud Mental (CIBERSAM).
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XXV
Contenidos del sitio web complementario
Índice general
Prólogo ...................................................................
IX
Prefacio...................................................................
XI
4. Exploración de los procesos cognitivos: metodología y técnicas ...........
XIX
J. A. Periáñez Morales, R. Miranda García
y M. Ríos Lago
Contenidos del sitio web complementario .......
■ SECCIÓN I: INTRODUCCIÓN A LA NEUROCIENCIA
COGNITIVA
1. La mente y el cerebro: historia y principios
3
de la neurociencia cognitiva...........................
J. González Álvarez
3
 El problema de la relación mente-cerebro ........
 Perspectiva histórica de la neurociencia
cognitiva ............................................................... 4
21
 Principios de la neurociencia cognitiva .............
 Neurociencia y psicología cognitiva:
una relación no siempre fácil ............................. 22
Pág. pdf Pág. libro
2. Neuronas y comunicación neural
361
27
R. Miranda García, L. J. Santín Núñez,
D. Redolar Ripoll y A. Valero Cabré
 Neurona y células gliales ............................ 361
 Redes neurales y dinámicas cerebrales...... 371
Comunicación sináptica: neurotransmisión 379
3. Introducción a la organización
del sistema nervioso...............................
15
27
37
45
5. Actividad espontánea del cerebro:
bases de la conectividad funcional ........
111
401
402
416
111
112
126
422
132
426
440
136
140
433
143
434
434
435
144
144
145
437
147
443
153
448
450
158
160
E. Proal, M. de la Iglesia Vayá
y F. X. Castellanos
 Introducción ..................................................
 Actividad intrínseca cerebral ........................
 Conectividad cerebral ...................................
Conectividad funcional mediante resonancia
magnética funcional ......................................
 Aplicaciones del estudio de conectividad
funcional en reposo en neurociencia cognitiva
 Establecimiento de repositorios abiertos
de datos a escala global ................................
 Conclusiones .................................................
67
■ SECCIÓN II: PLASTICIDAD Y DESARROLLO
D. Redolar Ripoll
 Principios básicos de la organización
del sistema nervioso ..................................... 15
 Sistema nervioso periférico ......................... 20
 Médula espinal ............................................. 22
 Tronco del encéfalo ...................................... 24
 Diencéfalo ..................................................... 26
 Estructuras subcorticales ............................. 29
 Cerebelo ........................................................ 31
 Corteza cerebral............................................ 32
Corteza sensorial y reorganización sensorial 38
 Corteza de asociación .................................. 42
 Lóbulos frontales y sus conexiones ............ 43
 Sustancia blanca ........................................... 50
 Conducta, adaptación y organización
del sistema nervioso desde el punto de vista
filogenético ................................................... 51
Introducción .............................................
Estudio de la anatomía cerebral ..............
Registro de la actividad eléctrica cerebral
 Registro de la actividad metabólica
y hemodinámica del cerebro ...................
Estudio del funcionamiento cerebral
a través de las lesiones .............................
Conclusiones .............................................
401
67
72
74
76
78
81
83
84
90
94
95
102
103
6. Mecanismos celulares y moleculares Pág. pdf Pág. libro
de la plasticidad cerebral
61 163
y la cognición .............................................
F. Jáuregui Huerta, J. García Estrada,
R. Ramos Zúñiga y S. Luquín de Anda
 Plasticidad en la sinapsis ...........................
 Plasticidad celular.......................................
61
76
163
178
7. Reserva cognitiva ....................................
83
185
84
87
90
94
186
189
192
196
E. M. Arenaza-Urquijo y D. Bartrés-Faz
 Introducción al estudio de la reserva .......
 Estimación de la reserva ...........................
 Evidencias en neuroimagen .....................
 Resumen y direcciones futuras.................
XXV
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XXVI
Índice general
8. Evolución filogenética y desarrollo
ontogenético de las funciones
cognitivas ..............................................................
13.Percepción olfativa y gustativa ............. 553
201
R. Pascual Urzúa
Filogenia cerebral y surgimiento
de las funciones cognitivas .................................
Ontogenia cerebral y funciones cognitivas ......
201
209
■ SECCIÓN III: SENSACIÓN, PERCEPCIÓN
Y CONTROL DE LA ACCIÓN
Pág. pdf Pág. libro
9. Procesamiento sensorial y percepción 453
231
A. A. Caputi Cavalli y R. Budelli
 Bucle sensoriomotor y formación
de imágenes .................................................. 454
 De la imagen física a la primera imagen
neural ............................................................ 459
 Operaciones de procesamiento sensorial
temprano....................................................... 465
 Bucle talamocortical y su papel
en los mamíferos ........................................... 470
 De la sensación a la percepción ................... 473
10. Percepción visual ..................................... 479
232
237
243
14.Control motor y cognición motora ....... 573
351
335
336
337
340
345
 Introducción al estudio del control motor 573
 Músculos ...................................................... 577
 Control medular del movimiento .............. 584
 Control cortical y subcortical
del movimiento ............................................ 587
 Actividad coordinada del sistema motor... 601
351
355
362
365
379
■ SECCIÓN IV: ATENCIÓN, APRENDIZAJE
257
257
258
264
270
11. Percepción auditiva .................................. 509
287
280
282
R. Budelli, A. Migliaro y D. Redolar Ripoll
287
288
290
294
298
299
302
307
12. Percepción somatosensorial .................. 537 315
N. Robles Muñoz, D. Travieso García
y M. P. Aivar Rodríguez
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331
333
248
251
 Introducción .............................................. 479
 Los primeros pasos en la visión ................ 480
 El cerebro del ver ........................................ 486
 Procesamiento talámico y cortical ............ 492
 Percepción-acción: dos caras de la misma
moneda ....................................................... 502
 Comenzando a ver y entender el mundo. 504
 Características generales del sistema
somatosensorial............................................. 537
Piel, estímulos y receptores somatosensoriales 538
 Vías somatosensoriales ................................. 540
 Organización cortical somatosensorial ....... 543
 Cualidades y psicofísica del tacto................. 545
 Percepción háptica ........................................ 547
 Percepción del dolor y la temperatura ......... 548
 Alteraciones del sistema
somatosensorial............................................. 550
 Generalidades y peculiaridades ................ 553
 Naturaleza de las señales químicas .......... 555
 Anatomía de los aparatos olfatorio
y gustativo .................................................... 557
 Procesos prerreceptoriales .......................... 558
 Transducción ................................................ 559
 Vías, áreas corticales y procesamiento ....... 562
 Percepción quimiosensorial ........................ 567
M. P. Aivar Rodríguez
A. C. Pires, A. Vásquez Echeverría,
A. Carboni Román y A. Maiche Marini
 Introducción ................................................. 509
 Naturaleza del sonido .................................. 510
 Oído humano ............................................... 512
 Transducción ................................................. 516
 Fibras aferentes............................................. 520
 Vía auditiva ................................................... 521
 Percepción ..................................................... 524
 Procesamiento de la información musical . 529
331
L. Gómez Sena y R. Budelli
315
316
318
321
323
325
326
328
Y MEMORIA
15. Atención, procesamiento
Pág. pdf Pág. libro
de la información sensorial
y sistemas atencionales ...................... 101 389
A. B. Chica Martínez y P. Checa Fernández
 Definición de atención ¿es la atención
un sistema unitario o está compuesta
por múltiples subsistemas? .....................
 Sistemas atencionales: alerta, orientación
y control ....................................................
 Atención como sistema de selección .....
 Efectos de la atención en los sistemas
sensoriales...................................................
Mecanismos cerebrales ..............................
 Trastornos atencionales .............................
16. Neurobiología de los sistemas
de aprendizaje y memoria .....................
101
389
102
108
390
396
109
111
115
397
399
403
123
411
 Introducción al estudio del aprendizaje
y la memoria ................................................
 Aprendizaje y memoria implícitos ............
 Aprendizaje y memoria explícitos.............
 Memoria de trabajo ....................................
123
126
134
145
411
414
422
433
17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria .........
151
439
D. Adrover Roig, E. Muñoz Marrón,
I. Sánchez-Cubillo y R. Miranda García
R. Miranda García, D. Adrover Roig,
I. Sánchez-Cubillo y E. Muñoz Marrón
 Mecanismos sinápticos y bases moleculares
del aprendizaje y la memoria ....................... 134 439
 Fases del proceso de aprendizaje y memoria 145 447
13/09/13 09:48
Índice general
■ SECCIÓN V: ESPECIALIZACIÓN HEMISFÉRICA
Y REPRESENTACIÓN SIMBÓLICA
Pág. pdf Pág. libro
18. Especialización hemisférica ............... 175
463
Ll. Andreu Barrachina
 Hemisferios cerebrales:
¿dos caras de una misma moneda? ......... 175
Asimetría hemisférica ............................... 180
 Integración de la información
interhemisférica ......................................... 189
Diferencias en especialización hemisférica .. 191
477
479
19. Lenguaje ....................................................... 197
485
463
468
23. Sueño y arousal ........................................
L. Bosch, À. Colomé, R. de Diego Balaguer
y A. Rodríguez-Fornells
 Introducción ........................................... 198
 Procesamiento del habla .......................... 208
 Procesamiento léxico ................................ 215
 Integración de las palabras en frases .... 220
 Consideraciones finales ......................... 225
20. Representación numérica..................... 229
486
496
503
508
513
517
 Desarrollo de las capacidades numéricas . 229
¿Cómo procesa el cerebro humano
la información numérica? .......................... 233
 Discalculia del desarrollo ........................... 241
517
521
529
589
592
592
593
595
675
601
676
678
686
602
604
612
698
624
J. Fernández-Mendoza y M. D. Puhl
 El sueño como conducta ............................
 Neurobiología del sueño y la vigilia .........
 Neurociencia cognitiva del sueño .............
 Neurociencia cognitiva de los trastornos
del sueño .....................................................
■ SECCIÓN VII: EMOCIONES, COGNICIÓN
SOCIAL Y CONTROL EJECUTIVO
24. Principios de la emoción
y la cognición social ................................
Pág. pdf Pág. libro
249
635
 Introducción al estudio de las emociones
 Teorías de la emoción.................................
 Lateralización de las emociones ...............
249
255
260
635
641
646
25.El cerebro emocional .................................
263
649
 Introducción ...............................................
 Origen del concepto de sistema límbico ..
 Hipotálamo .................................................
 Papel de la amígdala en las emociones ....
 Corteza y emociones ..................................
263
264
265
269
293
649
650
651
655
679
26. Cognición social .........................................
307
693
D. Redolar Ripoll
■ SECCIÓN VI: CONDUCTAS MOTIVADAS
Pág. pdf Pág. libro
611
537
 Placer y refuerzo ......................................... 611
 Sustrato nervioso del refuerzo .................. 619
 Adicción y mecanismos de aprendizaje
y memoria ................................................... 630
 Refuerzo y modulación de la consolidación
de la memoria ............................................. 635
 Dopamina, refuerzo y procesos cognitivos 638
 Sistema nervioso del refuerzo y procesos
de aprendizaje y memoria ......................... 644
537
545
21.Sistemas de refuerzo en el cerebro ...
D. Redolar Ripoll
22. Conducta sexual, cerebro, cognición
y afectividad ................................................ 649
556
561
564
570
 Desarrollo sexual ........................................
 Efectos hormonales sobre la conducta sexual
 Respuesta sexual y estrés ...........................
 Cerebros masculinos y femeninos:
del talento a la combatividad ....................
 Cuerpos masculinos y femeninos:
impregnación y modulación hormonal ....
S. Carmona Cañabate
 Sociedad y evolución cerebral ...................
 ¿Qué nos hace humanos? .........................
 Especificidad de la cognición social ..........
 Descodificación del contenido mental
de otras personas .......................................
 Hormonas y cognición social ....................
 Conclusión ..................................................
308
308
309
694
694
695
310
320
330
696
706
716
27. Control ejecutivo, toma de decisiones,
razonamiento y resolución de problemas
333
719
333
336
349
355
719
722
735
741
575
D. Redolar Ripoll y A. Tobeña
00 Primeras.indd XXVII
585
D. Redolar Ripoll
J. M. Serra Grabulosa
Y REGULATORIAS
 Cerebros dispares: circuitos masculinos
y femeninos .............................................. 659
 Rémoras y resistencias ante los distingos
sexuales ...................................................... 663
 Poder masculino y femenino .................... 666
 Cerebro masculino y femenino para el estrés 666
 Belleza y amor ........................................... 667
 Enamoramiento y elección de la pareja... 669
XXVII
649
651
654
575
577
580
658
584
658
584
S. Carmona Cañabate y A. Moreno Alcázar
 Introducción al estudio de las funciones
ejecutivas ......................................................
 El lóbulo frontal ...........................................
 Toma de decisiones .....................................
 Razonamiento y resolución de problemas
17/09/13 13:57
XXVIII
Índice general
■ SECCIÓN VIII: NUEVAS PERSPECTIVAS
EN NEUROCIENCIA COGNITIVA
28. La conciencia: conceptos,
hipótesis y observaciones clínicas
y experimentales ...............................................
747
I. Morgado Bernal
747
748
 Percepción consciente .........................................
 Naturaleza y función de la conciencia ...............
Cómo el cerebro genera la conciencia
(The Soft Problem).................................................
 Cómo la materia objetiva se vuelve
imaginación subjetiva (The Hard Problem).........
754
29. Neurocomputación y modelización
de procesos cognitivos .....................................
757
750
A. Compte
 Introducción a los modelos computacionales...
 Memoria de trabajo .............................................
 Toma de decisiones .............................................
 Integración de procesos cognitivos ....................
757
759
766
769
30. La difusión de los avances y las aplicaciones
en neurociencia cognitiva: necesidad,
reto y responsabilidad ..................................... 773
D. Bueno i Torrens, E. Bufill Soler,
F. Colom i Victoriano, D. Redolar Ripoll,
X. Sánchez Martínez y E. Vieta Pascual
 Introducción ........................................................
 La cultura científica .............................................
 Generalidades de la difusión de la ciencia ........
00 Primeras.indd XXVIII
773
774
775
 Elementos implicados en la difusión
de la ciencia .........................................................
 Medios de difusión..............................................
Responsabilidad e influencia
de la difusión de la ciencia..................................
 Corolario ..............................................................
785
786
Anexo 1. Análisis de datos
en neurociencia cognitiva ............................
789
778
782
J. Guardia Olmos, M. Peró Cebollero y J. Fauquet Ars
Introducción ........................................................
 La visión estadística de la señal cerebral ...........
 Modelo lineal general .........................................
 Estimación de parámetros de los mínimos
cuadrados ordinarios...........................................
 Significación de los parámetros .........................
 Programas de análisis de datos ..........................
789
790
792
Anexo 2. Análisis estadístico de imágenes ......
797
793
795
796
C. Falcón Falcón
 Conceptos básicos de análisis de imagen .........
 Análisis estadístico de imágenes:
del área de interés al vóxel .................................
 Preparación de las imágenes ..............................
 Modelo lineal general .........................................
 Umbrales de significación estadística ................
 Resonancia magnética funcional .......................
 Morfometría basada en el vóxel .........................
797
798
799
800
802
804
806
Créditos imágenes ................................................
809
Índice analítico ......................................................
811
17/09/13 13:58
01 Sección I.indd 1
17/09/13 14:30
Parte I
Neuropsicología
SECCIÓN I
Introducción a la neurociencia
cognitiva
3. Introducción a la organización del sistema nervioso
01 Sección I.indd 2
13/09/13 10:02
Introducción a la organización
del sistema nervioso
D. Redolar Ripoll
3
a Resumen conceptual
✓ Hoy en día se sabe que el sistema nervioso controla y regula la mayoría de las actividades del organismo. La información del entorno es captada por diferentes tipos de receptores sensoriales distribuidos ordenadamente por el
cuerpo. Éstos recogen y envían la información para que sea procesada e integrada por el sistema nervioso central.
De igual forma, constantemente se están poniendo en marcha los cuidadosos planes motores que se desarrollan
en el cerebro y que finalmente llevan a la coordinación de diversos grupos musculares para permitir un determinado movimiento.
✓ El cerebro recibe, integra, procesa la información y envía diferentes señales para regular múltiples funciones en el
organismo, desde la puesta en marcha de la propia conducta hasta la regulación de distintos mecanismos homeostáticos y de los sistemas endocrino e inmunitario. El sistema nervioso no sólo establece un puente de unión entre
la información proveniente del medio y la respuesta que el organismo realiza para adecuarse a las demandas
cambiantes del entorno, sino que nos convierte en lo que somos, subyace a nuestras emociones, a la resolución de
problemas, a la inteligencia, al pensamiento, a capacidades tan humanas como el lenguaje, la atención, o los mecanismos de aprendizaje y memoria.
¬ Objetivos de aprendizaje
• Entender los principios básicos de la organización del sistema nervioso.
• Analizar las diferencias entre sistema nervioso autónomo y somático.
• Conocer cómo se transmite la información sensorial al sistema nervioso central.
• Conocer las principales características anatómicas y funcionales de la médula espinal y del tronco del encéfalo.
• Entender la organización anatómica del diencéfalo y las principales implicaciones funcionales de sus componentes.
• Describir las principales estructuras subcorticales y analizar sus principales funciones.
• Familiarizarse con el procesamiento subcortical de la información sensorial.
• Estudiar cómo están organizadas la sustancia gris y la sustancia blanca en el cerebelo y cuál es su papel en el control motor desde un punto de vista funcional y filogenético.
• Describir los diferentes tipos de corteza cerebral desde la citoarquitectura y la filogenética.
• Conocer la organización de la corteza sensorial primaria.
• Analizar la representación y la organización de las áreas de asociación sensorial.
• Conocer las subdivisiones de la corteza frontal y analizar sus diferentes funciones.
• Entender cómo se organiza la corteza cerebral para el control motor.
• Conocer la organización anatómica y las principales conexiones de las áreas prefrontales.
• Familiarizarse con la organización de la sustancia blanca en el encéfalo.
• Entender cómo se organiza el sistema nervioso desde el punto de vista filogenético.
■ PRINCIPIOS BÁSICOS DE LA ORGANIZACIÓN
DEL SISTEMA NERVIOSO
«Los hombres deberían saber que del cerebro y nada más que
del cerebro vienen las alegrías, el placer, la risa, el ocio, las penas,
el dolor, el abatimiento y las lamentaciones.Y gracias al cerebro, de
manera especial, adquirimos sabiduría y conocimientos, vemos y
oímos, sabemos lo que es repugnante y lo que es bello, lo que es
malo y lo que es bueno, lo que es dulce y lo que es insípido. […]
Y gracias a este órgano nos volvemos locos y deliramos, y los miedos y terrores nos asaltan. […] Debemos soportar todo esto cuando
el cerebro no está sano. […] Y en este sentido soy de la opinión de
que esta víscera ejerce en el ser humano el mayor poder.»
HIPÓCRATES, Sobre las enfermedades sagradas, siglo IV a.C.
67
01 Sección I.indd 67
13/09/13 10:02
68
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
Por lo general, resulta fácil distinguir en el sistema nervioso central (SNC) la sustancia gris de la sustancia blanca. La
sustancia gris corresponde fundamentalmente a las zonas del
sistema nervioso donde predominan los somas neuronales y
las dendritas, mientras que la sustancia blanca corresponde a
las zonas donde predominan las proyecciones axónicas. El
lector se podría estar preguntando por qué razón los axones
tienen una apariencia blanquecina, mientras que las dendritas y los somas carecen de ella. Como se ha descrito en el
capítulo 2, la mayoría de los axones se encuentran envueltos
por vainas de mielina. Ésta, que es de naturaleza lipídica, les
proporciona el color blanco brillante característico (de hecho,
esta envoltura está constituida por células gliales que se enrollan a modo de «capas de una cebolla» a lo largo del axón).
Dentro de la sustancia gris pueden observarse los núcleos,
que son grupos funcionalmente relacionados de somas celulares en el SNC. Al mencionar la superficie cortical se hace
referencia a áreas funcionalmente homogéneas. También en
el SNC se encuentran diferentes grupos de cuerpos neuronales en forma de columnas funcionales (perpendiculares en la
corteza cerebral y longitudinales en la médula espinal). Otro
nivel de organización en el SNC son las capas constituidas
por grupos celulares funcionalmente relacionados y orientados en un eje paralelo al área donde se encuentran ubicadas.
Por ejemplo, la corteza cerebral está compuesta por seis capas
celulares claramente diferenciadas dispuestas en paralelo. En
el sistema nervioso periférico (SNP), los somas celulares se
ubican en ganglios. En cuanto a la sustancia blanca, en el
SNC es posible distinguir los haces, los fascículos, los tractos,
los lemniscos (axones que siguen una estructura paralela y
están funcionalmente asociados) y los cordones o sistemas
(grupo de diferentes fascículos o haces paralelos). En el SNP
se habla de axones paralelos que constituyen los nervios espinales y craneales.
¡
En líneas generales, el sistema nervioso puede dividirse en dos partes claramente diferenciadas: el
sistema nervioso central y el sistema nervioso periférico.
riferia. Los nervios espinales tienen dos componentes claramente diferenciados: por una parte, el componente sensitivo, que envía la información sensorial de los receptores
distribuidos en la piel, músculos, articulaciones y órganos
internos hacia el SNC, y, por otra, el componente motor,
que transmite la información elaborada en el SNC a los
mecanismos eferentes como músculos y glándulas. El soma
de la neurona sensorial se localiza en el ganglio de la raíz
dorsal, mientras que el soma de la neurona motora se halla
en la propia médula espinal. Un esquema conceptual similar se puede extrapolar a la organización de los nervios craneales.
Es importante tener claro que el SNP tiene dos componentes principales. Por un lado, el sistema nervioso autónomo (SNA)
y, por otro, el sistema nervioso somático (SNSo). El SNA está
implicado en la regulación interna del cuerpo, estableciendo
un equilibrio entre la respuesta de los órganos internos, las
glándulas y la vasculatura en función de las condiciones en las
que se encuentre el organismo. El SNSo recoge la información
sensorial, mediante neuronas sensoriales cuyo soma se localiza en ganglios cercanos a la médula espinal y al tronco del
encéfalo, de los diferentes receptores dispersos por la superficie del cuerpo, los órganos de los sentidos y la musculatura.
Asimismo, el SNSo proyecta los axones de las neuronas motoras, cuyo soma se localiza en el SNC, para inervar la musculatura esquelética. Resumiendo, en el SNP se encuentran
tanto fibras eferentes somáticas y viscerales, que llevan la información desde el SNC hasta la musculatura esquelética (fibras somáticas), la musculatura lisa, el corazón y las glándulas
(fibras viscerales), como fibras aferentes somáticas y viscerales
que transmiten información al SNC referente a los órganos
de los sentidos, a los receptores de la piel y de los músculos
(fibras somáticas), y a los órganos internos (fibras viscerales).
Por otro lado, resulta importante destacar que el SNA puede
interactuar con el sistema neuroendocrino. Un ejemplo clave
de esta interacción es lo que sucede cuando un animal está
delante de un agente potencialmente peligroso y se pone en
marcha la respuesta de estrés (Fig. 3-1).
Un sistema de protección
El SNC está compuesto por el encéfalo y la médula espinal. El encéfalo, por su parte, tiene múltiples divisiones,
desde los hemisferios cerebrales y el diencéfalo, hasta el
tronco del encéfalo y el cerebelo. Dentro de las divisiones
mayores de cada una de las partes del encéfalo se encuentran: la corteza cerebral, dividida en los lóbulos frontal, parietal, occipital, temporal y límbico; los ganglios basales,
compuestos principalmente por los núcleos caudado, putamen y globo pálido; estructuras del sistema límbico, como el
hipocampo y la amígdala; el diencéfalo, compuesto por tálamo e hipotálamo (es posible, incluso, distinguir otras subdivisiones); el tronco del encéfalo, compuesto por el mesencéfalo, la protuberancia (o puente) y el bulbo raquídeo, y, por
último, el cerebelo.
El SNP está compuesto fundamentalmente por los ganglios y los nervios craneales y espinales que se imbuyen en
casi todas las partes del cuerpo, transportando información
hacia el SNC y llevando la proveniente de éste hacia la pe-
01 Sección I.indd 68
El tejido nervioso es sumamente delicado. Si alguna vez
el lector ha preparado sesos con alguna de las cientos de
recetas que existen para este suculento manjar utilizado ya
cientos de años atrás en la cocina árabe y egipcia, se habrá
dado cuenta de la consistencia gelatinosa que presenta. Simplemente con ejercer una pequeña presión con el dedo sobre
esta blanda masa se pueden generar graves daños. Además,
el encéfalo se encuentra ampliamente irrigado, para garantizar el flujo continuo de sangre oxigenada y permitir que la
función cerebral se mantenga activa. Cualquier experto en la
preparación de los sesos rápidamente se habrá percatado de
la necesidad que existe en dejar los sesos en agua fría antes
de guisarlos, para que se desprendan los coágulos de sangre
que rodean todo el tejido; después se han de «blanquear»
durante 5 minutos en agua hirviendo con sal y una hoja de
laurel, para desenganchar los vasos que se hayan quedado
adheridos; una vez escurridos, se preparan según la receta
elegida.
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
69
Recuadro 3-1. Papiro Quirúrgico de Edwin Smith
Núcleo paraventricular
del hipotálamo
Hipófisis anterior
Glándula
suprarrenal
En 1862, Edwin Smith pudo conseguir un papiro en la ciudad egipcia de Luxor (v. Fig. 1-1). Dicho papiro se conoce
como el Papiro Quirúrgico de Edwin Smith y parece tratarse del documento médico más antiguo de que se tenga
noticia. A pesar de estar datado a comienzos del siglo XVII
a.C. (dinastía XVII), existen evidencias que sugieren que se
fundamentó en documentos de períodos más antiguos
(3000 a.C.).
CRH,
AVP
ACTH
Riñón
Glucocorticoides
Corteza
Médula
de la glándula
suprarrenal de la glándula
suprarrenal
Neurona del
sistema nervioso
simpático
Adrenalina y noradrenalina
Figura 3-1. Interacción de los sistemas neuroendocrino (eje hipotálamo-hipófiso-suprarrenal) y autónomo en la respuesta al estrés.
En respuesta al estrés, las neuronas parvocelulares del núcleo paraventricular del hipotálamo sintetizan la hormona liberadora de
corticotropina (CRH). Esta última es liberada junto con la arginina
vasopresina (AVP) en la sangre (eminencia media), produciendo la
secreción en la circulación sanguínea de la hormona adrenocorticotropa (ACTH) por parte de las células secretoras de la hipófisis anterior. La ACTH activa la captación de glucosa en los músculos y
estimula la secreción de glucocorticoides en la corteza de la glándula suprarrenal. Los glucocorticoides facilitan la presencia de glucosa en los tejidos que la requieren para poner en marcha la respuesta más adaptativa. Por otro lado, en relación con el sistema
autónomo, la activación del sistema nervioso simpático se inicia
cuando la información hipotalámica llega a las células preganglionares simpáticas de la médula espinal, por medio del núcleo paraventricular del hipotálamo o, indirectamente, a través del núcleo del
tracto solitario. Esta información llega a la cadena ganglionar simpática paravertebral, donde se localiza la sinapsis con las neuronas
posganglionares. Estas últimas liberan noradrenalina en los diferentes órganos que inervan. Asimismo, las neuronas preganglionares simpáticas producen la activación directa de la médula de la
glándula suprarrenal, estimulando la liberación de adrenalina al
torrente circulatorio. Las sustancias secretadas por la acción del
sistema nervioso simpático (noradrenalina y adrenalina) aumentan
el flujo sanguíneo a los músculos y provocan que el glucógeno almacenado se convierta con rapidez en glucosa para ser utilizada. Los
glucocorticoides liberados en la circulación sanguínea promueven la
movilización de la energía almacenada y potencian los numerosos
efectos mediados por el sistema nervioso simpático. El sistema nervioso simpático también inerva directamente la corteza de la glándula suprarrenal, participando en la regulación de la liberación de
glucocorticoides. En definitiva, el eje hipotálamo-hipófiso-suprarrenal y el sistema simpático tienen acciones complementarias en todo
el cuerpo, incluyendo la movilización de energía y el mantenimiento
de la presión arterial durante el estrés.
Dejando de lado los aspectos culinarios, vamos a hacer un
breve recorrido por los sistemas de protección con que cuenta
el SNC, que lo preservan ante la ocurrencia de traumatismos
01 Sección I.indd 69
«Si examináis a un hombre con una herida abierta en la cabeza
que le llega hasta el hueso y que le atraviesa el cráneo, deberéis
palpar la herida. Si encontráis algo preocupante en contacto
con vuestros dedos, [y] el hombre se estremece en gran mesura
[...] deberéis decir respecto a él: [...] “Una dolencia contra la que
voy a lidiar”.»
ANÓNIMO, Papiro Quirúrgico de Edwin Smith, c. 1550 a.C.
El arqueólogo e historiador americano James Breasted
(1922) encontró que este documento era un texto antiguo
que recogía descripciones de 48 casos de pacientes con
lesiones traumáticas. En el papiro se hacía referencia a la
exploración de los pacientes, las observaciones realizadas
de la anatomía, el diagnóstico establecido, las pautas de
intervención e incluso el posible pronóstico y evolución
para cada caso. El documento proporciona interesantes
descripciones de 27 casos de pacientes con traumatismo
craneal. De los casos presentados, sólo 14 de ellos parecen no mostrar alteraciones y daños cerebrales, el resto
(13 pacientes) presentan daño cerebral y alteraciones neurológicas. En el detalle de los casos, se explican algunos
procedimientos para llevar a cabo suturas craneales, se
realizan detalladas descripciones de las membranas que
cubren al cerebro («saco que cubre al cerebro», las meninges) y de un líquido que circula por debajo de éstas (el líquido cefalorraquídeo). Se describen las circunvoluciones
de la corteza, las que son comparadas con los residuos
ondulados que deja el mineral de cobre al fundirse. En
este documento se pone de manifiesto que las lesiones en
el cerebro pueden tener consecuencias en partes del
cuerpo bastante distantes, produciendo problemas de
coordinación, parálisis de los miembros del lado opuesto
del cuerpo, pérdidas sensoriales, etc. En uno de los casos,
el paciente parece haber sufrido las consecuencias de un
«contragolpe», es decir, un golpe en un lado de la cabeza
que produce una compresión del cerebro sobre el lado
opuesto del cráneo.
craneoencefálicos o durante el transcurso de una grave enfermedad. Dichos mecanismos no son sólo de naturaleza estructural, puesto que también existe una barrera química que
mantiene en constante equilibrio el medio neuronal.
En primer lugar, el sistema nervioso se encuentra cubierto
por tres membranas o meninges, a saber: la duramadre, la
aracnoides y la piamadre (Fig. 3-2 A). Las meninges estabilizan la posición y la forma del sistema nervioso de dos maneras diferentes. En primer lugar, estas membranas quedan adheridas al tejido cerebral por un lado y a la cavidad craneal por
otro, permitiendo que el tejido quede inmóvil a cada movimiento. En segundo lugar, entre dos de las tres membranas (la
aracnoides y la piamadre) transcurre un fluido, el líquido ce-
13/09/13 10:02
70
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
A
B
Granulaciones
aracnoideas
Cuero cabelludo
Cráneo
Acueducto
de Silvio
Ventrículo lateral
Duramadre
Aracnoides
Plexo coroideo del
ventrículo lateral
Espacio subaracnoideo
Piamadre
Agujero interventricular
de Monro
Corteza
Arteria
Tercer ventrículo
Cuarto ventrículo
Seno
Plexo coroideo del cuarto ventrículo
Cerebro
Agujero de
Magendie
Canal central
Duramadre
Aracnoides
Espacio
subaracnoideo
Figura 3-2. Representación de las meninges y del sistema ventricular. A) Disposición de las meninges: duramadre, aracnoides y piamadre.
Entre la duramadre y la aracnoides se localiza el espacio subdural, y entre la aracnoides y la piamadre, el espacio subaracnoideo. Este
último se encuentra lleno de líquido cefalorraquídeo. En la médula espinal se encuentra el espacio epidural. B) Corte sagital medial que
representa la circulación del líquido cefalorraquídeo.
falorraquídeo. El líquido cefalorraquídeo reduce la tendencia de
varias fuerzas (como la gravitatoria) a distorsionar el tejido nervioso. Por ejemplo, se ha podido comprobar que el cerebro pesa
unos 50 g menos suspendido en el líquido cefalorraquídeo que
al aire libre. Este fluido, además, ayuda a que se mantenga la
forma del cerebro. Para comprobarlo se puede hacer un sencillo
experimento: si se coge un cerebro y se suspende en una solución salina isotónica, se comprobará la forma natural de éste,
poniendo especial atención en cada una de las circunvoluciones
y cisuras que conforman la corteza. Seguidamente, si se saca y
se deja al aire libre poco a poco se podrá observar cómo se va
distorsionando su forma por efecto de la gravedad.
La duramadre es una membrana de tejido colágeno, compuesta fundamentalmente por fibroblastos y fibrillas de colágeno, que adhiere fuertemente a la superficie interna del cráneo; no obstante, a la altura de la médula se encuentra separada
de las vértebras por el espacio epidural. Es la más gruesa y
fuerte de las meninges, por lo que también se la denomina paquimeninge. En la cara interna del encéfalo forma pliegues en
forma de tabiques, como la tienda del cerebelo y la hoz del cerebro. Además, en el inicio de cada uno de los tabiques se localizan los senos venosos, por ejemplo, el seno sagital superior (v.
Material web. Contenido complementario. Meninges). Tanto la
aracnoides como la piamadre se conocen como leptomeninges.
La aracnoides es una lámina celular que se encuentra unida a
las células limitantes de la duramadre y separada por el espacio
subaracnoideo de la piamadre. Por este espacio discurre el líquido cefalorraquídeo y se localizan gran número de vasos, las
raíces de los nervios craneales y los nervios raquídeos.
El líquido cefalorraquídeo se produce en los plexos coroideos de los ventrículos cerebrales (Recuadro 3-2). A través de
los agujeros de Magendie (orificio medio) y Luschka (orificio
lateral), el líquido cefalorraquídeo sale de los ventrículos al
espacio subaracnoideo (Fig. 3-2 B). Este fluido circula alrede-
01 Sección I.indd 70
dor del encéfalo y de la médula espinal para volver al sistema
vascular pasando mediante las vellosidades aracnoideas, también denominadas granulaciones aracnoideas. Las vellosidades aracnoideas se invaginan en el seno sagital superior. En la
parte externa de las vellosidades se posiciona una capa de
células endoteliales, seguida por la capa de células limitantes
de la duramadre y por la capa de células de la barrera aracnoidea. Esta disposición se observa en cada uno de los lados
de la vellosidad. En la parte interna las trabéculas se disponen
uniendo las dos capas de células de la barrera aracnoidea
(resultado del proceso de invaginación).
¡
El encéfalo se encuentra protegido por una cubierta
ósea y suspendido en líquido. En su interior hay un
sistema de compartimentos, el sistema ventricular.
Existen cuatro ventrículos: dos ventrículos laterales,
el tercer ventrículo y el cuarto ventrículo.
Como hemos visto en el capítulo 2, las neuronas son un
tipo celular que requiere mucho aporte de oxígeno. Para que
el lector pueda hacerse una idea, aunque el cerebro constituye
sólo alrededor de un 2-3 % del peso total del cuerpo, recibe
entre un 15 y un 20 % del gasto total cardíaco, y consume
aproximadamente el 20 % del oxígeno producido. Las tortugas, por ejemplo, pueden ejercer diferentes tipos de conductas
motoras durante horas sin suplemento de oxígeno en sus cerebros, pero el ser humano es dependiente de un aporte continuo de oxígeno. De esta manera, si por algún motivo (p. ej.,
una isquemia) dejáramos de recibir un aporte de oxígeno durante unos 10 segundos, probablemente perderíamos la conciencia. Si este intervalo sin flujo sanguíneo se alargara hasta
los 20 segundos, la actividad eléctrica cerebral cesaría, y después de unos pocos minutos comenzaría el daño neuronal
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
71
Recuadro 3-2. Ventrículos cerebrales
Los ventrículos laterales son las cavidades formadas en el interior del telencéfalo (un ventrículo lateral para cada hemisferio).
Morfológicamente se pueden dividir en varias partes: el asta anterior, el cuerpo del ventrículo y las astas posterior e inferior.
Rodeando el asta anterior y el cuerpo del ventrículo se encuentran el septo pelúcido, el fórnix y el cuerpo calloso. Entre el
cuerpo del ventrículo lateral y las astas posterior e inferior se localiza el atrio del ventrículo lateral, que cuenta con una densa
población de plexos coroideos. Justo por debajo del cuerpo del ventrículo se encuentra el tálamo. La pared lateral de los
ventrículos laterales está formada por una parte del neoestriado, el caudado. Asimismo, el asta inferior está formada lateralmente por la cola del caudado; medialmente, por la formación hipocampal, y anteriormente, por la amígdala. Entre los ventrículos laterales y el cuarto ventrículo se encuentra el tercer ventrículo (Fig. 3-3). Esta cavidad se localiza en el diencéfalo,
entre los dos tálamos, y se extiende hacia adelante y hacia abajo entre los dos conjuntos de núcleos hipotalámicos. Por lo
tanto, el tercer ventrículo se encuentra orientado verticalmente en la línea media. En la zona dorsal se ubica el plexo coroideo
del tercer ventrículo. El suelo de este ventrículo está formado por el infundíbulo y por el quiasma óptico, extendiéndose caudalmente hasta unirse con el acueducto de Silvio (que lo une al cuarto ventrículo). Este pequeño conducto, de alrededor de
1,5 mm de diámetro, se halla rodeado por las neuronas de la sustancia gris periacueductal. La región anterior del tercer
ventrículo está formada por la lámina terminal y la comisura anterior. En la parte más caudal el tercer ventrículo llega hasta
la glándula pineal. El cuarto ventrículo tiene una forma tridimensional que recuerda una pirámide, localizándose fundamentalmente a la altura entre la protuberancia y el cerebelo, aunque se extiende hacia adelante hasta el mesencéfalo y, hacia
atrás, hasta el bulbo. Hacia adelante, mediante el acueducto de Silvio, se comunica con el tercer ventrículo, y hacia atrás forma
el canal que se extiende medialmente a lo largo de la médula espinal. Lateralmente, el cuarto ventrículo llega hasta la superficie bulbar formando los recesos laterales y, a través de los agujeros de Luschka, termina en el ángulo pontocerebeloso. Las
paredes anteriores del tercer ventrículo se encuentran formadas por los pedúnculos cerebelosos superiores, el velo medular
anterior y el cerebelo, mientras que la superficie inferior de esta cavidad, o fosa romboidea, está formada por el bulbo y la
protuberancia. Tanto los ventrículos como el canal medular están cubiertos por células epiteliales que conforman el denominado epéndimo. Las células ependimarias forman una capa al unirse entre sí mediante desmosomas. En algunas zonas, por
ejemplo, en el tercer ventrículo, aparece un tipo de célula ependimaria más especializada, los tanicitos. Éstos disponen de
prolongaciones que terminan sobre la vasculatura y sobre el neurópilo (red formada por las prolongaciones de las neuronas
y de las células gliales). Los tanicitos se unen entre sí y a las células ependimarias adyacentes mediante las denominadas
uniones ocluyentes.
irreversible (v. Material web. Contenido complementario. Circulación arterial y venosa). Debido a esta gran dependencia
metabólica de un aporte sanguíneo constante que tiene el
cerebro humano, el sistema nervioso cuenta con una densa
red de vasos sanguíneos que le aseguran un suministro prolongado de oxígeno. En este contexto, un primer concepto
Ventrículos
laterales
Tercer
ventrículo
importante es el de barrera hematoencefálica. Se ha de partir del
hecho de que la fuerza de difusión hace que muchos solutos
se puedan desplazar desde la sangre hasta el espacio intersticial que rodea las células, pasando a través de las hendiduras
existentes entre las células endoteliales. En el cerebro, las células endoteliales están dispuestas formando unas uniones
Tercer
ventrículo
Acueducto
cerebral
Acueducto
cerebral
Cuarto
ventrículo
Canal
central
Cuarto
ventrículo
Ventrículos
laterales
Figura 3-3. Representación del sistema ventricular.
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Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
estrechas que impiden a los solutos pasar por difusión a través
de los espacios. Las únicas sustancias que podrán atravesar serán aquellas capaces de pasar a través de las células endoteliales. Este mecanismo de restricción constituye la barrera hematoencefálica. Se trata de un sistema que protege de la entrada
de sustancias extrañas en el sistema nervioso, debido a que el
funcionamiento normal del encéfalo puede verse afectado por
la presencia de algunos compuestos químicos. Los cambios
transitorios y repentinos de la composición de la sangre se han
de mantener aislados en lo concerniente al sistema nervioso. En
definitiva, la barrera hematoencefálica constituye un mecanismo de protección que es selectivamente permeable, ya que
permite el paso de unas moléculas pero no el de otras. Las moléculas que sean solubles en lípidos, el agua y los gases pueden
atravesar las células endoteliales empujados por la fuerza de
difusión. Otras sustancias, por ejemplo la glucosa, deben ser
transportadas mediante sistemas de alta afinidad muy específicos y selectivos. Los plexos coroideos están altamente vascularizados. Las células endoteliales de los plexos coroideos no
presentan las uniones estrechas que presentan la mayoría de
capilares cerebrales. No obstante, las células epiteliales de los
plexos coroideos que producen el líquido cefalorraquídeo se
encuentran conectadas entre sí mediante uniones estrechas, lo
que constituye una barrera para evitar el paso libre de diferentes
moléculas. Además de las células endoteliales de los plexos coroideos, existen ciertas regiones en el sistema nervioso central
en donde las células endoteliales no están conectadas mediante
uniones estrechas: se trata de los denominados órganos circunventriculares (eminencia media, órgano subfornical, glándula
pineal, etc.). En estas regiones, tanicitos y células ependimales
especializadas se encuentran conectadas mediante uniones estrechas para conformar una barrera de protección.
¡
La homeostasis en el sistema nervioso central resulta
crítica para la preservación de la función neuronal.
■ SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO
Como se ha señalado, el sistema nervioso se puede dividir
en SNC y SNP. Por su parte cada una de estas divisiones se
puede, a su vez, subdividir en diferentes componentes anatómicos y funcionales.
Sistema nervioso autónomo
En el sistema nervioso hay una serie de sistemas funcionales encargados de regular el equilibrio interno del organismo.
Para que esta función se lleve a cabo existen dos sistemas: el
sistema neuroendocrino y el SNA. Este último cuenta tanto
con axones que llevan información aferente hacia el SNC
como con axones que envían proyecciones eferentes hacia la
periferia (Fig. 3-4). Las fibras aferentes llevan información al
SNC sobre el estado de los diferentes órganos internos,1 y las
1
Las fibras que llegan a la médula espinal acaban en la sustancia
gris intermedia, mientras que aquellas que van a parar al tronco del
encéfalo, mediante los nervios VII, IX y X, terminan en el núcleo del
tracto solitario.
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A
Músculo
esquelético
SNC
Motoneurona
Neurona
posganglionar
B
Ganglio
SNC
Neurona
preganglionar
Ganglio
autónomo
Músculo liso
y glándulas
Figura 3-4. Principales diferencias organizativas entre el sistema
motor somático (A) y el sistema nervioso autónomo (B). Nótese
que el soma de la neurona que proyecta la fibra motora somática
se localiza en el sistema nervioso central (SNC). Las neuronas preganglionares efectoras del sistema nervioso autónomo también se
localizan en el sistema nervioso central. La neurona simpática
hace sinapsis muy cerca del SNC con la neurona posganglionar,
mientras que la neurona preganglionar parasimpática lo hace a
una distancia considerablemente mayor.
fibras eferentes envían proyecciones a las diferentes glándulas, a la musculatura cardíaca, a la musculatura lisa de la piel
(musculatura que inerva los folículos pilosos), a la musculatura lisa de los ojos (que regula la acomodación del cristalino
y la dilatación y contracción de la pupila), a la musculatura lisa
de los vasos sanguíneos y a la musculatura lisa de las paredes
de los órganos internos (el aparato gastrointestinal, el hígado,
el páncreas, el sistema respiratorio, los órganos reproductores,
la vejiga, etc.). Estas fibras eferentes se organizan en dos sistemas claramente diferenciados: el sistema nervioso simpático
y el sistema nervioso parasimpático (v. Material web. Contenido complementario. Sistema nervioso autónomo).
El esquema funcional y anatómico de la regulación autónoma o vegetativa puede resumirse en un conjunto de interacciones entre los niveles central y periférico. A nivel central hay
una serie de estructuras encargadas de la regulación de la homeostasis interna, por ejemplo, diferentes áreas corticales, algunos núcleos talámicos, la amígdala, el hipocampo, y la formación reticular. Prácticamente toda la información procedente
de estas áreas y núcleos se integra en el hipotálamo. Del hipotálamo salen conexiones directas e indirectas (a través del núcleo del tracto solitario) hacia la médula espinal y el tronco del
encéfalo. A partir de este nivel, las neuronas cuyo soma se localiza en el SNC (núcleos del tronco del encéfalo o asta ventral
de la médula espinal) salen para hacer sinapsis con los ganglios autónomos (en el caso de la rama simpática, el ganglio se
localiza lindante al SNC, mientras que en el caso de la rama
parasimpática se ubica a una distancia considerable, cerca de
la diana que se ha de inervar). Las neuronas preganglionares
simpáticas dejan el SNC a partir de los nervios espinales torácicos y los primeros lumbares, mientras que las neuronas parasimpáticas lo hacen a través de los nervios craneales III, VII,
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
IX y X y a través de los nervios espinales de la zona sacra (S2S4). En el ganglio autónomo se da la sinapsis entre la neurona
procedente del SNC (denominada neurona preganglionar) y la
neurona que inervará el tejido diana (neurona posganglionar).
Nervios craneales
Son 12 pares de nervios sensoriales, motores o mixtos (incluyen ramas sensoriales y ramas motoras) que surgen del
encéfalo y después de salir de la cavidad craneal se dirigen a
diferentes regiones periféricas, la mayoría de ellas en la ca-
73
beza, en el cuello y en los órganos internos (v. Material web.
Contenido complementario. Nervios craneales). La mayoría lo
hace en el tronco del encéfalo, con excepción de los dos primeros (el olfatorio y el óptico). Algunos de los nervios craneales son exclusivamente somáticos, mientras que otros incluyen también componentes del SNA (Fig. 3-5).
Nervios espinales
La médula espinal se encuentra en el SNC, extendiéndose
desde la base del cráneo (caudal al bulbo raquídeo) hasta la
Núcleo de Edinger-Westphal
Núcleo oculomotor
(motor ocular común)
Núcleo mesencefálico
del trigémino
Núcleo troclear o patético
Núcleo principal
del trigémino
Núcleo motor del trigémino
Núcleo abducens
(motor ocular externo)
Núcleo facial
Núcleos vestibulares
Núcleos cocleares
Núcleos salivales
Núcleo del tracto solitario
Núcleo ambiguo
Núcleo motor dorsal del vago
Núcleo espinal del trigémino
Núcleo hipogloso
Núcleo espinal (accesorio)
Figura 3-5. Representación esquemática de la localización de los núcleos de los pares craneales del tronco del encéfalo. A pesar de que
la estructura del sistema nervioso del ser humano es bilateral, para simplificar la descripción de la figura y facilitar su comprensión, los
núcleos con funciones motoras se encuentran dibujados a la izquierda de la imagen, mientras que los núcleos con funciones sensoriales
se ubican en la parte derecha. La mayoría de los núcleos de los nervios craneales se localizan en el tronco del encéfalo, a excepción de
los nervios I y II. En el tronco del encéfalo, los núcleos de los nervios craneales se organizan a modo de columnas funcionales. Concretamente, se forman seis columnas funcionales: tres de núcleos sensoriales (viscerales y somáticos) y tres de núcleos motores (viscerales y
somáticos). De estas columnas, dos son columnas motoras viscerales, dos son columnas sensoriales somáticas, una es una columna
sensorial visceral, y una es una columna motora somática. Los núcleos sensoriales están formados por los somas de las neuronas sensoriales secundarias que proyectarán a diferentes regiones del sistema nervioso y que reciben, por lo tanto, las aferencias del nervio
sensorial (neuronas de los ganglios craneales).
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Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
segunda vértebra lumbar. Funcionalmente existen tres aspectos fundamentales en los cuales reside la importancia crucial de
la médula espinal. Por un lado, en la médula espinal entran las
proyecciones sensoriales somáticas y viscerales procedentes de
las extremidades, del tronco y de diferentes órganos viscerales.
En segundo lugar, de la médula espinal salen las fibras eferentes que inervan la musculatura esquelética, la musculatura lisa,
el músculo cardíaco y diferentes glándulas. En tercer lugar, en
la propia médula espinal se pueden establecer circuitos sinápticos que conformen los denominados arcos reflejos, en los que
una entrada sensorial puede activar una eferencia a nivel espinal sin tener que llegar antes a centros encefálicos de orden
superior, permitiendo, por lo tanto, una rápida respuesta.
Para realizar estas tres funciones la médula espinal cuenta
con 31 pares de nervios espinales (Fig. 3-6). La organización
anatómica que se sigue está determinada por un patrón fundamental de segmentación. De esta forma, los nervios salen
de la médula por los agujeros que se forman entre dos vértebras, también denominados agujeros intervertebrales, for-
¡
El sistema nervioso autónomo está implicado en la
regulación interna del cuerpo, estableciendo un
equilibrio entre la respuesta de los órganos internos, las glándulas y la vasculatura en función de las
condiciones en las que se encuentre el organismo.
El sistema nervioso somático recoge la información
sensorial, mediante neuronas sensoriales cuyo
soma se localiza en ganglios cercanos a la médula
espinal y al tronco del encéfalo, de los diferentes receptores dispersos por la superficie del cuerpo, los
órganos de los sentidos y la musculatura. Asimismo,
el sistema nervioso somático proyecta los axones de
las neuronas motoras, cuyo soma se localiza en el
sistema nervioso central, para inervar la musculatura esquelética.
Neurona sensorial
seudomonopolar o
en forma de «T»
Nervios
espinales
Cono
medular
Ventral
Canal
central
Cola de
caballo
Figura 3-6. A) Nervio espinal con los aferentes sensoriales y los
eferentes motores. La neurona sensorial que llega a la médula
espinal tiene el soma localizado en un ganglio que queda posicionado cerca de la propia médula, el ganglio de la raíz dorsal. Esta
neurona sensorial establecerá sinapsis con interneuronas de la
sustancia gris de la médula espinal y con neuronas motoras que
abandonaron la médula para formar parte del nervio espinal y poder inervar el músculo diana. B) Médula espinal en relación con los
nervios espinales.
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■ MÉDULA ESPINAL
La médula espinal abarca desde el agujero occipital hasta
la segunda vértebra lumbar (en algunos casos, hasta la primera). Funcionalmente, este componente caudal del SNC
está implicado en diferentes aspectos sensoriales y motores en
interacción con el encéfalo y con el SNP. Las órdenes eferentes
procedentes del encéfalo que regulan la actividad motora
musculoesquelética y autónoma son ejecutadas por neuronas
cuyo soma se localiza en la sustancia gris de la médula espinal.
Del mismo modo, las señales sensoriales periféricas somáticas
y viscerales llegan al encéfalo a través de la médula espinal.
Localmente, también se pueden poner en marcha circuitos
sinápticos funcionales que permitan una respuesta trabajando
con bastante autonomía en relación con las órdenes descendentes del encéfalo: se trata de los reflejos medulares.
En la parte central de la médula espinal se observan los
somas y las dendritas neuronales, así como interneuronas enteras (soma y proyecciones) que no abandonan cada segmento (sustancia gris), mientras que rodeándola se localizan
los axones que se dirigen hacia el encéfalo o proceden de él;
éstos salen fuera de la médula espinal mediante la raíz ventral,
entran a través del ganglio de la raíz dorsal, o comunican diferentes segmentos medulares (Fig. 3-7). En la sustancia gris
se distinguen tres zonas: el asta (cuerno) dorsal, la zona intermedia y el asta (cuerno) ventral, mientras que en la sustancia
blanca se distinguen diferentes columnas de fibras nerviosas:
la columna blanca dorsal, la columna blanca lateral y la columna blanca ventral (v. Material web. Contenido complementario. Estructura laminar).
Sustancia gris
Dorsal
Neurona
motora
multipolar
mando lo que se conoce como segmento medular. Cada uno
de estos segmentos contiene dos nervios (un par) que salen a
ambos lados de la médula. La correspondencia de la segmentación queda, por lo tanto, supeditada al número de vértebras, de modo que cada par espinal se asocia a una vértebra
(v. Material web. Contenido complementario. Reflejos espinales y médula espinal).
Existen diferentes tipos neuronales en la sustancia gris de
la médula espinal. Por una parte, las neuronas de proyección,
aquellas cuyo soma se localiza en la sustancia gris de la médula espinal pero proyecta sobre otras divisiones del sistema
nervioso. Dentro de las neuronas de proyección, están las
neuronas de proyección motora, cuyo soma se localiza en el
asta ventral, en la zona intermedia o en el asta lateral de la
médula espinal y proyecta hacia la musculatura esquelética, la
musculatura lisa, la musculatura cardíaca y a determinadas
glándulas. Otro tipo de neurona de proyección lo constituyen
las neuronas de proyección sensorial, que llevan información
somática o visceral de la periferia y envían sus axones hacia el
encéfalo. Estas neuronas son neuronas sensoriales secundarias, ya que las neuronas primarias son aquellas cuyo soma se
localiza en el ganglio de la raíz dorsal. En segundo lugar, otro
tipo neuronal funcional básico es el de las interneuronas. Se
trata de neuronas locales cuyos axones no salen de la médula
espinal, y en algunos casos ni del propio segmento medular.
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
A
Surco dorsolateral
Cisura media dorsal
75
gris comisural. Un tercer tipo de interneuronas es el de las
propioespinales, cuyas prolongaciones se extienden a diferentes segmentos medulares.
Canal central
Sustancia
blanca
Sustancia
gris
Nervio espinal
Ganglio espinal
(de la raíz dorsal)
Surco ventrolateral
Cisura mediana
ventral
›
El soma de las neuronas motoras somáticas se localiza en el asta ventral de la médula espinal, mientras
que el de las neuronas motoras viscerales se ubica
en la parte lateral de la zona intermedia en los últimos segmentos lumbares y en los segmentos sacros (fibras preganglionares del sistema nervioso
parasimpático), y en el asta lateral de los segmentos
torácicos y de los primeros lumbares (fibras preganglionares del sistema nervioso simpático).
B
Sustancia blanca
Sustancia gris
Columna blanca dorsal
Asta lateral
Columna
blanca lateral
Zona intermedia
Comisura gris
Cuerno
ventral
Comisura
blanca
Canal central
Columna
blanca ventral
C
Ensanchamiento
cervical
Hilo terminal
Ensanchamiento
lumbar
Figura 3-7. Médula espinal. A) Sección de la médula espinal en la
que se observa la organización interna de la médula espinal, que
–al igual que el encéfalo– está compuesta tanto de sustancia gris
como de sustancia blanca. En la superficie de la médula hay una
serie de surcos. Pueden distinguirse varios surcos tanto en la cara
ventral como en la cara dorsal de la médula. B) En esta sección
transversal de la médula espinal se observa que la sustancia gris
se encuentra dispuesta de forma simétrica en la parte central de
cada lado de la médula espinal. Ambas zonas no se encuentran
separadas sino unidas por la comisura gris, la cual es atravesada
por el canal central. Desde una localización dorsal hasta una ventral, se distinguen tres zonas diferenciadas: el asta (cuerno) dorsal
o posterior, la zona intermedia y el asta (cuerno) ventral o anterior.
C) Ensanchamientos cervical y lumbar de la médula espinal.
Dentro de este tipo de neuronas locales están las interneuronas segmentales, que son las interneuronas con las prolongaciones más cortas, ya que comunican zonas de la sustancia
gris del mismo segmento y del mismo lado con respecto a la
línea media. Otras interneuronas son las comisurales, que
también se localizan en el mismo segmento medular pero pasan al otro lado de la médula espinal a través de la sustancia
01 Sección I.indd 75
Sustancia blanca
Asta dorsal
A cada lado de la línea media se distribuyen los tractos que
conforman la sustancia blanca de la médula espinal. Estos
grupos de fibras se organizan formando tres columnas a cada
lado de la línea media: las columnas blancas dorsal, lateral y
ventral. En general, estos tractos se encuentran conformados
por los axones descendentes de diferentes estructuras encefálicas y por las prolongaciones centrales de las neuronas sensoriales primarias (soma localizado en el ganglio de la raíz
dorsal) y secundarias (soma localizado en la médula espinal).
Las interneuronas propioespinales forman tractos ascendentes y descendentes que comunican diferentes segmentos medulares (tractos propioespinales). El encéfalo, por su parte,
envía proyecciones descendentes a la médula espinal, tanto
motoras como de modulación sensorial, mientras que la propia médula y las neuronas sensoriales primarias constituyen
las proyecciones ascendentes que llegan hasta diferentes niveles del encéfalo. La columna blanca dorsal está compuesta
por los axones de las neuronas primarias sensoriales, es decir,
aquellas neuronas que ascienden a nivel medular sin hacer
sinapsis en el transcurso de su trayecto. Aquí se distinguen
dos fascículos: el fascículo de Burdach (también denominado
fascículo de Bekhterew o cuneiforme) y el fascículo de Goll
(también denominado fascículo delgado o grácil). El fascículo
de Burdach está constituido por el haz de fibras localizado en
la parte externa del cordón posterior de la médula espinal (lateralmente al de Goll) que transmite la información sensorial
de los segmentos torácicos y cervicales hasta la oliva bulbar. El
fascículo de Goll está constituido por un haz de fibras sensoriales que entran por los segmentos sacros, lumbares y torácicos inferiores y se extienden por la parte más interna de los
cordones posteriores de la médula espinal (por dentro del
fascículo de Burdach) (Fig. 3-8 A).
En las columnas blancas lateral y ventral (sistema anterolateral) se distingue una serie de vías ascendentes y descendentes
(v. Material web. Contenido complementario. Sistema anterolateral). Las ascendentes surgen de la médula espinal y están
formadas por las proyecciones de diferentes neuronas sensoriales que transmiten información visceral y somática. En general, se trata de fibras que se decusan, es decir, que transmiten la
información de la parte contralateral del cuerpo. Las neuronas
viscerales de la zona intermedia proyectan hacia el hipotálamo,
mientras que las somáticas del asta dorsal y de la zona interme-
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Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
A
Cerebro
Corteza
somatosensorial
primaria
Mesoencéfalo
Núcleo ventral
posterolateral
del tálamo
Lemnisco medial
Núcleo grácil
(vías desde la parte inferior
del cuerpo)
Protuberancia media
Núcleo cuneiforme
(vías desde la parte superior
del cuerpo)
Bulbo raquídeo medio
Tracto grácil
Bulbo raquídeo inferior
Médula espinal cervical
Médula espinal lumbar
Tracto cuneiforme
Receptores mecanosensoriales
desde la perte superior
del cuerpo
Receptores mecanosensoriales
desde la perte inferior
del cuerpo
B
Corteza
somatosensorial
primaria
Núcleo ventral
posterolateral
del tálamo
Tracto espinotalámico
Información termoalgésica
desde la parte superior del
cuerpo (excluido el rostro)
Información termoalgésica
desde la parte inferior del
cuerpo
Figura 3-8. Comparación del sistema lemniscal y del sistema anterolateral. A) Representación del trayecto del sistema de la columna blanca dorsal/lemnisco medial. La información sensorial
proviene directamente de la neurona cuyo soma se localiza en el
ganglio de la raíz dorsal, sin hacer sinapsis en la médula espinal.
Esta neurona hace sinapsis en el bulbo en uno de los núcleos de la
columna dorsal, donde la información se contralateralizará para
alcanzar a través del lemnisco medial el núcleo ventral posterolateral del tálamo. B) Representación del sistema anterolateral (la
rama espinotalámica). Las neuronas sensoriales cuyo soma se
localiza en el ganglio de la raíz dorsal hacen sinapsis en la sustancia gris de la médula espinal, directamente sobre las neuronas de
proyección o sobre interneuronas. Las neuronas de proyección se
decusarán y ascenderán por el sistema anterolateral hasta alcanzar diferentes regiones de la formación reticular, el colículo superior y el núcleo ventral posterolateral del tálamo. En la figura únicamente se representan aquellas que se dirigen al tálamo; no
obstante, el esquema anatómico es similar para las vías que se
dirigen a la formación reticular y al colículo superior.
dia lo hacen a diferentes regiones del tronco del encéfalo, hacia
el tálamo (núcleos intralaminares y núcleo ventral posterolateral) y al cerebelo (Fig. 3-8 B). Además de las proyecciones ascendentes, por las columnas blancas lateral y ventral transcurren proyecciones descendentes que se originan en diferentes
puntos del encéfalo. Un porcentaje de estos axones que se ori-
01 Sección I.indd 76
ginan en el encéfalo proyecta sobre interneuronas del asta posterior, modulando la transmisión de la información sensorial
que asciende hacia el propio encéfalo. Otras de las proyecciones descendentes se originan en diferentes regiones del tronco
y de la médula espinal, y actúan sobre las neuronas motoras del
SNA. Las vías motoras viscerales, fundamentalmente, descienden a través de la columna blanca lateral y terminan en las
neuronas motoras de la lámina VII y en los núcleos motores
simpáticos y parasimpáticos. Por otro lado, en la corteza cerebral y en el tronco del encéfalo se originan los tractos que
conducen las órdenes motoras hasta las motoneuronas localizadas en el asta anterior de la médula espinal (Fig. 3-9).
¡
La médula espinal interviene en el procesamiento
de la información sensoriomotora en interacción
con el encéfalo y con el sistema nervioso parasimpático. Las órdenes eferentes procedentes del encéfalo
que regulan la actividad motora voluntaria y autónoma son ejecutadas por neuronas cuyo soma se
localiza en la sustancia gris de la médula espinal.
Del mismo modo, las señales sensoriales periféricas somáticas y viscerales llegan al encéfalo a través de la médula espinal. Localmente, también se
pueden poner en marcha circuitos sinápticos funcionales que permitan una respuesta rápida, trabajando con bastante autonomía en relación con las
órdenes descendentes del encéfalo.
■ TRONCO DEL ENCÉFALO
El tronco es el componente más caudal del encéfalo. Sus
principales divisiones son el bulbo raquídeo, la protuberancia
y el mesencéfalo (Fig. 3-10). El tronco del encéfalo se extiende
desde el diencéfalo hasta la médula espinal, quedando en una
posición anterior con respecto al cerebelo. La mayor parte de
la información sensorial y motora que transcurre entre la periferia y los hemisferios cerebrales pasa a través del tronco del
encéfalo; por lo tanto, es lógico pensar que este componente
desempeñará un papel fundamental en la integración de la
información tanto sensorial como motora.
En general, es posible destacar que el tronco constituye una
interfaz de comunicación entre la médula espinal y el resto del
encéfalo, además de ser la vía por la que los hemisferios cerebrales pueden comunicarse con el cerebelo. El encéfalo recibe
información somática y visceral a través de los nervios craneales e información somática de los brazos, las piernas y el
tronco mediante las vías provenientes de la médula espinal
que ascienden a través del tronco. Las fibras descendentes que
llegan a la médula espinal a través del tronco portan las órdenes motoras somáticas y viscerales hacia las neuronas que
inervarán la musculatura esquelética, lisa y cardíaca y determinadas glándulas. Además, en el tronco también se originan
los eferentes somáticos y viscerales de los nervios craneales. El
tronco del encéfalo, al igual que ocurre con la médula espinal,
puede utilizar la información para organizar diferentes circuitos locales que regularán actos motores reflejos. También se ha
podido comprobar que en el tronco del encéfalo se organizan
una serie de proyecciones difusas que influyen sobre la excitabilidad de gran parte de las neuronas del SNC.
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
A
77
B
Cerebro
Tronco encefálico
Formación
reticular
Núcleo rojo
Núcleos de
los cordones
posteriores
Decusación
piramidal
Vías mediales
del tronco encefálico
Tracto
corticoespinal
lateral
Tracto
corticoespinal
ventral
Médula espinal
Figura 3-9. Comparación de los tractos corticoespinal lateral y corticoespinal ventral. A) Representación del tracto corticoespinal lateral.
Por la columna blanca lateral descienden las fibras motoras somáticas siguientes: el tracto corticoespinal lateral (se origina en la corteza
y es contralateral), el tracto rubroespinal (se origina en el núcleo rojo y es contralateral) y el tracto reticuloespinal lateral, también denominado bulbar o lateroventral (se origina en el núcleo reticular gigantocelular del bulbo y es bilateral). B) Representación del tracto corticoespinal ventral. Las fibras motoras somáticas que descienden por la columna blanca ventral son: el tracto corticoespinal ventral (que
se origina en la corteza y es ipsilateral), el tracto tectoespinal (que se origina en el colículo superior y es contralateral), el tracto reticuloespinal medial o pontino (que se origina en los núcleos reticulares oral y caudal de la protuberancia y es ipsilateral), el tracto vestibuloespinal lateral (que se origina en el núcleo vestibular lateral del bulbo y es ipsilateral), el tracto vestibuloespinal medial o fascículo
longitudinal medial (que se origina en el núcleo vestibular medial del bulbo y es bilateral), el tracto intersticioespinal o fascículo longitudinal medial (que se origina a nivel mesencefálico en el núcleo intersticial de Cajal y es ipsilateral).
¡
El tronco del encéfalo constituye una vía de comunicación entre la médula espinal y el resto del encéfalo, además de ser la vía por la que los hemisferios
cerebrales pueden comunicarse con el cerebelo.
El tronco del encéfalo presenta una organización anatomofuncional muy similar a la de la médula espinal. De todas formas, estructuralmente puede observarse que el tronco encefálico queda organizado alrededor del sistema ventricular: el
canal central, el cuarto ventrículo y el acueducto de Silvio (v.
Material web. Contenido complementario. Tronco del encéfalo). Si se efectúa un corte transversal a la altura de cualquiera
de las regiones que quedan en una posición rostral al óbex,
podrán identificarse tres áreas generales: a) un área que queda
posterior al espacio ventricular; la única parte donde esta porción contiene tejido neuronal de forma sustancial es en el mesencéfalo; esta región se denomina techo (tectum), y en el mesencéfalo se corresponde con los colículos superiores e
inferiores; b) una zona que queda anterior al espacio ventricular; se denomina tegmento (tegmentum) y contiene algunas de
las vías descendentes, las vías ascendentes de la médula espinal al encéfalo, los tractos y los núcleos de los nervios craneales y la formación reticular, y c) en la superficie anterior del
tronco quedan expuestas algunas estructuras; esta zona se
denomina base y contiene vías descendentes que van de la
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corteza a la médula espinal, a algunos de los núcleos de los
nervios craneales o a los núcleos pontinos (los cuales, por su
parte proyectan hacia el cerebelo). Esta región ventral también
contiene los haces de fibras de los pedúnculos cerebrales, la
protuberancia basal y las pirámides bulbares. En el nivel del
bulbo caudal, las tres subdivisiones (techo, tegmento y base)
quedan dispuestas alrededor del canal central. Un análisis de
la estructura interna de los tres componentes del tronco permite observar que la sustancia gris queda acotada formando
diferentes núcleos que se encuentran diseminados a diferentes niveles en el tronco. Entre los núcleos y alrededor de ellos
se disponen las fibras de sustancia blanca que comunican los
niveles inferiores de organización (SNP y médula espinal) con
el resto del encéfalo.
¡
El encéfalo recibe información somática y visceral a
través de los nervios craneales, e información somática de los brazos, las piernas y el tronco mediante las vías provenientes de la médula espinal
que ascienden a través del tronco del encéfalo. Las
fibras descendentes que llegan a la médula espinal
a través del tronco del encéfalo portan las órdenes
motoras somáticas y viscerales hacia las neuronas
que inervarán la musculatura esquelética, lisa, cardíaca y determinadas glándulas.
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78
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
Corteza motora primaria
Complejo VA/VL
del tálamo
Pedúnculo cerebeloso superior
Pedúnculo cerebeloso medio
Mesencéfalo
Corteza
cerebelosa
Núcleos pontinos
Protuberancia
Núcleos vestibulares
Núcleos
cerebelosos profundos
Oliva inferior
Bulbo
Núcleo dorsal de Clark
Cada división del tronco del encéfalo tiene sus propios núcleos. No obstante, se ha podido comprobar que hay dos componentes que son comunes a las divisiones del tronco del
encéfalo: a) la formación reticular troncoencefálica, en cuyas
zonas más superiores se origina un sistema que proyecta a
través de relevos sinápticos (principalmente, los núcleos intralaminares del tálamo) a la corteza, donde produce cambios
en la excitabilidad neuronal, y b) los núcleos de los nervios
craneales.
¡
En el tronco del encéfalo se originan los eferentes
somáticos y viscerales de los nervios craneales. Asimismo, en el tronco del encéfalo se puede utilizar la
información para organizar diferentes circuitos locales que regularán actos motores reflejos y se organizan una serie de proyecciones difusas que influyen sobre la excitabilidad de gran parte de las
neuronas del sistema nervioso central.
Pedúnculo
cerebeloso inferior
Figura 3-10. Representación del tronco del encéfalo en relación
con el cerebelo. El bulbo raquídeo constituye la porción más caudal del tronco del encéfalo, comienza en las pirámides bulbares
(que normalmente se localizan a nivel del agujero occipital) y
termina en el surco bulbopontino (o borde caudal de la porción
basilar pontina), donde se ensancha su estructura rostralmente.
En una visión posterior del tronco, el bulbo queda limitado de la
protuberancia a través del borde caudal de los pedúnculos cerebelosos medio e inferior. La protuberancia (también denominada
puente) se extiende desde el surco bulbopontino hasta el surco
superior. La protuberancia se localiza por delante del cuarto
ventrículo y del cerebelo. Este último queda unido a la protuberancia mediante los pedúnculos cerebelosos superior, medio e
inferior. El mesencéfalo se extiende desde el surco superior
hasta el tálamo. A cada lado de la línea media, en la superficie
ventral del tronco del encéfalo se observan los pedúnculos cerebrales. En la superficie dorsal se localizan los colículos superiores e inferiores. VA: núcleo ventral anterior; VL: núcleo ventral
lateral.
■ DIENCÉFALO
El diencéfalo es un conjunto heterogéneo de células que
ocupan la parte central en el encéfalo anterior. Está constituido
por una gran masa nuclear central denominada tálamo, con el
epitálamo (conformado por la estría medular, la glándula pineal
y la habénula) ubicado en una posición posterior; por el subtálamo, caudal y ventral, y por el hipotálamo, anterior y ventral
(Fig. 3-11). El diencéfalo se encuentra ubicado por debajo de los
ventrículos laterales y alrededor del tercer ventrículo.
Tálamo
Ocupando prácticamente toda la extensión anteroposterior del diencéfalo se encuentra el tálamo, que es la división
del diencéfalo que se localiza en una posición más dorsal. El
tálamo está constituido por dos grandes masas de núcleos con
una forma que recuerda una pelota de rugby, que se sitúan por
A
Hemisferios cerebrales
B
Tálamo
Hipotálamo
Diencéfalo
Hemisferios cerebrales
Nervio óptico
Mesencéfalo
Protuberancia
Bulbo raquídeo
Tálamo
Epitálamo
Hipotálamo
Subtálamo
Diencéfalo
Tronco
del
encéfalo
Cerebelo
Médula espinal
Figura 3-11. Diencéfalo. A) Posición del diencéfalo en los hemisferios cerebrales. B) Visión sagital medial de los diferentes componentes
del diencéfalo.
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
fuera del tercer ventrículo, por delante de los tubérculos cuadrigéminos y medialmente al núcleo caudado (v. Material
web. Contenido complementario. Núcleos del tálamo). Está
constituido fundamentalmente por sustancia gris, aunque
pueden encontrarse diferentes formaciones de sustancia
blanca (Fig. 3-12).
El tálamo es un centro crítico para el procesamiento de la
información sensorial. Coordina y regula la información sensorial que de la médula espinal, del tronco y del propio diencéfalo llegará hasta la corteza cerebral. Del mismo modo, es
crítico para la transmisión de la información desde el hipotálamo, desde el cerebelo y desde diferentes estructuras subcorticales a la corteza.
Con excepción del sistema olfatorio, toda la información
sensorial restante, antes de llegar a la corteza, pasa por el tálamo, concretamente, por los núcleos de relevo de la información sensorial: núcleo geniculado lateral (visión), núcleo geniculado medial (audición), núcleo ventral posteromedial (gusto
e información somatosensorial) y núcleo ventral posterolateral (información somatosensorial). No obstante, se ha de tener
presente que el tálamo no es simplemente una estación de
relevo de la información sensorial. La información que llega al
tálamo lo hace de una forma extremadamente organizada.
Asimismo, dentro de esta estructura se verifican conexiones
intratalámicas que probablemente filtran y modulan la información que será enviada a la corteza. Por otro lado, desde la
corteza y desde otras regiones cerebrales se envían extensas
fibras descendentes hacia cada uno de los núcleos de relevo
de la información sensorial del tálamo, probablemente modulando y modificando el procesamiento que tiene lugar en el
propio tálamo.
Figura 3-12. Tálamo. Se observa una visión dorsal de ambos tálamos con las subdivisiones nucleares. El tálamo
constituye aproximadamente el
80 % del diencéfalo. Esta masa
de núcleos se extiende hacia
abajo hasta el surco hipotalámico; hacia adelante, hasta el
agujero interventricular; hacia
atrás, hasta el mesencéfalo, y
hacia arriba, hasta la fisura cerebral transversa y el suelo del
ventrículo lateral. El tálamo se
encuentra compuesto por diferentes núcleos que pueden distinguirse por su localización topográfica dentro del propio
tálamo y por sus patrones de
conexión. En el interior del tálamo, los núcleos se organizan
alrededor de la lámina medular
interna, una delgada capa de fibras mielinizadas que atraviesa
el tálamo en dirección anteroposterior. En general se distinguen siete grandes grupos nucleares: anterior, medial, lateral,
ventral, reticular, intralaminar y
núcleos de la línea media.
01 Sección I.indd 79
›
¡
79
A pesar de que el tálamo es la principal estructura
de procesamiento subcortical de la información sensorial, en diferentes núcleos del tronco del encéfalo
la información es procesada antes de alcanzar la
corteza. Por ejemplo, en el caso de la audición, la
información procedente del nervio auditivo llega a
diferentes núcleos del bulbo raquídeo (núcleos cocleares, complejo olivar superior, cuerpo trapezoide,
etc.) y de ahí es enviada a través del lemnisco lateral
al colículo inferior del mesencéfalo, para alcanzar,
finalmente, el núcleo geniculado medial del tálamo.
El tálamo no es una simple estación de relevo de la
información sensorial, dado que participa activamente en su procesamiento. Se trata de una estructura crítica para mantener la actividad cortical, que
tiene conexiones recíprocas con la corteza cerebral.
Además de los núcleos talámicos de relevo de la información sensorial, en esta estructura también se encuentran los
núcleos de asociación, que proyectan sobre la corteza cerebral de asociación. Dentro de este grupo de núcleos están,
por ejemplo, el núcleo mediodorsal o dorsomedial, que proyecta a la corteza prefrontal de asociación; los núcleos pulvinar y lateral posterior, que proyectan a las regiones de asociación parietooccipitotemporal, etc. Por otro lado, se encuentran
los núcleos de proyección motora que, como su nombre indica, envían sus proyecciones a la corteza motora. Dentro de
este grupo destacan el núcleo ventral lateral (oral y caudal),
que recibe información fundamentalmente del cerebelo, y el
Núcleo mediodorsal
o dorsomedial
Núcleo anterior dorsal
Núcleo lateral dorsal
Grupo de núcleos
de la línea media
Núcleo reticular
Núcleo medial
Núcleo lateral posterior
Núcleos intralaminares
Núcleo ventral anterior
Núcleo ventral lateral oral
Núcleo ventral lateral caudal
Núcleo ventral posterolateral
Núcleos ventral posteromedial
y posteroinferior
Lámina medular interna
Núcleo pulvinar
Núcleo geniculado medial
Núcleo geniculado lateral
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Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
núcleo ventral anterior, que recibe información de los ganglios basales. Por último, en el tálamo también se encuentran núcleos de proyección difusa. Estos núcleos distribuyen
las señales que reciben de regiones diversas del sistema nervioso sobre vastas regiones de la corteza, de manera que el tálamo actúa como un centro que regula la información que alcanza a la corteza.
Hipotálamo
El hipotálamo es una estructura que se localiza en la parte
basal del encéfalo anterior, demarcada caudalmente por el
tegmento mesencefálico y, rostralmente, por el quiasma óptico. Los límites del hipotálamo están determinados por unos
puntos de referencia claramente visibles en la superficie ventral. El punto más rostral es el quiasma óptico. Caudalmente a
éste se halla el tallo infundibular, que es una invaginación
emergente de una turgencia ovalada prominente, el tuber cinereum, localizada en el suelo del tercer ventrículo. El tallo infundibular suministra las conexiones neurales y vasculares
que utiliza el hipotálamo para comunicarse con la glándula
pituitaria o hipófisis. El tercer punto de referencia es el que
queda más caudal; se trata del constituido por los cuerpos mamilares. De esta forma, se denomina hipotálamo a todas las
estructuras que se disponen en una posición dorsal a estos
tres puntos de referencia: el quiasma óptico, el tallo infundibular y los cuerpos mamilares (Fig. 3-13).
El hipotálamo está formado por distintas agrupaciones
neuronales ampliamente interrelacionadas. No obstante, cada
uno de estos núcleos posee un patrón complejo de conexiones
con diferentes zonas del encéfalo. El hipotálamo tiene una
gran variedad de funciones fisiológicas y conductuales, para
las cuales debe estar bien comunicado con diferentes sistemas
centrales y periféricos. Por ello, este conjunto de núcleos ha
de establecer conexiones con diferentes zonas de la corteza y
2
9
4
10
8
4
2
5
11
7
1
3
6
Figura 3-13. Sección sagital medial de la parte basal del encéfalo
anterior. 1: cabeza del núcleo caudado; 2: cuerpo del núcleo caudado; 3 y 4: ventrículo lateral; 5: tálamo; 6: adherencia intertalámica; 7: hipotálamo; 8: núcleo pulvinar del tálamo; 9: tenia coroidal; 10: lámina affixa; 11: estría terminal.
01 Sección I.indd 80
del encéfalo anterior, del tronco del encéfalo y de la médula
espinal, de la retina y del sistema endocrino. Muchas de las
fibras que llegan al hipotálamo (aferencias) provienen del haz
prosencefálico medial, del haz longitudinal dorsal, de la vía
retinohipotalámica y del fórnix. Además, la amígdala le envía
proyecciones a través de la estría terminal y de la vía amigdalofugal ventral. Además de las aferencias hipotalámicas a
través del haz prosencefálico medial, el hipotálamo también
envía sus proyecciones sobre el tálamo, la hipófisis, el tronco
del encéfalo y la médula espinal mediante el haz mamilotalámico, el haz mamilotegmental y el haz longitudinal dorsal.
El hipotálamo integra la información sensorial con la información de naturaleza no sensorial (v. Material web. Contenido complementario. Hipotálamo). Está constituido por un
conjunto de núcleos que tienen un carácter regulador de diferentes procesos fisiológicos del organismo, así como de diferentes mecanismos de puesta en marcha de conductas específicas, sobre todo aquellas que van encaminadas a permitir
la supervivencia del propio individuo o a facilitar la perpetuación de la especie (v. cap. 22). La integración de esa información sensorial es un punto clave de la caracterización funcional del hipotálamo, debido a que tiene una gran influencia
sobre las eferencias reguladoras del hipotálamo. Además, en
repetidas ocasiones, el hipotálamo ha de convertir la información sináptica en señales humorales, hecho que le permite influir sobre sistemas ampliamente diferenciados y localizados
a distancias relativamente lejanas. El hipotálamo, por medio
de sus conexiones con la hipófisis, ejerce un papel clave en el
control de la secreción neuroendocrina. Además, varios núcleos hipotalámicos con proyecciones descendentes al tronco
del encéfalo y la médula espinal regulan y modulan el funcionamiento de los sistemas autónomo (tanto la subdivisión
simpática como la parasimpática) y motor somático. No obstante, el hipotálamo no sólo es una zona cerebral encargada
del control eferente del sistema somático, motor y endocrino,
sino también parece ser un centro coordinador, capaz de integrar la información emocional y sensorial, con el fin de poder generar una respuesta eferente apropiada para la situación en que se encuentra el individuo (se profundizará en este
aspecto en el cap. 25).
Por otro lado, parece que el hipotálamo puede utilizar la
información sensorial para regular conductas implicadas en la
reproducción, la alimentación, la defensa y la coordinación de
los ritmos circadianos, en la organización temporal de la secreción hormonal y en la facilitación o inhibición de determinadas conductas en función del momento del día (v. cap. 23).
Este conjunto de núcleos también recibe información visceral
a través de las proyecciones ascendentes que llegan a un núcleo del tronco del encéfalo, el núcleo del tracto solitario.
¡
El hipotálamo recibe e integra la información que le
llega desde diferentes regiones, proporcionándole la
capacidad de regular al sistema neuroendocrino y al
sistema nervioso autónomo. Asimismo, procesa información sensorial que le permite actuar como
centro coordinador de diferentes aspectos funcionales vinculados con la homeostasis, la defensa y los
ritmos cerebrales.
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
81
■ ESTRUCTURAS SUBCORTICALES
Los hemisferios cerebrales quedan conformados por una
envoltura de sustancia gris denominada corteza cerebral. Por
debajo de ésta se halla la sustancia blanca, e inmersas en la
sustancia blanca se encuentran diferentes estructuras subcorticales organizadas en torno a los ventrículos laterales y circundando el diencéfalo. Dentro de estas estructuras destacan
la amígdala, los núcleos septales, los núcleos basales del encéfalo anterior y el cuerpo estriado, entre otras.
Amígdala
La amígdala, un grupo de núcleos con forma de almendra en
el corazón del telencéfalo, se ha relacionado con una amplia
gama de funciones cognitivas, entre ellas, la emoción, los procesos de aprendizaje y memoria, la atención y los mecanismos
perceptivos (Fig. 3-14). Concretamente, se constituye a partir de
un conjunto heterogéneo de 13 núcleos con regiones corticales
asociadas, localizados en el polo rostral medial del lóbulo temporal, por debajo del uncus (gancho del hipocampo), por delante
del hipocampo y del asta inferior del ventrículo lateral. La amígdala se fusiona con la corteza periamigdaloide, la cual forma
parte de la superficie del uncus. La amígdala también linda con
el putamen y con la cola del caudado. Los diferentes núcleos
amigdalinos y áreas corticales asociadas difieren citoarquitectónica y quimioarquitectónicamente y en los patrones de conectividad. Cada núcleo y cada subdivisión nuclear se encuentran
específicamente interconectados con otros núcleos de la amígdala y/o con otras áreas cerebrales. En el capítulo 25 se abordarán con más detalle las funciones de esta estructura subcortical.
¡
En términos generales, puede señalarse que la
amígdala está implicada en las reacciones emocionales de especies animales muy variadas y en los
efectos de las emociones sobre diferentes procesos
cognitivos, como la atención, la memoria o la cognición social. Asimismo, esta estructura resulta crítica
en la modulación de los efectos del estrés sobre las
capacidades cognitivas y en el desarrollo de ciertas
alteraciones del estado del ánimo.
Núcleos septales y núcleos basales
del encéfalo anterior
Los núcleos septales se localizan en posición anterior al
hipocampo, formando la pared medial del ventrículo lateral.
Entre los núcleos basales del encéfalo anterior es necesario
destacar al núcleo basal de Meynert, por su relación con los
procesos de aprendizaje y memoria y por su implicación en la
enfermedad de Alzheimer. El núcleo basal de Meynert es la
principal fuente colinérgica de proyección a la corteza cerebral
y a la amígdala.
Cuerpo estriado y sistema de los ganglios basales
El cuerpo estriado está conformado principalmente por el
putamen, el núcleo caudado (ambos comprenden el neoes-
01 Sección I.indd 81
Figura 3-14. Amígdala. Imagen de resonancia magnética (visión
coronal) que muestra la ubicación de la amígdala en uno de los
hemisferios. La amígdala es un conjunto heterogéneo de núcleos que conectan las áreas corticales que procesan todas las
informaciones sensitivas con los sistemas efectores del hipotálamo y del tronco del encéfalo. La amígdala posee dos vías importantes de proyecciones. Una vía es la estría terminal, caracterizada por ser un haz de fibras con conexiones con el
hipotálamo lateral, el núcleo del lecho de la estría terminal, el
núcleo accumbens y los núcleos septales. Este conjunto de axones se origina fundamentalmente en las células del grupo corticomedial. Por otro, la vía amigdalofugal ventral, considerada
como el conjunto difuso de fibras que envían la información a
diferentes núcleos troncoencefálicos, al núcleo dorsomedial del
tálamo, al hipotálamo y a los núcleos septales, al estriado ventral, a la circunvolución cingular rostral y a la corteza orbitofrontal. Estos axones se originan tanto en el grupo celular basolateral como en el núcleo central. La amígdala establece conexiones
bidireccionales con la corteza orbital y otras áreas prefrontales
y con la corteza temporal. A través de la estría terminal y de la
vía amigdalofugal ventral está comunicada con el área septal y
el hipotálamo, los que establecen conexiones bidireccionales
con diferentes núcleos del tronco y con la médula espinal. La
amígdala, a través de la vía amigdalofugal ventral envía proyecciones al núcleo dorsomedial del tálamo, y éste, por su parte, a
la corteza cerebral.
triado) y el globo pálido (paleoestriado). Algunos autores se
refieren al cuerpo estriado como estriado dorsal, mientras
que a la extensión ventral de éste la denominan estriado ventral. Anatómicamente, el estriado se ha vinculado al sistema
de ganglios basales. El término ganglios basales ha ido evolucionando en la bibliografía. Hoy en día se utiliza para referirse a distintos componentes que establecen conexiones
entre sí y entre la corteza cerebral (corteza de asociación prefrontal y corteza motora, sobre todo el área motora suplementaria) a través del tálamo, para posibilitar el control de
los movimientos. No forman parte de los sistemas motores
descendentes, y algunos autores han sugerido que su papel
podría circunscribirse a la planificación y al inicio de los movimientos generados internamente (sin estimulación externa), además de otras funciones cognitivas, emocionales y
motivacionales.
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82
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
Los componentes de los ganglios basales más comúnmente aceptados por la mayoría de los autores son los siguientes: putamen, núcleo caudado, núcleo accumbens, globo
pálido, núcleo subtalámico y sustancia negra. De forma genérica, es posible decir que se establecen bucles de retroalimentación entre los diversos componentes de los ganglios basales
con la corteza (Fig. 3-15). Cada bucle comienza con proyecciones de un área de la corteza cerebral a los ganglios basales,
para volver finalmente a la corteza a través del tálamo. En
función del origen y el destino de cada bucle, su función estará
vinculada a aspectos motores, cognitivos, emocionales o motivacionales. Las interconexiones que se producen entre los
A
Cuerpo del
núcleo caudado
Cápsula interna
(brazo anterior)
Brazo posterior de
la cápsula interna en
la hendidura entre
putamen y tálamo
Tálamo
Cabeza
del núcleo
caudado
Cola del
núcleo caudado
Putamen
Amígdala
Pie de los
pedúnculos cerebrales
B
Corteza motora
primaria
Tálamo
Núcleo
caudado
Putamen
Globo pálido,
segmentos externo
o interno
Núcleos
subtalámicos
Mesencéfalo
Sustancia negra
porción compacta y
porción reticulada
Figura 3-15. A) Disposición tridimensional del estriado en relación
con el tálamo, la amígdala y el tronco del encéfalo. B) Corte coronal de los hemisferios cerebrales y corte transversal del tronco del
encéfalo, en los que pueden localizarse los diferentes componentes de los ganglios basales.
01 Sección I.indd 82
componentes de los ganglios basales parecen determinar el
patrón de actividad dentro de cada bucle. Entre los ganglios
basales se hará especial hincapié en tres de sus componentes:
el núcleo caudado, el putamen y el núcleo accumbens.
Tanto anatómica como neuroquímicamente, el núcleo
accumbens se puede dividir en dos regiones: la parte ventromedial (región shell) y la parte dorsolateral (región core). La
región shell del núcleo accumbens recibe amplias entradas glutamatérgicas desde la amígdala centromedial y el hipocampo y
dopaminérgicas del área tegmental ventral. Desde esta región
se envían proyecciones con diferentes destinos, entre los que
destacan la zona ventromedial del pálido ventral, el núcleo
del lecho de la estría terminal, el núcleo amigdaloide central,
el área sublenticular, el área preóptica lateral, el hipotálamo
lateral, el núcleo entopeduncular, el área tegmental ventral, la
porción compacta (pars compacta) de la sustancia negra mediodorsal, la formación reticular mesopontina y la sustancia
gris pericueductal. La región core del núcleo accumbens recibe
conexiones glutamatérgicas de la corteza motora y dopaminérgicas de la sustancia negra y envía proyecciones eferentes
a la zona dorsolateral del pálido ventral, al núcleo entopeduncular, a la parte lateral del área tegmental ventral y a la
sustancia negra. La región shell resulta de crítica importancia
para el procesamiento de la información reforzante (v. cap. 21).
Esta división del núcleo accumbens presenta unas conexiones
únicas que la distinguen del resto del estriado ventral. Por este
motivo, en modelos animales resulta relativamente sencillo
delimitarla; no obstante, en estudios con seres humanos no
es posible su separación del resto del núcleo accumbens y del
estriado ventral, dado que, por el momento, la resolución espacial de las técnicas de neuroimagen no es suficiente.
Resulta harto complicado establecer una delimitación precisa entre el estriado dorsal y el estriado ventral, dado que las
características histoquímicas y citoarquitectónicas de estas
regiones no proporcionan señales inequívocas de demarcación. No obstante, para paliar este inconveniente, una aproximación que se ha seguido ha sido la descripción de las conexiones diferenciales de estas regiones. De esta forma, las
proyecciones aferentes al estriado pueden dividirse en tres
conjuntos claramente diferenciados: una entrada dopaminérgica proveniente del mesencéfalo, una entrada glutamatérgica
proveniente del tálamo y una entrada glutamatérgica proveniente de la corteza (existen otras proyecciones específicas al
estriado ventral provenientes del hipocampo y de la amígdala,
que se analizarán en el cap. 21). Con respecto a las proyecciones de las neuronas dopaminérgicas, en términos generales
puede señalarse que las neuronas de la sustancia negra (porción compacta) dorsal y del área tegmental ventral proyectan
fundamentalmente sobre el estriado ventral, mientras que las
neuronas de la sustancia negra (porción compacta) ventral
proyectan fundamentalmente sobre el estriado dorsal. La región shell del núcleo accumbens recibe proyecciones más limitadas, sobre todo procedentes del área tegmental ventral medial. En cuanto a las proyecciones talámicas al estriado, los
núcleos de la línea media, los intralaminares y el núcleo lateral superior envían proyecciones al estriado dorsal (cara medial del núcleo caudado), mientras que los núcleos de la línea
media, los intralaminares, el núcleo dorsomedial y la subdivisión magnocelular del núcleo ventral anterior lo hacen al es-
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
triado ventral. Para entender la importancia de estas conexiones, es necesario tener presente que tanto los núcleos
intralaminares mediales como los núcleos de la línea media
talámicos también proyectan al hipocampo, a la amígdala y a
la corteza prefrontal medial. En cuanto a las proyecciones corticales al estriado, como se ha señalado anteriormente, es posible encontrar una organización topográfica funcional, con
respecto a la cual puede afirmarse, en forma resumida, que la
corteza sensoriomotoras envía proyecciones al estriado dorsal; la corteza de asociación, a la región central del estriado, y
las áreas límbicos, al estriado ventral. De forma más específica, la corteza prefrontal dorsolateral envía proyecciones al
núcleo caudado (cabeza) y al putamen (parte rostral). La corteza prefrontal ventromedial y la corteza insular agranular
proyectan a la cara medial del núcleo caudado. El área 10 de
la corteza frontal también lo hace a la cara medial de este
núcleo, pero en la región más rostral (solapándose con las
conexiones procedentes de la corteza prefrontal ventromedial. La corteza orbitofrontal proyecta al caudado medial, ubicándose los terminales en una posición lateral en relación con
los terminales procedentes de la corteza prefrontal ventromedial. Los terminales procedentes de la corteza cingulada anterior dorsal se extienden desde el polo rostral del estriado
hasta la comisura anterior, proyectando a la región central del
núcleo caudado y el putamen (terminando en una posición
lateral en relación con los terminales procedentes de la corteza orbitofrontal). Con respecto a las proyecciones corticales
al estriado ventral, diferentes subregiones reciben conexiones
de la corteza prefrontal ventromedial. La corteza orbitofrontal
y la corteza cingulada anterior dorsal (v. Fig. 21-17). La corteza prefrontal ventromedial proyecta fundamentalmente al
núcleo accumbens (incluyendo la región shell). La corteza insular agranular también lo hace a este núcleo del estriado
ventral. Algunos autores sugieren que las regiones medial y
ventral del área 10 podrían también proyectar al núcleo accumbens. La corteza orbitofrontal proyecta a las regiones dorsal y lateral del estriado ventral (correspondientes a la región
ventral del caudado y del putamen). Autores como Haber y
Knutson sugieren que la red de conexiones frontoestriadas
constituye un sistema dual que comprende tanto campos terminales organizados topográficamente como subregiones
que contienen vías convergentes derivadas de áreas corticales
discretas.
Además de las proyecciones procedentes del mesencéfalo,
del tálamo y de la corteza, el estriado ventral también recibe
información del hipocampo y de la amígdala. El hipocampo
proyecta principalmente a las regiones ventrales y mediales
del estriado ventral, sobre todo a la región shell del núcleo
accumbens. Estas conexiones se solapan con los terminales
procedentes de la corteza prefrontal ventromedial y de la
amígdala. La amígdala, por su parte, también proyecta al estriado ventral. El origen principal de estos terminales se halla
en el núcleo basal y en la división magnocelular del núcleo
basal accesorio de la amígdala. No obstante, el núcleo lateral
también proyecta al estriado ventral, pero en menor medida.
Las proyecciones más profusas del basal y el basal accesorio
terminan dentro del núcleo accumbens. De todas formas, la
región shell del núcleo accumbens presenta conexiones específicas procedentes de la región medial del núcleo central de la
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83
amígdala, de la corteza periamigdaloide y del núcleo medial
de la amígdala.
En cuanto a las eferencias, el estriado dorsal proyecta al
pálido y al mesencéfalo. El estriado ventral también proyecta
al pálido (pálido ventral subcomisural, polo rostral del segmento externo, porción rostromedial del segmento interno) y
al mesencéfalo (fundamentalmente, al área tegmental ventral
y a la sustancia negra medial). La región más medial del estriado ventral proyecta al núcleo pedunculopontino, mientras
que las regiones ventrales lo hacen al núcleo basal de Meynert.
Por su parte la región shell del núcleo accumbens proyecta al
hipotálamo lateral y al núcleo del lecho de la estría terminal.
■ CEREBELO
El cerebelo es la parte del encéfalo que, junto con el tronco,
ocupa la fosa posterior del cráneo. Se encuentra situado detrás
de la protuberancia y los tubérculos cuadrigéminos, dorsal al
bulbo y ventral al encéfalo.
Su parte más anterior constituye el techo del cuarto ventrículo. Se encuentra unido al tronco a través de seis pedúnculos: dos superiores que lo conectan con los tubérculos cuadrigéminos, dos medios que lo conectan con la protuberancia,
y dos inferiores que lo conectan con el bulbo. De este modo,
los tractos cerebelosos (superior, medio e inferior) conectan
el cerebelo con el resto del encéfalo y con la médula espinal
(Fig. 3-16). A diferencia de lo que ocurre en la médula y el
tronco, y al igual que ocurre en la corteza cerebral, la sustancia
gris se localiza fundamentalmente en la superficie (corteza
cerebelosa), mientras que sustancia blanca abunda en el interior. El cerebelo constituye aproximadamente el 10 % del volumen de todo el cerebro.
›
Anatómicamente, las cisuras ayudan a demarcar los
límites de los lóbulos: el floculonodular (constituido
por una parte central o nódulo y por sus extensiones
laterales o flóculos), el posterior y el anterior. Como
sucede con los hemisferios cerebrales, en el cerebelo también se distinguen dos hemisferios cerebelosos. Los hemisferios se encuentran separados por
un agrandamiento en forma de banda longitudinal
medial; esta banda alargada se denomina vermis. El
vermis constituye la zona medial de la superficie
dorsal del cerebelo. La corteza del cerebelo está
formada por tres capas celulares: una capa molecular (la más externa), la capa de células de Purkinje
y la capa de células granulares (la más interna). Debajo de las tres capas se encuentra la sustancia
blanca y, embebidos en su interior, los núcleos profundos del cerebelo: núcleos interpuestos (emboliforme y globoso), el núcleo fastigio (del techo) y el
núcleo dentado.
Funcionalmente el cerebelo se relaciona con la coordinación, el ajustamiento y la suavidad de los movimientos y con
el mantenimiento del equilibrio, gracias a la información que
recibe de las fibras vestibulares, de la corteza, de los propioceptores, de los receptores somatosensoriales, auditivos, viscerales y visuales (Fig. 3-17).
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84
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
A
Corteza frontal
Corteza
parietal
Núcleos
pontinos
B
Núcleos
vestibulares
Oliva inferior
Núcleo dorsal de Clarke
(médula espinal)
Figura 3-16. Principales aferencias del cerebelo. Es de destacar
que éstas se distribuyen de una forma extremadamente ordenada.
La zona medial e intermedia del cerebelo proviene sobre todo de la
médula espinal. La zona lateral recibe información de los núcleos
pontinos del tronco del encéfalo. El lóbulo floculonodular recibe
conexiones de los núcleos vestibulares y del órgano vestibular. Todas estas conexiones llegan al cerebelo fundamentalmente a través de las fibras musgosas. Las tres zonas anatomofuncionales
del cerebelo reciben información de la oliva inferior, mediante las
fibras trepadoras. Con respecto a las aferencias del cerebelo (no
se muestran en la imagen), se ha de tener presente que las células
de Purkinje proyectan hasta los núcleos cerebelosos profundos.
Asimismo, son gabaérgicas y, por lo tanto, el output de la corteza
cerebelosa tiene carácter inhibitorio (las células de Purkinje procesan la información que llega desde la corteza).
¡
El cerebelo modula la actividad de las vías motoras
que descienden desde la corteza cerebral y desde el
tronco del encéfalo, debido a lo cual, junto con los
ganglios basales, se posiciona como un componente
modulador de importancia crucial para las funciones motoras.
■ CORTEZA CEREBRAL
Si se realiza un análisis superficial de la corteza cerebral,
se observan unas protuberancias a modo de crestas turgentes, cada una de las cuales se denomina giro o circunvolución. Las circunvoluciones están delimitadas por los surcos o
cisuras cerebrales. Aquellas que son especialmente profundas se denominan fisuras. La fisura que separa los dos hemisferios cerebrales es la fisura interhemisférica. Evolutivamente, la corteza cerebral ha ido aumentando de tamaño;
para no aumentar también el tamaño de la cabeza, la estrategia que se ha utilizado ha sido la de invaginar el tejido cortical
formando las circunvoluciones y, de esta forma, ocupar mucho
menos espacio dentro de la cavidad craneal.
01 Sección I.indd 84
Clasificación filogenética
Clasificación funcional
Arquicerebelo
(flóculo-nódulo +
parte inferior del vermis)
Vestíbulocerebelo
Equilibrio, movimientos
coordinados cabeza-ojos
Paleocerebelo
(mayor parte del vermis)
Espinocerebelo
Tono postural, movimiento
del tronco y las
extremidades
Neocerebelo
(mayor parte de los
hemisferios)
Pontocerebelo
Precisión del movimiento
Figura 3-17. Células y clasificación funcional del cerebelo. A) Corte
transversal semiesquemático de una circunvolución cerebelosa de
mamífero. Dibujo realizado por Santiago Ramón y Cajal. B) Clasificación anatómica y funcional del cerebelo. El cerebelo se puede dividir
en diferentes regiones, teniendo en cuenta el desarrollo filogenético.
El arquicerebelo es el más antiguo desde un punto de vista filogenético, y está formado por el lóbulo floculonodular. Es el único componente del cerebelo que se encuentra en los peces. El paleocerebelo
está formado por la mayor parte del vermis, y ya se encuentra en
anfibios superiores. El neocerebelo está formado por porciones laterales de los hemisferios y el vermis superior del lóbulo posterior. Sólo
se encuentra en mamíferos y tiene su máximo desarrollo en los seres
humanos). Las diferentes aferencias y eferencias de las distintas zonas del cerebelo establecen tres unidades funcionales: vestibulocerebelo, espinocerebelo y cerebrocerebelo (o pontocerebelo). El vestibulocerebelo se corresponde con el arquicerebelo; envía información al
órgano vestibular y a los núcleos vestibulares y recibe información de
estas estructuras. Tiene como funciones el ajuste del tono muscular
en respuesta a estímulos vestibulares, por lo que está asociado con el
mantenimiento del equilibrio y con otras respuestas motoras relacionadas con la estimulación vestibular. El espinocerebelo se corresponde aproximadamente con el paleocerebelo; recibe información
procedente de la médula (información propioceptiva y exteroceptiva)
por medio de los fascículos espinocerebelosos, junto con información
de la corteza cerebral). El pontocerebelo (clasificación funcional) o
también denominado cerebrocerebelo se corresponde con el neocerebelo; recibe aferencias de zonas extensas de la corteza cerebral
(por medio de la protuberancia y las fibras pontocerebelosas) y también de la oliva inferior (fibras olivaricerebelosas).
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
Existen cuatro cisuras que ayudan a delimitar los lóbulos
cerebrales: la cisura central o cisura de Rolando, la cisura lateral o cisura de Silvio, la cisura parietooccipital y la cisura cingular (también denominada callosomarginal). Los lóbulos
cerebrales son cinco: el lóbulo frontal, el lóbulo parietal, el
lóbulo occipital, el lóbulo temporal y el lóbulo límbico. El lóbulo frontal se extiende desde la parte más anterior del encéfalo (el polo frontal) hasta la cisura central o de Rolando. Si se
coge un cerebro y se lo observa por su superficie lateral, se
comprobará que el lóbulo frontal queda delimitado con el lóbulo temporal mediante un surco, la cisura lateral o de Silvio.
A través de un corte sagital medial podrán describirse los límites de la cara medial del lóbulo frontal; de esta forma se
comprobará que este lóbulo se extiende hacia atrás hasta la
vertical formada entre la parte superior de la cisura central y la
cisura cingulada. El lóbulo parietal ocupa el territorio comprendido entre la cisura de Rolando hasta una línea imaginaria trazada entre la escotadura preoccipital (también denominada incisura preoccipital) y la parte superior de la cisura
parietooccipital. La cisura lateral, seguida de una línea imaginaria trazada desde una posición cercana a la parte más posterior de dicha cisura hasta los límites del lóbulo occipital,
separa el lóbulo parietal del lóbulo temporal. En la visión sagital medial del encéfalo puede observarse que el lóbulo parietal está delimitado por la línea imaginaria trazada entre la
parte superior de la cisura de Rolando y la cisura cingulada
que lo separa del lóbulo frontal, por la cisura subparietal que
lo separa de la circunvolución cingulada, y por las cisuras parietooccipital y calcarina que lo separan del lóbulo occipital.
Tanto en una visión lateral como mediante un corte sagital
medial, se observará que el lóbulo occipital queda delimitado
por delante por los límites posteriores de los lóbulos parietal
y temporal. En la visión lateral, el límite queda establecido por
la línea imaginaria trazada entre la parte superior de la cisura
parietooccipital y la escotadura preoccipital, mientras que en
el corte sagital medial los límites son fijados por una línea
imaginaria que se extiende desde la escotadura preoccipital
hasta llegar a la corteza cingulada. En la superficie lateral del
cerebro, el lóbulo temporal comprende desde el polo temporal
hasta la línea trazada entre la escotadura preoccipital y la parte
superior de la cisura parietooccipital. De esta forma, queda
separado de los lóbulos frontal y parietal mediante la cisura
lateral y la línea fijada entre ésta y los límites del lóbulo occipital. A través de un corte sagital medial, es posible observar
que el territorio ocupado por el lóbulo temporal se extiende
desde la escotadura preoccipital hasta casi el esplenio o rodete
del cuerpo calloso. Gran parte de su extensión queda separada
del lóbulo límbico mediante el surco colateral. El lóbulo límbico comprende el territorio que queda entre el cuerpo calloso
y los lóbulos frontal, parietal y occipital, ocupando parte de la
cara medial del lóbulo temporal. La cisura o el surco del
cuerpo calloso separa este importante haz de fibras de la circunvolución cingulada (también denominada circunvolución
del cuerpo calloso) que forma parte del lóbulo límbico. En la
parte inferior de la cara medial este lóbulo está comprendido
fundamentalmente por la circunvolución parahipocampal, el
uncus, el área subcallosa y la circunvolución paraterminal. Por
último, si se separa el tejido cortical abriendo la cisura lateral,
se observará que queda visible una parte de la corteza que
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85
permanece oculta bajo la cisura de Silvio. Esta porción de la
corteza se denomina ínsula. Las zonas de los lóbulos frontales, parietales y temporales que cubren la ínsula se denominan
opérculos. En la visión lateral de esta porción oculta de la corteza se distinguen las cisuras o surcos lateral y circular de la
ínsula (Fig. 3-18).
La cisura de Rolando o cisura central separa dos circunvoluciones: la circunvolución precentral (o frontal ascendente),
por delante de la cisura de Rolando, y la circunvolución poscentral (o parietal ascendente). Como puede suponerse, esta
última se localiza en el lóbulo parietal, mientras que la primera se localiza en el lóbulo frontal. Como se verá más adelante, desde un punto de vista funcional la circunvolución
poscentral se corresponde con la corteza somatosensorial primaria que procesa la información relacionada con el tacto, la
propiocepción, la temperatura, el dolor, etc., mientras que la
circunvolución precentral corresponde al área motora primaria que contiene los somas de las neuronas que forman las vías
descendentes implicadas en los movimientos voluntarios.
Además de la circunvolución precentral, el lóbulo frontal tiene
otras tres circunvoluciones: la circunvolución frontal inferior,
la circunvolución frontal medial y la circunvolución frontal superior. En una visión lateral del cerebro las tres circunvoluciones acaban en los límites de la circunvolución precentral,
mientras que en la superficie medial sólo se observa la circunvolución frontal superior, que llega el lóbulo paracentral anterior (el cual establece el límite del lóbulo frontal con el parietal). En la circunvolución frontal inferior se distinguen tres
zonas claramente diferenciadas: la parte opercular (que forma
parte del opérculo frontal), la parte triangular y la parte orbital
(enumeradas desde la más posterior a la más anterior). En una
visión sagital medial se distinguen, además de las circunvoluciones frontal superior y precentral, las circunvoluciones orbitarias: externa (también denominada circunvolución orbitaria
tercera), media (también denominada circunvolución orbitaria segunda) e interna (también denominada circunvolución
orbitaria primera o circunvolución recta). Correspondiente a
las partes triangular y opercular de la circunvolución frontal
inferior se localiza en área de Broca, una zona muy importante
en los mecanismos de producción del lenguaje, que será abordada con más detalle en el capítulo 19.
En el lóbulo parietal, justo detrás de la circunvolución poscentral, se ubica el surco o cisura poscentral. En la parte posterior del lóbulo parietal la cisura intraparietal divide la corteza en dos zonas o lobulillos: el lóbulo parietal superior y el
lóbulo parietal inferior. El lóbulo parietal superior queda limitado a la zona de la corteza parietal ubicada entre el surco
poscentral y la cisura intraparietal, mientras que el lóbulo parietal inferior (ubicado por debajo de la cisura intraparietal) se
subdivide en dos zonas: la circunvolución supramarginal (formada al final de la cisura lateral) y la circunvolución angular
(formada al final de la cisura temporal superior). En la cara
medial del encéfalo hay una zona que forma parte tanto del
lóbulo frontal como del lóbulo parietal: el lóbulo paracentral
(o lobulillo paracentral). También en la cara medial, la zona de
la corteza parietal que queda entre la rama marginal de la cisura cingulada, la cisura subparietal, la cisura calcarina y la
cisura parietooccipital se denomina precuneus (o precuña).
Funcionalmente, además de las implicaciones del lóbulo pa-
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86
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
A
Cisura central
Circunvolución
poscentral
B
Circunvolución
poscentral
Circunvoluciones
frontales: superior,
media e inferior
Circunvolución
supramarginal
Circunvolución
Cisura central
cingulada
Circunvolución
Precuneus
frontal superior
Cisura
parietooccipital
Cisura
cingulada
Cuneus
Cisura lateral
Circunvoluciones
occipitales: superior,
media e inferior
C
Circunvolución
frontal superior
Cisura
calcarina
Circunvoluciones
temporales: superior,
media e inferior
Circunvolución
parahipocampal
D
Circunvolución
frontal media
Circunvolución
frontal inferior
Circunvolución
lingual
Circunvolución
rectal
Circunvolución
orbital
Circunvolución
parahipocampal
Circunvolución
frontal inferior
Cuerpo calloso
Circunvolución
precentral
Cisura central
Circunvolución
poscentral
Circunvolución
supramarginal
Corteza
parietal inferior
Cuneus
Corteza
parietal superior
Circunvolución occipital superior
Circunvolución
temporal inferior
Circunvoluciones
occipitotemporal medial
y occipitotemporal lateral
Circunvolución
occipital inferior
Circunvolución
cingulada
Circunvolución
lingual
Figura 3-18. Lóbulos cerebrales en una visión lateral (A), una visión sagital medial (B), una visión dorsal (C) y una visión ventral (D). El
lóbulo frontal se muestra en rojo; el lóbulo parietal se muestra en amarillo; el lóbulo temporal se muestra en verde, y el lóbulo occipital
se muestra en azul. Reconstrucción realizada a partir del software BrainVoyager Brain Tutor.
rietal en el procesamiento de la información somatosensorial,
también se ha relacionado con la comprensión del lenguaje y
con el procesamiento de diferentes aspectos perceptivos,
atencionales y espaciales complejos, entre otros. En una visión
lateral del cerebro se comprueba que el lóbulo temporal se
divide en tres circunvoluciones: la circunvolución superior, la
circunvolución media y la circunvolución inferior. En una visión medial, es posible observar una porción anterior de la
circunvolución temporal superior y la zona más ventral de la
circunvolución temporal inferior. Adyacente a ésta (separada
por el surco occipitotemporal) se encuentra la circunvolución
occipitotemporal, que forma parte tanto del lóbulo temporal
como del occipital. Esta última circunvolución está delimitada
por el surco colateral con parte del lóbulo límbico y con la
circunvolución lingual, que queda en una posición caudal. En
general, parece que la circunvolución lingual continúa hacia
adelante con la circunvolución parahipocampal, transición
01 Sección I.indd 86
que se produce a nivel del istmo de la circunvolución cingulada. La porción posterior de la circunvolución temporal superior (por lo general del hemisferio izquierdo), también denominada área de Wernicke, interviene en la comprensión del
lenguaje, como se explicará en el capítulo 19. En la circunvolución temporal superior existe una pequeña área donde se
localiza la corteza auditiva primaria. Funcionalmente, el lóbulo occipital está involucrado casi por completo en el procesamiento de la información visual. En la superficie lateral de
este lóbulo se distinguen las circunvoluciones occipitales laterales. En la cara medial se observa la cisura calcarina, alrededor de la cual se localiza parte de la corteza visual primaria.
Por debajo de la cisura calcarina se encuentra la circunvolución lingual. Como se acaba de señalar al describir el lóbulo
temporal, esta circunvolución queda en una posición caudal
por encima de la cisura colateral. Por lo tanto, es este mismo
surco el que separa la circunvolución occipitotemporal del ló-
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
bulo occipital con la parte occipital de la circunvolución lingual. Entre la cisura calcarina y la parietooccipital se encuentra
el cuneus o cuña. Como también se ha señalado, el lóbulo límbico está compuesto por la circunvolución cingulada, la circunvolución parahipocampal, el uncus, el área subcallosa y la
circunvolución paraterminal. La circunvolución cingulada es
seguida hacia adelante por el área subcallosa, y hacia atrás (a
través el istmo) continúa con la circunvolución parahipocampal. La porción anterior de esta última se dobla sobre sí misma
formando una especie de gancho en la zona superior a modo
de protuberancia, que es el mencionado uncus. En un corte
coronal se puede observar que la corteza parahipocampal
queda adyacente a la corteza perirrinal, la cual está separada
de la corteza entorrinal por la cisura rinal. En el capítulo 16 se
analizará con más detalle la anatomía de la corteza parahipocampal, la corteza perirrinal y la corteza entorrinal y su implicación en la consolidación de la memoria.
Son sorprendentes los datos derivados de la cuantificación
de la corteza cerebral, puesto que se estima que la sustancia gris de los hemisferios cerebrales contiene aproximadamente 25 billones de neuronas, interconectadas por más de
1.000.000 km de axones y estableciendo alrededor de 10 14
contactos sinápticos. Durante el curso evolutivo, el cerebro de
los mamíferos ha ido sufriendo un incremento considerable
en el tamaño relativo de la corteza cerebral en relación con
otras regiones encefálicas. La corteza cerebral está compuesta
por capas celulares dispuestas de manera horizontal. No todas las regiones de la corteza cerebral presentan la misma
disposición citoarquitectónica. En general, se distingue tres
tipos de corteza: la neocorteza, la paleocorteza y la arquicorteza. Si se mira la superficie de un cerebro, la mayor parte de
la corteza que se observa es neocorteza, es decir, aquella que
aparece en etapas más tardías de la evolución filogenética del
sistema nervioso. La paleocorteza cubre partes restringidas
de la base del telencéfalo, mientras que la arquicorteza está
conformada por regiones del sistema límbico, como el hipocampo.
Formación hipocampal
El hipocampo es una porción de corteza con una forma
curvilínea localizada en el interior del lóbulo temporal medial
(Fig. 3-19). Las secciones coronales permiten distinguir tres
zonas claramente diferenciadas: la circunvolución dentada, el
hipocampo propiamente dicho (también conocido como asta
de Ammon [cornu ammonis]) y el subículo.
A nivel celular, diferentes estudios anatómicos han mostrado que tanto el hipocampo como la circunvolución dentada
tienen tres capas de células: la más superficial, denominada
capa molecular; la capa intermedia (que en el hipocampo está
formada por células piramidales, mientras que en la circunvolución dentada está compuesta por células granulares), y la
capa polimórfica, que es la más profunda (v. Recuadro 6-5 y
Fig. 6-7). El subículo, al ser una zona de transición entre el
hipocampo y la circunvolución parahipocámpica, pasa de
forma progresiva de tener tres capas a tener seis.
Con respecto a las vías de comunicación de la formación
hipocampal, pueden destacarse varios aspectos. En primer lugar, se ha podido comprobar que la formación hipocampal
01 Sección I.indd 87
A
87
B
Figura 3-19. Formación hipocampal. Una de las primeras descripciones anatómicas de esta región la llevó a cabo en 1587 el anatomista veneciano Julius Caesar Aranzi, quien la comparó con un
caballito de mar, utilizando el termino latino hippocampus (del
griego hippos: caballo, y campus: monstruo de mar). A) Preparación de hipocampo y fórnix humanos realizada por el neurocientífico húngaro Laszlo Seress (1980). B) Ejemplar de caballito de mar
(Hippocampus spp.).
recibe gran número de conexiones de la corteza entorrinal a
través de los axones que conforman la vía perforante. La corteza entorrinal, por su parte, recibe numerosa información de
diferentes áreas corticales. La formación hipocampal también
recibe información del área septal y del hipotálamo a través
del fórnix. No obstante, se ha de tener presente que el fórnix
constituye la principal vía eferente de la formación hipocampal. Ésta proyecta a través del fórnix al área septal, al núcleo
anterior del tálamo, a los cuerpos mamilares del hipotálamo y
a diferentes núcleos del tronco y de la formación reticular. Algunas fibras pasan de la formación hipocampal directamente
a la corteza entorrinal, a la amígdala y a la corteza cingulada.
¡
El hipocampo está comunicado bidireccionalmente
con la corteza cerebral, sobre todo con la circunvolución cingulada y la corteza parahipocampal. A través del fórnix se comunica con el hipotálamo y el
área septal, que envían proyecciones bidireccionales
a diferentes núcleos del tronco del encéfalo, a la médula espinal y –a través del tracto mamilotalámico–
al núcleo anterior del tálamo, el cual, por su parte,
proyecta a la corteza cerebral.
El ser humano resulta excepcionalmente flexible en su interacción con el medio que lo rodea. El aprendizaje le proporciona un fundamento claro para dicha flexibilidad. Cuando las
personas adquieren información del mundo, ésta se debe almacenar mediante un proceso que involucra una gran variedad de alteraciones y modificaciones sinápticas en diferentes
regiones de la corteza. La actividad, producida por el aprendizaje, que ocurre entre las neuronas permite el fortalecimiento de las conexiones entre ellas a través de mecanismos
excitatorios e inhibitorios. Teniendo presente estos aspectos,
toda la corteza cerebral tiene la capacidad potencial de sustentar el aprendizaje mediante modificaciones en los meca-
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88
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
nismos de plasticidad sináptica y, posiblemente, mediante el
nacimiento de nuevas neuronas (este último proceso se denomina neurogénesis).
Durante el aprendizaje, el proceso de formación de una
memoria a largo plazo parece ser gradual y presenta grados
crecientes de estabilidad a medida que pasa el tiempo y con
la repetida evocación de la información almacenada. En cualquier caso, las memorias no son inmutables y suelen cambiar
con el tiempo, ya que pueden ser modificadas y moduladas
por una gran diversidad de factores, como se verá en diferentes capítulos del libro. La demostración de la vulnerabilidad
de la memoria, cuando ésta se encuentra en un estado activo,
refuerza la idea de que las memorias, reorganizadas en función de las nuevas vivencias, experimentan un proceso de
estabilización. De este modo, en la formación de una memoria se distinguen tres estadios claramente diferenciados: a)
aprendizaje, que permite la adquisición de la información por
medio de los sentidos; b) consolidación, que supone una estabilización gradual de las asociaciones adquiridas en la
etapa anterior, permitiendo que los procesos endógenos activados por una experiencia modulen la persistencia de la
traza de memoria, y c) recuperación, que implica la reactivación de las memorias almacenadas para que puedan ser usadas como guía de la propia conducta. El término consolidación de la memoria, por lo tanto, se refiere al período de
transición desde un estado fisiológico inicial lábil hasta el
establecimiento de una memoria duradera. Durante este estadio se produce la actividad neural necesaria para fijar las
asociaciones establecidas durante el aprendizaje. Hasta que
esas asociaciones no son fijadas o consolidadas, la memoria
es susceptible de interrupción. A lo largo del estadio de consolidación de la memoria se produce la actividad neural necesaria para estabilizar las asociaciones adquiridas en el
aprendizaje, de modo que la formación de una traza de memoria en un sistema cerebral puede ser modulada por la acción de otros sistemas neurales en función de las condiciones
de aprendizaje.
Supóngase a un anciano que no se acuerda si se ha tomado
la pastilla para el colesterol pero, sin embargo, es capaz de
contar con todo lujo de detalles sus aventuras en la época de
la Guerra Civil. ¿Cómo es posible? Al envejecer, el individuo
va perdiendo capacidad para recordar cosas nuevas; sin embargo, puede recordar con todo lujo de detalles los episodios
pasados. Se cree que las memorias se guardan en el «almacén» cerebral: la corteza, mientras que para poder formarlas,
consolidarlas y archivarlas en dicho almacén se necesita una
estructura: el hipocampo. A medida que la persona envejece,
el hipocampo experimenta una degeneración importante. Los
datos existentes hasta el momento parecen sugerir que la pérdida de memoria asociada al envejecimiento se debe a la
pérdida de neuronas en dicha estructura. Por este motivo, se
va perdiendo la capacidad de consolidar y almacenar las nuevas memorias en la corteza, manteniendo la capacidad de acceder a los recuerdos que afianzados desde hace tiempo en el
almacén cerebral.
El hipocampo es una región del cerebro con una capacidad impresionante de reorganización estructural. Los circuitos neurales preexistentes en esta estructura pueden experimentar modificaciones acusadas en la complejidad de los
01 Sección I.indd 88
procesos dendríticos y en el número de conexiones sinápticas. Asimismo, a través del proceso de neurogénesis se forman conexiones neuronales completamente nuevas. Hace
unos años se pensaba que estos cambios estructurales tan
acusados únicamente eran constitutivos del desarrollo cerebral. No obstante, hoy en día se sabe que el hipocampo permanece estructuralmente en una situación de profusa plasticidad a lo largo de la vida de una persona. En los capítulos
6, 16 y 17 se analizará la importancia de esta estructura en
los mecanismos de plasticidad sináptica y en la consolidación de la memoria.2
¡
La formación hipocampal resulta de cardinal importancia para la consolidación de la memoria.
Neocorteza
La neocorteza se organiza en seis capas celulares dispuestas de forma horizontal. En dichas capas se observa una distribución desigual de diversos tipos celulares (Fig. 3-20). Las
neuronas corticales de proyección son las células piramidales.
Éstas tienen un soma en forma de pirámide, del cual se proyectan un axón y dos ramificaciones dendríticas (una a cada
lado) en la parte basal del soma, y una ramificación dendrítica
en la parte apical. También existe otro tipo de células no piramidales, como las células fusiformes, las células de Martinotti,
las células estrelladas o granulares y las células horizontales
de Cajal-Retzius. La capa I o capa molecular o plexiforme es
la que queda en la superficie de la corteza. Es de naturaleza
receptora. En ella se pueden localizar muchas fibras procedentes de las aferencias recibidas de diferentes regiones corticales, subcorticales y troncoencefálicas. En esta capa se pueden encontrar neuronas horizontales de Cajal-Retzius, y
hacia ella se proyectan las dendritas apicales de las neuronas
piramidales para establecer contactos sinápticos. La capa II o
capa granular externa es receptora y efectora. En esta capa se
encuentra el soma de neuronas piramidales que envían las
dendritas apicales a la capa I y sus axones a la sustancia
blanca. La capa III, o capa piramidal externa, es efectora y en
ella se ubica el soma de neuronas piramidales de tamaño medio que envían las dendritas apicales a la capa I y sus axones
a la sustancia blanca. La capa IV (receptora) está compuesta
por células granulares o estrelladas, por lo que también se
denomina capa granular externa. La capa V, o capa piramidal
interna, es efectora y está formada por los somas de neuronas
piramidales de tamaño variable que envían las dendritas apicales a la capa I; sus dendritas basales se establecen de forma
horizontal dentro de la misma capa, y sus axones alcanzan la
sustancia blanca (fibras de proyección). También se encuen2
En tanto que en la formación hipocampal se pueden distinguir tres zonas claramente diferenciadas (la circunvolución dentada,
el hipocampo propiamente dicho y el subículo), para simplificar los
términos anatómicos utilizados, en posteriores capítulos nos referiremos a la formación hipocampal como hipocampo. Mientras que
cuando nos refiramos al hipocampo propiamente dicho y a sus diferentes zonas utilizaremos la abreviatura CA, que proviene del asta de
Ammon [cornu ammonis]. Las principales zonas que se analizarán
serán CA1 y CA3.
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
A
89
B
4
6
8
31 2
5
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4
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11
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38
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28 36
17
19
18
37
20
Figura 3-20. Representación de las capas corticales realizadas
por Santiago Ramón y Cajal. Cada dibujo muestra una sección en
la cual la superficie de la corteza se halla en la parte superior de
la imagen. En el dibujo de la izquierda (realizado a partir de una
tinción de Nissl) se ve la corteza visual humana de un cerebro
adulto; en el dibujo del medio (realizado a partir de una tinción de
Nissl), la corteza motora humana de un cerebro adulto, y en el dibujo de la derecha (realizado a partir de una tinción de Golgi), la
corteza cerebral de un niño de 45 días de edad. En las regiones
cerebrales que dan lugar a axones largos de proyección (como la
corteza motora), existe un gran número de células piramidales y
pocas células no piramidales, en comparación con otras áreas de
la corteza. Por la aparente falta de células granulares, a este tipo
de corteza se la suele denominar corteza agranular. Por el contrario, a las áreas sensoriales en las que se encuentran células pequeñas (tanto piramidales como no piramidales) se las suele denominar corteza granular. A la corteza granular y agranular se las
denomina, en conjunto, corteza heterotípica; al resto de la neocorteza, cuyas seis capas celulares son relativamente diferentes, se la
denomina corteza homotípica.
tran células fusiformes, células estrelladas y células de Martinotti. La capa VI, o capa polimórfica, es la capa más interna,
con lo cual queda adyacente a la sustancia blanca. Esta capa
está conformada por diferentes tipos celulares, como las células fusiformes y las células de Martinotti. Los axones de esta
capa envían fibras de proyección, por lo cual se trata de una
capa efectora. Además de esta organización horizontal, también se da una organización vertical a modo de columnas
funcionales.
De forma añadida a las diferencias celulares mostradas en
la distribución celular en las capas de una misma zona cortical,
en la neocorteza también se observan diferencias citoarquitectónicas entre las diferentes zonas de la corteza cerebral en
cuanto a la densidad, disposición, forma y tamaño celular. En
1909, Korbinian Brodmann dividió la corteza cerebral en más
de 50 zonas en función de estas diferencias (Fig. 3-21). A par-
01 Sección I.indd 89
Figura 3-21. A) Reconstrucción en tres dimensiones realizada
por ordenador que representa el resultado de los análisis citoarquitectónicos del cerebro humano llevados a cabo por Korbinian
Brodmann. B) Regiones corticales delimitadas originariamente
por este autor. En los análisis llevados a cabo por Brodmann se
incluían tres áreas para definir la corteza orbitofrontal: las áreas
10, 11 y 47. Lamentablemente, los análisis realizados por Brodmann no investigaron en detalle toda la corteza orbitofrontal. Además, su descripción no era congruente a través de las especies
estudiadas.
tir de entonces se realizaron numerosos mapas de la citoarquitectura de la corteza, y fue poco a poco cobrando más importancia la idea de que diferencias estructurales podrían ir
acompañadas de diferencias funcionales.
Hoy en día se sabe que diferentes áreas de la corteza presentan características citoarquitectónicas diferentes, un patrón de conexiones específico y una implicación funcional
distinta. En general, pueden distinguirse tres grandes bloques de regiones corticales: a) áreas sensoriales, que se localizan en los lóbulos parietal, temporal, occipital y de la
ínsula; desde el punto de vista citoarquitectónico se caracterizan por tener una capa granular interna (IV) muy prominente, y una capa piramidal interna (V) muy delgada; b)
áreas motoras, que se localizan en el lóbulo frontal y en regiones adyacentes al surco central; desde el punto de vista
citoarquitectónico se caracterizan por tener una capa granular interna (IV) bastante reducida, y una capa piramidal interna (V) muy gruesa, y c) áreas de asociación propiamente
dichas, o áreas de asociación multimodal, relacionadas con
funciones de integración superior (intelectuales, procesos
como el lenguaje, o los mecanismos de aprendizaje y memoria). Hay dos grandes áreas de asociación en la corteza
cerebral humana: la corteza de asociación parietooccipitotemporal y la corteza prefrontal. La corteza de asociación
parietooccipitotemporal se localiza en el área que queda
rodeada por la corteza visual, auditiva y somatosensorial
primaria (Fig. 3-22).
En los siguientes apartados se describirán las principales
regiones de la corteza desde el punto de vista funcional.
13/09/13 10:02
90
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
A
Área 2
B
Área 40 Área 4
Área 6
Área 44
Área 5
Área 7
Área 9
Área 19
Área 4
Área 1
Área 3
Área 24
Área 5
Área 6
Área 24
Área 8
Área 39
Área 32
Área 7
Área 8
Área 31
Área 19
Área 9
Área 46
Área 10
Área 17
Área 45
Área 18
Área 32
Área 11
Área 18
Área 47
Área 37
Área 22
Área 17
Área 10
Área 11
Área 42
Área 20
C
Área 18
Área 38
Área 21
Área 9
Área 41
Área 38
Área 52
D
Área 10
Área 23
Área 30
Área 10
Área 11
Área 46
Área 8
Área 47
Área 45
Área 44
Área 6
Área 47
Área 44
Área 38
Área 21
Área 4
Área 20
Área 2
Área 40
Área 1
Área 39
Área 37
Área 7
Área 19
Área 5
Área 19
Área 18
Área 17
Área 18
Área 17
Figura 3-22. Áreas cerebrales. En la imagen se muestran las diferentes áreas de la corteza cerebral. A) Visión lateral. B) Visión sagital
medial. C) Visión dorsal. D) Visión ventral. Reconstrucción realizada a partir del software BrainVoyager Brain Tutor.
■ CORTEZA SENSORIAL Y REORGANIZACIÓN
SENSORIAL
«La suave y cálida brisa marina acariciaba la piel de María y le
inducía una placentera y reconfortante sensación que evocaba recuerdos de su más tierna infancia, cuando pasaba los veranos con
sus padres en la playa de San Sebastián.»
Ésta podría ser la forma de comenzar una novela, en la que
nos imaginamos a la protagonista, María, tumbada en la
playa, tomando el sol en un día no excesivamente cálido, recibiendo en su cuerpo la estimulación de una agradable brisa
y experimentando una amalgama de olores provenientes del
agua del Cantábrico. La información que recibe María por el
choque de la brisa sobre su propia piel es detectada por receptores especializados que responden a cambios mecánicos
01 Sección I.indd 90
en la superficie del cuerpo y es enviada hacia el SNC. Lo
mismo ocurre cuando alguien nos acaricia una mano o
cuando algo nos toca en la espalda para avisarnos. En nuestra
piel tenemos receptores especializados que no sólo detectan
las caricias o el contacto de estímulos sobre nuestra piel, sino
que también nos pueden informar de la temperatura e incluso de los elementos nocivos que generan una percepción
de dolor.
Toda la información que se recibe en la superficie del
cuerpo es enviada a través de diferentes conexiones a la
corteza cerebral. Este tipo de organización implica que la
corteza se organiza a semejanza del cuerpo. Ello implica
que regiones que suelen trabajar de forma conjunta se encuentren en una ubicación más cercana en el cerebro, de
forma que la información no tenga que recorrer distancias
amplias.
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
tidad ingente de información sensorial de gran precisión, para
posibilitar un control exacto de su movilidad.
Corteza sensorial primaria
eza
zo
Cab
Bra o
d
Co
An
te
br
Man azo
o
Dedos
Labios
Cuello
Tronco
Cade
ra
Pi
er
na
En la corteza sensorial primaria, diferentes poblaciones de
neuronas se encargan de procesar la información sensorial que
llega de distintas partes del cuerpo. Si se observa alguno de los
múltiples dibujos o imágenes existentes de la región de la corteza que se encarga de procesar la información sensorial, se
advertirá que se representan las diferentes partes del cuerpo en
la corteza de tal forma que no guardan las mismas proporciones que en el cuerpo. Hay una gran desproporción, de modo
que el tamaño del área cortical dedicada a una determinada
región del cuerpo no obedece a su tamaño real, sino que depende de la importancia funcional de esta parte y de la necesidad de precisión en lo relativo a la sensibilidad de esa zona.
En el caso de la región de la corteza cerebral que se encarga
de procesar la información somatosensorial procedente de las
distintas partes del cuerpo (Fig. 3-23), es posible representar
un mapa de la representación de estas partes en la corteza (es
lo que se conoce como una organización somatotópica de la
corteza cerebral). Dicho mapa resulta muy desproporcionado,
ya que la extensión del cuerpo no se encuentra equitativamente representada, puesto que es más grande para aquellas
regiones de la piel que desempeñan una función crítica en la
discriminación táctil y de las que se necesita obtener una can-
Nariz
Cara
Pulgar
Ojo
¡
Las áreas sensoriales primarias son aquellas que
reciben proyecciones de los núcleos de relevo de la
información sensorial del tálamo.
La corteza somatosensorial primaria se encuentra en el lóbulo parietal (Fig. 3-24), concretamente, en la circunvolución
poscentral (justo detrás de la cisura de Rolando). Esta región
cortical (correspondiente a las áreas 3, 1 y 2 de Brodmann) recibe información de los núcleos ventral posterolateral y posteromedial del tálamo. Las neuronas del área 3 reciben la mayoría
de las proyecciones talámicas, mientras que las de las áreas 1 y
2 reciben progresivamente menos proyecciones talámicas y más
proyecciones desde las otras áreas corticales. Como se acaba de
mencionar, en la corteza somatosensorial primaria se observa
una organización somatotópica. En el capitulo 13 se profundizará sobre la organización de la corteza somatosensorial.
La corteza visual primaria se localiza en el lóbulo occipital
(correspondiente al área 17 de Brodmann), en la parte más
posterior de éste en una visión lateral, y ocupando la cisura
calcarina en una visión sagital medial (Fig. 3-24). Esta región
cortical recibe información del núcleo geniculado lateral del
tálamo. En la corteza visual primaria se observa una organiza-
Área motora
primaria
Áreas premotoras
(corteza premotora, área
motora suplementaria)
Área
somatosensorial
primaria
Corteza de
asociación
pariental
Corteza de
asociación
frontal
Genitales
Dientes
Encías
Maxilar
Lengua
Faringe
Interior del
abdomen
Figura 3-23. Esquema de la disposición topográfica de la corteza
responsable de procesar la información del tacto, la temperatura
y el dolor, la denominada corteza somatosensorial primaria. En
la década de 1930, Wilder Penfield llevó a cabo un análisis de la
corteza de diferentes pacientes que iban a someterse a cirugía
cerebral. Este neurocirujano descubrió que la región de la corteza que procesaba la información sensorial y la región que se
encargaba de poner en marcha las órdenes motoras se organizaban de una forma topográfica, como si se tratara de mapas. Lo
que hizo Penfield fue registrar la actividad eléctrica que mostraba la corteza tras la estimulación mecánica de diferentes zonas del cuerpo. Asimismo, estimuló eléctricamente diferentes
zonas de la corteza somatosensorial y analizó las sensaciones
táctiles que provocaba dicha estimulación en diferentes zonas del
cuerpo.
01 Sección I.indd 91
91
Corteza visual
secundaria
Área auditiva
secundaria
Corteza visual
primaria
Área auditiva
primaria
Corteza de
asociación
temportal
Figura 3-24. Áreas funcionales de la corteza cerebral. En la corteza cerebral se distinguen diferentes áreas funcionales: sensoriales, motoras y de asociación. Las áreas sensoriales se especializan
en el procesamiento de la información relacionada con los diferentes sistemas sensoriales. De esta forma, una parte de la corteza
procesará la información visual (corteza visual); otra región, la información auditiva (corteza auditiva), y así con cada uno de los sistemas que reciben la información de los sentidos. La corteza motora es la que se encarga de programar los movimientos y poner
en marcha la orden motora. Por su parte, la corteza de asociación
(cortezas prefrontal, temporal y parietal posterior) se encuentra
implicada en funciones superiores como el lenguaje, la memoria,
la atención, las emociones, las funciones ejecutivas, etcétera.
13/09/13 10:02
92
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
ción retinotópica (puede establecerse un mapa de la retina en
esta región cortical).
La corteza auditiva primaria (Fig. 3-24), por su parte, se
localiza en el lóbulo temporal (concretamente, en la región
correspondiente al área 41 de Brodmann). Esta región de corteza agranular recibe información del núcleo geniculado medial del tálamo. En la corteza auditiva primaria se observa una
organización tonotópica (en esta región cortical se establece
un mapa de todo el espectro de frecuencias audibles).
La corteza gustativa primaria se localiza en el opérculo
frontal y en una región de la ínsula anterior (áreas 36 y 43 de
Brodmann). Esta región recibe información del núcleo ventral
posteromedial del tálamo.
¡
La corteza sensorial primaria se organiza de una
forma modular, de manera que habitualmente se
muestra un patrón de organización por columnas de
neuronas con propiedades funcionales similares.
Hoy en día, los módulos corticales se han puesto de
manifiesto en los sistemas somatosensorial y visual
y, en menor grado, en el sistema auditivo.
La información olfatoria es la única que no hace un relevo
en el tálamo antes de alcanzar la corteza. Se podría considerar que la corteza piriforme es análoga a la corteza sensorial
primaria en la visión, la audición y el procesamiento somatosensorial. En el capítulo 13 se hará una descripción anatómica
y funcional más detallada de la corteza piriforme.
Reorganización cortical
Volviendo otra vez al sistema somatosensorial, seguramente el lector tendrá presente que no todas las partes de su
cuerpo tienen la misma sensibilidad sensorial. Las yemas de
los dedos o los labios presentan una capacidad muy alta de
discriminación sensorial. Por ello, cuando se besan otros labios o cuando se acaricia otra piel con los dedos, se experimentan sensaciones muy ricas en cuanto a estimulación sensorial se refiere. Lo mismo ocurre con el movimiento. Es
distinta la precisión necesaria para llevar a cabo el movimiento
de los dedos para tocar un piano o una guitarra que la precisión del movimiento que debe inferirse al tronco para girar
90º. Se invita al lector a llevar a cabo un pequeño experimento
de discriminación sensorial. Debe pedirle a alguien que le
vaya tocando su espalda con varios dedos de su mano, de tal
forma que entre los dedos no exista una separación mayor que
2 cm y que las puntas de todos los dedos toquen al mismo
tiempo la superficie de su espalda. Luego debe pedirle a la
persona que vaya variando aleatoriamente el número de dedos que tocarán su espalda, y el lector debe decir después de
cada prueba cuántos son los dedos. Lo que seguramente sorprenderá al lector es que en muchas de las ocasiones percibirá
¡
01 Sección I.indd 92
La representación desmedida en la corteza sensorial de las diversas regiones del cuerpo se encuentra proporcionalmente relacionada con la densidad
de las conexiones sensoriales que recibe de cada
una de ellas.
un solo dedo aun cuando lo estén tocando con dos o tres dedos. Si este mismo experimento se lleva a cabo en otra parte
del cuerpo con mayor capacidad de discriminación sensorial,
la detección de los dedos será más certera.
Las regiones que presentan mayor capacidad de discriminación sensorial, en términos generales, envían mayor cantidad de información que aquellas con baja resolución. No obstante, se ha de tener presente que el espacio que ocupa una
parte del cuerpo en la corteza no es inmutable o estático. Además, tampoco se explica únicamente por la densidad de las conexiones sensoriales que recibe. Si una parte del cuerpo no se
puede utilizar, su representación cortical disminuye de tamaño,
y también a la inversa. Por este motivo, el tamaño de la representación cortical puede variar en función del uso y de la experiencia. Lo mismo ocurre en caso de lesiones. Cuando hay una
lesión en alguna de las vías o los sistemas que llevan la información a la corteza, la región que queda desprovista de entrada
de información pasa a ocuparse de procesar la información de
otras regiones que sí envían información a la corteza sensorial.
Por ejemplo, en un experimento clásico Pons et al. (1991) analizaron la corteza que recibía información sensorial en macacos
adultos. Diez años antes de la evaluación habían seccionado
las conexiones sensoriales que llegaban a la corteza provenientes del brazo. Estos autores demostraron que la representación
en la corteza de la cara se había dilatado claramente, ensanchándose hacia la región de la corteza que se encargaba de recibir la información del brazo. De igual forma, a principios de
la década de 1990, Kaas et al. pusieron de manifiesto la reorganización de la corteza visual de los animales adultos después
de una lesión en la retina, de forma que las regiones de la corteza que recibían la información de la zona de la retina lesionada procesaban ahora la información de las zonas de la retina
contiguas a las lesionadas. Asimismo, Jenkins y Merzenich, a
finales de la década de 1980, le quitaron a un macaco adulto la
región de la corteza sensorial que recibía la información sensorial de la palma de la mano. Estos investigadores observaron
que tiempo después de la lesión las neuronas contiguas a la región extirpada recibían información de la palma de la mano.
›
El arquitecto, pintor y escritor italiano Giorgino Vasari (1515-1574) recoge en su célebre obra Vida de
los mejores arquitectos, pintores y escultores italianos, una colección extensa de biografías de diferentes artistas italianos. En esta obra Vasari explica
cómo Miguel Ángel llevó a cabo la realización del
techo de la Capilla Sixtina durante casi 2 años seguidos de pintura: «El trabajo se llevaba a cabo en condiciones muy fatigosas, dado que Miguel Ángel tenía
que estar de pie con la cabeza tendida hacia detrás,
y su vista se debilitó de tal forma que durante varios
meses sólo fue capaz de leer y mirar sus bocetos en
dicha posición». Esta narración constituye un claro
ejemplo de cómo la experiencia puede llevar a inducir una reorganización del cerebro adulto.
Éstos son algunos de los ejemplos que pueden encontrarse
en la bibliografía científica sobre la reorganización de la corteza sensorial después de una lesión del tejido. No obstante, la
experiencia también desempeña un papel crítico. Imagínese
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
una persona ciega que comienza a leer textos en Braille. A
medida que va incrementando su experiencia con este método
de lectura, su capacidad de discriminación a través de las yemas de los dedos aumenta notablemente, de manera que termina por ser capaz de leer páginas escritas con este sistema.
En la corteza que recibe la información sensorial de las diferentes zonas del cuerpo, la región que ocupa la mano o el
área que ocupa la cara son similares a la superficie cortical
ocupada por el tórax y los brazos. Si se analiza de una forma
específica la región ocupada por la mano, puede observarse
que un 30 %, aproximadamente, corresponde al dedo pulgar.
En el caso de la región de la cara, el 30 % del área responde al
contacto de los labios.
¡
En definitiva, la representación en la corteza es muy
desproporcionada en relación con la superficie real
de la piel. Esta desproporción responde a importantes implicaciones de tipo funcional. De este modo,
las regiones del cuerpo que requieran gran cantidad
de conexiones y que proporcionen información detallada necesaria para llevar a cabo ciertas funciones
contarán con más superficie cortical.
No es de extrañar, por lo tanto, que las manos –que se encuentran implicadas en la manipulación y el reconocimiento
de los objetos–, la piel de la cara –que resulta importante para
la expresión facial– y los labios y la lengua, que se encuentran
relacionados con el habla, queden representados en grandes
áreas de la corteza, ya que la manipulación, la expresión facial y
el habla constituyen funciones de gran importancia para la especie humana. Por consiguiente, los mapas de la corteza sensorial no representan el cuerpo en proporción real. Las zonas con
mayor representación cortical son aquellas partes del cuerpo
que desempeñan un papel fundamental en la discriminación
táctil y de las que se debe tener información sensorial precisa.
Paul Bach-y-Rita fue uno de los primeros investigadores
que puso en tela de juicio la afirmación preponderante a mediados del siglo XX referente a que las diferentes áreas del cerebro humano se encuentran tan especializadas que nunca
serían capaces de asumir las funciones de otras. De esta forma,
a finales de la década de 1970, Bach-y-Rita et al. publicaron un
trabajo en la revista Nature que parecía romper muchas barreras y dogmas en la biología preponderante en la época. Los
autores mostraban un artilugio que posibilitaba que ciegos de
nacimiento pudieran ver. Se trataba de una gran cámara conectada a un aparato que recogía la información visual del
entorno y la enviaba a unos estimuladores que se encontraban
en una lámina metálica adherida al respaldo de la silla donde
se sentaba la persona ciega, de tal forma que la piel de la espalda de la persona quedaba en contacto con los estimuladores. La información visual recogida por la cámara hacía vibrar
los estimuladores que tenía la persona ciega adheridos a su
espalda y provocaba una estimulación táctil en función de la
imagen captada. Mediante este artilugio, las personas eran
capaces de distinguir objetos, reconocer caras de personas,
etcétera. A medida que los pacientes comenzaron a practicar
con el aparato y se convirtieron en avezados usuarios de la
máquina, consiguieron crearse una percepción en tres dimensiones del mundo que los rodeaba. Esto resultaba en cierta
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93
forma paradójico, ya que la cámara captaba el entorno en dos
dimensiones y los pacientes se recreaban en un mundo tridimensional. Este experimento demostró que la visión tenía
lugar en el cerebro y no en los ojos. Se trataba de personas que
podían ver con sus espaldas.
Debe tenerse presente que no sentimos las caricias con
nuestra piel, como lo hacía María reconfortándose con la brisa
del Cantábrico. Tampoco somos capaces de ver con nuestros
ojos. Es nuestro cerebro el que se encarga de que seamos capaces de percibir una caricia, sentir un beso o podamos contemplar un atardecer. ¿Cómo puede el cerebro procesar la
información sobre el tacto para construir imágenes? Imagínese a una persona ciega que sale a dar un paseo acompañada
únicamente de su bastón, mediante el cual la persona se guía
en el entorno. Con la punta del bastón va tocando los objetos
de forma continua de manera que le proporcionan información somatosensorial mediante los receptores de la mano.
Usando esta información que le suministra la mano, la persona es capaz de guiarse en la calle, ya que construye un espacio mental tridimensional de cómo se encuentran dispuestos los elementos del contexto.
En el caso del experimento de Bach-y-Rita, la información
facilitada por la cámara era mucho más rica que la de la mano
de una persona ciega que mueve su bastón para orientarse, ya
que dependía directamente de la imagen que captaba. El cerebro de los pacientes ciegos de Bach-y-Rita debía descodificar la información táctil de los vibradores para poder componer las percepciones visuales. De esta forma, la corteza que
procesa la información del tacto ha de ajustarse y acomodarse
a la información nueva proporcionada por la máquina. Esta
adaptación apunta a que el sistema nervioso humano es modificable y que la organización funcional de la corteza no es
inmutable y puede cambiar. Los sistemas sensoriales se pueden reorganizar, y llegar a posibilitar que las personas ciegas
vieran con su espalda.
Estos autores sugirieron, en la época en la que se desarrolló
este trabajo, que la reorganización sensorial debía implicar
que la información somatosensorial (es decir, aquella originaria del sentido del tacto y enviada para procesarse en la corteza somatosensorial) se recondujera a la corteza encargada
de procesar la información visual. Para contrastar empíricamente esta hipótesis, el equipo de Álvaro Pascual-Leone empezó a estudiar qué sucedía en el cerebro de los ciegos que
leían mediante el sistema Braille. No quedaba claro si lo que
posibilitaba que una persona invidente pudiera leer con sus
dedos era un aumento del mapa sensorial del tacto inducido
por una reorganización en la corteza sensorial, o por modificaciones plásticas en la corteza visual. Para ello, Pascual-Leone
inactivó de forma temporal la corteza visual de los invidentes,
mediante la inducción de una corriente en su cerebro usando
un campo magnético (a través de la estimulación magnética
transcraneal). Los pacientes fueron incapaces de leer con el
método Braille después de la inactivación de la corteza visual.
Este hallazgo sugería que la corteza visual se estaba utilizando
para procesar la información táctil procedente de los dedos de
los pacientes invidentes cuando leían con el método Braille.
¿Qué sucedería si de repente no tuviéramos información
visual de nuestro entorno? Se invita al lector a que haga lo
siguiente: que coja un paño oscuro y se vende fuertemente los
13/09/13 10:02
94
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
ojos, asegurándose de que no llega brillo o destello alguno; a
continuación, debe sentarse cómodamente en una silla, relajarse lo más posible y prestar atención a lo que sucede a su
alrededor. Al cabo de un tiempo, empezará a sentir que el
resto de las modalidades sensoriales empiezan a potenciarse.
¿No se ha preguntado el lector por qué en ocasiones cerramos
los ojos cuando llevamos a cabo una determina acción que, a
pesar de ser relativamente automática en su ejecución, implica una motricidad fina? Cuando hacemos esto, sentimos
que realizamos la tarea con mejor precisión. ¿Por qué hacemos esto? Lo primero que debe tenerse presente es que la
vista resulta ser uno de los sentidos más fuertes y poderosos
en el ser humano. La tendencia natural de la corteza que se
encarga de procesar la información visual (la que proviene de
la retina) es analizar este tipo de información, aunque llegue
en un estado deficiente, antes que encargarse de procesar
otras modalidades como el tacto o la audición.
Un trabajo realizado por el equipo de Pascual-Leone desveló algunos aspectos importantes subyacentes al uso y desuso de la información visual. Los investigadores vendaron los
ojos completamente a un grupo de personas voluntarias durante 5 días. La oscuridad que experimentaran estas personas
debía ser completa, ya que cualquier destello o brillo activaría
al sistema visual. Se trataba de bloquear durante 5 días el
procesamiento visual del entorno. Lo que sucedió llamó la
atención de la comunidad científica y de muchos medios de
comunicación. Tras este período de ausentismo visual experimentado, Pascual-Leone observó, al analizar la corteza de las
personas, que la región encargada de procesar la información
visual (corteza visual) comenzaba a recibir y procesar información de otras modalidades sensoriales, por ejemplo, la información táctil procedente de las manos de los voluntarios,
como sucedía con los invidentes que eran capaces de leer mediante el uso del Braille. Esto demostraba la capacidad del
cerebro para reorganizarse cuando se produce algún cambio
en los estímulos del entorno de la persona. No obstante, lo
más extraordinario fue que esto podía suceder a las pocas horas de esta privación sensorial y, de esta forma, la corteza visual podía procesar información auditiva y táctil. Por ejemplo,
las personas que participaron en este experimento explicaron
que cuando percibían un sonido, alguien los palpaba o se
cambiaban de posición en el espacio, podían experimentar
complejas percepciones visuales relacionadas con paisajes,
caras, pequeñas figuras correteando, etcétera.
¿Qué sucedió al quitar las vendas a estas personas? Unas
horas después de terminar con la privación sensorial, la corteza visual dejó de procesar la información auditiva y táctil, lo
que puso de manifiesto la gran velocidad de la reorganización
funcional que puede experimentar la corteza ante cambios
estimulares en el entorno.
Hoy en día, el aparataje diseñado por Bach-y-Rita para ver
con la espalda resulta ser mucho menos engorroso. De esta
forma, la cámara, que inicialmente recordaba a una de esas
cámaras de televisión, se ha convertido en una microcámara
ensamblada en unas gafas especiales. Mientras que la plancha
metálica, provista de los vibradores que se sujetaban a la espalda del paciente, se ha convertido en una fina laminilla de
electrodos que adhieren a la lengua. Así, ahora los invidentes
son capaces de ver con su lengua. ¿Qué es lo que sucede en el
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cerebro de una persona ciega que comienza a utilizar un conjunto de electrodos posicionados en su lengua para poder percibir visualmente el entorno que lo rodea? Mediante la utilización de diferentes técnicas de neuroimagen se ha podido
comprobar que la información táctil captada por la lengua de
estos pacientes termina siendo procesada por la corteza visual,
en lugar de ser procesada por la somatosensorial, como correspondería a la información proveniente de esa parte del cuerpo.
■ CORTEZA DE ASOCIACIÓN
La corteza de asociación puede ser dividida en dos grupos
claramente diferenciados: las áreas de asociación unimodal y
las áreas de asociación multimodal o heteromodal.
Las áreas de asociación unimodal se encuentran adyacentes a las áreas sensoriales primarias y llevan a cabo un procesamiento más complejo de la información de dicha modalidad
sensorial, normalmente integrando diferentes características
del estímulo (p. ej., el color, el brillo, la forma, etc., en el sistema visual; el timbre, el tono, el volumen, etc., en el sistema
auditivo). Las áreas de asociación unimodal suelen denominarse áreas sensoriales secundarias (Fig. 3-24).
Las neuronas en las áreas de asociación multimodal responden a múltiples modalidades sensoriales y modifican su
respuesta en función de diferentes circunstancias. Se trata de
neuronas que recogen información de otras modalidades sensoriales y de otras regiones cerebrales implicadas en otras funciones (p. ej., la atención y la memoria) y que parecen ser las
responsables de las funciones cognitivas superiores.
El área somatosensorial secundaria se localiza en una parte
del opérculo parietal, quedando oculta en su mayor parte en
el surco lateral y probablemente extendiéndose hasta la ínsula. Esta área recibe información tanto del área somatosensorial primaria como de los núcleos ventral posterolateral y
posteromedial del tálamo. Se trata de un área que está organizada somatotópicamente, aunque dicha organización es
inversa a la de la corteza somatosensorial primaria. Las neuronas del área somatosensorial secundaria a menudo presentan campos receptivos bilaterales.
En el caso del sistema visual, de la corteza visual primaria
(corteza estriada) se envía la información a la corteza visual de
asociación (la corteza extraestriada). Ésta contiene varias regiones, cada una de las cuales está especializada para procesar
la información visual relacionada con una característica (color,
movimiento, profundidad, etc.) y presenta uno o varios mapas
independientes del campo visual. El esquema del procesamiento de la información se da fundamentalmente de forma
jerárquica, de manera que se analiza la información en una
región y se envían los resultados a regiones que se encuentran
por encima en la estructura jerárquica, para que lleven a cabo
un análisis posterior. De esta forma, de la corteza visual primaria (V1) se envía la información a la región V2 (una región
de la corteza extraestriada que se encuentra adyacente a V1).
A partir de este punto, la corteza visual de asociación se divide
en dos corrientes o vías: la corriente dorsal (región V7, región
temporal superior medial, región temporal medial, área intraparietal lateral, área intraparietal ventral, área intraparietal
anterior, área intraparietal media y área intraparietal caudal) y
la corriente ventral (región V3, región VP, región V3A, región
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
V4dV4v, región V8, complejo occipital lateral, área facial fusiforme, área de lugar parahipocámpica, área corporal extraestriada). La corriente dorsal termina en la corteza parietal posterior y se encarga fundamentalmente de la percepción de la
localización espacial (atención visual, percepción del movimiento, percepción de la profundidad, control de los movimientos oculares y de las manos para la manipulación, etc.),
mientras que la corriente ventral termina en la corteza temporal inferior y se encarga fundamentalmente de la percepción
de la forma (reconocimiento de objetos, rostros y lugares, percepción del color, análisis de la forma, etcétera).
Con respecto a la corteza auditiva de asociación, el primer
nivel está constituido por la denominada región del cinturón
(que a su vez puede subdividirse en siete partes), que se ubica
rodeando a la corteza auditiva primaria. Esta región recibe información tanto de la corteza auditiva primaria como del núcleo geniculado medial del tálamo. El nivel superior en la corteza de asociación auditiva está constituido por la denominada
región del paracinturón. Esta región rodea a la región del cinturón y recibe información tanto de la región del cinturón
como del núcleo geniculado lateral del tálamo. En general,
pueden definirse dos corrientes o vías: una vía dorsal que termina en la corteza parietal posterior y una corriente ventral
que termina en la región del paracinturón del lóbulo temporal
anterior. Parece ser que la corriente dorsal se encuentra implicada en la localización del sonido, mientras que la ventral lo
está en el análisis de los sonidos complejos.
La corteza piriforme es el principal destino de las proyecciones del bulbo olfatorio. Como ya se ha señalado, esta región cortical es análoga a la considerada corteza sensorial
primaria en el caso de los sistemas somatosensorial, visual y
auditivo. Por su parte, la corteza entorrinal sería análoga a la
corteza de asociación sensorial. Es necesario tener presente
que algunas neuronas de la corteza piriforme también envían
proyecciones a la corteza orbitofrontal. De hecho, esta región
representa la proyección neocortical principal de la corteza
olfativa en tanto que recibe entradas directas desde las principales áreas olfativas, incluyendo la corteza piriforme, la amígdala y la corteza entorrinal. A lo largo del capítulo 13 se hará
una descripción más detallada de cómo se procesa en la corteza la información olfativa.
Con respecto al gusto, la corteza de asociación sensorial se
encuentra en la corteza orbitofrontal caudolateral. Las neuronas de esta región parecen responder a combinaciones de estímulos gustativos, olfatorios, visuales y somatosensoriales.
¡
En algunas de las cortezas sensoriales secundarias
también es posible distinguir mapas de representación topográfica de la información sensorial; no obstante, a medida que aumenta la distancia con respecto al área sensorial primaria, estos mapas
resultan menos evidentes.
Las áreas de asociación multimodal se localizan fundamentalmente en dos grandes áreas en la corteza cerebral humana: la
corteza de asociación parietooccipitotemporal (área que queda
rodeada por la corteza visual, auditiva y somatosensorial primaria) y la corteza prefrontal. En ellas se genera una importante
01 Sección I.indd 95
95
convergencia de información. Estas áreas se encargan de integrar
las señales que les llegan. Muchas de estas señales provienen de
los sistema sensoriales (sobre todo, de las cortezas sensoriales
secundarias), aunque también les llega información de otras
áreas de asociación, de la corteza motora y de algunas estructuras subcorticales, por ejemplo, algunos núcleos talámicos (como
el dorsomedial, el lateral posterior y el pulvinar que, a su vez,
reciben proyecciones de las mismas o diferentes áreas de asociación). En tanto que se produce esta confluencia de la información, estas regiones pueden poner en marcha una integración de
nivel superior al procesamiento que llevan acabo las áreas sensoriales y motoras, y pueden convertirse, al mismo tiempo, en el
nexo de unión entre la corteza motora y la sensorial.
Entre las distintas áreas de asociación multimodal se da un
importante flujo de señales, tanto entre diferentes áreas de un
mismo hemisferio como entre las áreas homólogas del hemisferio contralateral. La corteza de asociación parietal resulta de
cardinal importancia en los procesos atencionales a estímulos
complejos. Asimismo, como se analizará en el capítulo 14, esta
región aporta las claves motivacionales y sensoriales en los
movimientos dirigidos a un objetivo. Por su parte, la corteza
de asociación prefrontal parece ser importante para el razonamiento y la toma de decisiones.
En el capítulo 15 se verá que la corteza prefrontal dorsolateral participa en la selección de la estrategia más adecuada
para poner en marcha en movimiento en función de la experiencia y en la toma de decisión de iniciarlo. En el capítulo 25
se analizará el papel que desempeña la corteza de asociación
prefrontal en el procesamiento de la información emocional y
cómo este procesamiento puede estar relacionado con la toma
de decisiones. En el capítulo 16 se describirá el papel que desempeña en relación a la memoria de trabajo. Con respecto a
la corteza de asociación temporal, a pesar de que no parece
tener una función unitaria tan clara como las anteriores, se ha
vinculado con el procesamiento de orden superior de señales
visuales y auditivas, con la atención y con el lenguaje.
¡
A las áreas de asociación multimodal les llega información de más de un sistema sensorial, principalmente a través de la corteza sensorial secundaria de
cada sistema.
■ LÓBULOS FRONTALES Y SUS CONEXIONES
Además del procesamiento de la información sensoriomotora, se ha considerado tradicionalmente a los lóbulos frontales como la parte del cerebro subyacente a aquellos aspectos
que definen y caracterizan a los seres humanos, como el lenguaje, la personalidad, la inteligencia, el pensamiento abstracto, las funciones ejecutivas, la cognición social, el control
atencional, etc. En el ser humano los lóbulos frontales abarcan
todo el tejido cortical anterior a la cisura de Rolando, comprendiendo aproximadamente el 20 % de toda la neocorteza.
¡
Se ha considerado tradicionalmente a los lóbulos
frontales como la sede de las funciones cognitivas
superiores.
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96
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
Tradicionalmente, la corteza frontal se ha dividido en tres
grandes zonas, que, en sentido caudal-rostral, son: la corteza
motora, la corteza premotora y la corteza prefrontal. No obstante, desde el punto de vista funcional, esta clasificación se
complica porque las áreas corticales que intervienen en el
control motor no únicamente se restringen a las áreas motoras
propiamente dichas (área motora primaria y áreas premotoras), sino que también incluyen áreas de asociación de la corteza frontal (la corteza prefrontal dorsolateral) e incluso de la
corteza parietal (corteza parietal posterior) (Fig. 3-25).
Corteza y control motor
La visión, la audición y los receptores situados en la superficie corporal informan de la situación de los objetos en el espacio y del propio cuerpo con respecto a los objetos. La musculatura y las articulaciones, así como el sentido del equilibrio
(sistema vestibular), informan de la longitud y tensión de los
músculos y de la posición del cuerpo en relación con el espacio. Tal como se verá en el capítulo 14, el sistema motor utiliza
esta información para seleccionar la respuesta apropiada y
para llevar a cabo los ajustes necesarios mientras se realiza el
movimiento. Las órdenes motoras se elaboran en la corteza
motora y llegan a las neuronas que se encargarán de enviar la
información a los músculos por medio de diferentes vías de
conexión. Si se desea mover un dedo de la mano, primero se
deberá planificar el movimiento en la corteza con respecto a
qué se va a mover, cómo y cuándo se llevará a cabo ese movimiento. Después se enviará desde la corteza la orden de movimiento y se codificará la fuerza de la contracción muscular y
la dirección de los movimientos durante su ejecución.
Dentro de las áreas corticales que intervienen en el control
motor, es posible distinguir dos grupos claramente diferenciados: las áreas de asociación y las áreas motoras propiamente
dichas. Con respecto a las áreas de asociación, en el control
Área motora suplementaria
y corteza premotora
Corteza
motora primaria
Dorsolateral
6
8B
4
v
d
46
9/
46
d
8A
v
8A
9/
46
9
44
¡
45B
47/1
2
10
45A
Orbitofrontal
Cisura central
Área de Broca
Figura 3-25. Representación de las diferentes áreas que componen la corteza frontal.
01 Sección I.indd 96
motor intervienen una región de la corteza prefrontal (la corteza prefrontal dorsolateral) y otra de la corteza parietal (la
corteza parietal posterior). Con respecto a la corteza parietal
posterior (áreas 5, 7, 39 y 40), se ha visto que pacientes con
lesiones en la corteza parietal posterior pueden sufrir alteraciones de la capacidad visuoperceptiva que implican dificultades en la descripción e identificación de las características
espaciales de los objetos, en su representación mediante
dibujos y en la construcción de estímulos a partir de piezas
(apraxia constructiva). Asimismo, cuando la lesión se asocia al
lóbulo parietal posterior derecho (síndrome de negligencia contralateral o negligencia espacial, descrito en el Recuadro 2-2) el
paciente olvida el espacio y el lado del cuerpo opuesto a la
lesión, apareciendo una acusada dificultad para responder a
estímulos auditivos, somatosensoriales y visuales localizados
en el lado izquierdo del paciente (izquierda egocéntrica). De
forma añadida, algunos pacientes tampoco pueden responder a la región izquierda de los objetos, con independencia
de que éstos se encuentren localizados, o no, en el campo
visual del paciente.
Se analizarán a continuación algunos aspectos críticos de
la implicación de la corteza parietal posterior en relación con
la información que aporta antes de que pueda iniciarse un
movimiento de forma eficaz. Al respecto, puede decirse que
esta región cortical proporciona las claves motivacionales y
sensoriales para llevar a cabo movimientos dirigidos a un
blanco. Cuando se realiza un movimiento, el sistema nervioso necesita tener información sobre la posición de las diferentes partes del cuerpo y sobre la localización de los objetos con los que el cuerpo va a establecer contacto. Para
integrar estos dos tipos de información y dirigir la atención,
parece ser de crítica importancia la implicación de la corteza
parietal posterior. Las áreas visuales, somatosensoriales, auditivas y vestibulares envían información a esta región de la
corteza parietal acerca de la posición del cuerpo y la situación
espacial de los objetos del entorno. Además, la corteza parietal posterior también procesa información sobre el estado
motivacional de la persona, de manera que dicha región
aporta las señales motivacionales que son requeridas en la
ejecución de los movimientos (p. ej., cuando se tiene que realizar una determinada conducta –como apretar una palanca–
para obtener un determinado refuerzo, por ejemplo comida
cuando la persona está hambrienta). Gran parte de la información de la corteza parietal posterior se envía a la corteza prefrontal dorsolateral, al campo ocular frontal y a la corteza
motora secundaria (Fig. 3-26).
La corteza parietal posterior aporta las claves motivacionales y sensoriales en los movimientos dirigidos a un objetivo.
La corteza prefrontal dorsolateral (áreas 9 y 46) recibe proyecciones de la corteza parietal posterior y envía proyecciones
al campo ocular frontal, al área motora suplementaria, a la
corteza premotora y a la corteza motora primaria. Esta área de
asociación cortical parece ser crítica en relación con la selección de la estrategia óptima para llevar a cabo el movimiento
en función de la experiencia y, posiblemente, para la toma de
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
Corteza
premotora
Área motora
suplementaria
Corteza motora
primaria
Corteza parietal
posterior
Campo ocular
frontal
Campo ocular
frontal
Corteza
prefrontal
dorsolateral
Área motora
suplementaria
97
Corteza motora
primaria
Corteza
premotora
Corteza parietal
posterior
Corteza
somatosensorial
Corteza
vestibular
Corteza
auditiva
Corteza prefrontal
dorsolateral
Corteza
visual
Figura 3-26. Flujo de señales desde la corteza sensorial a la corteza parietal posterior. De las áreas sensoriales primarias (somatosensorial, visual, auditiva y vestibular) se envía información a la
corteza parietal posterior (áreas 5, 7, 39 y 40). Esta región cortical
del lóbulo parietal también recibe información de la corteza motora primaria y de la corteza cingular (esta última no se representa
en la figura).
decisión de ponerlo en marcha transmitiendo las señales adecuadas a las regiones premotoras (aunque algunos autores
sugieren que la decisión de iniciar un movimiento voluntario
se podría producir sobre la base de la interacción entre la corteza prefrontal dorsolateral y la corteza parietal posterior). A
partir de la información que recibe de la corteza parietal posterior, la corteza prefrontal dorsolateral interviene en el análisis de los objetos del entorno y en el inicio de la puesta en
marcha de movimientos voluntarios hacia ellos (Fig. 3-27).
Para ello, esta región de asociación cortical parece comparar
las estrategias utilizadas por el individuo en acontecimientos
previos, seleccionando la más adecuada para poder poner en
marcha el movimiento de una manera certera.
¡
La corteza prefrontal dorsolateral participa en la selección de la estrategia más adecuada para poner en
marcha en movimiento en función de la experiencia
y en la toma de decisión de iniciarlo.
Con respecto a la corteza motora secundaria o a las áreas
premotoras (área 6 lateral, superior y medial), se distinguen
dos zonas: una lateral (la corteza premotora) y otra superior y
medial (el área motora suplementaria). La corteza prefrontal
dorsolateral envía instrucciones generales a las regiones de la
corteza motora secundaria para que éstas participen en la programación y planificación de patrones específicos de movimientos. Concretamente, la corteza premotora parece tener
una importancia crucial en la programación y la planificación
motoras, en particular de los movimientos evocados por estímulos externos. Estudios de neuroimagen han mostrado que
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Figura 3-27. El flujo de información procedente de las áreas sensoriales primarias a las áreas de asociación parietal posterior y prefrontal dorsolateral continúa con las áreas premotoras y el área
motora primaria. La corteza prefrontal dorsolateral recibe información de la corteza de parietal posterior. Esta última también proyecta a la corteza motora primaria y a las áreas premotoras (área
motora suplementaria y corteza premotora). Por su parte, el flujo de
señales procedentes de la corteza prefrontal dorsolateral se dirige
fundamentalmente a las áreas premotoras y al campo ocular frontal. El área motora suplementaria y la corteza premotora se encuentran conectadas entre sí y envían un gran flujo de señales hacia
la corteza motora primaria. Desde el área motora primaria también
se envían señales al área motora suplementaria y a la corteza premotora. El área somatosensorial primaria envía información a la
corteza motora primaria y a las áreas premotoras. Las diferentes
regiones de las regiones motoras de cada hemisferio proyectan mediante el cuerpo calloso a las regiones homólogas del hemisferio
contralateral, exceptuando las regiones en las que quedan representadas las zonas más distales de las extremidades, probablemente para posibilitar una mayor autonomía en el momento de
llevar a cabo tareas específicas que impliquen gran precisión.
esta región cortical se activa cuando la persona lleva a cabo un
movimiento guiado por un estímulo externo (p. ej., un sonido), mientras que permanece inactiva en ausencia de dicha
estimulación externa, a pesar de que se realice el movimiento.
Estudios en primates parecen sugerir que la función en el control motor de la corteza premotora podría ser anticipatoria del
propio movimiento, teniendo como finalidad la preparación
de la corteza motora primaria para dicho movimiento. El área
motora suplementaria también participa en la programación
y en la planificación motora, siendo importante para la coordinación de movimientos complejos, por ejemplo, la coordinación bimanual (Fig. 3-28).
En estudios con primates se ha comprobado que la estimulación eléctrica tanto de la corteza premotora como del área
motora suplementaria provoca movimientos complejos. Por
su parte, estudios de neuroimagen han mostrado que la actividad cerebral de la corteza motora secundaria aumenta
cuando la persona se imagina a sí misma planificando o llevando a cabo un conjunto específico de movimientos. Al respecto, se ha podido comprobar que la actividad tanto de la
corteza premotora como del área motora suplementaria y de
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98
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
Área motora primaria
Surco central
6aα
6aβ
COS
Pre-AMS
ZCRa
ZCRp
AMS
ZCC
o
an
M a
ec
uñ
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C da
l
pa
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Tr
Cadera
Rodilla
Línea vertical de la comisura anterior
Tobillo
ue
iq
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D ice o
s
d
l
Ín uel ña s ular
Pulgar
C sta do oc
e
P rpa bo
Pá glo
y
Cara
Labios
Figura 3-28. Diferentes estudios en primates han puesto de manifiesto la existencia de al menos siete regiones en la corteza motora
secundaria: dos áreas motoras suplementarias, dos áreas premotoras (una ventral y otra dorsal) y tres áreas motoras en la corteza
cingulada. Estudios de neuroimagen sugieren que esta estructura
es similar en el ser humano, dado que hay evidencias que apoyan a
la subdivisión tanto de la corteza premotora como del área motora
suplementaria y la existencia de diversas áreas motoras en la circunvolución cingular. Por ejemplo, en el ser humano se habla del
complejo motor suplementario. Se representa la superficie medial
del cerebro humano, mostrando el complejo motor suplementario,
compuesto por: el área motora suplementaria (AMS), localizada
caudalmente; el campo ocular frontal suplementario (COS), localizado en el medio, y el área motora presuplementaria (pre-AMS),
localizada rostralmente. El AMS ocupa el área mesial 6aa, mientras que el pre-AMS se localiza en el área mesial 6ab. Ventralmente
al complejo motor suplementario se ubican las áreas motoras cinguladas: la zona cingulada rostral anterior (ZCRa), la zona cingulada rostral posterior (ZCRp) y la zona cingulada caudal (ZCC).
las áreas motoras cinguladas aumenta cuando los participantes imaginan que alcanzan y cogen un objeto determinado.
En el ser humano, la corteza premotora linda con el área 44,
la que –junto con el área 45 que queda más rostral y con zonas
adyacentes del hemisferio izquierdo– forma parte del sistema
perisilviano anterior del lenguaje. Como se verá en el capítulo 19,
este sistema parece especializado en la secuenciación de los
fonemas para formar palabras y en la secuenciación de las palabras para formar frases, es decir, en la sintaxis del lenguaje.
Estaría implicado tanto en aspectos de producción como de
comprensión, especialmente cuando esta última depende de la
estructura sintáctica de la frase (p. ej., frases en pasiva).
¡
Las áreas premotoras participan en la programación
y la planificación motoras.
El área motora primaria (área 4) participa en el inicio del
movimiento y en la elaboración de las órdenes motoras referentes a cómo y en qué momento se tienen que mover los diferentes músculos para llevar a cabo el movimiento (Fig. 3-29).
Como se ha señalado, las áreas premotoras envían un importante flujo de señales a la corteza motora primaria con el objetivo de prepararla para la ejecución del movimiento. Asimismo, la corteza somatosensorial del mismo hemisferio le
envía proyecciones con la finalidad de proporcionarle infor-
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Dedos
de los pies
Mandíbula
Lengua
Garganta
Figura 3-29. Organización topográfica de la corteza motora primaria.
mación sensorial sobre la magnitud de los movimientos que
se están llevando a cabo y sobre la contracción muscular. El
cerebelo también le proporciona información importante para
poder analizar los errores cometidos en los movimientos y, de
esta forma, modificarlos.
El mapa motor representado en la corteza motora primaria
también resulta desproporcionado como el mapa de la corteza
somatosensorial. De esta forma, la musculatura utilizada en
tareas que requieren un control muy fino ocupa mucho más
espacio que la representación de la musculatura, que requiere
un control motor relativamente menos preciso.
Al igual que sucede con la corteza sensorial, la representación tampoco es fija ni inmutable: puede variar con la experiencia o después de una lesión del tejido. En la década de
1990, Sanes et al. seccionaron las neuronas motoras que controlan los músculos de los bigotes de la rata (vibrisas). Tiempo
después de la intervención, al activar la región de la corteza
motora que antes de la lesión provocaba el movimiento de los
bigotes, se inducía el movimiento de la cara.
Imagínese un paciente que ha sufrido un accidente cerebrovascular. Durante unos breves momentos su cerebro se ha
quedado sin oxígeno y eso ha dañado la región de la corteza
sensorial responsable de recibir y procesar la información
proveniente del brazo izquierdo. Para llevar a cabo un movimiento determinado, es necesario recibir información sensorial sobre la posición del cuerpo en relación con el espacio, el
estiramiento de los músculos, la situación de las articulaciones, etc. Este paciente, después del episodio, será incapaz de
mover su brazo izquierdo debido a que no recibirá la información sensorial necesaria para llevar a cabo el movimiento.
Para intentar solventar este grave problema clínico, el equipo
de Edward Taub puso en marcha un procedimiento experimental en monos hace más de 30 años. La investigación consistía en seccionar los nervios sensoriales que llevan la información de uno de los brazos del primate y en inmovilizar el
brazo intacto con un cabestrillo. La hipótesis de Taub era que
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
los pacientes que habían sufrido este tipo de episodios no se
recuperaban debido a que utilizaban el brazo intacto, lo que
imposibilitaba la aparición de los mecanismos plásticos que
reorganizarían funcionalmente el sistema. Y así fue, los monos terminaron moviendo los brazos a los que se les había
seccionado los nervios que llevaban la información sensorial
hacia la corteza. Este hallazgo sugería la presencia de programas motores autónomos en el cerebro, preparados para poner en marcha de forma voluntaria los movimientos del brazo
desdiferenciado. Si no hubiera plasticidad en el cerebro, la
reorganización funcional de la corteza sensorial y motora sería difícilmente explicable.
En la década de 1990, el equipo de investigación de J. K.
Chapin llevó a cabo una investigación para intentar leer el
pensamiento de un grupo de ratas. Estos investigadores enseñaron una tarea muy concreta a los animales que se encontraban privados de líquido y, por lo tanto, altamente motivados para buscar agua. La tarea consistía en implementar el
modelamiento de la conducta de los animales por aproximaciones sucesivas, de tal forma que llegaran a aprender que
apretando una palanca, ubicada en la cámara donde se encontraban, podían obtener agua. Lo novedoso de la situación experimental fue que en la corteza motora de las ratas
se habían implantado electrodos que recogían la información de un conjunto de neuronas implicadas en la programación y organización de los movimientos voluntarios. La
información recogida por los electrodos era enviada a un
ordenador para su posterior análisis. La idea era que el ordenador llegara a reconocer qué patrón de activación se
daba en las neuronas motoras cuando la rata iba a mover la
palanca. El caso es que una vez que estuvo instaurada de
forma estable la conducta de presión de la palanca para obtener agua, los investigadores desconectaron la palanca del
sistema, de tal forma que por mucho que apretara la rata no
saldría ni una gota de agua por el dispositivo que la administraba en el interior de la jaula. Lo que querían hacer los
investigadores era instruir a la rata para que cuando pensara
en mover la palanca recibiera el agua sin necesidad de recurrir a ésta. Para ello, conectaron el dispensador de agua al
ordenador, que tenía registrado el patrón neural característico de las neuronas motoras cuando la rata quería apretar la
palanca para obtener agua. De esta forma, cada vez que la
rata quería obtener agua, sólo tenía que pensar en apretar
la palanca. Éste fue el primer experimento llevado acabo por
estos autores en relación con la detección de patrones de
actividad neural subyacente a conductas específicas. Posteriormente llevaron a cabo tareas motoras muy complejas con
primates no humanos. Estos investigadores colocaron un
grupo de electrodos en la corteza motora de una mona y
registraron los diferentes patrones de actividad neural que
se daban en esta región de la corteza cuando el animal movía con su mano una palanca a la izquierda o lo hacía a la
derecha. La información registrada por los electrodos sirvió
para conocer cuál era el patrón de actividad de las neuronas
motoras del animal cuando éste quería mover la palanca
hacia la derecha y cuál era el patrón cuando lo quería mover hacía la izquierda. La información del ordenador se
enviaba inmediatamente a otro ordenador que se encontraba a aproximadamente 1.000 km de distancia. Este se-
01 Sección I.indd 99
99
gundo ordenador estaba conectado a un brazo robótico, de
manera que cuando la mona pensaba en mover la palanca
hacia la derecha, el brazo robótico la movía hacia la derecha.
Cuando la mona pensaba en moverla hacia la izquierda, el
brazo robótico, ubicado a 1.000 km de distancia, la movía a
la izquierda.
En 2006, Hochberg et al. publicaron un impactante trabajo
en la prestigiosa revista británica Nature. En ella se describía el
caso de un individuo que había sufrido una grave lesión que
lo había dejado paralizado de las cuatro extremidades. Estos
investigadores implantaron quirúrgicamente un grupo de 96
microelectrodos en la corteza motora. La idea era registrar la
información del patrón de actividad que mostraban las neuronas motoras cuando el individuo quería mover el cursor de
un ordenador. Una vez identificado dicho patrón, podría utilizarse para llevar a cabo diferentes acciones en el ordenador.
Después de horas de práctica, el paciente fue capaz de mover
el cursor del ordenador sólo con su pensamiento. Incluso podía llevar a cabo tareas como abrir un correo electrónico o
modificar los dispositivos de audio y vídeo conectados a la
computadora.
¡
El mapa motor representado en la corteza motora
primaria puede variar como resultado de la experiencia.
Corteza prefrontal
El concepto de corteza prefrontal procede de las observaciones de Clinton Woolsey y Jersey Rose de los lóbulos frontales de diferentes especies de mamíferos. Estos autores comprobaron que los lóbulos frontales recibían proyecciones del
núcleo dorsomedial del tálamo.
En primates, la corteza prefrontal puede dividirse anatómicamente en tres grandes regiones:
• La corteza prefrontal dorsolateral.
• La corteza prefrontal orbital (inferior).
• La corteza frontal medial.
El desarrollo ontogenético del sistema nervioso sigue un
curso diferencial para diversas estructuras y regiones corticales. Por ejemplo, se ha comprobado que la amígdala madura
en etapas tempranas del desarrollo, mientras que la corteza
prefrontal lo hace en épocas mucho más tardías. A medida
que madura la corteza prefrontal, el individuo empieza a adquirir una serie de competencias relacionadas con la capacidad de inhibición de respuestas no apropiadas, el razonamiento abstracto, el cambio del foco atencional de un estímulo
a otro, etc. En 2008, Whittle et al. encontraron en el cerebro de
adolescentes que el volumen de la corteza prefrontal derecha
estaba relacionado negativamente con las conductas agresivas, mientras que el volumen de la amígdala lo estaba positivamente. Trabajos llevados a cabo a finales de la década de
1990 sugerían que aumentos en la actividad de la amígdala se
relacionaban con la puesta en marcha de emociones negativas
(entre ellas, la agresividad), mientras que una disminución en
la actividad de la corteza prefrontal se relacionaba con una
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100
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
disminución de la capacidad de la persona para inhibir la actividad de la amígdala y, de esta forma, ejercer un control sobre
la puesta en marcha de las reacciones emocionales (v. cap. 25).
Anatomía funcional de la corteza orbitofrontal:
corteza prefrontal ventromedial y corteza
orbitofrontal lateral
La corteza orbitofrontal ocupa la superficie ventral de la
parte frontal del encéfalo. Se halla dentro de la zona de la
corteza prefrontal que recibe proyecciones del núcleo medial
magnocelular del tálamo dorsomedial (v. Fig. 3-25). Esto contrasta con las áreas de la corteza prefrontal que reciben proyecciones de otras regiones del tálamo dorsomedial. Por ejemplo, la corteza prefrontal dorsolateral (área 46/9 de Brodmann)
recibe proyecciones de la región lateral parvocelular del núcleo dorsomedial, mientras que los campos oculares frontales
(área 8 de Brodmann) reciben proyecciones de la región paralamelar del núcleo dorsomedial del tálamo. Los análisis citoarquitectónicos del cerebro humano y del cerebro de primates
no humanos llevados a cabo originalmente por Brodmann
incluían tres áreas para definir la corteza orbitofrontal: las
áreas 10, 11 y 47. Lamentablemente, los análisis llevados a
cabo por Brodmann no investigaron en detalle toda la corteza
orbitofrontal. Además, su descripción no era consistente entre
las especies estudiadas. Posteriormente, en la década de 1940,
estudiando el cerebro de primates no humanos, Walker encontró que la corteza orbitofrontal era mucho menos homogénea de lo que Brodmann había especificado en sus análisis.
Walker propuso una división de la corteza orbitofrontal del
macaco cangrejero (Macaca fascicularis) en cinco áreas diferentes: las áreas 10, 11, 12, 13 y 14. Las áreas 12 y 13 de Walker
ocupaban la superficie lateral y orbital medial, respectivamente, mientras que el área 14 se ubicaba en la convexidad
ventromedial cercana a la circunvolución recta. En una posición más anterior, el área 10 ocupaba el polo frontal, mientras
que el área 11 ocupaba la superficie orbital anterior restante.
Walker no incluyó en su mapa el área 47 del mapa de Brodmann del cerebro humano. En la década de 1990, Petrides y
Pandya intentaron reconciliar las incongruencias acaecidas
hasta el momento entre la citoarquitectura de los mapas del
cerebro humano y del cerebro de primates no humanos. Estos
autores etiquetaron las regiones laterales de la circunvolución
orbitofrontal como áreas 47/12. Después de esta clasificación,
se llevaron a cabo diversas subdivisiones teniendo presentes
diferentes técnicas inmunohistoquímicas.
La corteza orbitofrontal recibe conexiones de las cinco modalidades sensoriales: el gusto, el olfato, la vista, la audición y
el sentido somatosensorial. Asimismo, recibe información
sensorial visceral. Todas estas entradas de información sensorial hacen de la corteza orbitofrontal la región polimodal por
antonomasia, con la posible excepción de las regiones rinales
del lóbulo temporal. La corteza orbitofrontal también presenta conexiones recíprocas con otras estructuras cerebrales,
como la amígdala, el hipotálamo, el hipocampo, el estriado, la
sustancia gris periacueductal, la ínsula y los opérculos, la corteza cingulada y la corteza prefrontal dorsolateral. En definitiva, en cuanto a su conectividad neuroanatómica, la corteza
orbitofrontal está emplazada en una posición que le permite
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integrar la información para modular la conducta por medio
de los sistemas motores y viscerales. Debido a ello, esta región
de la corteza desempeña un papel importante en las redes
neurales implicadas en el procesamiento de la información
emocional (p. ej., mediante sus conexiones directas con la
amígdala basolateral).
¡
Por sus conexiones con regiones de la corteza frontal
y otras estructuras cerebrales, la corteza orbitofrontal contiene información de la planificación conductual frontal y del procesamiento sensorial del entorno, lo que le permite actuar sobre el desarrollo de
determinadas conductas y respuestas fisiológicas.
Corteza prefrontal dorsolateral
Como se ha señalado, la corteza prefrontal dorsolateral recibe su principal entrada de información de la corteza parietal
posterior, así como del surco temporal superior. Estas conexiones son recíprocas. Además, la corteza prefrontal dorsolateral
presenta extensas conexiones con otras regiones cerebrales
sobre las que también proyecta la corteza parietal posterior,
por ejemplo, el colículo superior, los ganglios basales y la corteza cingulada.
Con respecto al control motor, se ha señalado anteriormente que la corteza prefrontal dorsolateral ayuda a seleccionar la estrategia que resulta más adecuada para poner en marcha el movimiento en función de la experiencia previa que
tiene la persona. Asimismo, esta área de asociación parece
participar en la toma de decisión de iniciar el movimiento.
En el capítulo 25 se explicará cómo los dilemas morales
personales generan una activación de la corteza prefrontal
dorsolateral por medio de la corteza cingulada anterior. La
corteza prefrontal dorsolateral podría ser una estructura crítica
para iniciar el discernimiento entre factores racionales y factores emocionales a la hora de tomar una decisión sobre la acción que se ha de llevar a cabo.
Por otro lado, las investigaciones realizadas hasta la actualidad indican que el control ejecutivo del procesamiento de la
información y del mantenimiento temporal de la información
recién percibida o recuperada de la memoria a largo plazo
cuando ya no existe en el entorno depende de una red que
engloba diferentes regiones cerebrales. Los estudios neuropsicológicos, electrofisiológicos y de neuroimagen funcional,
tanto en seres humanos como en otras especies, indican que
la corteza prefrontal desempeña un papel crítico en el funcionamiento de esta red y, por lo tanto, en la memoria de trabajo
y en la organización y el control ejecutivo de la conducta.
Como ya se ha señalado, es necesario tener presente que la
corteza prefrontal ocupa aproximadamente una tercera parte
del total de la neocorteza y está comunicada prácticamente
con todas las regiones corticales y subcorticales, lo que provoca que tenga una posición única para monitorizar y manipular los diferentes procesos cognitivos.
Tal como veremos en el capítulo 27, el concepto de funciones
ejecutivas describe un conjunto de procesos cognitivos superiores, como la resolución de problemas, la planificación mental, la
inhibición de conductas, el control de las acciones, etc., siendo
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
la función principal del sistema ejecutivo la monitorización
cognitiva de procesos y su regulación en función de las demandas ambientales. Por su parte, la memoria de trabajo constituye
un almacén de información limitado y dinámico imprescindible
para el correcto funcionamiento de las funciones cognitivas superiores mediadas por la corteza prefrontal (v. cap. 16).
La corteza prefrontal dorsolateral permite mantener y manipular activamente de forma temporal una pequeña cantidad
de información, de manera que pueda ser utilizada en función
de las demandas del medio (v. Material web. Contenido complementario. Corteza prefrontal dorsolateral: percepción e
interferencia emocional). Esto ayuda a proporcionar al individuo un sentido de continuidad a lo largo del tiempo, fundamentando la experiencia inmediata consciente que tiene del
entorno en relación con su presente psicológico. Parece ser
que este tipo de mantenimiento y manipulación activa de la
información interactúa de forma directa con el procesamiento
de los sucesos conscientes y con la atención selectiva (v. cap. 15).
Algunos autores sugieren que la cognición consciente coordina este tipo de procesamiento de la información. Otras hipótesis barajan la posibilidad de que gracias a este procesamiento son posibles las experiencias conscientes. También se
ha sugerido que esta capacidad limita el procesamiento indiscriminado de toda la información que llega al individuo, concediendo un trato especial a las pequeñas porciones de información que son necesarias para la implementación de las
conductas dirigidas a un fin determinado, salvaguardando a la
persona de las interferencias de la información irrelevante. De
todas formas, lo que no parece haber duda es que este tipo de
procesamiento tiene una capacidad y una duración limitadas.
¡
La corteza prefrontal dorsolateral desempeña un
papel crítico en el mantenimiento y la manipulación
activa de la información.
La posibilidad de mantener y manipular la información de
una forma activa durante su adquisición puede resultar de
gran importancia para el aprendizaje. Experimentos realizados con primates no humanos han puesto de manifiesto la
importancia de la corteza prefrontal dorsolateral en el aprendizaje, utilizando tareas de respuesta demorada. Las lesiones
de la corteza prefrontal dorsolateral provocan un deterioro
intenso en la realización de este tipo de tareas, que es proporcional al tiempo de demora (a mayor demora, mayor deterioro). Se ha podido comprobar que el déficit encontrado en el
aprendizaje de estas tareas no puede explicarse por alteraciones en la formación de asociaciones entre estímulos ni por
pérdidas de la capacidad de reconocimiento de los objetos
presentados durante los ensayos de aprendizaje.
El grupo de Fuster (1997) registró la actividad de la corteza
prefrontal dorsolateral mientras los primates no humanos llevaban a cabo una tarea demorada con colores. Estos autores
demostraron que las neuronas de esta región cortical mostraban una actividad persistente y sostenida durante el período
de demora. Esta actividad permanecía hasta que el sujeto experimental realizaba la respuesta. Investigadores del grupo de
Goldman-Rakic descubrieron que la cantidad de actividad
neural sostenida mostrada durante el período de demora por
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101
las neuronas de la corteza prefrontal dorsolateral predecía si
la tarea se aprendería o no. De este modo, cuando la actividad
de la corteza prefrontal dorsolateral durante el período de demora era débil, el olvido de los estímulos resultaba mayor.
¡
Anatómica y funcionalmente es posible destacar
que:
• La corteza prefrontal dorsolateral parece estar
implicada en el procesamiento de la información
sobre localizaciones espaciales.
• La región ventrolateral de la corteza prefrontal
parece ser crítica para el procesamiento de la información no espacial sobre objetos, caras, palabras, etcétera.
• La corteza prefrontal dorsolateral podría ser importante para la manipulación de la información.
• La región ventrolateral de la corteza prefrontal
podría ser importante para el mantenimiento de
la información.
Diferentes trabajos que han utilizado técnicas de neuroimagen han revelado que la corteza prefrontal dorsolateral se
activa cuando los participantes están intentando mantener la
información relevante de la tarea de aprendizaje. Dicha actividad persiste durante los períodos de demora en diferentes
tareas evaluadas utilizadas para analizar la memoria de trabajo de los individuos.
Otras regiones corticales y estructuras subcorticales también muestran una actividad similar durante tareas que implican períodos cortos de demora. Por esta razón, la corteza
prefrontal parece formar parte de un sistema neural más
complejo implicado en el mantenimiento y la manipulación
activa de la información (v. cap. 16). Dicho sistema estaría
estrechamente relacionado con las funciones ejecutivas. Algunos autores sugieren que la corteza prefrontal establece
interacciones funcionales con el lóbulo temporal medial y
con estructuras diencefálicas que resultan ser críticas para el
aprendizaje. De este modo, la corteza prefrontal podría controlar la información que llega a estas estructuras para su codificación y posterior consolidación.
Se ha podido comprobar en diferentes estudios que la corteza prefrontal dorsolateral contribuye de una manera clara al
aprendizaje de tipo explícito. Asimismo, contribuye al aprendizaje de tipo implícito cuanto esto requiere una secuenciación, organización y monitorización deliberada de la información.
¡
›
La corteza prefrontal participa tanto en el aprendizaje explícito como en el aprendizaje implícito.
En el lenguaje se da un claro ejemplo de aprendizaje
de tipo implícito. Frecuentemente, las reglas y regularidades de la gramática (incluso también el significado) son inferidas de forma inconsciente usando
diferentes formas de aprendizaje implícito. La corteza prefrontal dorsolateral podría contribuir de una
forma crítica a este tipo de aprendizaje.
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102
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
¡
En definitiva, el control ejecutivo del procesamiento
de la información y el mantenimiento temporal de la
información recién percibida o recuperada de la memoria a largo plazo cuando ya no existe en el entorno dependen de una red que engloba a diferentes
regiones cerebrales. Dentro de esta red, la corteza
prefrontal dorsolateral parece desempeñar un papel
cardinal en la memoria de trabajo y en la organización y en el control ejecutivo de la conducta.
■ SUSTANCIA BLANCA
Hasta ahora en este capítulo se ha hecho hincapié en la organización de la sustancia gris cerebral. Llegados a este punto,
cabría preguntarse sobre la estructuración de la sustancia
blanca. En general, existen tres tipos de fibras en la sustancia
blanca de los hemisferios cerebrales: las fibras comisurales, las
fibras de asociación y las fibras de proyección. Las fibras comisurales (también denominadas comisuras), interconectan los
hemisferios (Fig. 3-30). Se distinguen principalmente dos conjuntos de fibras, las que pertenecen al cuerpo calloso y las que
conforman la comisura anterior. El cuerpo calloso es la comisura
más extensa y une los dos hemisferios cerebrales por debajo de
la cisura longitudinal. Parece ser que el cuerpo calloso está compuesto, aproximadamente, por unos 300 millones de axones
mielínicos. Desde el punto de vista estructural, esta comisura se
va abriendo al llegar a los hemisferios, formando la denominada
radiación lateral del cuerpo calloso, en la que se distinguen un
pico anterior denominado fórceps, la rodilla, el cuerpo, el esplenio o rodete y el fórceps posterior. Por su parte, la comisura
anterior se localiza a nivel de la lámina terminal y comunica
regiones específicas de los hemisferios cerebrales, sobre todo la
zona inferior del lóbulo temporal y los bulbos olfatorios.
Otro tipo de fibras que se puede localizar en la sustancia
blanca de los hemisferios cerebrales es el de las fibras de aso-
ciación (Fig. 3-31). Éstas están compuestas por axones que
conectan regiones diferentes de la corteza cerebral pero dentro del mismo hemisferio. Dentro de las fibras de asociación
se encuentran algunas cortas en forma de «U» que conectan
circunvoluciones adyacentes. También existen diferentes haces de fibras que conectan regiones a diferentes distancias
dentro del mismo hemisferio. Dentro de este tipo de fibras,
por ejemplo, se ubican el fascículo unciforme (o uncinado), el
fascículo longitudinal inferior, los fascículos arqueado y cingular, el fascículo longitudinal superior y el fascículo occipitofrontal superior.
El tercer gran componente de la sustancia blanca de los
hemisferios cerebrales es el constituido por las fibras de proyección (Fig. 3-30). Como se ha señalado, la corteza establece
interconexiones con diferentes estructuras subcorticales, troncoencefálicas y medulares. Estas fibras aferentes y eferentes
discurren por lo que comúnmente se denominan fibras de
proyección. En una localización dorsal, las fibras se distribuyen
constituyendo la denominada corona radiada, mientras que en
una localización más ventral lo hacen a través de un tracto
denso denominado cápsula interna. La corteza establece proyecciones descendentes hacia el tronco del encéfalo y la médula espinal. Aquí se distinguen: las fibras descendentes, que
se originan en la corteza motora y que se dirigen a varios núcleos motores (p. ej., mediante el tracto corticobulbar); las fibras descendentes, que se originan en la corteza somatosensorial y se dirigen a núcleos sensoriales de relevo (como los
núcleos de las columnas dorsales) o de los nervios craneales;
las fibras que se dirigen al cerebelo a través de las proyecciones
corticopontinas (ya que son los núcleos pontinos del tronco
del encéfalo los que proyectan sobre el cerebelo), y las fibras
que se originan en la corteza motora y en lóbulo parietal, las
que en el bulbo forman las pirámides bulbares, para terminar
Fascículo
occipitofrontal
superior
Fibras en «U»
Fascículo
longitudinal
superior
Fascículo
occipitofrontal
inferior
Fascículo
uncinado
Fibras de proyección
Cuerpo calloso
Figura 3-30. Representación del cuerpo calloso y de las fibras de
proyección. Las fibras de proyección son aquellas que comunican
la corteza cerebral con regiones más caudales del encéfalo y de la
médula espinal. Entre éstas destacan la cápsula interna, la corona
radiada y el fórnix. Por otro lado, las fibras comisurales son las que
conectan estructuras de ambos hemisferios cerebrales. Entre las
comisuras interhemisféricas destacan el cuerpo calloso (representado en la figura) y la comisura anterior.
01 Sección I.indd 102
Figura 3-31. Representación de diferentes fibras de asociación
cortical. Las fibras de asociación son aquellas que conectan regiones de la corteza cerebral dentro de un mismo hemisferio. Se encuentran fibras de tamaño considerable que comunican entre sí
regiones corticales distantes y fibras de tamaño corto con forma de
«U» que comunican entre sí circunvoluciones adyacentes. Nótese
que a pesar de que se representen las fibras por encima de la
corteza, la sustancia blanca queda por debajo de ésta. Se representan de esta forma para que se pueda seguir su trayectoria en
relación con la corteza.
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
en la médula espinal (tracto corticoespinal lateral, que presenta los axones cruzados, y tracto corticoespinal ventral, cuyos axones no se cruzan en las pirámides bulbares). Se ha
podido comprobar que la mayor parte de la corteza cerebral
proyecta al estriado de una forma más o menos diferenciada
(constituyen una excepción las áreas visual y auditiva primaria). Como se ha descrito antes en relación con las áreas funcionales de la corteza, cada área sensorial primaria proyecta a
un área de asociación unimodal que integra información de
sólo un tipo de modalidad sensorial. Las áreas de asociación
unimodal proyectan a áreas de asociación polimodal que integran información de más de una modalidad sensorial. Las restantes áreas están implicadas en diferentes aspectos del control motor y en el procesamiento relacionado con capacidades
cognitivas y emocionales como la atención, las funciones ejecutivas, el lenguaje, el aprendizaje y la memoria (Fig. 3-32).
■ CONDUCTA, ADAPTACIÓN Y ORGANIZACIÓN
DEL SISTEMA NERVIOSO DESDE EL PUNTO
DE VISTA FILOGENÉTICO
Desde el punto de vista filogenético, como se analizará en
mayor profundidad en el capítulo 8, la aparición de animales
con un esqueleto interno posibilitó un aumento importante
del tamaño corporal. Esto supuso la necesidad de un gran número de células neurales para poder regir cuerpos más grandes, dado que, por ejemplo, a mayor número de fibras musculares es necesario un mayor número de motoneuronas. En el
caso de los vertebrados, la mielinización de los axones permitió aumentar la velocidad del impulso nervioso, que llega a ser
entre seis y nueve veces más rápida que en el caso de los axones de gran calibre de los invertebrados. De forma añadida al
aumento de la velocidad de conducción del potencial de acción a lo largo del axón, esta estrategia también supuso un
notable ahorro energético.
Desde los vertebrados más antiguos fi logenéticamente
hasta los más modernos se ha mantenido en el SNC una
Sustancia blanca
Sustancia gris
1
4
10
3
2
5
6
7
8
7
8
9
Figura 3-32. Resección cerebral que muestra la sustancia blanca
y el sistema ventricular (ventrículos laterales). 1, 2, 4 y 8: ventrículo lateral; 3: eminencia unciforme (calcar avis); 5: trígono; 6:
eminencia colateral: 7: hipocampo; 9: cápsula interna; 10: núcleo
caudado.
01 Sección I.indd 103
103
polarización rostrocaudal con cuatro regiones diferenciadas:
el encéfalo anterior, el encéfalo medio, el encéfalo posterior y la médula espinal. El encéfalo anterior está compuesto
por el diencéfalo y los hemisferios cerebrales (incluyendo el
bulbo olfatorio, a pesar de que en algunos vertebrados presente una localización claramente diferenciada de los hemisferios).
Dentro del diencéfalo, el tálamo ha mostrado notables modificaciones en cuanto al tamaño, al número de núcleos y a la
complejidad de éstos. Desde el punto de vista funcional, la
implicación del tálamo varía desde el mero procesamiento de
la información sensorial (en el caso de la mayoría de los anfibios y peces) hasta el procesamiento de la información cognitiva (en el caso del ser humano y de otros mamíferos). Debe
recordarse que en el ser humano esta estructura está compuesta por múltiples núcleos susceptibles de ser agrupados
funcionalmente. Uno de los grupos de núcleos es el de relevo
de la información sensorial. Se trata de núcleos que procesan
la información sensorial de diferentes modalidades y proyectan a las cortezas sensoriales. Otro conjunto de núcleos son
los de asociación. Estas neuronas están implicadas en el procesamiento de diferente tipo de información cognitiva y proyectan sobre la corteza de asociación. Una tercera agrupación
está compuesta por los núcleos de proyección difusa. Como su
nombre indica, proyecta de forma difusa por toda la corteza
cerebral. Parecen estar implicados en la regulación de la actividad cortical. Por último, están los núcleos de proyección motora. Se trata de neuronas que reciben información fundamentalmente del cerebelo y de los ganglios basales y envían
proyecciones a la corteza motora. En definitiva, parece ser que,
con independencia de la especialización funcional de los núcleos que componen el tálamo, el rasgo cardinal presente en
todos los vertebrados es que se trata de neuronas que proyectan a los hemisferios cerebrales.
Con respecto al hipotálamo, esta estructura del diencéfalo
está muy desarrollada en anfibios, reptiles y peces. Como se
ha mencionado, una de las funciones del hipotálamo es el
mantenimiento del equilibrio homeostático, por ejemplo,
participando en el control de la temperatura y en la regulación del sueño y de los ritmos circadianos. Diferentes autores
han sugerido que uno de los factores evolutivos cardinales
fue la aparición de la capacidad para regular la temperatura
corporal. El hipotálamo resulta importante para esta función
en tanto es el responsable de la liberación de las hormonas
tiroideas. Dichas hormonas regulan el mantenimiento de
una tasa metabólica basal al participar en el metabolismo de
los lípidos, glúcidos, proteínas y al aumentar la cantidad de
oxígeno que utilizan las células. No obstante, en sentido más
global, dicha función parece involucrar a otras partes del cerebro, dado que para poder mantener la temperatura metabólica que permita disponer de una temperatura constante,
es esencial ingerir los alimentos apropiados (desde el punto
de vista energético) y para poder distinguir este tipo de alimentos del resto es importante contar con el tálamo y con
los hemisferios cerebrales. En los animales ectotermos (Fig.
3-33) la regulación corporal no se da por proceso metabólico,
como en el caso de los mamíferos, sino por una actividad
específica: la búsqueda de calor de fuentes externas. En este
caso, lo que resulta importante es la capacidad para localizar
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104
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
Figura 3-33. Hembra de pitón de la India (Python molurus bivittatus). Las serpientes son animales ectotermos, es decir, animales
que toman su temperatura del medio. La regulación corporal no se
da por proceso metabólico, como en el caso de los mamíferos, sino
por una actividad específica: la búsqueda de calor de fuentes externas. Por otra parte, una serpiente puede estar semanas sin
probar bocado. Se trata de animales muy inactivos y que pasan
largas horas durmiendo. Las serpientes disponen de una corteza
cerebral organizada en tres capas diferenciadas de células.
las fuentes de calor externas. Funcionalmente el hipotálamo
también se ha vinculado con la conducta sexual y reproductora, con la agresión y con el componente aferente de la información emocional.
El tálamo de los peces y los anfibios está compuesto por
tres núcleos que proyectan a los hemisferios cerebrales enviando información somatosensorial, visual y auditiva. Por
esta razón, es lógico pensar que en estos animales los hemisferios sean eminentemente sensoriales. Filogenéticamente, la
evolución de los hemisferios cerebrales en los vertebrados se
ha caracterizado por una expansión de éstos.
La expansión de los hemisferios cerebrales está estrechamente relacionada con la cantidad el tipo de información procedente del tálamo. En los vertebrados más primitivos como
los no mandibulados, la información sensorial procede del
propio cerebro anterior (de los bulbos olfatorios). A lo largo de
la historia filogenética de los vertebrados, de forma paulatina
las proyecciones talámicas han ido adquiriendo mayor impor-
A
tancia, procesándose la información de otras modalidades
sensoriales como la auditiva, la visual o la somatosensorial.
Como se ha mencionado en relación con los hemisferios cerebrales, pueden distinguirse dos componentes diferenciales
en la sustancia gris, a saber: las estructuras subcorticales y la
corteza cerebral. Entre las estructuras subcorticales, destacan
el cuerpo estriado y la amígdala. El cuerpo estriado está formado por el núcleo caudado, el putamen y el globo pálido y
funcionalmente forma parte de un sistema neural junto con la
sustancia negra (mesencéfalo), el núcleo subtalámico, el tálamo (diencéfalo) y la corteza cerebral, fundamental para el
control motor. Desde un punto de vista filogenético, los núcleos caudado y putamen componen el neoestriado, mientras
que el globo pálido forma el paleoestriado.
Con respecto a la amígdala, en apartados anteriores se
han descrito sus principales implicaciones funcionales. Se
trata de una pequeña estructura subcortical con forma de almendra que se halla en el interior del lóbulo temporal medial,
adyacente a la porción anterior del hipocampo. Esta estructura
envía información al hipotálamo y al tronco del encéfalo para
poner en marcha los componentes de una emoción (componentes conductual, autónomo y endocrino) como respuesta a
situaciones de índole variada (v. cap. 24). Desde el punto de
vista filogenético, comparte una función en muchas especies
de vertebrados: la detección del peligro para posibilitar una
respuesta rápida y efectiva para evitarlo o afrontarlo. En primates parece ser de cardinal importancia para el procesamiento de algunos aspectos de la cognición social.
En cuanto a la corteza, ésta aparece ya en animales filogenéticamente antiguos, como los reptiles (Fig. 3-34). No obstante, otros vertebrados –como los anfibios– presentan el telencéfalo dorsolateral, en el que se distingue una lámina de
células que reciben información talámica de tipo somatosensorial, visual y auditiva. En mamíferos, dentro de la corteza
cerebral se encuentra una compleja organización laminar diferencial desde un punto de vista regional. La organización neuronal se hace cada vez más compleja a lo largo de la historia
filogenética. El cenit de dicha complejidad se alcanza con la
organización de la corteza cerebral de los vertebrados en capas
y en columnas. La organización por capas se fundamenta prin-
B
Célula piramidal
Figura 3-34. A) Ejemplar de camaleón del Yemen o camaleón velado (Chamaeleo calyptratus). B) Corteza cerebral de un camaleón. Es
posible distinguir tres capas claramente diferenciadas.
01 Sección I.indd 104
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Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
cipalmente en una distribución laminar, de forma que tanto las
proyecciones aferentes y eferentes como las propias neuronas
se disponen de manera organizada en estratos separados.
Por otro lado, la organización por columnas permite un procesamiento complejo de la información. Por ejemplo, en el sistema visual las neuronas corticales muestran una gran variedad
de respuestas. Dicha variedad podría explicarse en función de
la organización dentro de la corteza estriada (visual primaria o
V1) de las neuronas con diferentes campos receptores. Las respuestas de las neuronas en un punto dado de la corteza son
cualitativamente similares, pero cambian de manera suave y
continua si se recorre horizontalmente la corteza. Con respecto
a la orientación, si se introdujera un electrodo de registro de la
actividad neural se vería que todas las neuronas encontradas en
una penetración perpendicular de un electrodo en un punto
particular tendrían, muy probablemente, la misma orientación
preferencial, formando una «columna» de células con respuestas de características similares. Las columnas adyacentes, sin
embargo, tienen preferencias de orientación levemente diferentes. La misma preferencia de orientación se repite con intervalos de aproximadamente 1 mm a través de toda la corteza
estriada. Esta iteración provoca que haya neuronas que representen la gama completa de los valores de la orientación para
cada región del espacio visual. Estas columnas se ordenan en
torno a un punto central cuya orientación esta indefinida. La
progresión ordenada de la preferencia a la orientación, así
como otras características que también varían de esta manera
sistemática (color, dirección de movimiento, frecuencia espacial), se organizan dentro del mapa ordenado del espacio visual.
La organización columnar de la corteza estriada es también
evidente en las respuestas binoculares de las neuronas corticales. Aunque la mayoría de las neuronas en V1 responden a
estímulos provenientes de ambos ojos, la intensidad relativa
de estas entradas varía de neurona a neurona. En los extremos
de este continuo están las neuronas que responden, casi exclusivamente, al ojo izquierdo o al derecho y en el centro están
los que responden igualmente bien a ambos ojos. Como sucede con las preferencias de orientación, se requiere recorrer
1 mm a través de la superficie para muestrear completamente
los valores de dominancia ocular. Aunque este arreglo modular de la corteza visual fue reconocido primero para la orientación y las columnas de dominancia ocular, resultados posteriores han demostrado que otras características del estímulo,
como color, dirección del movimiento y frecuencia espacial,
también siguen este patrón de variación sistemática y de iteración. Estas zonas se relacionan sistemáticamente unas con
otras (p. ej., las columnas de orientación tienden a interceptar
perpendicularmente a las columnas de dominancia ocular). La
corteza estriada, entonces, se compone de unidades repetidas,
o módulos, que contienen toda la maquinaria neuronal necesaria para analizar distintas cualidades del estímulo de una
pequeña región del espacio visual. A estos módulos se los denomina hipercolumnas.
La evolución del tipo celular también se ha constituido
como uno de los factores importantes para explicar la sofisticación funcional experimentada por la corteza cerebral. De
esta forma, en mamíferos y en reptiles aparecen las células
piramidales. En mamíferos las neuronas de este tipo cuentan
con un soma de forma piramidal (de ahí, su nombre). De la
01 Sección I.indd 105
105
base del soma emergen a ambos lados las dendritas basales,
mientras que del vértice superior emergen las dendritas apicales (tallo apical). Esta conformación y la regionalización de
las proyecciones que llegan a estas neuronas posibilitan su
especialización funcional. El surgimiento de este tipo de neuronas dotó al sistema nervioso de los mamíferos y, en menor
medida, al de los reptiles de una capacidad notable para el
procesamiento de la información.
Entre los mamíferos existen múltiples diferencias en cuanto
al tamaño de la corteza cerebral. Debe recordarse que ésta
forma parte de los hemisferios cerebrales junto con otras estructuras subcorticales, como el cuerpo estriado. En algunos
mamíferos el desarrollo de la corteza cerebral ha sido tal, que
ha llegado a cubrir por completo a las estructuras subcorticales. Por ejemplo, entre éstos se encontrarían los chimpancés,
los delfines y el ser humano.
›
El ser humano presenta 1,2 × 1010 neuronas en la
corteza cerebral.
Como se ha señalado previamente, la corteza cerebral presenta una especialización funcional distribuida en sus diferentes lóbulos. A grandes rasgos, tal como se ha señalado
previamente, en la neocorteza pueden distinguirse tres tipos
funcionales: corteza sensorial, corteza motora y corteza de
asociación. Los mapas de la corteza sensorial no representan
el cuerpo en proporción real. Las zonas con mayor representación cortical son aquellas partes del cuerpo que desempeñan un papel fundamental en la discriminación táctil y de las
que se debe tener información sensorial precisa. Lo mismo
ocurre con la corteza motora. En ella se da una representación
desproporcionada de las diferentes regiones del cuerpo. En
tanto que la corteza motora primaria se encuentra vinculada
al control de la musculatura corporal, ésta no parece ser muy
diferente entre los mamíferos. Donde sí se encuentran diferencias más sustanciales es en la superficie relativa que ocupan en la corteza motora primaria las regiones que envían
información a grupos musculares que resultan cardinales para
un determinado nicho ecológico. De esta forma, los primates
somos capaces de mover los dedos de las manos con gran
destreza, lo cual nos posibilita llevar a cabo la manipulación
de diferentes objetos del entorno. En este caso, el tamaño relativo del área de la corteza motora primaria en la que se representan los músculos de los dedos es considerable y ocupa
más espacio relativo en comparación con otros mamíferos.
›
Los primates cuentan con un mínimo de nueve áreas
premotoras, mientras que los mamíferos no primates tienen sólo de dos a cuatro.
En cuanto a la corteza de asociación, su principal función es
asociar diferentes tipos de procesamiento de la información,
como su nombre indica. De este modo, se puede integrar la
información procedente de otras áreas corticales y de estructuras subcorticales para percibir la información del entorno de
una forma global y compleja, para poder desarrollar conductas
lo suficientemente flexibles que viabilicen la adaptación del
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106
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
organismo a un medio eminentemente cambiante y a fin de
posibilitar diferentes formas de procesamiento cognitivo.
¿Qué ha sucedido en la evolución filogenética? En primates y
en cetáceos, estas regiones de la corteza han experimentado
un gran desarrollo. Por ejemplo, en el caso del ser humano
ocupan aproximadamente el 85 % de la neocorteza. Además,
este incremento de las áreas corticales de asociación no se encuentra relacionado directamente con el tamaño corporal.
›
Autores como Todd Preuss sugieren que, comparando el lóbulo frontal del ser humano con otros
primates, el porcentaje de corteza prefrontal con
respecto a la corteza frontal puede haber cambiado,
siendo mayor en el ser humano. Schoenemann et al.
han mostrado que la sustancia blanca prefrontal es,
en proporción, mucho mayor en los seres humanos
que en otros primates, lo que sugiere un grado superior de conectividad en esta parte del encéfalo.
Por otro lado, Semendeferi et al. han confirmado
que el área 10 de la corteza prefrontal es dos veces
mayor en los seres humanos que en los simios.
Con respecto a regiones más primitivas de la corteza, como
la arquicorteza o la paleocorteza ubicadas en el lóbulo temporal medial, su tamaño relativo también parece variar en función de la experiencia y del nicho ecológico ocupado.
›
01 Sección I.indd 106
En el año 2000 Maguire et al. mostraron que taxistas
londinenses con años de experiencia en la conducción del taxi por las calles de la ciudad presentaban
un mayor volumen de la región posterior del hipocampo, en comparación con individuos de control. El
hipocampo (arquicorteza) es una estructura ubicada
en la zona temporal medial del cerebro que resulta
crítica para consolidar la información adquirida y
para almacenarla en la memoria. De igual forma,
esta estructura parece desempeñar un papel importante en el almacenamiento de las representaciones
espaciales acerca del entorno. Así, por ejemplo, se
ha podido comparar el tamaño diferencial del hipocampo en dos especies de perritos de la pradera
(Cynomys). Los perritos de las praderas son roedores nativos del norte de América. Existen diferentes
especies de este tipo de roedores. Los machos de
una de las especies son monógamos, mientras que
los machos de otra resultan ser acusadamente polígamos. Los machos monógamos dedican toda su
vida a la misma hembra y al cuidado de su progenie,
mientras que los polígamos transitan vastas extensiones de terreno en busca de hembras a las cuales
fecundar en época de celo. En el primer caso, los
machos viven en entornos pocos cambiantes y muy
estables con respecto a las representaciones espaciales. En cambio, los machos polígamos tienen que
enfrentarse frecuentemente a entornos muy diferentes, en los que han de llevar a cabo la adquisición
de continuas representaciones espaciales entre los
estímulos que configuran el espacio que recorren. El
tamaño del hipocampo es significativamente superior en los machos que presentan poligamia, en
comparación con los machos monógamos.
›
El plano temporal (planum temporale) es una región
cortical que en el ser humano se encuentra asociada
al procesamiento de la información relacionada con
el lenguaje. Esta región presenta asimetría estructural, siendo mayor en el hemisferio izquierdo que
en el derecho en los seres humanos, en los chimpancés y en los monos Rhesus. A nivel microscópico
el cerebro humano se distingue del de los otros dos
primates en que presenta unas minicolumnas corticales mayores y en que la región entre columnas es
más amplia en el hemisferio izquierdo que en el derecho, mientras que en el caso de los monos Rhesus
y los chimpancés las columnas y el área entre columnas son del mismo tamaño en ambos hemisferios cerebrales.
La neotenia (conservación del estadio juvenil en el organismo adulto, debido a un retardo pronunciado del ritmo de
desarrollo corporal, en comparación con el desarrollo de las
células germinales y órganos reproductores) parece estar relacionada con el desarrollo de la corteza cerebral, en tanto que
podría haber facilitado el desarrollo posnatal del cerebro, períodos más amplios de proliferación celular y el mantenimiento durante más tiempo de los mecanismos de plasticidad
neural que posibilitan la modificación de la estructura y la
función del sistema nervioso en relación con la experiencia del
organismo y los cambios del medio en el que se encuentra.
En cuanto a las zonas más caudales del SNC (tronco del
encéfalo, cerebelo y médula espinal), éstas se han mantenido con poca variabilidad en las diferentes especies de vertebrados. No obstante, hay algunas diferencias que merecen
destacarse. El colículo superior (tectum, en vertebrados no mamíferos) ha conservado su implicación funcional vinculado a
la información visual en la historia filogenética. La diferencia
fundamental es que en el caso de los mamíferos no es un centro visual primario. En anfibios y peces el tectum integra la
información sensorial con la información motora, dado que
esta región presenta la capacidad de activar a los centros motores de la médula espinal. A partir de los reptiles, este tipo de
integración sensoriomotora se pierde. Por otro lado, el colículo
inferior (torus semicircularis, en vertebrados no mamíferos) se
ha vinculado con el procesamiento de la información auditiva
y esta función se ha ido conservando en todos los vertebrados.
No obstante, en aquellos que ocupan un nicho ecológico en el
cual la información auditiva cobra especial importancia para
interaccionar con el medio, el tamaño relativo de esta estructura es mayor.
En relación con el cerebelo, se trata de una de las excepciones del encéfalo posterior, ya que ha presentado una enorme
variedad a lo largo de la filogenia en los vertebrados. De forma
progresiva, el cerebelo ha ido recibiendo e integrando infor-
›
El núcleo dentado del cerebelo es mayor en el ser
humano que en otros primates. Esta región del cerebelo recibe aferencias de la corteza lateral cerebelosa y envía eferencias a la corteza cerebral a través del tálamo, pudiendo participar en diferentes
aspectos cognitivos.
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
mación sensorial de diferentes modalidades (visual, auditiva,
vestibular y somatosensorial), posibilitando un control preciso
del equilibrio del cuerpo, la coordinación de los movimientos
e incluso el aprendizaje de destrezas motoras.
Por último, en relación con la médula espinal, su organización se ha mantenido poco variable a lo largo de la historia
filogenética. Algunas de las diferencias que se han encontrado
en los vertebrados están relacionadas con su diámetro y longitud; otras, con los ensanchamientos cervical y lumbar de la
médula espinal que aparecen por la inervación de las extremidades. En el ser humano dichos ensanchamientos se pueden
observar de forma clara debido a la ingente cantidad de información que reciben y envían los brazos y las piernas.
Es necesario partir de la premisa de que la conducta desempeña una función cardinal en la adaptación de los animales a
un entorno eminentemente cambiante. En la historia filogenética, a partir del surgimiento del sistema nervioso, la presión
selectiva ha facilitado el aumento de tamaño de éste y la implementación de una organización que, en términos generales, cada vez ha resultado ser más compleja, lo cual ha redundado positivamente, posibilitando una mejor interacción
entre el organismo y el entorno. Es posible destacar que, a lo
largo de la historia filogenética, diferentes factores anatómicos, fisiológicos, ecológicos y etológicos han contribuido al
tamaño encefálico que presentan los diferentes animales.
Considérense, en primer lugar, las estrategias reproductivas y
de cuidado de la progenie. Una hembra de anaconda verde
(Eunectes murinus) puede parir entre 20 a 40 crías (Fig. 3-35 A).
Éstas no recibirán cuidados parentales y tendrán que valerse
por sí mismas desde los primeros minutos de vida. Por otro
lado, una hembra de bonobo (Pan paniscus) cuidará a su cría
durante aproximadamente 5 años (Fig. 3-35 B). Existen dos
estrategias principales de cuidado entre diferentes especies de
vertebrados. Por un lado, la implementada por animales que
tienen muchas crías y que ofrecen pocos o ningún cuidado
parental a dichas crías después del nacimiento y, por otro lado,
A
B
Figura 3-35. Existen dos estrategias principales de cuidado entre
diferentes especies de vertebrados: la implementada por animales que tienen muchas crías y que ofrecen pocos o ningún cuidado parental a dichas crías después del nacimiento, y la implementada por especies que tienen muy pocas crías y se aplican
con esmero en los cuidados posnatales durante un tiempo considerable. Por ejemplo, una hembra de anaconda verde (Eunectes
murinus) puede parir entre 20 a 40 crías (A). Éstas no recibirán
cuidados parentales y tendrán que valerse por sí mismas desde
los primeros minutos de vida. Por otro lado, una hembra de bonobo (Pan paniscus) cuidará a su cría durante aproximadamente
5 años (B).
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107
la implementada por especies que tienen muy pocas crías y se
aplican con esmero en los cuidados posnatales durante un
tiempo considerable. En el caso de la anaconda, sus crías nacerán con unos 70-80 cm de longitud, pero crecerán rápidamente hasta alcanzar su madurez sexual en sus primeros años
de vida. En el caso de las crías de bonobo, éstas crecerán de
una forma lenta y pausada y alcanzarán su madurez sexual en
torno a los 14 años de edad. En el primer tipo de estrategia
reproductiva, las crías presentan un rápido desarrollo con una
pronta madurez sexual; en el segundo el desarrollo es más
lento y la madurez sexual se alcanza con posterioridad. En el
primer tipo de estrategia hay mayor número de crías que en el
segundo. Al comparar en el tiempo las dos estrategias se advierte que, a mayor tiempo de cuidado parental, la posibilidad
de que las crías aprendan de sus progenitores es notable. Sobre la base de estos datos, algunos autores han sugerido que
la selección natural ha favorecido el desarrollo del sistema
nervioso subyacente a la capacidad de aprendizaje posnatal
por parte de las crías en aquellas especies que utilizan la segunda estrategia reproductiva.
Las especies que han implementado en su repertorio conductual pautas de cuidado de la progenie enseñan a sus crías
cómo localizar y cómo memorizar los emplazamientos dentro
de su nicho ecológico en los que es más probable obtener
nutrientes que ayuden a mantener su tasa metabólica. Asimismo, ayudan a mantener constante la temperatura corporal
de sus crías.
›
En las noches frías de las selvas húmedas del África
central, las madres bonobo abrazan a sus crías, que
al nacer presentan mermadas su capacidad termorreguladora. Los bonobos se dividen en grupos durante el día para buscar comida y posteriormente se
reúnen para dormir en los árboles en nidos que
construyen para tal efecto. El vínculo de una madre
bonobo con su cría es muy fuerte. La madre enseña
a la cría a buscar comida y a fabricar nidos para
mantener su temperatura corporal constante.
La capacidad de mantener constante la temperatura corporal está presente en algunas especies de animales (homeotermos), mientras que otros carecen de esta capacidad y tienen que mantener la temperatura a través del uso de fuentes
externas de calor (poiquilotermos). Para poder mantener la
temperatura se necesita un sustrato nervioso específico. Algunos autores, ante el hecho de que los animales poiquilotermos suelen presentar encéfalos más pequeños en comparación con los animales homeotermos, han sugerido que el
desarrollo del encéfalo ha posibilitado la implementación de
la capacidad de aprendizaje por parte de la crías para localizar
y memorizar las fuentes de alimento y para solventar el mantenimiento de la temperatura corporal ante de las exigencias
del medio (p. ej., aprendiendo a construir nidos para resguardarse del mal tiempo) (Fig. 3-36).
No obstante, es necesario tener presente que el cerebro
requiere cantidades ingentes de energía para su funcionamiento. En un mamífero adulto el cerebro gasta aproximadamente el 18 % de su tasa metabólica basal. ¿Qué sucede en los
neonatos de algunos mamíferos con este fuerte gasto energé-
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108
Sección I. Introducción a la neurociencia cognitiva
necesario poder coger las ramas con exactitud, saltar calculando muy bien las distancias, y todo ello acompañado por el
desarrollo de la facultad de integrar las imágenes provenientes de los dos ojos en una sola, elaborando una percepción en
tres dimensiones. Estas capacidades dependen de regiones
corticales concretas que tuvieron que aparecer para poder permitir una interacción adaptativa en un medio arborícola.
›
Figura 3-36. Las aves nidífugas, como las crías de avestruz (Struthio
camelos), al nacer poseen un estado de desarrollo avanzado, siendo
capaces de llevar una vida independiente de sus progenitores. Por
lo general, dejan el nido apenas salen del cascarón, siendo capaces
de movilizarse y de controlar su temperatura. Las aves nidícolas,
por su parte, nacen en un estado de desarrollo menos avanzado y
necesitan el cuidado de sus progenitores, permaneciendo en el nido
hasta alcanzar el desarrollo. Las aves nidícolas tienen encéfalos
aproximadamente dos veces más grandes que las aves nidífugas
del mismo tamaño.
tico si, además, se tiene en cuenta que este órgano nace poco
maduro en las especies que requieren del cuidado parental
para subsistir? Resulta que el gasto energético del cerebro se
triplica en los estadios iniciales del desarrollo. Esto supone
que los progenitores han de proporcionar los alimentos apropiados para mantener la tasa metabólica de sus crías.
›
Algunos estudios han mostrado que el promedio en
el cociente de inteligencia de los niños alimentados
con leche materna es aproximadamente entre 8 y 12
puntos más elevado que el mostrado por los niños
criados con leche artificial.
En general, puede afirmarse que los mamíferos con mayores cocientes de encefalización (v. Material web. Contenido
complementario. Cociente de encefalización) muestran una
tendencia más acusada a ocupar nuevos espacios en el ecosistema, en comparación con mamíferos con cocientes menores.
Al respecto, es necesario tener presente que diferentes factores han podido contribuir a generar una presión selectiva en
relación con el desarrollo del encéfalo y las capacidades sensoriomotoras y cognitivas. En cuanto al nicho ecológico, algunas especies mantuvieron su posición en un hábitat fundamentalmente arborícola, mientras que otras ocuparon otros
nichos carentes de árboles. La vida arborícola pudo contribuir
al desarrollo de la coordinación sensoriomotora, dado que
para poder desenvolverse con éxito en este tipo de hábitat es
01 Sección I.indd 108
En el caso de las aves, por ejemplo, el nicho ecológico que ocupan también puede ayudar a explicar el
tamaño del encéfalo que presentan, dado que las
aves arborícolas presentan encéfalos más grandes,
en comparación con las aves terrestres.
Diversos estudios han encontrado una relación importante
entre tamaño encefálico y longevidad. No obstante, se ha de
tener presente que vivir muchos años no es un factor que
tenga que promover el desarrollo del sistema nervioso, en
tanto que animales muy longevos como las tortugas presentan cocientes encefálicos muy bajos. De todas formas, algunos
autores han sugerido que si un organismo presenta un cociente encefálico superior a 1 y además tiene una vida longeva, podría haber una presión selectiva que favorezca el desarrollo de ciertas regiones del sistema nervioso para
posibilitar la capacidad de aprender y de hacer acopio de las
experiencias pasadas, dado que si la vida es larga puede resultar muy adaptativo poder almacenar la información de forma
que se puedan evitar las fuentes de peligros potenciales y la
obtención de alimentos en diferentes circunstancias, de modo
que, por ejemplo, si se da un ciclo de «vacas flacas» se pueda
acceder a fuentes alternativas de alimentos.
En relación con los alimentos, otros trabajo han mostrado
que dentro de los primates el tamaño del encéfalo puede variar en función a los regímenes nutricionales, dado que los
primates frugívoros (que se alimentan de frutas) presentan
encéfalos mucho mayores que los primates folívoros (que se
alimentan de hojas y corteza de los árboles). Al respecto, para
que un animal pueda alimentarse de fruta, necesita tener las
capacidades perceptivas que le permitan distinguir las frutas
que están maduras de aquellas que no lo están (vista y olfato).
Necesita también contar con los recursos que le posibiliten
almacenar la información sobre la ubicación de los diferentes
árboles frutales en el espacio y sobre el momento de maduración de los frutos. Todas estas capacidades requieren un sustrato neural subyacente.
Otro aspecto importante es el constituido por las interacciones ecológicas acaecidas entre diferentes especies que
han implementado una presión selectiva en relación con el
desarrollo del sistema nervioso. Por ejemplo, un aumento
del desarrollo de las capacidades sensoriomotoras de diferentes mamíferos herbívoros podría implicar una presión
selectiva sobre dichas capacidades en mamíferos carnívoros,
dado que sólo podrán subsistir y procrear aquellos animales
que puedan alimentarse correctamente. Y en sentido contrario, sólo los herbívoros con capacidades efectivas de huida
de sus depredadores podrán trasmitir sus genes. Esto podría
explicar un desarrollo del sistema nervioso paralelo e interdependiente.
13/09/13 10:02
Capítulo 3. Introducción a la organización del sistema nervioso
›
Robin Dunbar ha establecido una correlación entre
el tamaño del grupo social y el tamaño del encéfalo
en primates y simios. Según este autor, existen dos
escalas diferentes y paralelas, una para los simios y
otra para los demás primates. En ambos casos,
cuanto mayor es la neocorteza, más grande es el
grupo social. No obstante, en comparación con los
demás primates, en el caso de los simios un tamaño
grupal determinado requiere un mayor tamaño neocortical. Este autor sugiere que el aumento del tamaño de los grupos sociales se podría deber al problema ecológico del riesgo de depredadores, y que
la presión y complejidad de vivir en grupos sociales
cada vez de mayor tamaño impulsará el desarrollo
del tamaño del encéfalo.
En el caso de los primates y los mamíferos marinos, las interacciones sociales constituyen uno de los factores cardinales
en relación con el desarrollo del encéfalo. De esta forma, parece haber una importante relación entre el tamaño del grupo
y el tamaño de la neocorteza. Una vida en sociedad implica la
aparición de una serie de capacidades cognitivas y emocionales que permitan al sujeto responder de forma flexible y adaptativa a las normas y a la dinámica de dicha sociedad.
Es necesario tener presente que la flexibilidad cognitiva y
conductual para responder de forma adaptativa a los requerimientos de un medio eminentemente cambiante, resolviendo
los problemas que se vayan produciendo, está muy relacionada con el éxito reproductivo y con el tamaño del encéfalo.
A medida que el cerebro se ha ido desarrollando, también
ha ido creciendo el tamaño del grupo social. Algunos autores
sugieren que las capacidades cognitivas superiores surgieron
como adaptación a las recién evolucionadas necesidades sociales. En el capítulo 8 se profundizará en todos estos aspectos.
¡
La selección natural ha ido modelando paulatinamente a lo largo de la filogenia diferentes aspectos
relacionados con el sistema nervioso, como el número de neuronas de la corteza cerebral, el número
de contactos sinápticos, la velocidad de conducción
del potencial de acción y la especialización estructural y funcional de diferentes regiones encefálicas. La
flexibilidad cognitiva y conductual para responder de
forma adaptativa a los requerimientos de un medio
cambiante se ha desarrollado de forma paralela,
abriendo múltiples vías filogenéticas, una de las
cuales ha conducido al ser humano y es la que en
este momento de la historia evolutiva demarca el
límite de dicha capacidad.
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01 Sección I.indd 1
17/09/13 14:30
Parte I
Neuropsicología
SECCIÓN II
Plasticidad y desarrollo
6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
7. Reverva cognitiva
02 Sección II.indd 162
13/09/13 10:05
Mecanismos celulares y moleculares
de la plasticidad cerebral y la cognición
F. Jáuregui Huerta, J. García Estrada, R. Ramos Zúñiga y S. Luquín de Anda
6
a Resumen conceptual
✓ La plasticidad que el cerebro posee para modificar sus funciones y estructura en respuesta a las demandas del
entorno es una de sus características más fascinantes. El cerebro cambia con el uso, los circuitos cerebrales se
modifican en función de la actividad y, por supuesto, las sinapsis se reestructuran como consecuencia de la experiencia. La eficiencia de las conexiones sinápticas puede aumentar o disminuir de manera más o menos duradera
en función de su actividad.
✓ Se denomina plasticidad sináptica a corto plazo a los cambios transitorios que se presentan en una sinapsis recientemente estimulada. La plasticidad sináptica a largo plazo, por su parte, implica cambios duraderos en la eficiencia
de las conexiones sinápticas. El conocimiento de los mecanismos sobre los cuales operan esos cambios es actualmente uno de los temas más atendidos en el campo de las neurociencias.
✓ Este capítulo se dedicará al estudio de los mecanismos moleculares y celulares que subyacen a la plasticidad cerebral. Se tomará a la sinapsis como eje central del estudio y, en consecuencia, se abundará en los conceptos que
han dominado el tema de la plasticidad sináptica durante las últimas décadas: la potenciación y la depresión sináptica en sus variantes de corto y largo plazo.
✓ Adicionalmente, se revisarán dos aspectos que sin duda ocuparán una posición central en el tema de la plasticidad
durante los próximos años: la neurogénesis en la vida adulta y el papel de las células gliales en los eventos plásticos.
G Objetivos de aprendizaje
• Conocer los mecanismos básicos que subyacen a la transmisión de impulsos químico-eléctricos y la importancia
de la sinapsis en el procesamiento cerebral de la información.
• Comprender los elementos, procesos moleculares y propuestas teóricas asociados a la plasticidad sináptica a corto
plazo.
• Describir y analizar los conocimientos actuales en torno al fenómeno de la plasticidad sináptica a largo plazo y sus
variantes.
• Identificar y comprender las propuestas actuales que vinculan a la neurogénesis adulta con la plasticidad cerebral
y la cognición.
• Comprender la importancia de las células gliales en los procesos asociados a la plasticidad cerebral y la cognición.
■ PLASTICIDAD EN LA SINAPSIS
«[...] la corteza cerebral semeja un jardín poblado de innumerables
árboles, las células piramidales, que gracias a un cultivo inteligente
pueden multiplicar sus ramas, hundir más lejos sus raíces y producir
flores y frutos cada día más exquisitos».
SANTIAGO RAMÓN Y CAJAL
Tal como hemos visto en capítulos anteriores, el cerebro es
el órgano que da sustento a la cognición. Funciones como el
pensamiento, la atención, la sensación, la percepción, la emoción, el lenguaje, el aprendizaje y la memoria hacen posible
la adaptación de los individuos a su ambiente, un ambiente
que cambia de forma continua y a veces impredecible. Desde
el inicio de su existencia hasta la muerte, los seres humanos
perciben, codifican y almacenan experiencias provenientes de
un entorno que construyen con imágenes, sonidos, olores,
sabores y sensaciones táctiles. Integran, además, información
como el hambre, la sed, el dolor, el sueño o el deseo provenientes del medio interno. Con asombroso dinamismo, el
aparato cognitivo percibe, integra y responde a esos estímulos.
El cerebro es sin duda, el principal mediador de esa actividad.
Como ningún otro órgano, se transforma en respuesta a la
experiencia.
La plasticidad es una de las características distintivas del
sistema nervioso. Es sinónimo de cambio, de dinamismo,
163
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164
Sección II. Plasticidad y desarrollo
de transformación y adaptación. Involucra al cerebro en su
totalidad y puede aplicarse a fenómenos tan variados como
la neurogénesis, la recuperación funcional tras una lesión, la
reorganización de mapas o circuitos corticales en función de
distintas experiencias, la reorganización del árbol dendrítico
en una neurona en específico o a los cambios en la estructura
sináptica atribuidos al aprendizaje. Lejos de ser un sistema
estático de elementos interconectados, como antiguamente
se creyó, el sistema nervioso es un órgano dinámico, que se
desarrolla y cambia continuamente en respuesta a programas
genéticos y a la interacción con el ambiente.
El cerebro recoge información acerca del propio organismo
y del ambiente que lo rodea, integra esa información, la analiza
y emite respuestas apropiadas en fracciones de tiempo considerablemente cortas. Para lograrlo, posee un mecanismo que le
permite comunicar con un margen de distorsión impresionantemente reducido a poco más de 80 000 millones de neuronas.
¡
La sinapsiss es el elemento anatómico-funcional que
facilita la comunicación entre neuronas. En general,
se agrupan en dos grandes tipos: las sinapsis eléctricas y las sinapsis químicas.
Como se ha señalado en el capítulo 2, las sinapsis eléctricas
son minoría en el cerebro humano y funcionan permitiendo
que la información eléctrica fluya pasivamente de una neurona a otra gracias a dos condiciones: a) las membranas celulares de las neuronas comunicadas están muy próximas entre
sí y b) poseen un arreglo estructural característico que conecta
el citoplasma de ambas neuronas y permite la continuidad
eléctrica entre las células.
Las sinapsis químicas, por su parte; son mayoría en el
sistema nervioso y poseen características funcionales de
especial interés en el tema de la plasticidad sináptica. Su
peculiar organización es una muestra clara del dinamismo
que caracteriza a todo el sistema nervioso. En ellas, el flujo
eléctrico es una señal que inicia y culmina una serie de sucesos cuyo actor central es un mediador químico denominado neurotransmisor. A diferencia de lo que ocurre en las
sinapsis eléctricas, en las químicas las membranas de las
neuronas que se comunican están separadas por un espacio denominado hendidura sináptica. La existencia de este
espacio separa funcional y estructuralmente a la neurona
presináptica de la postsináptica. Gracias a eso, las sinapsis
químicas son estructuras altamente dinámicas que modulan el flujo de información en los diferentes circuitos nerviosos. La figura 6-1 ilustra la estructura y los componentes
generales de una sinapsis química típica.
Si se simplifica una de estas unidades funcionales, puede
describirse la siguiente secuencia de acontecimientos:
1. Una señal eléctrica viaja a través del axón e invade el terminal axónico de la neurona presináptica.
2. El terminal axónico contiene en su citoplasma pequeñas
vesículas repletas de neurotransmisores que liberan hacia
el espacio intersináptico su contenido en respuesta al estímulo eléctrico.
Citoesqueleto
Componente
presináptico
Cerebro lateral
Vesícula
Exocitosis
Ca2+
Neurotransmisor
Componente postsináptico
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Ca2+
Figura 6-1. Componentes generales de la sinapsis química. La
sinapsis química involucra en su
concepción tradicional dos elementos centrales: el componente presináptico y su contraparte postsináptica. En el
componente presináptico son
esenciales las estructuras que
facilitan la liberación del transmisor: canales de calcio que se
activan cuando un potencial de
acción invade el terminal, vesículas que contienen cantidades
discretas de neurotransmisor, y
neurotransmisores que son liberados al espacio intersináptico
periódicamente. El componente
postsináptico, a su vez, está dotado de una maquinaria molecular que permite a la neurona receptora recibir y procesar la
señal proveniente del lado presináptico. Destaca en esta maquinaria la presencia de diferentes
tipos de receptores de membrana sensibles a ligandos o
neurotransmisores específicos.
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Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
3. Después de atravesar la hendidura sináptica, el neurotransmisor se une a su receptor en la membrana postsináptica
y genera cambios en la permeabilidad y/o en la funcionalidad de la célula postsináptica.
4. El neurotransmisor sufre un proceso de inactivación que
evita que su acción sobre el receptor sea prolongada.
Los pasos 2 y 3, que se han descrito con extrema simplicidad, y que se encuentran desarrollados en el capítulo 2, son
cruciales para el fenómeno de la plasticidad sináptica. Gran
parte de la capacidad que la estructura sináptica posee para
adaptarse a situaciones cambiantes tiene que ver, por un lado,
con los eventos presinápticos que concluyen con la liberación
del transmisor y, por otro, con las acciones que ese transmisor
genera en la neurona postsináptica. Aun cuando esta secuencia es relativamente invariable, su ejecución es esencialmente
dinámica, flexible y moldeable.
¡
Así, el proceso de liberación del transmisor no es un
proceso estático que se repite una y otra vez sin sufrir variaciones; por el contrario, la eficiencia con
que se realiza el proceso en general es susceptible
de sufrir cambios aumentando o disminuyendo, por
ejemplo, la cantidad de transmisor que se libera. De
modo semejante, los eventos postsinápticos son
moldeables y se vuelven más o menos eficientes en
función de las propias necesidades.
Como hemos visto en el capítulo 2, si bien la sinapsis es
una unidad funcional, es posible distinguir elementos clave
para el fenómeno de la plasticidad tanto en su aspecto presináptico como en su aspecto postsináptico. Se dedicará la mayor parte de este capítulo a la exposición de los mecanismos
que subyacen a ese fenómeno. Para fines didácticos, se hará
una exposición un tanto arbitraria, separando los eventos presinápticos de los postsinápticos. En función del tiempo en que
se presentan los cambios plásticos en la sinapsis, se adoptará
la clásica postura que los divide en cambios a corto y largo
plazo. Atendiendo a la dirección en que ocurren, se distinguirán aquellos tendientes a incrementar la eficiencia sináptica
(potenciación) de los orientados a disminuir la eficiencia de la
sinapsis (depresión). Debe el lector tener en cuenta que algunos aspectos relacionados con esta manera de organizar los
eventos asociados a la plasticidad son tema de controversia y
que, para todo fin, la ubicación del fenómeno de plasticidad
a corto plazo como evento presináptico y el de plasticidad
sináptica a largo plazo como evento postsináptico es meramente didáctica.
Eventos asociados a la plasticidad
en el terminal presináptico
La intervención de mensajeros químicos en la transmisión
de señales dentro del sistema nervioso hace de esta transmisión un proceso por sí mismo versátil y plástico, dada la gran
variedad de mediadores y efectos existentes. La existencia de
neurotransmisores permite que las sinapsis no sólo puedan
diferenciarse unas de otras en función del tipo de mediador
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165
implicado, sino que además facilita que el proceso en sí mismo
sea regulable, moldeable y adaptable. En una sinapsis química
típica, la secuencia de procesos que conducen a la liberación
de un neurotransmisor tiene el siguiente orden:
1. Una señal eléctrica que se genera en la porción adyacente
del cono axónico viaja a lo largo del axón e invade el terminal axónico o botón presináptico.
2. En el terminal axónico, la señal eléctrica produce un incremento en la concentración de Ca2+ intracelular a través de
la activación de canales de Ca2+ dependientes de voltaje.
3. El incremento en la concentración de Ca2+ intracelular (de
valores cercanos a los 100 nM en condiciones de reposo
hasta valores próximos a los 100 µM tras la activación) produce que una serie de pequeñas vesículas ancladas al citoesqueleto se separen de éste primero y formen luego un
poro de fusión con la membrana plasmática para liberar su
contenido (neurotransmisor) hacia la hendidura sináptica.
4. El mensajero químico liberado se une a un receptor ubicado en la membrana postsináptica y genera un efecto
conocido como potencial postsináptico. La figura 6-2 ilustra los principales eventos presinápticos.
El primero de los eventos asociados a la plasticidad sináptica que se revisará tiene esencialmente que ver con esta secuencia. Se lo conoce como plasticidad presináptica a corto plazo.
¡
El fenómeno de plasticidad presináptica a corto
plazo supone que los potenciales postsinápticos
pueden aumentar o disminuir transitoriamente
(desde fracciones de segundo hasta un máximo de
30 minutos) como respuesta a la liberación del neurotransmisor por los terminales presinápticos. La
plasticidad a corto plazo presenta entonces dos posibilidades: una que implica un incremento breve en
la fuerza sináptica y se denomina potenciación a
corto plazo
o y otra que implica una disminución en
la fuerza sináptica y se denomina depresión sináptica a corto plazo.
La figura 6-3 ilustra las dos formas de plasticidad sináptica
a corto plazo.
Potenciación a corto plazo
La potenciación a corto plazo es un claro ejemplo de que las
sinapsis pueden «registrar» su propia actividad y modificarse
en consecuencia. Si se estimula, por ejemplo, de manera repetida y muy próxima en el tiempo un terminal axónico, el resultado puede ser que la amplitud del potencial o de las corrientes
eléctricas que se generan en la célula postsináptica sea varias
veces más grande si se mide después del último estímulo que
si se mide después del primero. Si la duración de esos cambios
no supera los 30 minutos, el término que se aplica para este
fenómeno es el de potenciación a corto plazo.
¡
En función de la actividad, la sinapsis puede volverse
transitoriamente más eficiente.
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166
Sección II. Plasticidad y desarrollo
Citoesqueleto
Vesícula
4
7
1
3
Sinaptotagmina
Potencial de acción
Ca2+
Exocitosis
2
5
Neurotransmisor
6
Canal de calcio
sensible a voltaje
La descripción de tres eventos asociados a la potenciación
a corto plazo (facilitación, aumento y potenciación postetánica) ayudará a comprender mejor el fenómeno.
Si dos potenciales de acción invaden el terminal sináptico
con una diferencia de tiempo menor que un segundo, se observa que el segundo potencial libera más neurotransmisor
Ca2+
Figura 6-2. Eventos presinápticos asociados a la plasticidad.
La llegada de un potencial al
terminal presináptico inicia una
cascada de eventos cuyo fin es
la liberación de un neurotransmisor al espacio intersináptico.
La existencia de proteínas de
membrana sensibles a cambios en el voltaje producidos
por el potencial de acción permite el ingreso de calcio al interior de la célula. El incremento
en la concentración de calcio
intracelular es un factor clave
en la liberación de neurotransmisor, puesto que facilita la liberación de la vesícula que lo
contiene y su acarreo hacia la
membrana de la neurona (exocitosis). Una vez vaciado el contenido de la vesícula hacia el
espacio intersináptico, la vesícula es reciclada y posteriormente reutilizada.
que el primero. Si el incremento observado bajo esas condiciones es lo suficientemente importante para persistir desde
unas décimas hasta unas centésimas de segundo, se dice que
el proceso sufre el fenómeno de facilitación. Bajo esta lógica,
cuanto mayor es el tiempo que transcurre entre un estímulo
y otro (y, en consecuencia, la probabilidad de liberación del
Figura 6-3. Plasticidad sináptica a corto plazo. La plasticiFacilitación
Depresión
dad sináptica a corto plazo incluye los fenómenos de
facilitación y depresión presiVesículas preparadas
para ser liberadas
náptica. En el caso de la faciliRecuperación de vesículas
tación, la presentación de estíVesículas preparadas
para ser liberadas
mulos repetidos produce
cambios presinápticos que haSensor de
Sensor de
Recuperación
Ca2+
Ca2+
cen más eficiente el proceso de
de vesículas
liberación del neurotransmisor
Maquinaria de
Maquinaria de
Ca2+
liberación
liberación
e incrementan la amplitud del
2+
Ca
potencial postsináptico. Dicha
Canal de
Neurotransmisor
Canal de
calcio activo
Neurotransmisor
eficiencia puede deberse a faccalcio inactivo
tores como el incremento en el
flujo de calcio hacia el interior
Potencial postsináptico
Potencial postsináptico
del terminal, el aumento en la
sensibilidad de las proteínas
sensoras de calcio, la mayor
disposición de vesículas (incremento en su capacidad de recuperación o incremento en el
cantidad disponible para liberación) o la mejora en la eficiencia de la maquinaria responsable del proceso de exocitosis. La depresión presináptica, por el contrario, se traduce en una disminución
en la fuerza sináptica. Los mecanismos involucrados podrían ser la disminución en la actividad de los canales de calcio responsables de su
influjo, una menor disponibilidad de vesículas o el decremento en la actividad de la maquinaria responsable tanto de sensar los niveles de
calcio intracelulares como del proceso de exocitosis.
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Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
neurotransmisor p es más alta), menor es la facilitación que el
par de estímulos genera y viceversa.
Si se produce luego una situación en la que se hace llegar un número mayor de potenciales al terminal sináptico y
no sólo un par como en el caso anterior, se puede observar
que la eficacia sináptica aumenta con cada nuevo estímulo
y que la constante de tiempo de caída del proceso se prolonga. Es decir, no sólo se incrementa la efi cacia sináptica
conforme el estímulo se repite, sino también la permanencia del efecto. A esta etapa del proceso se la denomina fase
de aumento.
Finalmente, si se incrementa aún más el número de potenciales que se hacen llegar al terminal sináptico hasta alcanzar lo que se conoce como estimulación tetánica (un tren
conformado por cientos de pulsos), se presenta el fenómeno
de potenciación postetánica, que se caracteriza por un fuerte
incremento en la eficacia sináptica cuya permanencia es aún
mayor (la constante de caída del proceso varía de 0,9 hasta
15 minutos).
¿Qué cambios ocurren en la sinapsis que permiten que su
eficiencia mejore en el corto plazo? Si se busca una respuesta
a esta pregunta, se encuentra que el incremento transitorio
en la fuerza sináptica descrita aquí obedece en gran medida
a cambios presinápticos cuya manifestación central es el notable incremento en la liberación del neurotransmisor. La
liberación del neurotransmisor, como se ha mencionado, es
producto de una secuencia de acontecimientos que requieren
invariablemente la participación de dos elementos: Ca2+ y vesículas que contienen cantidades discretas de neurotransmisor. Cada terminal axónico tiene un número (n) de vesículas
disponibles para liberar el transmisor y cada vesícula a su vez
una probabilidad (p) determinada de liberar el transmisor en
respuesta a un potencial de acción. En consecuencia, cuando
la fuerza sináptica se incrementa, se supone bien que la cantidad de vesículas disponibles se ha incrementado, bien que
la probabilidad de liberación ha aumentado, bien que ambas
cosas han ocurrido.
¡
La hipótesis que tradicionalmente se ha planteado
para comprender la potenciación a corto plazo se
conoce como hipótesis del Ca2+ residual y fue sugerida hace casi medio siglo por Katz y Miledi.
La hipótesis del Ca2+ residual parte del hecho de que la relación entre la entrada de Ca2+ y la liberación del transmisor no
es lineal sino binomial, de manera que un pequeño cambio en
la concentración de Ca2+ se traduce en un incremento drástico
en la probabilidad de liberación del transmisor. Cuando un
potencial de acción invade el terminal presináptico, activa los
canales de Ca2+ dependientes de voltaje y, en un período que
tarda alrededor de 1-2 ms, se produce un ingreso masivo de
Ca2+ al terminal. Si bien el ingreso es muy rápido, el retorno
a los niveles de Ca2+ de reposo es un proceso más lento.
Cuando los potenciales de acción se presentan con extrema
proximidad temporal, lógico es pensar que una pequeña porción del Ca2+ que ingresó con el potencial previo se acumulará
al que le sucede y que el neurotransmisor liberado será entonces más abundante. De aquí que el llamado Ca2+ residual
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167
sea considerado un mediador central en el fenómeno de la
plasticidad sináptica a corto plazo.
›
La hipótesis de Katz y Miledi ha sido enriquecida por
estudios más recientes que han demostrado que la
aplicación de agentes capaces de incrementar o reducir la concentración presináptica de Ca2+ intracelular
aumenta o reduce de igual forma la liberación del neurotransmisor. El Ca2+ residual responsable de esto
puede unirse a dianas moleculares que no necesariamente son las mismas que se activan durante el potencial de acción. La proteína que normalmente funciona como sensor para la sincronización de la
liberación tras un potencial de acción es una proteína
de baja afinidad al Ca2+ conocida como sinaptotagmina.
Recientemente se ha postulado la existencia de un
sensor de mayor afinidad para explicar este fenómeno,
ubicado posiblemente entre las proteínas responsables de la fusión de vesículas a la membrana celular.
De manera alterna y tal vez complementaria a la hipótesis
del Ca2+ residual, existen en la actualidad dos hipótesis que
intentan explicar los fenómenos de facilitación, aumento y
potenciación, tomando como referencia la dinámica del Ca2+.
La primera de ellas se conoce como hipótesis de la saturación
de los mecanismos de amortiguación endógena de Ca2+. Propone
la participación de proteínas presinápticas fijadoras de calcio
cuya función es interceptar iones de Ca2+ en el espacio ubicado
entre los canales de Ca2+ y los sitios de liberación. La acción
de estas proteínas disminuiría inicialmente la probabilidad de
liberación del transmisor. Sin embargo, la consecuente saturación generada por la invasión repetida de estímulos incrementaría la probabilidad de liberación del neurotransmisor,
dado que con cada estímulo la cantidad de Ca2+ capaz de alcanzar el sitio de liberación suele incrementarse. La segunda
de estas hipótesis sugiere que el mecanismo responsable de la
facilitación podría ser la capacidad que tienen las corrientes de
Ca2+ para incrementarse de manera dependiente de la actividad. De esta forma, el incremento en la liberación del transmisor podría ser causado directamente por un incremento en el
flujo de Ca2+. En este caso, las proteínas sensibles al Ca2+ (p. ej.,
calmodulina) podrían cumplir un papel determinante, puesto
que inciden directamente en la generación y la regulación de
esas corrientes.
Depresión sináptica a corto plazo
La estimulación repetida del terminal axónico en intervalos de tiempo muy reducidos también puede tener como
resultado una disminución transitoria en la fuerza sináptica.
Cuando éste es el caso, el nombre que corresponde al fenómeno es el de depresión sináptica a corto plazo.
¡
Contrariamente a lo que ocurre en el fenómeno de potenciación, la depresión presináptica se caracteriza por
una notable y transitoria disminución en la cantidad de
neurotransmisor liberado luego de una estimulación
repetida (pulsos pareados o estimulación tetánica).
13/09/13 10:06
168
Sección II. Plasticidad y desarrollo
¿Cómo se explica el fenómeno de depresión presináptica?
La comprensión del fenómeno de depresión a corto plazo,
de manera semejante al de potenciación, está lejos de ser
completo. La primera descripción de esta forma de plasticidad fue hecha en 1954 por Del Castillo y Katz. Estos autores
demostraron mediante análisis cuántico que algunas sinapsis
reducen el número de cuantos liberados después de la estimulación. A fin de explicar el fenómeno, Liley y North introdujeron la hipótesis de la depleción, en la que sugirieron que la
causa de la disminución en la liberación del neurotransmisor
tras la estimulación tetánica podría ser un fenómeno al que
denominaron depleción vesicular.
El modelo de depleción sostiene que la depresión sináptica
se incrementa cuando la probabilidad de liberación y la frecuencia de activación se incrementan. La recuperación de la
depresión, a su vez, puede acelerarse si se incrementan los
niveles de calcio presináptico.
›
El botón presináptico cuenta con cientos de vesículas en la proximidad de la zona activa; generalmente
sólo una cantidad inferior del 5 % de esas vesículas
están preparadas y suelen liberarse en respuesta a
una secuencia de estímulos. El número de vesículas
que se liberan con el potencial de acción depende de
la cantidad de vesículas listas para ser liberadas y
de la probabilidad que cada una de esas vesículas
tiene de liberar su contenido hacia el espacio intersináptico. Por lo tanto, dado que el número de vesículas disponibles para liberación es limitado,
cuando un potencial de acción libera una cantidad
considerable de estas vesículas, el estímulo siguiente liberará notablemente menos vesículas y se
generará un efecto de depresión presináptica.
La depresión presináptica también puede ser explicada
en función de la actividad de los sitios presinápticos especializados en la liberación de neurotransmisores y de la maquinaria molecular responsable de esa actividad. De acuerdo
con la hipótesis de la inactivación de los sitios de liberación, la
fusión de una vesícula al sitio de liberación puede inhibir
la fusión de la siguiente vesícula y generar depresión presináptica incluso en sinapsis en las que no existe depleción de
vesículas. Las proteínas responsables de la fusión vesículamembrana resultan entonces factores clave en el fenómeno
de depresión presináptica. En apoyo a esta hipótesis, ha sido
demostrado que el bloqueo de la endocitosis vesicular tras la
fusión con la membrana celular reduce el reclutamiento de
vesículas preparadas para liberación e incrementa la depresión presináptica.
El flujo de calcio hacia el interior del botón presináptico
podría también desempeñar un papel importante en el fenómeno de la depresión presináptica. Si el influjo de calcio, del
cual hoy se sabe que está regulado por proteínas sensoras que
interactúan con los canales de calcio (calmodulina, proteína
unidora de calcio I o la proteína neuronal sensora de calcio I),
disminuye por algún cambio en la actividad de esas proteínas,
la consecuencia lógica podría ser la depresión presináptica.
Finalmente, existe una propuesta que asegura que la depresión a corto plazo involucra la actividad de receptores me-
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tabotrópicos y ionotrópicos presinápticos. Dada la existencia
probada de este tipo de receptores en el terminal presináptico
de muchas neuronas y su sensibilidad a neurotransmisores
como el glutamato, ácido gg-aminobutírico (GABA) o adenosina, es viable pensar que esos receptores podrían funcionar
como un sensor que, al detectar una cantidad determinada de
neurotransmisor en el espacio intersináptico, se activarían y
por algún mecanismo terminarían por reducir la liberación del
transmisor liberado en esa sinapsis (homosináptico) o en una
sinapsis vecina (heterosináptico). Véase Recuadro 6-1.
Eventos asociados a la plasticidad
en el elemento postsináptico
La serie de eventos que ocurren en el otro lado de la sinapsis, la neurona postsináptica, ha sido por su parte ampliamente estudiada con relación a la plasticidad sináptica. Algunos de ellos son cruciales y se los revisará brevemente.
Tal como hemos visto con detenimiento en el capítulo 2,
una vez que la vesícula sináptica ha liberado su contenido
hacia el espacio o hendidura sináptica, el mensajero químico
se une a sitios especializados ubicados en proteínas de membrana denominados receptores para neurotransmisores. Aunque existe una gran cantidad de sustancias que cumplen los
criterios para ser considerados neurotransmisores, los efectos
de éstos en la célula postsináptica pueden ser agrupados en
tres grandes tipos:
• La activación del receptor postsináptico por el neurotransmisor despolariza la membrana postsináptica y, en
consecuencia, produce lo que se conoce como potencial
postsináptico excitatorio.
Recuadro 6-1. Plasticidad sináptica a corto plazo y procesos cognitivos
Tradicionalmente, los procesos presinápticos de facilitación y depresión a corto plazo han sido propuestos como
los fenómenos fisiológicos que dan sustento a formas muy
básicas de aprendizaje. La habituación y la sensibilización
son conductas elementales para la supervivencia de los individuos y, en opinión de un número creciente de autores,
tienen como base fisiológica los procesos de depresión y
facilitación sináptica a corto plazo, respectivamente.
Más allá de estas formas de conducta tan básicas, es indudable que los eventos plásticos aquí descritos influyen sobre el procesamiento de información en una gran cantidad
de redes neurales. Si se acepta el hecho de que la actividad
sináptica cerebral y el funcionamiento cognitivo están intrínseca y bidireccionalmente relacionados, la posibilidad
de que estos eventos incidan en el funcionamiento cognitivo
se amplía notablemente. En opinión de algunos autores,
estas formas de plasticidad a corto plazo, más que asociarse a un proceso cognitivo específico, como la habituación y la sensibilización, podrían actuar como un filtro general que interviene en el procesamiento de muchos tipos
de información y así, filtrar bandas de frecuencias bajas o
altas, en función de que en las sinapsis se presente depresión o facilitación respectivamente. Véase también Material
web. Contenido complementario. Plasticidad sináptica en
sistemas nerviosos simples: el modelo de Aplysia.
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Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
• La activación del receptor postsináptico por el neurotransmisor hiperpolariza la membrana postsináptica y produce
entonces un potencial postsináptico inhibitorio.
• La activación del receptor postsináptico por el neurotransmisor genera otro tipo de reacciones químicas que modifican
el funcionamiento de las neuronas de manera distinta que
cuando sólo se afecta la conducción de estímulos eléctricos.
›
La cantidad de neurotransmisor liberado presinápticamente determina el tamaño del potencial postsináptico y, en consecuencia, la posibilidad de que un
potencial de acción se propague. Mucho de lo que
hoy se sabe acerca de este tema se debe a Bernard
Katz y sus colaboradores. Ellos demostraron la existencia de pequeñas despolarizaciones postsinápticas denominadas potenciales postsinápticos en miniatura, que se producían después de la liberación
del contenido de una vesícula sináptica. Observaron
que esos pequeños potenciales eran producto de la
liberación del neurotransmisor contenido en una
única vesícula y los denominaron cuanto. Concluyeron luego que los potenciales más grandes eran producto de la liberación de varios cuantos simultáneos, dado que los tamaños de los más grandes
parecían ser múltiplos de los más pequeños.
La comprensión de estos eventos se facilitará analizando
en particular el caso de las sinapsis glutamatérgicas. El glutamato, como es bien sabido, es el neurotransmisor excitatorio
por excelencia dentro del sistema nervioso y, por su abundancia y variedad de efectos, uno de los más estudiados. Un punto
adicional a favor de la relevancia del sistema glutamatérgico
en este capítulo es su importancia en el tema de la plasticidad sináptica. Como se ha mencionado en el capítulo 2, una
vez liberado por la neurona presináptica, el glutamato interactúa con sus receptores postsinápticos, que pueden ser de
dos tipos: ionotrópicos (incluyen en su estructura un canal
permeable a iones como el sodio, el potasio y el calcio) y metabotrópicos (acoplados a proteínas G, cuya activación promueve o inhibe la activación de diferentes cascadas moleculares que modifican el funcionamiento ya sea de la membrana,
el citoplasma o incluso el núcleo celular). Dentro del primer
grupo de receptores se han descrito tres: N-metil-D-aspartato
(NMDA), ácido a-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico (AMPA) y kainato. Dado que estos receptores funcionan como canales catiónicos, la unión del glutamato a cualquiera de ellos produce una despolarización de la membrana
postsináptica y, en consecuencia, un potencial postsináptico
excitatorio. El receptor AMPA es responsable la mayoría de
las veces de la aparición rápida de potenciales postsinápticos
excitatorios en muchas regiones del cerebro.
El receptor NMDA, por su parte, posee características que lo
hacen especial entre los receptores ionotrópicos. La figura 6-4
ilustra la estructura general de este receptor. Si se observa en
detalle, se descubre como una proteína particularmente bien
regulada. Su activación requiere, a diferencia de la mayoría de
los receptores de este tipo, la unión del agonista glutamato y de
por lo menos un coagonista: glicina y/o D-serina. Mientras la
membrana se encuentra en reposo, el canal del receptor suele
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169
estar bloqueado por un ion Mg
g2+ que se desprende transitoriamente cuando la membrana se despolariza. La conductancia
del canal acoplado al receptor es notablemente alta para el Ca2+
y esa característica lo vuelve particularmente interesante debido
a la gran cantidad de funciones que dependen de las variaciones en los niveles de Ca2+ en las células nerviosas. El receptor
NMDA suele estar enclavado en una región postsináptica microscópicamente distinguible por su alto contenido de proteínas involucradas en la señalización y el andamiaje celular. Su
ubicación estratégica le permite a su vez conectarse a diversas
vías de transducción de señales hacia el interior de las células
cuya trascendencia en el tema de la plasticidad es crucial.
¡
El receptor NMDA es la estructura molecular más estudiada con relación al tema de la plasticidad sináptica, particularmente de la plasticidad sináptica a largo
plazo. Es tal su importancia en el tema, que para muchos autores la plasticidad sináptica puede dividirse
en dependiente del receptor NMDA y no dependiente
del receptor NMDA. La que involucra al receptor
NMDA es la que mejor se comprende en la actualidad.
En estrecha relación con estos eventos y estructuras postsinápticas, ha surgido el fenómeno asociado a la plasticidad
denominado plasticidad sináptica a largo plazo. A diferencia de
la plasticidad sináptica a corto plazo, ésta es más duradera. Ya
desde los primeros años de la década de l970, con los trabajos
de Bliss y Lomo, comenzaron a aparecer descripciones acerca
de un fenómeno de modificación a largo plazo de la eficacia de
la transmisión sináptica. Se observó entonces que los cambios
en la eficacia sináptica podían también ir en dos direcciones
opuestas: incrementar o disminuir permanentemente la eficiencia de una conexión sináptica. Cuando se observa un incremento duradero en la eficiencia sináptica, se hace referencia
al fenómeno de potenciación a largo plazo y cuando lo que ocurre
es un decremento duradero, nos referimos al fenómeno de depresión a largo plazo. Ambos serán abordados a continuación.
Potenciación a largo plazo
¡
Potenciación a largo plazo es un término que incluye
a un grupo de fenómenos plásticos, caracterizados
por un incremento notable en la eficacia sináptica
después de un período de exposición de una sinapsis
a estimulación de alta frecuencia.
La comprensión del fenómeno de potenciación parecía
relativamente simple en los años iniciales de su estudio. De
acuerdo con las primeras descripciones, la mejora en la eficacia sináptica que se observaba tras la estimulación repetida de
una vía sináptica podría depender ya sea de un incremento en
la cantidad de neurotransmisor liberado (evento presináptico)
o de un aumento en la capacidad de la neurona postsináptica para responder a la misma cantidad de neurotransmisor
(evento postsináptico). Pese a que en la más reciente década
la balanza parece inclinarse hacia el lado postsináptico, ese
aparentemente simple planteamiento continúa siendo controvertido. Otro aspecto que genera controversia, es el hecho
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170
Sección II. Plasticidad y desarrollo
Sitio de unión
de glutamato
Ca
Na+
Sitio de unión
de glicina
Mg2+
Terminal
presináptico
K+
Mg2+
Ca
2+
Na+
Receptor NMDA
Receptor AMPA
2+
Despolarización
Ca2+
Figura 6-4. Estructura del
receptor NMDA. El receptor
NMDA (N-metil-D-aspartato)
es posiblemente la estructura
molecular más estudiada en
relación con los procesos de
plasticidad sináptica. Es una
proteína formada por cuatro
subunidades, que posee diferentes sitios de unión para sus
ligandos (glutamato y glicina).
Es permeable a calcio, sodio y
potasio. Su activación, además
de la unión de su ligando, requiere de una previa despolarización. Dicha situación lo hace
especial entre los receptores
de su tipo, dado que es a la vez
sensible a cambios en el voltaje
y a ligando. El cumplimiento de
estas condiciones produce la
liberación de una molécula de
magnesio incrustada en el poro
que forma las cuatro subunidades y su consecuente apertura.
Una vez activado, el receptor
favorece principalmente el ingreso de calcio a la neurona
postsináptica, iniciando con
ello una cascada de eventos especialmente relevantes en el
tema de la plasticidad sináptica. AMPA: ácido a-amino3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico.
Proteína-cinasa
Terminal
postsináptico
de que el término ha sido aplicado indistintamente a fenómenos celulares y moleculares que suelen diferir. La potenciación
a largo plazo no sólo ha sido descrita en regiones estructural y
funcionalmente distintas del cerebro, sino en tipos neuronales
y sistemas de neurotransmisión que difieren sustancialmente.
Más aun, la variedad de métodos empleados para preparar,
aislar tejidos e inducir la potenciación a largo plazo ha incrementado esta controversia, dado que suelen aparecer resultados opuestos incluso cuando se induce en una misma
unidad sináptica. Más allá de éstos y otros temas que resultan
controvertidos, la amplia cantidad de investigaciones que se
han realizado en este campo ha permitido crear importantes
consensos y mantener a la potenciación a largo plazo como
un evento central en la fisiología de los procesos cognitivos
02 Sección II.indd 170
(v. Material web. Contenido complementario. Los inicios en
el estudio de la plasticidad: Hebb, Lomo y Bliss).
¡
Inicialmente, el fenómeno de potenciación a largo
plazo estuvo vinculado casi exclusivamente a los
procesos de memoria y aprendizaje. Hoy en día es el
modelo más aceptado de cambio funcional en la conectividad sináptica dependiente de la actividad en
el cerebro, y ha sido propuesto como mecanismo
básico en la comprensión no sólo del funcionamiento cognitivo, sino también de funciones tan importantes como la maduración funcional de las sinapsis y los procesos de remodelación nerviosa en
condiciones normales y patológicas.
17/09/13 13:59
Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
Características de la potenciación
a largo plazo
Además del hecho obvio de que la potenciación a largo
plazo es un fenómeno duradero, existen otros hechos que lo
caracterizan. Las más ampliamente aceptadas de esas características se analizarán a continuación.
Especificidad. La potenciación a largo plazo es un fenómeno que sólo se produce en las vías estimuladas y no en
otras no estimuladas. Este planteamiento parece obvio; sin
embargo, la obviedad se reduce cuando se considera –como se
verá más adelante– que algunos de los cambios moleculares
que se desencadenan con la estimulación de alta frecuencia
provienen del soma celular y se dirigen sólo a sinapsis especificas dentro de los cientos o miles de sitios sinápticos que
una neurona puede tener en la totalidad de sus ramificaciones
(Recuadro 6-2).
Asociatividad. La potenciación a largo plazo puede establecerse después de un estímulo relativamente débil, siempre
y cuando esté asociado a una fuerte estimulación eléctrica o
tetanización.1 La asociatividad que caracteriza a la potenciación a largo plazo ha sido ampliamente estudiada en el caso
de las sinapsis glutamatérgicas y los receptores tipo NMDA.
De acuerdo con lo descrito anteriormente, el glutamato puede
actuar sobre diferentes tipos de receptores postsinápticos. Inicialmente, los receptores NMDA no suelen activarse en presencia del glutamato debido a que el poro que los atraviesa y
permite el flujo de iones está bloqueado por iones magnesio
Recuadro 6-2. ¿Por qué se potencian sólo las sinapsis
estimuladas?
La respuesta a este interrogante es uno de los tantos misterios que acompañan a la potenciación a largo plazo. Una
posible explicación proviene de la hipotética existencia de
una «ruta sináptica marcada» que permite que se identifiquen los sitios en los que deben operar los cambios moleculares que suelen acompañar a la potenciación a largo
plazo. Otra posibilidad es que, como se ha observado en
algunas dendritas, exista en las sinapsis estimuladas una
maquinaria in situ que se active con la estimulación y que
sea capaz de producir y usar localmente los componentes
moleculares requeridos para realizar un cambio plástico
duradero. Otro hecho que también podría estar implicado
es que los elementos necesarios para producir el cambio
plástico se distribuyan inespecíficamente en diferentes sinapsis y generen una especie de sensibilización que facilite o no la inducción de la potenciación a largo plazo en
función de la actividad sináptica. Y, por último, otra posibilidad es que se combinen algunas de las propuestas anteriores, es decir, que los componentes que facilitan el cambio sináptico puedan producirse tanto en el soma como
localmente y distribuirse de forma difusa a través del árbol
dendrítico para luego ser capturadas y utilizadas por ciertas sinapsis previamente «marcadas».
1
La estimulación tetánica consiste en una fuerte estimulación
eléctrica de trenes de alta frecuencia (v. apartado Inducción).
02 Sección II.indd 171
171
(v. Fig. 6-4). Eventualmente, el receptor NMDA puede activarse si se cumplen dos condiciones: a) que el glutamato que
se libera presinápticamente se una a su sitio en el receptor y
b) que el ion magnesio que tapa el poro haya sido expulsado en
respuesta a una fuerte despolarización previa. La apertura del
receptor NMDA permitirá entonces el ingreso de calcio hacia el
interior de la neurona postsináptica y desencadenará una serie
de cambios de especial importancia en el fenómeno de plasticidad a largo plazo. Si se piensa en términos de comunicación
entre neuronas, puede imaginarse que una neurona presináptica descarga un fuerte estímulo sobre su contraparte postsináptica. En condiciones especiales, la despolarización producida en la dendrita postsináptica podría ser lo suficientemente
intensa para expulsar el ion magnesio que obstruye el receptor
NMDA en otras sinapsis a lo largo de esa dendrita. Si en ese
preciso instante ocurre que un nuevo estímulo (un estímulo
relativamente débil) libera glutamato y activa a alguno de esos
receptores, ocurrirá probablemente que el receptor NMDA se
activará como consecuencia de un estímulo que normalmente
no lo habría activado. Cuando la potenciación a largo plazo
involucra este mecanismo se habla de asociatividad.
Cooperatividad. En ocasiones, también puede inducirse
el fenómeno de potenciación a largo plazo aplicando estímulos no muy fuertes a vías que confluyen en una región específica de la dendrita postsináptica. En este caso, la suma de
despolarizaciones individuales puede en su conjunto generar
una despolarización lo suficientemente intensa para producir
potenciación a largo plazo. A esta variación se la conoce como
cooperatividad y supone que las sinapsis que se activan simultáneamente cooperan para producir una despolarización lo
suficientemente intensa para generar PLP. Recuerde el lector
que las sinapsis pueden sumarse tanto en tiempo (sumación
temporal), como en espacio (sumación espacial).
Fases de la potenciación a largo plazo
¡
La potenciación a largo plazo presenta una fase
temprana y una fase tardía, que incluyen la secuencia: inducción, expresión y mantenimiento.
Aunque se supone que los mecanismos precisos difieren
en función de características como la región cerebral, el tipo
de neurotransmisor y otros factores, esta secuencia ha sido
ampliamente estudiada experimentalmente y, gracias a la riqueza de protocolos empleados, se conocen algunos de los
mecanismos moleculares que acompañan a la potenciación
a largo plazo. Se revisarán a continuación los datos de que
ahora se dispone en cada uno de los eventos asociados a la
potenciación a largo plazo.
Inducción. El término inducción hace referencia a los eventos iniciales de la potenciación a largo plazo, es decir, lo que
ocurre desde que se elige y aplica un protocolo para potenciar
una sinapsis, hasta que se registran los primeros cambios en
la eficiencia de sinapsis estimulada. En la actualidad se dispone de una gran variedad de técnicas y protocolos capaces
de inducir potenciación a largo plazo. El número de regiones
cerebrales en las que es posible inducir potenciación a largo
13/09/13 10:06
172
Sección II. Plasticidad y desarrollo
plazo es también cada vez más amplio. Los protocolos más
comunes suelen utilizar las sinapsis excitatorias que se establecen en el circuito hipocampal. En un experimento típico, se
obtiene una sección o rebanada del hipocampo y se estimula
y registra la actividad eléctrica en sinapsis establecidas entre
las regiones CA3 y CA1, por ejemplo. La figura 6-8 ilustra la
formación hipocampal. La intención es generar condiciones
de estimulación que se asemejen en la medida de lo posible
a las condiciones en que normalmente opera el cerebro. En
general, suelen utilizarse secuencias de estímulos denominados trenes de alta frecuencia o tétanos. La tetanización típicamente dura varios segundos, se libera en frecuencias que van
desde los 25 a los 400 Hz e incluye un número de estímulos
que suele variar entre los 100 y los 1.000. El resultado, como
es de esperar, es que la efectividad de la sinapsis estimulada
aumenta. Se sabe hoy que el éxito en la inducción de la potenciación a largo plazo depende en gran medida del flujo
de calcio hacia el citoplasma de la neurona postsináptica. Por
mucho tiempo se pensó que ese ingreso era exclusivamente
mediado por el receptor NMDA. Sin embargo, la utilización
de nuevos métodos de estudio y las variaciones en los protocolos de inducción han permitido comprobar que la inducción
de la potenciación a largo plazo también puede lograrse a través de la activación de otro tipo de proteínas transmembrana,
entre ellas las conocidas como canales de calcio de activación
lenta dependientes de voltaje (VDCC).
¡
La potenciación a largo plazo que se induce haciendo uso del receptor NMDA se conoce como potenciación a largo plazo dependiente del receptor
NMDA y la que se induce haciendo uso de cualquier
otro mecanismo se conoce como potenciación a
largo plazo no dependiente del receptor NMDA.
Poco se sabe de la variación precisa que se requiere en la
concentración de Ca2+ para inducir la potenciación a largo
plazo y de las vías de señalización que el Ca2+ activa una vez
que se ha producido la fluctuación. Las investigaciones más
recientes han fijado su atención en un grupo de proteínas conocidas como proteínas-cinasas (capaces de regular el funcionamiento de diferentes proteínas a través del mecanismo
conocido como fosforilación), cuya actividad se relaciona de
manera importante con las variaciones en los niveles de Ca2+.
Se mencionarán a continuación las más comunes.
Proteína-cinasa dependiente de calcio y calmodulina (CaCamK). Dentro de este grupo de proteínas, la Ca-CamK-II es
la más directamente involucrada en los procesos de plasticidad
sináptica a largo plazo. Se activa en condiciones fisiológicas
por iones Ca2+ y por otra proteína denominada calmodulina.
Se le puede encontrar en abundancia en las proximidades del
receptor NMDA y en la vecindad del receptor AMPA, por lo
que resulta una proteína estratégicamente bien ubicada en lo
referente a la potenciación a largo plazo. Con excepción de algunos protocolos en los que se ha logrado inducir la potenciación a largo plazo en preparaciones provenientes de animales
en fases tempranas de su desarrollo, se ha demostrado ampliamente que la Ca-CamK-II es mediador esencial de la potenciación a largo plazo en el cerebro de mamíferos maduros.
02 Sección II.indd 172
Proteína-cinasa C (PKC). La PKC también es un importante
regulador del funcionamiento de otras proteínas. La PKC incluye a un grupo de por lo menos 10 variantes o isoformas
cuyo mecanismo de activación varía en función de la presencia de Ca2+ y diacilglicerol (DGA). Aparentemente, una
isoforma atípica de la PKC conocida como PKMx es la más
directamente involucrada en la potenciación a largo plazo.
La participación precisa de esta y otras isoformas en la potenciación a largo plazo guarda sin embargo importantes interrogantes. La más importante de ellas tiene que ver con su papel
como mediador o modulador en la inducción o el mantenimiento de cualquiera de los tipos de potenciación a largo plazo
(p. ej., dependiente o no del receptor NMDA). El hecho de
que esta proteína permanezca activada durante períodos más
prolongados de tiempo sugiere que su participación afecta
más a las etapas posteriores de la potenciación a largo plazo
que a los eventos iniciales. De igual forma, su nula respuesta
farmacológica a la activación del receptor NMDA sugiere que
su activación no depende directamente de este receptor y que
podría requerir la intervención mediadora de receptores metabotrópicos o intervenir más directamente en la potenciación
a largo plazo no dependiente del receptor NMDA.
Proteína-cinasa A (PKA). Este otro miembro de la familia
de proteínas-cinasas ha sido también considerado para ocupar un papel importante en la inducción de la potenciación a
largo plazo. La PKA es una holoenzima que se activa cuando
los niveles de adenosinmonofosfato cíclico (AMPc) se elevan
y, además de ser capaz de activar a otras proteínas a través del
mecanismo de fosforilación, también es un importante regulador de la síntesis de proteínas debido a su capacidad para
activar al factor de transcripción conocido como CREB (proteína de unión al elemento de respuesta de AMPc). Aunque
potencialmente su participación parece ser más importante en
las fases posteriores de la potenciación a largo plazo, la PKA
es también fundamental en la fase inducción de potenciación
a largo plazo durante el desarrollo temprano. Asimismo, en
experimentos recientes se ha demostrado que la PKA interviene indirectamente en la inducción de la potenciación a
largo plazo en el cerebro adulto, coadyuvando en la activación
de la Ca-CamK-II.
Otras proteínas. La lista de proteínas probablemente involucradas en la inducción de la potenciación a largo plazo se
completa con otras proteínas-cinasas que incluyen a la fosfatidilinositol-3-cinasa y a la tirosina-cinasa Src. La participación
de la primera de ellas parece restringirse a facilitar el tráfico
de receptores AMPA (posiblemente en etapas posteriores de
la potenciación a largo plazo) y la segunda parece ser importante en la modulación de la actividad del receptor NMDA
durante la fase de inducción.
Expresión y mantenimiento. Gran parte del trabajo que
se realiza en torno al tema de la potenciación a largo plazo
se centra en el momento actual en el esclarecimiento de los
mecanismos que hacen posible que el incremento inicial en la
fuerza o eficiencia sináptica se vuelva más o menos estable y
duradero. Está claro que tras la inducción de la potenciación
a largo plazo se disparan dos procesos conceptualmente diferentes, uno que tiene que ver con el incremento funcional
de la fuerza sináptica, y otro que tiene que ver con cambios
más bien estructurales en la sinapsis que se estimula. Durante
13/09/13 10:06
Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
los últimos años, la discusión se ha centrado en que para algunos autores los cambios responsables de este fenómeno se
encuentran en el lado presináptico de la sinapsis, mientras
que para otros el componente postsináptico es el responsable
directo de esos cambios. Durante la última parte del debate, la
balanza parece haberse inclinado hacia el lado postsináptico,
por lo menos en lo referente a la expresión de la potenciación
a largo plazo. En particular, los cambios observados en los
receptores tipo AMPA parecen ser determinantemente necesarios para la expresión de la potenciación a largo plazo, por
lo menos para la expresión dependiente del receptor NMDA.
Se conocen dos cambios en torno a estos receptores. El primero de ellos implica un aumento en su número a nivel de
membrana. El segundo implica un cambio en sus propiedades
biofísicas que termina por incrementar su permeabilidad. El
resultado es, entonces, una mejora notable en la capacidad
conductiva de los sitios sinápticos que han sido expuestos al
protocolo de inducción.
¡
La incorporación y la mejora en la capacidad conductiva de receptores tipo AMPA en los sitios sinápticos estimulados representan un factor clave en la
expresión de la potenciación a largo plazo.
Se cree que el incremento en la actividad de estos receptores es regulado directamente por la ya mencionada proteína
Ca-CamK-II, cuya forma autofosforilada suele movilizarse
hacia los sitios de alta densidad sináptica y promover cambios
173
tanto funcionales como estructurales en las sinapsis expuestas a estímulos tetanizantes. Una idea que ha cobrado fuerza
recientemente, establece que esta y otras cinasas se mantienen persistentemente activas «abandonando» los mecanismos (segundos mensajeros generalmente) que las regulan y
manteniendo en consecuencia elevada su capacidad fosforiladora sobre otros componentes importantes de la sinapsis. El
mecanismo que las mantiene activas se conoce como «autofosforilación» y su papel en la plasticidad sináptica se integra
en la denominada hipótesis del cambio molecular. La figura 6-5
ilustra este punto.
El panorama se complica, sin embargo, cuando se considera que los cambios que permiten que la eficiencia sináptica
mejore inicialmente suelen mantenerse durante períodos prolongados de tiempo y posiblemente operan de manera distinta. Cabe entonces la posibilidad de que tanto presináptica
como postsinápticamente ocurran cambios que involucren
fenómenos como la síntesis de proteínas y modificaciones estructurales en la arquitectura dendrítica. En el caso de los receptores tipo AMPA, por ejemplo, sería necesario renovar las
unidades disponibles en condiciones basales a fin de adaptar
el tráfico y recambio de esos receptores a las nuevas condiciones y lograr un efecto más permanente en el tiempo.
Aun cuando han aparecido importantes evidencias con
respecto al papel predominante de los elementos postsinápticos en las fases posteriores de la potenciación a largo plazo,
la idea de que presinápticamente ocurre algún tipo de modificación que contribuye a la permanencia del incremento en
la eficacia sináptica continúa siendo explorada.
Figura 6-5. Eventos asociados
a la potenciación a largo plazo.
La potenciación a largo plazo
involucra eventos que para fines prácticos pueden diferenciarse temporalmente. La fase
de inducción hace referencia a
los eventos iniciales de este
proceso. Tras la estimulación
de alta frecuencia, se produce
Ca2+ Mg2+
Na+
una activación inicial de los reAMPAR
ceptores para glutamato tipo
AMPAR
2+
AMPA (ácido a-amino-3-hidroxiTráfico de Ca
NMDAR
Conductancia
AMPAR
receptores
5-metil-4-isoxazolpropiónico). La
Despolarización
Ca2+
consecuente despolarización
activa el receptor NMDA (NAMPc
metil-D-aspartato) y facilita el
Ca-CamK-II
fosorilada
ingreso de iones calcio a la
Ca-CamK-II
dendrita de la neurona postsifosorilada
PKA
náptica. El incremento en los
fosorilada
niveles de calcio activa una
cascada de señales intraceluInducción
Expresión
lares que conducen a importantes cambios postsinápticos.
Son especialmente importantes en esta fase un grupo de proteínas denominadas proteína-cinasas, particularmente, la proteína conocida como proteína-cinasa dependiente de calcio y calmodulina (Ca-CamK-II). La expresión de la potenciación a largo plazo es un evento posterior que involucra cambios
en la maquinaria de procesamiento de señales a nivel postsináptico. Una vez activada, Ca-CamK-II promueve cambios cualitativos y
cuantitativos en los receptores tipo AMPA. Además de incrementar la capacidad conductiva de esas proteínas, genera cambios en el tráfico
de esos receptores, lo que se traduce en una mejora en la eficiencia sináptica. Algunos autores sugieren, incluso, que la espina dendrítica
como tal sufre un proceso de expansión que soporta el incremento cuantitativo de proteínas membranales. AMPAR: receptor tipo AMPA;
AMPc: adenosinmonofosfato cíclico; NMDAR: receptor NMDA.
02 Sección II.indd 173
13/09/13 10:06
174
Sección II. Plasticidad y desarrollo
¡
Es posible que la potenciación a largo plazo requiera
de la participación de uno o varios mensajeros retrógrados que faciliten la permanencia de los cambios
iniciales en la eficiencia sináptica.
Gran parte de los esfuerzos de investigación en esa dirección se han dirigido a la búsqueda de un elemento que funcione como mensajero retrógrado que comunique ambos lados
de la unidad sináptica y promueva cambios permanentes en el
lado presináptico. Inicialmente, los candidatos con más posibilidades de ocupar este sitio fueron el óxido nítrico y el ácido
araquidónico; sin embargo, aún después de varios años de investigación, su confirmación definitiva en ese papel continúa
pendiente. La misma suerte ha corrido la neurotrofina conocida como factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF).
Pese a que inicialmente generó muchas expectativas por el
hecho de registrar incrementos asociados a la potenciación
a largo plazo, su eventual participación en ambos lados de la
sinapsis durante la potenciación a largo plazo no ha quedado
del todo clara. Otros candidatos son algunas moléculas de adhesión celular. Dichas proteínas son responsables de alinear
o generar una especie de acomodo simétrico entre los sitios
presinápticos de liberación y lo que se conoce como sitios de
densidad postsináptica, a fin de hacer más eficientes los procesos de liberación-recepción-inactivación del neurotransmisor. Las moléculas de adhesión celular neural (NCAM) por su
ubicación estratégica podrían desempeñar alguna importante
función en el envío retrógrado de señales. Finalmente, para
algunos otros investigadores, la señal retrógrada podría estar
dada por la propia expansión dendrítica que suele aparecer
durante las fases posteriores de la potenciación a largo plazo.
De acuerdo con esta hipótesis, el lado presináptico podría
tener algún tipo de sensibilidad a la fuerza mecánica que la
espina dendrítica ejerce durante su proceso de expansión y
modificar entonces su actividad.
¡
›
La potenciación a largo plazo requiere cambios en la
síntesis y expresión de proteínas para su mantenimiento.
Otro aspecto que sin duda ha despertado interés en torno
a las fases posteriores de la potenciación a largo plazo es el de
la síntesis de proteínas. Es ampliamente aceptado el hecho de
que cualquier fenómeno biológico cuya actividad se modifica
permanentemente (horas, días o semanas) requiere de síntesis de proteínas para lograr el requisito de la permanencia.
Con esta premisa, los investigadores del área han emprendido
una apasionante búsqueda de elementos proteicos cuya actividad sintética se modifique durante las etapas tardías de la
potenciación a largo plazo. Quizás las primeras evidencias a
este respecto provinieron de los experimentos clásicos en que
se demostró que el uso de antibióticos cuyo mecanismo de
acción tiene como base el bloqueo de la síntesis de proteínas
era capaz de limitar la duración del fenómeno de potenciación
a no más de 6 horas. De estos experimentos se dedujo que la
potenciación a largo plazo requiere de síntesis de proteínas a
fin de garantizar su duración. El problema continúa siendo –
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además del ya abordado al mencionar la hipótesis de la marca
sináptica– la identificación de esas proteínas, la secuencia en
que se sintetizan y, sobre todo, su papel en la secuencia de
eventos que subyacen a la potenciación. Para hacer referencia a estos elementos se ha recurrido al término de proteínas
asociadas a la plasticidad, y se calcula que dicho grupo podría estar integrado por varios centenares, desde protooncogenes hasta factores de transcripción y genes estructurales,
con participación directa tanto en la presinapsis como en la
postsinapsis. De acuerdo con los datos más recientes, la señal inicial para encender la actividad sintética podría estar
dada por moléculas de señalización, entre las que se incluyen
PKA, Ca-CamK-IV y MAPK (proteínas-cinasas activadas por
mitógenos). Estas proteínas, a su vez, activarían el factor de
transcripción CREB, o los conocidos como genes de activación
temprana ((zif-218, c-fos, c-jun, jun B o la subunidad alfa de la
PK-II, entre otros). Entre los productos de los genes que se activan inicialmente se encuentran algunos que funcionan como
factores de transcripción para otros genes. Viene entonces una
segunda oleada de síntesis de proteínas, a su vez más específicamente dirigida a la actividad sináptica local. Muchas proteínas pueden entonces intervenir en este punto y nombrarlas
resultaría complicado. Un ejemplo de este tipo de actividad
es la regulación de la expresión de la proteína conocida como
Arc. Esta proteína es un componente citoplasmático, comúnmente ubicado en la densidad postsináptica, que interviene
en varías vías de señalización y se activa por efecto del factor
de transcripción CREB. Los cambios en su actividad sintética
se traducen en cambios en el tráfico de receptores tipo AMPA
y, en consecuencia, contribuyen determinantemente al el proceso de modificación de la eficacia sináptica.
¡
El hecho de que recientemente se haya demostrado
la existencia de un fenómeno de síntesis de proteínas in situ, es decir, en la dendrita (contrariamente
a la creencia clásica de que sólo el soma sintetizaba
proteínas asociadas a la plasticidad), abre la posibilidad de que por lo menos una parte del proceso de
estabilización de la potenciación a largo plazo dependa de la síntesis local de proteínas.
La potenciación a largo plazo también podría estar
acompañada por cambios en las características morfológicas de las espinas dendríticas en su fase tardía.
Además de las alteraciones funcionales a las que se ha hecho referencia, debe considerarse que la estructura sináptica,
en particular el citoesqueleto y la espina dendrítica, puede
modificar su forma o su número tras un período de estimulación tetanizante. La dendrita, como ya se ha mencionado,
es un elemento morfológico clave para el establecimiento de
contactos excitatorios entre neuronas al interior del sistema
nervioso. Las protrusiones o espinas dendríticas constituyen
en sí mismas una entidad altamente dinámica: mientras algunas pueden permanecer estructuralmente idénticas durante grandes períodos de tiempo, otras pueden modificar su
forma en períodos relativamente cortos e incluso aparecer y
13/09/13 10:06
Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
desaparecer bajo ciertas condiciones. Gran parte de ese dinamismo obedece a la notable capacidad que el citoesqueleto
que las integra posee para transformarse. El citoesqueleto
que da forma a las espinas dendríticas es rico en filamentos
de actina, un tipo de filamentos que está continuamente en
proceso de ensamblaje y desensamblaje. Los cambios estructurales postsinápticos más frecuentemente informados en
asociación a la potenciación a largo plazo son: crecimiento
de nuevas espinas dendríticas, ensanchamiento de las espinas ya existentes incluyendo sus zonas de densidad postsináptica, y división de una espina o densidad postsináptica
sencilla en dos unidades funcionales distintas. De acuerdo
con los datos más actuales, la remodelación estructural no
necesariamente sigue a la remodelación funcional, y ambos
procesos podrían ocurrir paralelamente o incluso de manera
independiente. Los elementos del citoesqueleto denominados F-actina y G-actina han ganado desde hace ya varios
años un papel muy importante en lo referente a la remodelación estructural. El uso de técnicas microscópicas de alta
resolución, de las que se dispone actualmente, ha permitido
demostrar que los pequeños filamentos de F-actina que integran de manera importante el citoesqueleto en las porciones dendríticas cambian su patrón de polimerización (ya sea
incrementado el número de polímeros o inhibiendo la despolimerización) durante la potenciación a largo plazo. Dicha
actividad se traduce en un observable efecto de expansión de
la espina como tal. Es importante señalar, sin embargo, que
la sola plasticidad estructural no es suficiente para producir
potenciación a largo plazo, es decir, aun cuando hay evidencias que indican que la plasticidad funcional (síntesis y tráfico
de proteínas) y la plasticidad estructural (remodelación den-
175
drítica) tienen mecanismos independientes, terminan siendo
procesos interdependientes cuando se habla de potenciación
a largo plazo. La figura 6-6 ilustra este tema (v. Recuadro 6-3).
Depresión sináptica a largo plazo
La depresión a largo plazo es otro fenómeno estrechamente ligado al tema de la plasticidad sináptica. El interés
en la comprensión del fenómeno de depresión a largo plazo
comenzó cuando se observó que algunas sinapsis disminuían
su eficacia sináptica en respuesta a un tipo particular de estimulación. Muy pronto en el estudio del fenómeno se observó
que la depresión a largo plazo se presentaba en sinapsis excitatorias del hipocampo, que podía ser inducida por estimulación de baja frecuencia (0,5-3 Hz) y que su inducción requería
la activación de receptores NMDA. Por lo menos, existen en
la actualidad dos formas bien caracterizadas de depresión a
largo plazo: la depresión a largo plazo dependiente del receptor NMDA y la depresión a largo plazo dependiente del
receptor mGluR. Se cree que la depresión a largo plazo podría
ser un fenómeno que afecta a todas las sinapsis excitatorias
del sistema nervioso. Si bien las formas mejor caracterizadas
›
Debido a la amplia variedad de regiones y eventos
asociados a la depresión a largo plazo, algunos autores suponen que el fenómeno podría estar implicado
no sólo en la fisiología del funcionamiento cognitivo
como tradicionalmente se ha creído, sino también en
el curso de trastornos, como el caso de la demencia
tipo Alzheimer y la adicción a algunas drogas.
Figura 6-6. Cambios estructurales asociados a la potenciación
de largo plazo. La fase tardía de
la potenciación a largo plazo supone dos procesos intrínsecamente vinculados: síntesis de
proteínas y formación de nuevas
sinapsis. El ingreso de calcio al
interior de la dendrita activa una
cascada de señalización que culmina en la activación de la maquinaria de síntesis de proteínas
ubicada en el núcleo de la neurona (aunque algunos autores
postulan la existencia de una
maquinaria in situ, es decir, en la
dendrita). El citoesqueleto desempeña un papel importante en
la remodelación estructural que
acompaña a la potenciación a
largo plazo en su fase tardía. Los
filamentos de actina (F-actina)
entran en un proceso de polimerización y despolimerización que
favorecen tanto la expansión de
la espina como la formación de
un nuevo sitio sináptico. PLP:
potenciación a largo plazo.
02 Sección II.indd 175
F-actina
PLP tardía
Nueva sinapsis
Dendrita
PLP temprana
Soma
Síntesis de
proteínas
Soma
Neurona hipocampal
Núcleo
13/09/13 10:06
176
Sección II. Plasticidad y desarrollo
Recuadro 6-3. Sinapsis silentes y plasticidad
En el cerebro de varias especies se ha comprobado la existencia de un tipo peculiar de conexiones sinápticas, aparentemente
no funcionales, a las que se ha otorgado el nombre de sinapsis silentes. Tal tipo de sinapsis ha despertado especial atención
en el tema de la plasticidad a partir del hallazgo reciente de que, en el hipocampo, estas sinapsis sólo expresan el receptor
NMDA y no el receptor AMPA como en el resto de las sinapsis. El hecho de que sólo expresen el receptor NMDA implica que
responden a las variaciones de voltaje como lo haría una célula bien provista de receptores tipo AMPA y, en consecuencia,
permanece silente. El abandono de ese estado podría ocurrir en este tipo de sinapsis, si por algún mecanismo lograran
incorporar receptores tipo AMPA funcionales. Dicho mecanismo podría estar basado en la actividad, es decir, en el uso, como
ocurre en las formas de plasticidad sináptica que se han estudiado en este capítulo. Esta hipótesis fue confirmada hace
algunos años, al observarse que las sinapsis silentes tienden a volverse funcionales tras la inducción de la potenciación a
largo plazo. Incluso, la aparición de estos datos ha reavivado la controversia referente al papel que desempeñan tanto los
elementos presinápticos como los postsinápticos en las diferentes formas de plasticidad sináptica a largo plazo. Es decir,
existen, por una parte, argumentos que suponen que el rescate de las sinapsis silentes mediante protocolos de inducción
de potenciación a largo plazo podría deberse más a un incremento presináptico en la liberación de glutamato, y, por otra
parte, aquellos que sostienen que estas sinapsis se vuelven funcionales gracias a un aumento postsináptico en la capacidad
de respuesta al glutamato. En los últimos se han realizado diversos experimentos cuyos resultados han sido interpretados
a favor del papel predominante tanto del elemento presináptico como del postsináptico. Sin embargo, y pese a los esfuerzos
realizados, la controversia continuará siendo objeto de intensa investigación durante los próximos años.
son las que ocurren en el hipocampo y el cerebelo, la depresión
a largo plazo ha sido demostrada y hasta cierto punto caracterizada en regiones como el cuerpo estriado, la corteza visual, la
corteza prefrontal y la corteza perirrinal (v. Recuadro 6-4).
Tipos de depresión sináptica a largo plazo
La depresión a largo plazo homosináptica se apega al planteamiento hebbiano de la dependencia de la actividad e implica
que los cambios que producen la disminución en la eficacia
sináptica ocurren en la misma sinapsis que ha sido estimulada. La depresión a largo plazo heterosináptica, por su parte,
¡
Dado que gran parte de los estudios realizados en
torno a la depresión a largo plazo han asociado este
fenómeno a los procesos cognitivos de aprendizaje y
memoria, comúnmente se la clasifica tomando
como referencia la regla de aprendizaje a la que sigue: hebbiana o no hebbiana. Así, la depresión a
largo plazo puede ser homosináptica (hebbiana) o
heterosináptica (no hebbiana).
ocurre en sinapsis que no han sido estimuladas o que permanecen inactivas. La disminución en la eficacia sináptica es en
este caso independiente de la actividad tanto del componente
Recuadro 6-4. Plasticidad dependiente del tiempo de la espiga presináptica y postsináptica
Tal como lo hemos ya mencionado siguiendo a Donald Hebb en su postulado, las sinapsis incrementan su eficacia cuando las
neuronas conectadas son activadas simultáneamente o en una secuencia rápida. Más recientemente, a este planteamiento
se ha sumado la idea de que la asociación entre la actividad pre y postsináptica puede generar potenciación a largo plazo (PLP)
o depresión a largo plazo (DLP) dependiendo del orden y el tiempo entre los potenciales de acción o espigas pre y postsinápticos. Este fenómeno es denominado «Plasticidad dependiente del tiempo de la espiga presináptica y postsináptica» o «Spike
Timing Dependent Plasticity (STDP)». El orden y el intervalo temporal entre las espigas se suma a la frecuencia de disparo, la
cooperatividad sináptica y la despolarización como factores determinantes en la inducción de la plasticidad. Hemos establecido ya que en general, la estimulación de alta frecuencia conduce a PLP y que la estimulación de baja frecuencia conduce a
DLP. A nivel postsináptico, suponemos que las corrientes de calcio (mediadas por ejemplo por el receptor NMDA) determinan
el signo del fenómeno plástico (las corrientes mas grandes conducen a potenciación mientras que las mas pequeñas conducen a depresión). Ahora bien, a partir de que se hizo posible controlar el intervalo de tiempo y el orden entre las espigas pre
y postsinápticas se demostró que el patrón temporal de las espigas determina y gobierna varias formas de plasticidad. Atendiendo a esto, pueden distinguirse al menos tres diferentes patrones. La STDP Canónica es una forma bidireccional y apegada
al orden. La STPD Hebbiana se apega al postulado que le da nombre (las sinapsis con actividad directa se fortalecen, las sinapsis sin actividad directa se debilitan). La PLP se produce cuando las espigas presinápticas preceden a las espigas postsinápticas en un intervalo de 0-20ms. La DLP se produce cuando la espiga postsináptica precede a la pre en un intervalo de
entre los 0-20 y los100ms. Este patrón se ha observado en sinapsis excitatorias de la neocorteza, neuronas piramidales del
hipocampo, núcleos auditivos de la base del cerebro y algunas sinapsis inhibitorias. La STDP Anti-Hebbiana sigue un patrón
opuesto al anterior. Es decir, cuando la espiga presináptica precede a la postsináptica lo que se produce es DLP. Este fenómeno se ha observado en sinapsis excitatorias del estriado, interneuronas colinérgicas y células piramidales de la corteza
somatosensorial. Un experimento muy reciente ha considerado la variable del desarrollo en este tipo de protocolos y tras
estimular neuronas corticales de la capa 4 que sinaptan con neuronas de las capas 2 y 3 en roedores de 3 semanas de edad,
ha demostrado que la presentación de un grupo de 3 espigas presinápticas seguidas (en un intervalo de tiempo restringido)
de una sola espiga presináptica produce una fuerte depresión de esas sinapsis. En ese caso especial, se ha logrado producir
DLP con independencia de señales postsinápticas o de señales provenientes de los astrocitos.
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Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
postsináptico como del elemento presináptico y es más bien
resultado de la actividad de otras aferencias convergentes. La
plasticidad heterosináptica es por esta razón también conocida plasticidad antihebbiana. Tal fenómeno es una peculiaridad de la depresión a largo plazo que no se observa en la potenciación a largo plazo, debido a que tradicionalmente se ha
creído que esta última no ocurre en ausencia de actividad presináptica directa. De hecho, la plasticidad heterosináptica fue
la primera forma de depresión a largo plazo que se encontró
en el hipocampo después de que en un experimento se observara que un estímulo diseñado originalmente para producir
potenciación a largo plazo en una vía sináptica terminó por
producir depresión a largo plazo en una vía no estimulada.
Poco después de este hallazgo se demostró por primera vez la
depresión a largo plazo homosináptica, tras observarse que la
estimulación de una sinapsis –previamente potenciada– con
estímulos de baja frecuencia (1-5 Hz) revertía el proceso de
potenciación. A esta forma de plasticidad homosináptica se la
conoce como despotenciación.
›
La depresión a largo plazo asociativa
a es una variación
de la depresión a largo plazo que se induce mediante
el apareamiento asincrónico de las actividades presináptica y postsináptica. Se considera que la depresión
a largo plazo asociativa es homosináptica, pero con la
diferencia de que en este tipo de depresión a largo
plazo la actividad postsináptica es aportada por aferentes vecinas, activadas de manera conjunta o alternada con una segunda aferencia. Es decir, la depresión a largo plazo asociativa correlaciona la activación
de la neurona postsináptica y el disparo de la neurona
presináptica.
El término despotenciación
n se utiliza cuando en una
sinapsis previamente potenciada se aplica una serie
de estímulos de baja frecuencia y, como consecuencia de ello, la eficacia sináptica regresa a los niveles
basales registrados antes del tétanos inicial. La despotenciación, aparentemente, sólo puede ser inducida en una sinapsis recién potenciada si la estimulación de baja frecuencia se aplica antes de los 10 minutos de inducida la potenciación a largo plazo.
Fases de la depresión sináptica a largo plazo
¡
La depresión a largo plazo, como la potenciación a
largo plazo, incluye la secuencia temporal inducción, expresión
n y mantenimiento.
Considerando que muchos de los mecanismos subyacentes a la depresión a largo plazo son compartidos y han sido ya
abordados en el apartado de la potenciación a largo plazo, se
hará mención en este apartado de los aspectos más estrictamente vinculados a la depresión a largo plazo.
Inducción. Los protocolos para inducir depresión a largo
plazo también varían de acuerdo con la región en que se desee
inducir el fenómeno. Lo más común es inducirla mediante la
aplicación de varios cientos de pulsos (600-900) de baja fre-
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177
cuencia (1-5 Hz), aunque ocasionalmente pueden requerirse
trenes de alta frecuencia. Como es de suponer, la inducción
óptima de la depresión a largo plazo depende de factores
como el período de desarrollo y la región cerebral que se ha
de inducir. Al parecer, los mecanismos celulares y moleculares que subyacen a la depresión a largo plazo guardan alguna
semejanza con los de la potenciación a largo plazo. En el caso
de la depresión a largo plazo dependiente del receptor NMDA,
la inducción típica involucra la activación del receptor NMDA,
el flujo de Ca2+ hacia el interior de la parte postsináptica y
la modulación de una cascada de señalización que involucra
algunas fosfatasas. Es de suponerse que el flujo de Ca2+ que
produce DLP no es el mismo que el que produce PLP. En el
caso de la DLP, suponemos que la membrana postsináptica
solo está despolarizada debilmente y que el receptor NMDA
continúa bloqueado parcialmente por el ion Mg. En consecuencia, el flujo o goteo de Ca2+ es mucho menor que el que
ocurre cuando el receptor está totalmente activado. Entre las
proteínas sensibles a Ca2+ que han sido propuestas como mediadores clave de la depresión a largo plazo, se encuentran la
proteína fosfatasa 1, la PKC y la PKA. Contrariamente a lo que
ocurre en el caso de la potenciación, la base de la depresión
podría estar no en la fosforilación sino en la desfosforilación
selectiva de estas proteínas y su movilización estratégica hacia
compartimentos subcelulares específicos. Aunque la inducción de depresión a largo plazo a través del receptor NMDA
es también la forma más estudiada, es claro que el requisito
indispensable del flujo de Ca2+ puede ocurrir por otros mecanismos. Dentro de estos mecanismos, pueden mencionarse el
ingreso mediado por los canales de calcio operados por voltaje (VGCC, voltaje gated calcium cannel) y el incremento intracelular de Ca2+ facilitado por mGluR. Incluso, se sabe que la
depresión a largo plazo puede ser modulada en varias regiones cerebrales por otros neurotransmisores, entre los que se
incluyen serotonina, noradrenalina, acetilcolina y dopamina.
Expresión y mantenimiento. La depresión a largo plazo
también involucra cambios en la distribución, la cantidad o las
propiedades biofísicas de los receptores tipo AMPA. Como es
sabido, los receptores AMPA están formados por cuatro tipos
de subunidad (GluR1, GluR2, GluR3 y GluR4). La diferencia
más importante entre las diferentes subunidades reside en
la secuencia de aminoácidos del carboxilo terminal (intracitoplasmático), que a su vez determina el tipo de interacción
que el receptor tendrá con las proteínas de la densidad postsináptica. Así, los receptores pueden ser fosforilados diferencialmente por proteínas distintas ubicadas en su cercanía. En
el caso de la depresión a largo plazo, un aminoácido en particular (Ser-845) es desfosforilado selectivamente por la PKA
y, como consecuencia, la probabilidad de apertura del canal
asociado al receptor AMPA se reduce, disminuyendo entonces
la capacidad conductiva de la membrana. La permanencia en
el tiempo de la depresión sináptica involucra, como es de esperarse, más eventos que la mera fosforilación de receptores. A
menudo, los cambios en la fosforilación se acompañan de un
cambio a la baja en el número de esas proteínas. El mecanismo
que permite que el número de receptores AMPA en la membrana postsináptica disminuya parece ser la endocitosis. La
interacción del dominio carboxilo terminal del receptor AMPA
con proteínas del lado intracelular promueve su internaliza-
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Sección II. Plasticidad y desarrollo
ción y redistribución hacia compartimentos dentro de la neurona. Dicho proceso también involucra la subunidad GluR2
y es promovido por un complejo proteico denominado AP2.
La depresión a largo plazo involucra además cambios en el
funcionamiento y la síntesis de otras proteínas. La estabilidad
de los cambios descritos en el caso del receptor AMPA debe
corresponderse con la actividad de proteínas que no sólo los
promuevan sino que los mantengan. Se ha demostrado que
una proteína de la densidad postsináptica denominada PSD-95
se degrada en las fases posteriores de la depresión a largo plazo.
Lo interesante de este hallazgo es que esa proteína parece pertenecer a una familia cuya función es de especial trascendencia
en el tráfico de receptores AMPA. Actúa como una especie de
«guarda lugar» que regula el tránsito de esos elementos. Así, el
incremento en la cantidad de este tipo de proteínas conduciría
a potenciación a largo plazo, mientras que una menor disponibilidad conduciría a depresión a largo plazo (v. Recuadro 6-5).
■ PLASTICIDAD CELULAR
Neurogénesis en la edad adulta y plasticidad cerebral
El viejo dogma que dominó la ciencia durante la mayor parte
del siglo pasado en torno a la capacidad del cerebro adulto para
generar nuevas neuronas ha sido abandonado gracias a una
abrumadora cantidad de evidencias que demuestran no sólo
que el cerebro de los mamíferos continúa produciendo neuronas en la vida adulta, sino que lo hace en sitios y condiciones
cruciales para el adecuado funcionamiento cognitivo.
Pese a que el conocimiento de los mecanismos y regiones
cerebrales asociados a la neurogénesis dentro del cerebro se
amplía cada vez más, el hipocampo continúa siendo el sitio
más atractivo para su estudio desde el punto de vista de la plasticidad. El hipocampo, como es sabido, guarda una estrecha
relación con funciones cognitivas del más alto nivel (v. Recua-
dro 6-6). Tal es el caso del aprendizaje y la memoria, aspectos
que trataremos con profusión en los capítulos 16 y 17.
Uno de los hechos que de manera determinante han
atraído la atención hacia este tema es el dato de que muchas
de las células nuevas que se generan en la zona subgranular
de la circunvolución dentada del hipocampo migran radialmente distancias relativamente cortas y se integran en el circuito neuronal de la circunvolución dentada como células
granulares excitatorias. Dicha integración resulta un tema crucial que hace suponer que se involucran en las funciones en
las que normalmente interviene el hipocampo, incluyendo
por supuesto, algunas formas de aprendizaje y memoria. La
figura 6-7 ilustra el fenómeno de la neurogénesis hipocampal.
Recuadro 6-6. Circunvolución dentada del hipocampo
Anatómicamente, ocupa una posición estratégica en el circuito hipocampal. Recibe múltiples aferencias tanto de estructuras corticales como subcorticales. Su fuente de aferencias más importante es la conocida como vía perforante.
La vía perforante nace en la corteza entorrinal y se divide en
vía perforante medial –que procesa información espacial–
y vía perforante lateral, que procesa información no espacial. La circunvolución dentada recibe además aferencias de
estructuras subcorticales como el septum, el hipotálamo y
varios núcleos monoaminérgicos ubicados en la base del
cerebro. Aunque su función específica en el procesamiento
de información no está del todo definida, se sabe, gracias a
estudios de lesión, que la circunvolución dentada es indispensable para la adecuada formación de la memoria espacial y asociativa en sus diferentes fases (codificación, consolidación y recuperación). Más aun, su funcionamiento
íntegro es también indispensable en la detección de configuraciones espaciales novedosas y en la creación de trazas
de memoria distintas a partir de patrones muy similares. La
figura 6-8 ilustra el circuito hipocampal.
Recuadro 6-5. Importancia de los endocannabinoides en la depresión a largo plazo
Una mención especial merecen los endocannabinoides en el tema de la plasticidad sináptica en general y de la depresión a
largo plazo en particular. Los más conocidos son la anandamida y el 2-araquidonilglicerol. El influjo de Ca2+ hacia el interior
de la porción postsináptica produce la liberación de estas moléculas desde la membrana postsináptica hacia su contraparte
presináptica. Esta señal retrógrada podría ser, en opinión de varios investigadores, la señal que vincula ambos lados de la
sinapsis en la depresión a largo plazo, puesto que al ser recibida por el receptor presináptico podría inhibir de manera duradera la liberación presináptica del transmisor.
Tanto la anandamida como el 2-araquidonilglicerol, son moléculas señalizadoras lipídicas formadas a partir de precursores
fosfolipídicos que actúan normalmente como mensajeros retrógrados y cuyo receptor principal en el sistema nervioso (CB1)
se encuentra predominantemente en terminales axónicos presinápticos de neuronas glutamatérgicas y GABA-érgicas. En el
hipocampo y el cerebelo, ha sido demostrado que la liberación de endocannabinoides por las neuronas postsinápticas produce
un efecto de depresión sobre sinapsis GABA-érgicas y glutamatérgicas:
• Supresión de inhibición inducida por despolarización: se conoce de esta manera al fenómeno que se observa cuando se
reduce la inhibición mediada por GABA por efecto de los cannabinoides.
• Supresión de la excitación inducida por despolarización: se conoce así al fenómeno que se observa cuando el resultado de
la presencia de los cannabinoides es una reducción de la excitación inducida por glutamato.
En otras regiones cerebrales han sido recientemente informadas formas «atípicas» de depresión a largo plazo. En una región
conocida como cuerpo estriado se ha observado un tipo de depresión a largo plazo que, además de depender de la liberación
postsináptica de endocannabinoides y su posterior unión al receptor presináptico CB1, requiere la activación postsináptica de
un tipo de receptor metabotrópico para glutamato conocido como mGluR tipo I. En la corteza visual, por su parte, se presenta
un tipo peculiar de depresión a largo plazo en el que, además de la liberación de endocannabinoides y su efecto sobre el receptor presináptico, se requiere la activación del receptor también presináptico tipo NMDA.
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Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
Figura 6-7. Neurogénesis hipocampal en el cerebro de roedor adulto. El hipocampo del
cerebro adulto posee células
con capacidad proliferativa. La
circunvolución dentada del hipocampo, además de ser un
importante componente del circuito hipocampal, es un importante sitio neurogénico. La capa
subgranular conserva precursores de células granulares
que se dividen y originan nuevas células. Se cree que las
neuronas que nacen en ese sitio neurogénico se integran al
circuito trisináptico y adquieren
propiedades de células madura
en aproximadamente 2 meses.
La fuerte asociación entre el
hipocampo y algunas funciones
cognitivas ha atraído enormemente la atención de los investigadores hacia la relación entre neurogénesis hipocampal y
plasticidad neuronal.
179
Cerebro de roedor
Formación
hipocampal
Neurona madura
Capa granular
Célula tipo D3
Zona
subgranular
Célula tipo D2
Célula tipo D2h
Célula tipo D1
Astrocito tipo B
CA3
Circunvolución dentada
Figura 6-8. Circuito hipocampal
en el cerebro humano. El componente neuronal de la formación
hipocampal es conocido como
circuito neuronal trisináptico.
Recibe aferencias de una o más
de las cortezas de asociación que
sintetizan la información de los
diferentes canales sensoriales.
La información de estas estructuras es llevada en serie a las
cortezas parahipocampal y perirrinal, para luego ser reunida en
la corteza entorrinal. De esta última es llevada a la circunvolución dentada a través de la vía
perforante. La vía de las fibras
musgosas lleva esa información
a la zona CA3, que se proyecta
luego hacia CA1 por las colaterales de Schaffer. Se dirige finalmente al subículo y la información regresa a la corteza
entorrinal. El circuito se retroalimenta, teniendo a la corteza entorrinal como principal fuente de
aferencias y eferencias.
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Formación
hipocampal
Vía perforante
CA1
Colaterales de Schaffer
Fibras musgosas
Circunvolución
dentada
CA3
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180
Sección II. Plasticidad y desarrollo
Así como el aprendizaje y la memoria son procesos complejos que agrupan una serie de subprocesos bien diferenciados, el avance en los estudios sobre la neurogénesis ha permitido establecer una serie de características de este proceso
que deben tomarse en cuenta a propósito de la plasticidad y
la cognición.
La neurogénesis no sólo involucra al nacimiento de una
célula en una región determinada del cerebro. Al nacimiento
de una neurona en el cerebro adulto le sigue un proceso que
incluye por lo menos los aspectos de supervivencia, diferenciación, migración e integración en un ambiente celular con
funciones específicas.
Las neuronas que aparecen en el circuito hipocampal
adulto no nacen de cualquier otra neurona. Provienen de una
población peculiar con capacidad proliferativa que reside en
la zona subgranular de la circunvolución dentada del hipocampo. Las nuevas neuronas son, en el momento de su nacimiento, completamente distintas a las neuronas maduras. Se
calcula que en el cerebro del roedor, por ejemplo, alrededor
de un 50 % de las células hijas mueren a los pocos de días de
su nacimiento; la mayoría de las que sobreviven entran luego
en un proceso de maduración que las lleva a diferenciarse
hacia neuronas granulares que se integran al circuito hipocampal. En principio, las neuronas recién nacidas en la región
subgranular son funcionalmente silentes, es decir, no tienen
conexiones con otras neuronas ni son capaces de producir,
integrar y conducir impulsos nerviosos adecuadamente. Durante el transcurso de las primeras semanas puede observarse,
sin embargo, un árbol dendrítico que crece con rapidez, además de proyecciones axonales que se dirigen hacia la región
CA3. El desarrollo fisiológico de las células nuevas presenta,
a su vez, un gran avance durante las primeras semanas en lo
que respecta a propiedades básicas como el umbral de activación, la resistencia y la capacitancia de la membrana. Aparentemente, es necesario el paso de un par de meses para que
la nueva neurona, en el caso del roedor, exhiba propiedades
morfológicas y fisiológicas semejantes a las de las neuronas
maduras. Sin embargo, a diferencia de las neuronas maduras,
éstas suelen ser considerablemente más plásticas.
La neurogénesis adulta ha sido vinculada a la plasticidad
no sólo por el hecho revelador de que ambos son fenómenos cuya expresión es peculiarmente coincidente en el hipocampo. Es también relevante el hecho de que bajo algunas
condiciones, la neurogénesis del cerebro adulto y el fenómeno
de potenciación a largo plazo se regulan mutuamente. Experimentalmente, ha quedado demostrado que las neuronas
nuevas presentan, durante las primeras semanas de su etapa
de maduración, un umbral de inducción a la potenciación a
largo plazo más bajo que el de las neuronas maduras. Este
supuesto incremento en la capacidad plástica parece deberse
a la menor capacidad de respuesta que las neuronas nuevas
poseen hacia la inhibición GABA-érgica que, como es sabido,
suele contrarrestar a la excitación glutamatérgica responsable
de la inducción de potenciación a largo plazo.
¡
02 Sección II.indd 180
La neurogénesis hipocampal, la potenciación a largo
plazo y los procesos de aprendizaje y memoria son
fenómenos que se influyen bidireccionalmente.
La relación entre neurogénesis y potenciación a largo plazo
ha quedado también confirmada al demostrarse que la destrucción de las nuevas células a través de protocolos de radiación inhibe la potenciación a largo plazo en la circunvolución dentada.
Esto significa que, de alguna forma, la neurogénesis del cerebro
adulto contribuye a una adecuada expresión de la plasticidad
sináptica a largo plazo. Lo opuesto también puede ocurrir: la
potenciación a largo plazo también puede modificar el curso
de la neurogénesis. Otra serie de experimentos ha demostrado
que la inducción de potenciación a largo plazo estimulando la
vía perforante es capaz de incrementar la proliferación y supervivencia de las neuronas en la circunvolución dentada. De
igual forma, se ha podido comprobar que estas nuevas neuronas son capaces de activar algunos de los genes asociados
a la plasticidad sináptica (genes de activación temprana como
c-fos, arcc y zif268) cuando los sujetos (en este caso, roedores)
son entrenados en tareas cuya solución requiere la actividad
del hipocampo. Si bien es cierto que la activación de esos genes
puede deberse a gran cantidad de factores no necesariamente
relacionados con el fenómeno de la plasticidad, vistos en su
conjunto, los datos que han aparecido en las más recientes
investigaciones apoyan de manera firme la idea no sólo de la
importancia de la neurogénesis en la plasticidad hipocampal,
sino de la posible interdependencia entre ambos fenómenos.
La primera demostración de que la neurogénesis está de
alguna forma involucrada en los procesos de aprendizaje y
memoria apareció apenas iniciado el siglo XXI. Se realizaron
luego numerosos experimentos que, sin bien no han terminado por esclarecer la relación precisa entre la neurogénesis y
la memoria, sí han ido consolidando cada vez más la idea de
que esa relación existe. Una de las grandes conclusiones que
pueden extraerse de la investigación en torno a este tema es
el hecho de que la relación es bidireccional. Es decir, mientras por una parte es de esperar que la neurogénesis influya
sobre el aprendizaje o la memoria, también es factible que el
proceso de aprendizaje como tal influya sobre el fenómeno
conocido como neurogénesis. Existen entonces claras evidencias de que no sólo la proliferación y el nacimiento de nuevas
neuronas en esta región están influidos por el aprendizaje:
el uso de diferentes paradigmas experimentales diseñados
para evaluar algunas formas de aprendizaje que involucran
el hipocampo ha permitido comprobar que aspectos como la
supervivencia, la diferenciación e incluso la formación de la
estructura del árbol dendrítico de esas neuronas se ven fuertemente influidos cuando los sujetos reciben algún tipo de
entrenamiento cognitivo. La participación de las nuevas neuronas en los procesos de aprendizaje y memoria es, por su
parte, objeto de un gran debate. Gran parte de la controversia
tiene que ver con el hecho de que, siendo neuronas nuevas y
teniendo propiedades fisiológicamente distintas a las neuronas maduras, su importancia en las funciones cognitivas es
difícil de establecer. Más aun, atribuir a esas neuronas un papel específico en alguna de las fases que integran los procesos
de aprendizaje (adquisición, consolidación o recuperación) es
en el momento actual muy poco probable, por no decir imposible. Sin descartar del todo algún papel de estas células en la
adquisición de información, los autores más arriesgados sugieren que su importancia estaría centrada en los procesos de
consolidación y recuperación de la información. Dado que al-
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Capítulo 6. Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y la cognición
gunas hipótesis sobre el funcionamiento hipocampal postulan
que, con el tiempo, por lo menos parte de la información que
adquiere el hipocampo se transfiere hacia diferentes espacios
en la corteza cerebral en donde se consolida de manera definitiva, una de las posibilidades es entonces que estas nuevas
neuronas faciliten esa transferencia; un posible mecanismo
sería la modulación negativa del circuito hipocampal, ya sea
compitiendo con las neuronas maduras por el inputt excitatorio
o bien activando a interneuronas inhibitorias a fin de generar una menor dependencia del procesamiento de información hacia las neuronas maduras. Es posible finalmente que
de acuerdo a lo que un reciente experimento ha sugerido, las
nuevas neuronas tengan una participación diferenciada en el
proceso de memoria espacial. Las neuronas jóvenes podrían
de alguna forma estar mas involucradas en un subproceso específico (hacer distinciones entre experiencias similares para
distinguir patrones por ejemplo), mientras que las células más
viejas lo harían en otro subproceso (la compleción de patrones
para facilitar la recuperación de la información por ejemplo).
Células gliales: importancia en la plasticidad
y la cognición
Tal como se vio en el Recuadro 2-1, las células gliales han
irrumpido con gran fuerza en el campo de la plasticidad cerebral.
Su inclusión en este escenario ha sido facilitada por el abandono
de la visión clásica de la glía como un tejido cuya función central,
en el mejor de los casos, era la de sostén. La primera descripción acerca de estas poblaciones celulares hecha por Virchow en
1846, en la que consideraba a la glía como una especie de tejido
conectivo o pegamento, es una clara muestra de la visión que
181
hasta hace poco se tenía acerca de las células gliales. Hoy en día
se sabe que estas células, además de constituir un elemento que
«sostiene» a las neuronas, se involucran de manera muy dinámica en prácticamente todas las funciones cerebrales. Un ejemplo de esa versatilidad es su participación en funciones como el
desarrollo cerebral, la homeostasis, la regeneración nerviosa, la
respuesta inmunitaria, la función hormonal y –de especial relevancia para este capítulo– la cognición y la transmisión sináptica.
¡
Si se analiza la proporción glía-neurona en algunos
nematodos, por ejemplo, se observa que las neuronas superan en cantidad a las células gliales. Si la
proporción glía-neurona se analiza, por el contrario,
en un ser humano aparece un dato por demás interesante; en éste la proporción parece invertirse a
favor de la glía, particularmente en regiones estrechamente vinculadas a la cognición.
Los datos que sustentan la importancia de la glía en el funcionamiento del cerebro en general, y de la plasticidad en particular, no son sólo cuantitativos. Se dispone en la actualidad de
un considerable acervo de información que permite incluir a la
glía como elemento imprescindible para la plasticidad. Aunque
el término glía incluye a un grupo estructural y funcionalmente
heterogéneo de estirpes celulares, la gran mayoría de los datos
referidos en este apartado harán referencia al tipo particular
conocido como astrocitos, una estirpe cuya participación en los
temas de plasticidad y cognición se ha vuelto de lo más importante en la bibliografía especializada durante los últimos años.
La figura 6-9 ilustra los principales tipos gliales.
Neurona
Figura 6-9. Principales tipos
celulares en el sistema nervioso central. Además de las
neuronas, el cerebro incluye
otro componente celular conocido como neuroglía. El componente glial incluye a su vez
varios tipos celulares que de
modo general pueden agruparse en: macroglía, de origen
ectodérmico (astrocitos, oligodendrocitos y epindemocitos),
y microglía, de origen mesodérmico (células tipo macrófago). La imagen de la derecha
corresponde a una microfotografía de un astrocito captado
en el hipocampo del cerebro
humano mediante microscopía
fluorescente.
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Astrocito
Oligodendrocito
Microglía
Astrocito
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182
Sección II. Plasticidad y desarrollo
Los astrocitos conforman en sí mismos la subpoblación
más abundante de células en el sistema nervioso central. Su
estructura, distribución y organización los colocan como el
elemento glial más cercano funcionalmente a las neuronas.
Morfológicamente se caracterizan por una citoestructura semejante a la de una estrella provista de finas ramificaciones
que les permiten contactar a casi cualquier elemento dentro
del tejido nervioso. Se los puede encontrar en prácticamente
todo el cerebro, distribuidos en pequeños dominios que evitan
la superposición con otros astrocitos. La existencia de uniones comunicantes entre estas células les permite funcionar a
su vez como una red interconectada. Un solo astrocito suele
contactar a un gran número de sinapsis; en algunos casos las
sinapsis que un astrocito contacta y envuelve pueden llegar al
orden de los 100.000. Se calcula que alrededor del 50 % de las
sinapsis que se establecen en la región CA1 del hipocampo
poseen algún tipo de contacto o envoltura astrocitaria.
La estrecha cercanía anatómica entre los astrocitos y los elementos presinápticos y postsinápticos ha despertado un especial interés desde el punto de vista de la plasticidad. Tales son
el interés y la consecuente generación de investigaciones en el
área, que comienza a ser común el término sinapsis tripartita
para señalar la importancia del elemento glial en la sinapsis. Se
sabe hoy con certeza que esa cercanía anatómica tiene su correspondencia funcional. Es decir, los astrocitos y las neuronas
están en continua comunicación. Algunos de los más importantes mediadores moleculares de la plasticidad sináptica son
también expresados por los astrocitos. Los astrocitos poseen,
similarmente a las neuronas, un tipo de excitabilidad basada en
el movimiento de iones Ca2+. Mientras las neuronas basan su
excitabilidad en la conducción de señales eléctricas que se generan en sus membranas, los astrocitos lo hacen produciendo
una especie de onda generada por variaciones en los niveles de
Ca2+ en su citoplasma. Resulta sorprendente el hecho de que
esas variaciones de Ca2+ astrocitarias pueden desencadenarse
por la acción diferenciada de algunos neurotransmisores liberados durante la actividad sináptica. Ello supone la existencia de
receptores para esos neurotransmisores en los astrocitos. Más
aun, los astrocitos pueden liberar moléculas como glutamato,
adenosina, GABA, prostaglandinas y otras moléculas capaces
de influir sobre la fisiología sináptica neuronal. A ese fenómeno
se lo ha denominado gliotransmisión.
›
El término gliotransmisión ha surgido frente al hecho
indiscutible de que los astrocitos son capaces de liberar sustancias cuya función tradicionalmente ha sido
asociada a la actividad sináptica. Sin embargo, el concepto no es ajeno a la controversia, debido a que se ha
observado, por ejemplo, que los niveles de glutamato
que se detectan en los astrocitos son mucho menores
que los que se detectan en las neuronas. Los mecanismos mediante los cuales los astrocitos liberan
esas sustancias son también debatibles, debido a que
no parecen coincidir con los descritos para las neuronas en lo relacionado con su dependencia de Ca2+.
En el caso de la plasticidad sináptica a corto plazo, la importancia de los astrocitos en la modulación de ese fenómeno ha
encontrado sustento en el hecho de que ellos pueden, en res-
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puesta a las mencionadas variaciones en los niveles de Ca2+ intracelular, liberar sustancias capaces de modular la liberación de
neurotransmisores desde el terminal presináptico. Más aun, los
astrocitos podrían afectar esta forma de plasticidad modificando
su capacidad para «retirar» el neurotransmisor del espacio intersináptico. La potenciación a largo plazo, por su parte, también
puede ser modulada por la actividad astrocitaria. Un hallazgo
reciente sugiere la existencia de una forma de inducción no hebbiana para este fenómeno, según el cual la potenciación a largo
plazo puede ser inducida teniendo como fuente generadora el
Ca2+ liberado por los astrocitos. De manera indirecta, los astrocitos pueden también influir sobre la potenciación a largo plazo
modulando la actividad tanto del receptor NMDA como de otros
mediadores sinápticos (existen evidencias de que los astrocitos
producen y liberan glutamato). Es sabido en este sentido que un
aminoacido conocido como D-serina, liberado en buena proporción por los astrocitos, podría también funcionar como coagonista en la activación del receptor NMDA e influir por esta vía
el fenómeno de la plasticidad. Más sorprendente aún resulta el
hecho reportado recientemente de que los astrocitos participan
en la eliminación de algunas sinapsis aportando señales moleculares cruciales y posiblemente actuando como fagocitos).
La participación de los astrocitos en los procesos cognitivos, aun cuando es menos comprendida, se ha vuelto ya un
tema relevante. El análisis cuantitativo de este componente
celular en la corteza cerebral humana ha revelado que, precisamente, la corteza prefrontal dorsolateral (una de las regiones más evolucionadas en el cerebro humano) exhibe la mayor diferencia en la proporción astrocito-neurona. En el plano
experimental ha quedado demostrado que algunos factores
de origen astrocitario impactan de manera directa sobre funciones como la memoria y el aprendizaje. Entre esos factores,
sobresale una proteína íntimamente relacionada a la actividad
del Ca2+, denominada S100b (v. Recuadro 2-1). Por algún mecanismo aún poco claro, esta proteína de origen astrocitario
regula procesos como la potenciación a largo plazo e incide
sobre la capacidad de sujetos experimentales para resolver
diferentes paradigmas de aprendizaje. Como es de esperar,
la relación entre glía y cognición parece ser bidireccional. Los
astrocitos, además de estar propuestos como moduladores
importantes de las capacidades cognitivas, también son objeto de cambios importantes en función de la propia actividad cognitiva. Por ejemplo, la región CA3 del hipocampo (el
que, como se ha mencionado, está estrechamente ligado a la
capacidad de aprendizaje y memoria) exhibe un importante
incremento en el número de astrocitos después de un período
de entrenamiento en tareas de aprendizaje espacial, fuertemente relacionado con esa estructura. Los investigadores más
arriesgados, por su parte, postulan que la red que forman los
astrocitos entre sí funcionaría como una especie de marcapasos o sincronizador de la actividad sináptica de amplias redes
neurales que, a su vez, se traduciría en un importante aporte
para el funcionamiento cognitivo general.
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Libros
Redolar D. El cerebro cambiante. Barcelona: Editorial UOC, 2012.
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Reserva cognitiva
E. M. Arenaza-Urquijo y D. Bartrés-Faz
7
a Resumen conceptual
✓ En este capítulo se introducirá la teoría de la reserva cerebral o cognitiva
a y sus conceptos básicos. Esta teoría se
centra en la habilidad del cerebro para tolerar cambios cerebrales debidos al envejecimiento fisiológico o a procesos
neuropatológicos, minimizando las manifestaciones clínicas de éstos. La reserva, aunque en un primer momento
fue conceptualizada como una característica estática, referida al potencial anatómico del cerebro
o (p. ej., tamaño
cerebral, número de neuronas y densidad de sinapsis), ha sido después discutida de una manera más amplia, abarcando también la funcionalidad
d del cerebro (eficacia y capacidad cerebral, utilización de mecanismos compensatorios en la edad anciana etc.). Esta nueva manera de entender la reserva, en la que se enfatiza el carácter dinámico
de ésta, es de especial interés ya que aporta la idea de la maleabilidad
d del cerebro a lo largo de la vida. Si es posible
variar la reserva a lo largo de la vida y, por lo tanto, aumentar la tolerancia del cerebro ante cambios fisiológicos o
patológicos, la pregunta pertinente sería: ¿cuáles son las variables que permiten adquirir reserva? Además de los
factores genéticos, existen factores ambientales, como los niveles de educación y la participación en actividades
sociales o físicas. Es la exposición a ambientes estimulantes lo que realmente se corresponde con la visión dinámica
del concepto, ya que esta perspectiva considera la posibilidad de varias la capacidad de reserva a lo largo de la vida.
De aquí puede intuirse la importancia de los programas de estimulación cognitiva en la edad adulta.
✓ Siguiendo esta clasificación binaria de las características de la reserva (estáticas o dinámicas), existen dos modelos teóricos. El primero (estático) traduce la reserva a nivel cerebral en número de neuronas, tamaño cerebral o
densidad sináptica. Un ejemplo de este modelo sería que un cerebro envejecido de mayor tamaño podrá tolerar más
cambios antes de que se manifiesten los déficits asociados a la edad, porque tendrá un mayor sustrato de base que
le servirá como medio para mantener un funcionamiento normal. Este primer modelo es conocido como el modelo
pasivo
o y se asocia con el término reserva cerebrall. El segundo (dinámico), denominado modelo activo
o y asociado al
término reserva cognitiva, entiende que la reserva se traduce en la utilización de procesos cognitivos o redes neurales preexistentes o alternativas (compensatorias) para realizar de forma óptima una tarea. Un ejemplo sería la
utilización de mecanismos o redes cerebrales alternativas en la ancianidad para compensar los cambios fisiológicos del envejecimiento. Ambos modelos señalan que existen diferencias interindividuales y, así, una mayor o menor
tolerancia, en términos de protección, a los cambios producidos por el envejecimiento o las enfermedades. Mientras el primer modelo enfatiza las características cerebrales per se, el modelo activo hace referencia a las habilidades o los recursos adquiridos a lo largo de la vida y que son fruto de la experiencia, como la educación o la
ocupación, y que pueden contribuir a variar tanto la reserva cerebral como la cognitiva.
✓ Existe un cuerpo sólido de resultados a favor de la teoría de la reserva cerebral o cognitiva, que se ha ido forjando
a lo largo de los últimos años. Se han recogido diversas evidencias en gran variedad de estudios, principalmente a
partir de la aportación de estudios anatomopatológicos y, de forma destacada, mediante la aplicación de técnicas
de neuroimagen estructurales y funcionales, que se han utilizado para estudiar los factores pasivos/estáticos o
activos/dinámicos de la reserva, respectivamente. La metodología utilizada para investigar la teoría de la reserva
cerebral o cognitiva se basa principalmente en la búsqueda de asociaciones entre medidas de reserva y medidas
cerebrales, en aras de entender el papel modulador de esta reserva. Esta metodología exige, por lo tanto, obtener
algún tipo de medida indirecta de la capacidad de reserva, una medida que puede conseguirse, por ejemplo, a
través de entrevistas clínicas o cuestionarios. Al respecto, se han propuesto diversas medidas: medidas de reserva
cerebral, referidas a características cerebrales (p. ej., el perímetro craneal, reflejando el volumen cerebral) y medidas de reserva cognitiva, que hacen referencia a la experiencia a lo largo de la vida, como la educación o la ocupación. Los resultados de los estudios que han utilizado este tipo de medidas, ya sea en individuos en proceso de
envejecimiento sano o en pacientes con enfermedad de Alzheimer, apoyan en términos generales la idea de que
una mayor reserva permite tolerar más los procesos patológicos. Es decir, aquellos individuos con más reserva
pueden tolerar más cambios asociados al envejecimiento y/o a la demencia, retrasando la aparición de los síntomas
clínicos y, por lo tanto, el diagnóstico. Así, es importante destacar las implicaciones de la teoría de la reserva en el
diagnóstico y el pronóstico. Al ser posterior el diagnóstico en individuos con alta reserva (en comparación con los
individuos de baja reserva), ya que los síntomas clínicos se presentan cuando el proceso patológico está más avanzado, se ha sugerido que la progresión será también más rápida, una vez que el diagnóstico se haya realizado.
(Continúa en la página siguiente)
185
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Sección II. Plasticidad y desarrollo
a Resumen conceptual (cont.)
✓ A lo largo de este capítulo se estudiarán el concepto de reserva, los diferentes modelos, las variables asociadas a
ellos y los estudios de neuroimagen que aportan evidencias a favor del constructo. Además se estudiarán las implicaciones que tiene el concepto de reserva tanto para el envejecimiento sano como para el diagnóstico y el pronóstico, particularmente de la enfermedad de Alzheimer.
G Objetivos de aprendizaje
• Definir qué es la reserva a nivel cerebral.
• Entender los dos modelos conceptuales de reserva, así como los dos conceptos ligados a ellos: reserva cognitiva y
reserva cerebral.
• Conocer las variables utilizadas para medir la reserva cognitiva y cerebral.
• Comprender los conceptos de eficacia, capacidad y compensación ligados a la reserva cognitiva.
• Entender las implicaciones de la reserva en el envejecimiento sano y en la enfermedad de Alzheimer (diagnóstico,
pronóstico).
• Conocer las evidencias de estudios de neuroimagen.
• Conocer las limitaciones conceptuales y prácticas del concepto.
■ INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DE LA RESERVA
Desde hace más de una década se sabe, a través de diferentes estudios prospectivos en envejecimiento, que más del
25 % de personas de edad avanzada con una evaluación neuropsicológica dentro de la normalidad en vida, cumplen, sin
embargo, los criterios anatomopatológicos de enfermedad
de Alzheimer. El primer estudio que mostró estos interesantes hallazgos fue una investigación que utilizó información
post mortem llevado a cabo por Katzman en 1988. Se analizó
el cerebro de 137 personas, la mayoría de las cuales habían
sido diagnosticadas de demencia en vida. Así, el diagnóstico
definitivo (post mortem) fue confirmatorio en la gran mayoría:
enfermedad de Alzheimer. Sin embargo, entre los casos que
no habían padecido demencia en vida y que, por lo tanto, se
mostraban cognitivamente normales, había 10 personas que
mostraban las mismas lesiones cerebrales que los pacientes
con enfermedad de Alzheimer.
De éste y otros estudios (v. Material web. Enlaces de interés. Estudio de las monjas), se puede extraer la idea de que dos
personas pueden cumplir los criterios anatomopatológicos de
la enfermedad de Alzheimer y, sin embargo, una de ellas
puede mostrar los síntomas clínicos y –por lo tanto– un declive cognitivo, y la otra permanecer cognitivamente sana.
¿Cuáles son las características que diferencian a estas dos personas?, ¿qué fenómeno puede responder a esta observación?,
¿existen diferencias individuales en cuanto a la tolerancia a los
procesos patológicos? Y si es así, ¿qué marca estas diferencias?
En el estudio anterior se evidenció que las personas que mostraban criterios de la enfermedad de Alzheimer pero mostraban un funcionamiento cognitivo dentro de la normalidad
tenían un mayor tamaño cerebral, lo que sugiere que tal vez
tuvieran más neuronas, lo cual les habría protegido de la expresión de los síntomas clínicos. Esta ventaja en cuanto a la
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capacidad para tolerar un mayor grado de enfermedad fue
denominada reserva cerebral.
¡
La reserva es la capacidad del cerebro para afrontar
los cambios cerebrales producidos por el envejecimiento normal o por un proceso neuropatológico,
que contribuye a disminuir sus manifestaciones clínicas. Según la teoría de la reserva, ésta modularía
la relación entre las lesiones cerebrales y sus manifestaciones clínicas, limitando el impacto negativo
de estas lesiones en el área cognitiva.
Así, la reserva surge como un concepto hipotético que ha
sido propuesto para dar explicación a la relación, no siempre
directa, entre un daño o trastorno cerebral y su manifestación clínica. En otras palabras, un determinado daño cerebral
puede causar déficits cognitivos en una persona, pero no en
otra. Este concepto es aplicable a cualquier tipo de situación
clínica, siempre que no exista una correspondencia directa entre determinado cambio cerebral y la función cognitiva. Sin
embargo, ha sido más frecuentemente aplicado a los cambios
cerebrales asociados al envejecimiento normal y a la enfermedad de Alzheimer, campo en el que se centrará este capítulo.
El concepto ha sufrido cambios o actualizaciones en su
conceptualización a lo largo de los años, existiendo actualmente una disociación teórica que refleja, más allá de una
conceptualización excluyente, dos perspectivas metodológicas o modelos teóricos interrelacionados para el estudio de la
reserva. El primero, el modelo pasivo, habla de una reserva cerebral, fundamentada en características anatómicas cerebrales, como el mayor número de neuronas o la mayor densidad
sináptica. El otro, el modelo activo, enfatiza que la reserva es
cognitiva. Así, entiende la reserva como la habilidad para eje-
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Capítulo 7. Reserva cognitiva
Reserva cerebral: modelo pasivo
Una vez introducido en pinceladas generales el contexto
en el que surgió el concepto de reserva y las características
generales de los dos modelos teóricos, se abordará en primer
término el modelo pasivo y la reserva cerebral.
¡
La reserva cerebral deriva de variables como el tamaño cerebral o el número de neuronas y de sinapsis, que podrían ser incluidas en el concepto de potencial anatómico.
Los cerebros que poseen en grado elevado estas características tienen un mayor sustrato de base, que le sirve como
medio para mantener un funcionamiento normal. Por ejemplo, un mayor volumen de sustancia gris es una de las variables que se englobarían en lo que se denomina capacidad de
reserva cerebral. Esta capacidad es idiosincrática, va ligada a
correlatos anatómicos y sugiere que ciertos factores pasivos
(como el número de sinapsis o el volumen cerebral) confieren una capacidad particular para tolerar los procesos neuropatológicos.
¡
Una implicación importante de la capacidad de reserva cerebral es que prolongaría el estado preclínico en los procesos de predemencia y demencia.
Como puede observarse en la figura 7-1, el proceso patológico de la enfermedad de Alzheimer se agrava progresivamente con el tiempo, pero los individuos con mayor reserva
comenzarán a mostrar afectación cognitiva (en el caso del
ejemplo de la figura, afectación de la memoria) cuando el proceso neuropatológico esté más avanzado. Esto tendrá un importante impacto en el diagnóstico clínico para la enfermedad
de Alzheimer, puesto que éste será posterior. Es decir, en las
personas con alta reserva los síntomas clínicos aparecerán
más tarde, cuando el proceso neuropatológico esté más avanzado (en comparación con las personas de baja reserva), y una
vez pasado el umbral para la expresión clínica, la progresión
será más rápida.
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Puntuación prueba de memoria
cutar tareas cognitivas de manera eficiente, ya sea mediante
la utilización de redes preexistentes específicas para una tarea
o mediante el reclutamiento de redes alternativas. La implicación en actividades cognitivas estimulantes y el nivel educativo, entre otras variables, pueden contribuir a aumentar
este tipo de reserva que tiene que ver con la funcionalidad del
cerebro. Por otro lado, los factores genéticos han sido más
asociados con el modelo pasivo y las características anatómicas cerebrales. Aunque, como se explicará a continuación,
quizá desde una perspectiva teórica estricta el modelo pasivo
se asocie con medidas anatómicas y, por lo tanto, con el impacto de factores genéticos (como algo más estático e invariable), y el modelo activo, con medidas relacionadas con la implicación en actividades estimulantes a lo largo de la vida,
estas últimas también pueden contribuir a aumentar la reserva cerebral.
Personas con alta reserva
187
Punto de inflexión
Personas con
baja reserva
Demencia
Proceso patológico de la enfermedad de Alzheimer
Figura 7-1.
sión clínica de la enfermedad de Alzheimer, propuesta por Yaakov
Stern. El agravamiento del proceso patológico de la enfermedad de
Alzheimer con el tiempo está representado en el eje de las X. El eje
de las Y representa el funcionamiento cognitivo en términos de ejecución en una prueba de memoria. El punto de inflexión en el que
comienzan las manifestaciones clínicas es posterior para las personas con más alta reserva, que pueden tolerar un proceso patológico
más avanzado. Así, el diagnóstico clínico para la enfermedad de Alzheimer será posterior para personas con más alta reserva cognitiva, pero su progresión será más rápida debido a que la aparición
de los primeros síntomas indicará un proceso subyacente muy avanzado, donde ya existe una disminución de los recursos cerebrales.
›
En este caso, la neuroimagen es una herramienta
perfecta para detectar los cambios cerebrales en
personas con alta reserva que pueden ser indicadores o marcadores de un trastorno, por ejemplo, la
enfermedad de Alzheimer, que sin embargo no se
haya manifestado clínicamente.
Este modelo pasivo, que destaca las diferencias anatómicas, se ha estudiado mediante técnicas de neuroimagen estructural. Sin embargo, este modelo no tiene en cuenta las
diferencias en el procesamiento cognitivo o funcional, que son
destacadas por el modelo activo o funcional de la reserva (ligado éste al término reserva cognitiva), el cual fue conceptualizado por el teórico Yaakov Stern, de la Universidad de Columbia en Nueva York.
Reserva cognitiva: modelo activo
¡
La reserva cognitiva reflejaría una habilidad individual para utilizar procesos cognitivos y redes neuronales de una manera efectiva, que permita disminuir
al mínimo el impacto de los cambios asociados al
envejecimiento y a los procesos neuropatológicos.
Según este modelo, el cerebro activamente trata de contrarrestar los cambios cerebrales típicos del envejecimiento o ligados al daño cerebral por accidente o enfermedad cerebral.
Los mecanismos a través de los cuales el cerebro puede paliar
este tipo de daño se relacionan con una capacidad de procesar
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Sección II. Plasticidad y desarrollo
Recuadro 7-1. Mecanismos asociados a la reserva
cognitiva en el envejecimiento sano y patológico
• Reserva neural:
– Es una habilidad asociada a los individuos sanos.
– Hace referencia a la utilización de estrategias cognitivas preexistentess en forma de redes neuronales o
paradigmas cognitivos para enfrentarse a las demandas de una tarea. Estas redes neuronales que se utilizan serían más eficientes o flexibless y, por lo tanto,
menos susceptibles al daño cerebral.
– Se define principalmente en función de las características de eficiencia y capacidad, enfatizando las diferencias interindividuales de éstas.
• Compensación neural:
– Es una capacidad que muestran los individuos sanos
envejecidos o los individuos con enfermedad.
– Hace referencia a la utilización de nuevas redes cerebraless compensatorias después de que la enfermedad haya impactado en aquellas redes que son típicamente utilizadas por individuos sanos para tareas
determinadas.
– Se define principalmente en función de las diferencias
interindividuales en la habilidad para enfrentarse a
los procesos relacionados con el envejecimiento o la
enfermedad.
información de manera más efectiva en personas con mayor
reserva la que, como se verá más adelante, se puede estudiar
a través de la neuroimagen funcional, básicamente mediante
resonancia magnética funcional (RMf) y tomografía por emisión de positrones (PET).
En relación con el envejecimiento sano o patológico, se
han propuesto dos mecanismos como subyacentes a la reserva cognitiva, la reserva neural y la compensación neural
(Recuadro 7-1).
Así como el término compensación ha sido ampliamente utilizado en estudios de envejecimiento y demencia y existen modelos que han sido desarrollados fuera del marco teórico que se
expone, las características de eficiencia y capacidad ligadas al
concepto de reserva neural han sido más específicamente descritas y evidenciadas dentro del marco de la teoría de la reserva cerebral o cognitiva a través de estudios de neuroimagen funcional.
Al respecto, Yakoov Stern propone utilizar el concepto de
compensación en un contexto específico, que se menciona a
continuación.
¡
Se habla de compensación cuando, debido a la alteración de una red cerebral (ya sea por los efectos fisiológicos de la edad o por afecciones cerebrales), se
utiliza para la realización de la tarea una red alternativa que no será la utilizada por individuos sanos.
Se utiliza el término compensación porque se presupone
que la red alternativa se está utilizando para compensar la
inhabilidad de la red alterada para utilizar las respuestas que,
en su caso, sí utilizan los individuos sanos al incrementar la
dificultad de la tarea. Ha sido demostrado en diferentes estu-
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dios que la habilidad de un cerebro dañado para expresar u
optimizar mecanismos compensatorios también varía en función de la reserva cognitiva.
Por otro lado, y como se ha descrito anteriormente, la reserva
neural, representa diferencias individuales que se hacen visibles
en la habilidad o capacidad para enfrentarse a un aumento en la
demanda de una tarea cognitiva específica. Según Stern, estas
diferencias interindividuales pueden deberse a factores innatos
(p. ej., la inteligencia), o pueden estar moduladas por factores de
la vida, como la experiencia educativa, ocupacional, o las actividades de ocio (v. Material web. Enlaces de interés. Estudios de
reserva cognitiva realizados por el equipo del Dr. Stern).
¡
Se considera que la reserva neural engloba a la normalidad de la respuesta al incrementar la demanda
de la tarea: puede implicar un reclutamiento diferencial de la misma red neural y/o un reclutamiento
alternativo de redes cuando la capacidad de la red
original se haya excedido.
En el cerebro, esta reserva se implementa a través de redes
que, ante una tarea de alta demanda cognitiva, serán más eficientes y tendrán más capacidad. Pero, ¿a qué procesos específicos se hace referencia al hablar de capacidad y de eficiencia?
d se refiere al grado de activación neuronal que una
La capacidad
red específica para una tarea puede alcanzar para realizar esa
tarea. La capacidad máxima de una red específica para una tarea se evidenciará cuando la activación de esta red vaya aumentando en función de la demanda de la tarea, hasta llegar a un
punto a partir del cual el aumento de la dificultad de la tarea no
producirá aumento de la activación neuronal, y esto se verá reflejado en la ejecución. Así, una misma red podría ser utilizada
para diferentes niveles de dificultad de una tarea específica y, en
un punto determinado, los individuos con mayor reserva podrán utilizarla para demandas más altas de estas tareas, y los de
menor reserva no podrán hacerlo. La eficiencia se refiere a la
habilidad de realizar una tarea de manera óptima utilizando la
cantidad menor de recursos disponibles. Según este concepto,
si se compara la realización de una tarea específica por parte de
individuos con alta y baja reserva, los primeros activarán menos
las áreas asociadas a esta tarea ejecutando la tarea igual o mejor
que los individuos de baja reserva, porque necesitan menos recursos cerebrales (Fig. 7-2).
Imagínese, por ejemplo, que se realiza una tarea cognitiva
de dificultad normal. Al realizarla se activa una red específica
del cerebro, a la que se hará referencia como red específica para
esta tarea. Probablemente habrá una ejecución individual normal por parte de cada persona que esté realizando la tarea.
Supóngase que se aumenta la dificultad de la tarea, de forma
que la red específica ya no pueda responder a esta demanda,
no pueda realizar la tarea. Lógicamente, esto tendrá una repercusión en la ejecución de la tarea. ¿Qué recursos utilizaría
el cerebro para enfrentarse a la realización de esta tarea de
forma óptima? Una solución posible es que la misma red continúe llevando a cabo el procesamiento de la tarea pero de
forma ineficiente y, por lo tanto, la ejecución se vea afectada.
Otra posibilidad es que una red cerebral diferente tome o suplante a la red específica de la tarea, es decir que exista un re-
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Capítulo 7. Reserva cognitiva
189
Recuadro 7-2. Conceptos básicos del modelo pasivo frente
al modelo activo de la reserva
Personas con alta reserva
Actividad neural
• Modelo pasivo:
– Medidas de reserva: anatómicas, como número de
neuronas, tamaño cerebral, densidad sináptica.
– Características: diferencias interindividuales en la tolerancia a los cambios cerebrales antes de que los
déficits clínicos emerjan.
– Implicaciones: fase preclínica más larga antes de que
se sobrepase el umbral crítico, evolución más rápida
una vez realizado el diagnóstico.
– Técnicas de neuroimagen: resonancia magnética anatómica.
Capacidad
Eficiencia
Personas con baja reserva
Nivel de demanda de la tarea
Figura 7-2. Ilustración teórica de las características de eficiencia
y capacidad (reserva neural) propuesta por Yaakov Stern. El eje de
las X representa el nivel de demanda de la tarea. La activación
neural de la red específica de la tarea está representada en el eje
de las Y. Si se analiza la parte izquierda del gráfico, que representa
el momento en que la demanda de la tarea es baja, las personas
con alta reserva mostrarán una menor activación neural que aquellas con baja reserva, es decir, para realizar esta tarea necesitan
menos recursos cerebrales. Sin embargo, esta observación se invertirá cuando la demanda de la tarea sea alta (parte derecha del
gráfico), ya que en las personas con alta reserva se evidenciará
una activación neural mayor en función del aumento de la demanda, mientras que en aquellas con baja reserva se excederá la
capacidad máxima de la red específica, de manera que no podrán
responder al aumento de la demanda de la tarea con un aumento
en la activación neural.
clutamiento de áreas cerebrales adicionales. Este fenómeno ha
sido descrito en estudios de neuroimagen, incluso en jóvenes.
Así, las personas que tienen mayor reserva y, por lo tanto, mayor eficiencia o capacidad en las redes cerebrales tienen una
mayor disposición para mantener un funcionamiento intacto.
Una vez descritos los modelos de reserva, es importante detenerse a reflexionar acerca de los aspectos más importantes de
dichos modelos. Por una parte, es de destacar que la teoría de la
reserva cerebral o cognitiva tiene una gran relevancia en términos de conocimiento científico, en cuanto a que proporciona un
marco teórico de referencia que permite entender la relación entre
determinados cambios cerebrales (sean éstos asociados al envejecimiento o a una enfermedad degenerativa) y el perfil cognitivo. Así, podrán describirse y entenderse mejor los cambios
anatómicos y funcionales del cerebro y el impacto diferencial de
éstos en los procesos cognitivos relacionando estos hechos con
la mayor o menor reserva cerebral. Dicho de otra manera, la
teoría de la reserva cerebral o cognitiva permite responder por
qué un determinado daño cerebral tendrá distinto impacto clínico en dos individuos diferentes. Por otro lado, como se ha
señalado, a nivel más práctico o aplicado, esta teoría también ha
generado una serie de conocimientos que tienen implicaciones
en el diagnóstico y en el pronóstico de, por ejemplo, la enfermedad de Alzheimer. Al respecto, y en relación con los resultados
de los estudios de neuroimagen que serán posteriormente
abordados con más detalle, existe un gran cuerpo de evidencia
en el campo que apunta a que las personas con más reserva
02 Sección II.indd 189
• Modelo activo:
– Medidas de reserva: educación, ocupación, actividades físicas, actividades de ocio.
– Características: diferencias interindividuales en la utilización de procesos cognitivos preexistentes y redes
cerebrales de forma efectiva (reserva neural) y utilización de redes alternativas, en términos compensatorios (compensación neural), cuando existe una alteración de las redes utilizadas normalmente.
– Implicaciones: la exposición a situaciones estimulantes a lo largo de la vida permite desarrollar la capacidad para tolerar cambios cerebrales.
– Técnicas de neuroimagen: resonancia magnética funcional.
pueden tolerar más cambios asociados al envejecimiento y/o la
demencia, retrasando la aparición de los síntomas clínicos (y,
por lo tanto, el diagnóstico). Por consiguiente, reviste gran interés el hecho de que una vez realizado el diagnóstico se acelere
la evolución de los síntomas (v. Recuadro 7-2).
■ ESTIMACIÓN DE LA RESERVA
Hasta el momento se han analizado el concepto de reserva
cognitiva y cerebral y sus acepciones, y se han esbozado de
forma somera las variables que reflejan la reserva o que permiten desarrollarla. Este último punto será tratado específicamente a continuación (v. Material web. Animaciones y vídeos.
Documental sobre los estilos de vida, aspectos psicológicos y
factores de riesgo que modulan la presentación clínica de la
enfermedad de Alzheimer).
Como se ha destacado en el apartado precedente, el interés
científico y clínico que tiene el concepto de reserva pone de
manifiesto la necesidad de una medida conductual, indirecta,
de reserva. Puede plantearse si es posible tener una estimación de la capacidad de reserva que tiene un individuo en concreto, por ejemplo, un paciente determinado. ¿Cómo puede
obtenerse esta medida de reserva?
¡
Existen resultados de diferentes estudios que permiten identificar variables que pueden ser individualmente detectadas a través de evaluaciones antropométricas o clínicas y que podrían derivar en buenas
medidas o estimaciones de la reserva individual.
13/09/13 10:06
190
Sección II. Plasticidad y desarrollo
Se han definido diferentes tipos de medidas de reserva,
aunque –como se comentará más adelante– no todas han sido
igualmente utilizadas:
• Variables que han sido asociadas, en estudios epidemiológicos, longitudinales o transversales, con una menor prevalencia o incidencia de demencia o con una demora de la
aparición de síntomas clínicos. Estas variables son aquellas
que pueden recogerse a través de evaluaciones clínicas (p.
ej., mediante la utilización de cuestionarios): educación,
ocupación, actividades sociales y físicas.
• Factores genéticos que han sido asociados con determinados
perfiles cognitivos y cuyo impacto cerebral, por lo tanto, es
conocido.
• Características cerebrales que confieren un riesgo reducido
para el declive cognitivo y el desarrollo de demencia, como
el tamaño cerebral.
Es interesante, en este punto, realizar una breve disquisición teórica. Siendo la reserva un constructo hipotético, y habiendo sufrido una serie de cambios, permite una serie de
variaciones en su conceptualización y –sobre todo– en su interpretación y en la aproximación metodológica a ella. Así,
aunque las medidas anteriormente explicadas son habitualmente consideradas y utilizadas para evaluar la reserva, puede
señalarse que al hablar de medidas o indicadores de reserva, se
hace referencia a aquellas variables que contribuyen al desarrollo de la reserva cerebral o cognitiva (p. ej., el nivel educativo y el componente genético). Sin embargo, cuando se habla
de las características anatómicas o cerebrales, se hace referencia a los correlatos anatómicos o cerebrales de la reserva cognitiva
o cerebral. Las primeras permiten tener una medida indirecta
de la implementación cerebral de la reserva; las otras permiten
conocer el impacto directo de estas medidas en el cerebro.
Existe, por lo tanto, una circularidad de razonamiento y de
planteamiento metodológico que ha sido criticada en varias
ocasiones.
Para finalizar, existen determinadas variables que deberían tenerse en consideración y que quizá ya están comenzando a proponerse como candidatas desde un concepto
más amplio de reserva, por ejemplo, la información genética,
que no suele combinarse con las variables ambientales que
afectan a la reserva. Además, medidas adicionales, como los
hábitos de alimentación y de sueño, las características de la
personalidad y la exposición a acontecimientos estresantes
(que tienen un impacto en el estado cerebral durante el envejecimiento), también deberían tenerse en cuenta. Es necesario efectuar más investigaciones para clarificar y establecer
cómo puede determinarse y medirse de forma óptima la reserva (Fig. 7-3).
Por otro lado, la necesidad de llevar a cabo estudios de validación del constructo que definan la reserva en términos
neurofisiológicos y cognitivos ha sido fuertemente argumentada. Así, la forma de conceptualizar y obtener medidas que
reflejen la reserva está abierta a debate. Según una revisión
actual, una buena aproximación metodológica a la reserva debería combinar: a) medidas cerebrales, b) medidas de reserva
como el nivel educativo y c) información sobre el perfil cognitivo. Recientemente se ha propuesto una aproximación meto-
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Menor prevalencia/incidencia
de demencia
Protección contra
la aparición de
síntomas clínicos
Educación
CI premórbido
Ocupación
Actividades de ocio
Actividad social
Actividad física
Dieta mediterránea
Volumen intracraneal
Tamaño cerebral
Genética
Hábitos dietéticos
Hábitos del sueño
Personalidad
Acontecimientos estresantes
Reducción del riesgo
de declive cognitivo
y demencia
Figura 7-3. Representación esquemática de las principales variables de reserva. En el centro, aparecen las variables que han sido
ampliamente estudiadas, entre las que destacan la educación y el
coeficiente intelectual (CI). A la izquierda y dentro de un círculo
discontinuo están representadas variables cuyo impacto a nivel
cerebral es conocido y que, probablemente, deban ser introducidas
en un concepto más amplio de reserva.
dológica diferente e interesante, que entiende la reserva como
un error de predicción.
¡
Si se espera que una persona con alta reserva muestre un impacto cognitivo menor (en comparación con
una persona de baja reserva) para un determinado
daño cerebral, puede definirse la reserva en función
de la diferencia entre el rendimiento cognitivo
o esperado para un individuo con un daño cerebral determinado y su rendimiento cognitivo actual o real.
Variables de la reserva
En este apartado se profundizará el estudio de aquellas variables que permiten al individuo que ha estado expuesto a
ellas a lo largo de su vida tener más reserva, es decir, más resistencia a los efectos de la neurodegeneración asociados a la
demencia o a los efectos del envejecimiento; son, por lo tanto,
aquellas variables asociadas con las características dinámicas
de la reserva.
¡
La reserva cognitiva es un constructo inestable que
se desarrolla e interrelaciona y que, por lo tanto,
cambia a lo largo de la vida del individuo.
Más allá de las variables innatas o determinantes tempranos de la reserva (p. ej., factores genéticos), que son no
modifi cables, el análisis se centrará en las variables que
pueden promover cambios cerebrales como respuesta a ex-
13/09/13 10:06
Capítulo 7. Reserva cognitiva
periencias o estímulos ambientales, y que pueden denominarse adquiridas.
«Todo hombre puede ser, si se lo propone, escultor de su propio
cerebro.»
SANTIAGO RAMÓN Y CAJAL
Educación y cociente intelectual premórbido
Puede afirmarse que la educación es una de las variables de
reserva más estudiadas. Los efectos significativamente protectores de la educación con respecto a la incidencia de demencia
han sido encontrados en diversos estudios revisados por Valenzuela y Sachdev (v. Material web. Enlaces de interés. Estudios
prospectivos: medidas cognitivas, estilos de vida e imagen cerebral). Precisamente, los bajos niveles de educación han sido
establecidos como un factor de riesgo importante para desarrollar enfermedad de Alzheimer u otras demencias. Por otra parte,
también ha sido identificada como uno de los factores protectores contra las pérdidas cognitivas asociadas a la edad.
En el ámbito de los estudios de la reserva cognitiva, la educación se obtiene típicamente a partir de las entrevistas clínicas y a través de cuestionarios de reserva, como el Life Experiences Questionnaire (Cuestionario de Experiencias Vitales, de
M. J. Valenzuela) o el Cuestionario de Variables de Reserva Cognitiva desarrollado por los autores del presente capítulo. Normalmente la educación se codifica como variable cuantitativa
siguiendo valores ordinales según que el nivel de educación
sea nulo, no formal, primario, secundario o superior/universitario. En el caso de la ocupación, una variable que en algunos
estudios se mide junto con la educación, la escala abarca el
abanico de situaciones desde trabajo no cualificado manual
hasta managerr o director, pasando por trabajos manuales cualificados, técnicos o profesionales.
Según Kramer, los efectos beneficiosos de la educación en
la cognición en edades avanzadas se relacionarían con la inteligencia cristalizada –que se refiere a la adquisición de conocimientos y experiencias– y no a la inteligencia fluida, ligada a
la habilidad de razonar y más dependiente de factores genéticos. Muchas veces el nivel educativo puede ser dependiente
del nivel socioeconómico, por lo que es relevante saber que
otros factores sobre los que puede ejercerse más control (como
la actividad mental compleja) pueden promover diversos mecanismos de neuroplasticidad. Este dato debe ser explotado
para mitigar los cambios fisiológicos asociados a la edad, por
ejemplo, mediante entrenamiento cognitivo.
Por otro lado, las pruebas o tests que reflejan el cociente
intelectual (CI) (o medidas del CI premórbido, en el caso de
pacientes) se han usado ampliamente como indicadores de
reserva cognitiva o cerebral. El CI podría estar reflejando una
«capacidad de reserva innata», puesto que estudios de genética del comportamiento han demostrado una alta heredabilidad para la función cognitiva general. Es evidente, sin embargo, que un mayor CI se asocia también con una mayor
probabilidad de exposición a otras medidas prototípicas de
reserva (como la educación), aspecto que posiblemente influya en las evaluaciones del CI, especialmente cuando éstas
están cargadas de un fuerte componente cultural, por ejemplo, el subtest de Vocabulario de la Escala de Inteligencia
02 Sección II.indd 191
191
Wechsler para Adultos (Wechsler Adult Intelligence Scale,
WAIS), o el Test de Acentuación de Palabras (TAP), análogo al
National Adult Reading Testt (NART) en población española.
La existencia de una ventaja (en términos de reserva) en las
personas con CI elevado frente a un proceso de envejecimiento o neuropatológico puede estar relacionada con las
características estructurales cerebrales asociadas a un alto CI
en la etapa del desarrollo y la madurez cerebral. En esta dirección, los CI elevados en la infancia, adolescencia o juventud
han sido relacionados con características específicas cerebrales: mayor tamaño cerebral, superespecializaciones corticales y
adelgazamiento de la corteza prefrontal dorsolateral (este último, más acusado en personas con un alto CI en la etapa de
la adolescencia). Sin embargo, los trabajos longitudinales escoceses, con grandes muestras de personas evaluadas durante
su infancia y de nuevo en su vejez indican que las medidas de
CI en la infancia son mejores factores predictivos del declive
cognitivo en la edad avanzada que las medidas anatómicas
cerebrales.
Actividades cognitivas y ocio
En la adultez, la participación en actividades de ocio y
cognitivamente estimulantes como leer, escribir y tocar música, así como la realización de actividades físicas, sociales y
de grupo han sido asociadas con un menor riesgo de desarrollar demencias décadas después. En diversos estudios, los
altos niveles de actividad mental se han relacionado con
hasta un 50 % menos de riesgo de desarrollar demencia. Incluso actividades cotidianas como leer el periódico, jugar a
las cartas o hacer puzzles pueden proporcionar un riesgo más
bajo desarrollar la enfermedad de Alzheimer (v. Material
web. Enlaces de interés. Entrenamiento de capacidades cognitivas).
¡
El enriquecimiento cognitivo en edad temprana, entendido como complejidad de trabajo y naturaleza de
las actividades de ocio, parece ser protector contra
el declive cognitivo asociado a la edad y también de
la demencia.
La participación en actividades de carácter intelectual no
tiene sólo un papel importante en cuanto al riesgo de desarrollar demencia, sino que puede ayudar a mantener el funcionamiento cognitivo, protegiendo contra el declive, y a
promover la longevidad. Por ejemplo, en un estudio con
4.000 personas que fueron evaluadas cada 3 años, la alta frecuencia de participación en actividades cognitivamente estimulantes fue asociada con un riesgo reducido de declive
cognitivo. Por tanto, la participación en actividades de ocio
tiene un efecto beneficioso a lo largo de la vida y es especialmente interesante porque es un factor que puede controlarse
o modificarse.
Por todo esto, es importante plantearse el entrenamiento
cognitivo como intervención, ya que se considera un enfoque
nuevo y prometedor para combatir el deterioro asociado a
la edad y a la demencia. Gates y Valenzuela valoran el beneficio del entrenamiento cognitivo como terapéutico, y para
13/09/13 10:06
192
Sección II. Plasticidad y desarrollo
estos autores es una parte de la estrategia necesaria para
maximizar la reducción del riesgo y mantener una salud cerebral óptima.
Actividad física
¡
Diferentes estudios sugieren un efecto potencialmente beneficioso del ejercicio físico en cuanto al
declive cognitivo y a la incidencia de demencia. Se
han planteado diversos mecanismos como mediadores de esta asociación, como la reducción de los
factores de riesgo cardiovascular, de la inflamación
y del estrés oxidativo, el aumento de la producción
de factores tróficos y la neurogénesis.
El efecto positivo del ejercicio físico ha sido relacionado con
una menor atrofia asociada con la edad en estudios de resonancia magnética (RM), incluso con patrones diferenciales de activación, lo que sugiere una mejora en la plasticidad funcional
cerebral. Por otro lado, tanto el ejercicio físico como la estimulación cognitiva regulan factores que incrementan la neuroplasticidad y la resistencia a la muerte celular. Por ejemplo, se han
encontrado aumentos de volumen cerebral en sustancia gris y
sustancia blanca cerebral asociados con el ejercicio aeróbico
realizado durante 6 meses por personas mayores, en comparación con personas que no lo realizaron.
Finalmente, en otro estudio en el que se investigó el riesgo
de presentar deterioro cognitivo asociado a la edad o a la demencia en una muestra relativamente grande de personas, se
estimó que la contribución, en cuanto a factores protectores, de
la educación por un lado y de la actividad física y social por otro,
era de una magnitud similar. Obviamente, los aspectos culturales diferenciables y la complejidad de este último tipo de actividades hacen que se deba precisar más qué tipo de actividades
(p. ej., complejas frente a simples) y qué durabilidad son necesarias para representar un factor paliativo en la manifestación
de síntomas de disfunción cognitiva en la edad avanzada.
anatómicas y morfológicas, las personas tendrán mayor o
menor capacidad de resistencia al daño cerebral ante fenómenos patológicos o durante el envejecimiento. Al referirse
a estas características, comúnmente se ha citado el tamaño o
volumen cerebral totales, argumentando que cerebros más
grandes probablemente reflejarán cerebros con mayor número de células nerviosas, mayor densidad sináptica, o mejor conectividad en general, proporcionando mayor resistencia a las lesiones. En este marco, previo a las medidas de
volúmenes totales o regionales mediante técnicas de neruroimagen, se emplearon estimaciones de volúmenes intracraneales a partir de medidas de la circunferencia craneal.
Estos trabajos confirmaron la hipótesis pasiva de la reserva,
hallando evidencias de que las personas con menores tamaños craneales, especialmente cuando se combinan con niveles bajos de educación, tienen un mayor riesgo de presentar
demencia o deterioro cognitivo en edades avanzadas.
›
Es interesante destacar aquí que si bien las estimaciones de volúmenes cerebrales a partir de medidas
de circunferencia craneal pueden parecer demasiado generales o inespecíficas, revisten cierto interés dentro del concepto de la reserva, ya que teóricamente reflejan el «grado máximo de expansión de
volumen del cerebro alcanzado por una persona
durante su desarrollo». En este sentido, permiten
obtener una estimación de la resistencia a los procesos patológicos partiendo de la «potencialidad de
base» de cada cerebro (con relación a su momento
de máxima expansión). Esto es importante, porque
las medidas de volúmenes cerebrales «reales» obtenidas en posteriores trabajos mediante RM en el
campo del envejecimiento, por ejemplo, deberían
corregir las medidas por el volumen intracraneal.
Las medidas «actuales» estarán afectadas por la
atrofia propia de la edad o de la enfermedad y no
reflejarán la potencialidad que en su momento de
máxima expansión tuvo ese cerebro para resistir a la
enfermedad.
■ EVIDENCIAS EN NEUROIMAGEN
La posibilidad de incorporar las técnicas de neuroimagen,
especialmente aquellas que permiten obtener una buena resolución espacial y temporal, han revolucionado la investigación reciente en neurociencia en seres humanos, y el campo
de estudio de la reserva cognitiva o cerebral no ha sido una
excepción a esta regla. En el capítulo 4 se hace una revisión en
profundidad de las características de las principales técnicas
de neuroimagen como la RM o la PET, entre otras, en cuanto
a sus aportaciones en neurociencia cognitiva. Antes de abordar los principales hallazgos en el campo de la reserva con el
uso de este tipo de técnicas, se remite al lector a su estudio a
partir del material proporcionado en dicho capítulo.
Evidencias del modelo pasivo de la reserva
aportadas por estudios de neuroimagen
Como se ha mencionado antes, el modelo pasivo de la
reserva indica que en función de sus características de tipo
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De forma paralela a los trabajos que emplearon medidas de
circunferencia cerebral, empezaron a emerger investigaciones
con estimaciones más directas pero generales del cerebro, habitualmente mediante el empleo de la RM como técnica de
neuroimagen. Dos de los trabajos más citados en esta línea
son el estudio de Coffey et al. (1999) y el estudio de Kidron et
al. (1997). Coffey et al. (1999) hallaron un aumento en la estimación total del volumen de líquido cefalorraquídeo a medida
que aumentaban los años de educación, en una muestra de
personas sin demencia. Kidron et al. (1997), indicaron que
cuando se consideraban individuos con demencia establecida
a niveles similares de gravedad clínica, mayores niveles de reserva (determinados por medidas de educación y ocupación)
se relacionaban con mayor dilatación ventricular en el lóbulo
parietal.
Es necesario detenerse en este punto para reflexionar sobre
estos dos hallazgos. Por un lado, las conclusiones del trabajo
de Kidron et al. parecen claramente de acuerdo con la hipóte-
13/09/13 10:06
Capítulo 7. Reserva cognitiva
sis pasiva de la reserva. Dado que se consideran pacientes con
demencia, el hecho de que aquellos con mayor educación presenten mayor atrofia cerebral probablemente indica que han
podido tolerar un proceso neuropatológico más intenso (deducido a partir de mayores medidas de atrofia del cerebro),
pero que clínicamente se mantienen al mismo nivel que el
resto de los pacientes estudiados. Así, sus cerebros son más
eficientes, ya que con menos volumen siguen permitiendo el
funcionamiento con un grado de afectación clínica relativamente leve. Sin embargo, el trabajo de Coffey es menos intuitivo. En este caso se consideran personas «normales», sin demencia. Dado que este grupo de personas, en principio, no
está sujeto a ningún proceso patológico subyacente y puesto
que estudios anteriores indican que mayores cerebros se asocian a una mayor resistencia al daño cerebral y a una mejor
función cognitiva, entonces ¿por qué aparece la asociación
entre mayor educación y mayores volúmenes de líquido cefalorraquídeo (es decir, mayor atrofia cerebral) en este grupo?
Estos resultados son ciertamente intrigantes a la luz de trabajos posteriores. Por ejemplo, Valenzuela et al. (2008) de la Universidad de Nueva Gales del Sur, en Australia, publicaron uno
de los pocos trabajos longitudinales dentro del marco del concepto de la reserva. Observaron que en personas sin demencia, aquellos con altas estimaciones de reserva presentaban
mayores volúmenes de los hipocampos y mayor estabilidad de
esos volúmenes a los 3 años de seguimiento. De forma similar,
el grupo de los autores de este capítulo, utilizando la técnica
de la morfometría basada en vóxeles (v. cap. 4), halló que mayores puntuaciones de reserva cognitiva se correspondían con
mayores volúmenes de sustancia gris en áreas frontales y parietales en personas de edad avanzada cognitivamente preservadas. Si la reserva cerebral se asocia con cerebros global o
regionalmente más preservados en poblaciones sanas, sería
esperable este tipo de asociaciones y no las de Coffey et al.,
aun siendo poblaciones envejecidas. Por último, es necesario
mencionar que Querbes et al. realizaron en un trabajo reciente, un estudio de medidas del grosor del manto cortical a
partir de imágenes de RM y pusieron de manifiesto que altos
niveles de educación se relacionaban con un adelgazamiento
de la corteza en regiones temporales y posteromediales, tanto
en las muestras de pacientes como en individuos sanos.
Estos datos incongruentes entre los trabajos, de correlaciones positivas o negativas entre las características morfológicas
cerebrales y los índices de reserva (educación, ocupación, etc.)
en el caso de personas sanas, también se han obtenido al tener en cuenta medidas de la sustancia blanca cerebral. Los
cambios de la sustancia blanca aparecen de forma temprana
en el proceso de envejecimiento y, por lo tanto, pueden representar un sustrato anatómico sensible asociado al constructo
de reserva y a la edad. Estudios en esta línea mostraron que
personas con altos niveles de educación presentaban mayores
volúmenes de sustancia blanca frontal y que el entrenamiento
en actividad física aeróbica (una medida frecuentemente incluida en los cuestionarios de reserva cognitiva) aumentaba
el volumen de esta región. Los autores de este capítulo, junto
con otros investigadores, en vez de emplear medidas de volúmenes de sustancia blanca, utilizaron la técnica del tensor
g DTI), concretamente la
de difusión (diffusion tensor imaging,
medida de anisotropía fraccional (v. cap. 4), parámetro que
02 Sección II.indd 193
193
permite una medida cuantitativa de la integridad de los tractos de sustancia blanca. En el trabajo, entendiendo a la reserva
cognitiva como una ponderación de puntuaciones obtenidas
sobre experiencias vitales, nivel educativo, actividad profesional, exposición a ambientes intelectuales/culturales y ejercicio
físico, se comprobó que las asociaciones entre la anisotropía
fraccional y las estimaciones de reserva cognitiva eran anatómicamente específicas, ya que sólo aparecían asociadas a la
integridad de la sustancia blanca en la rodilla del cuerpo calloso, una de las regiones donde aparecen en primer lugar los
cambios en sustancia blanca típicos de la edad. Mientras estos
resultados sugieren una especificidad regional para la implementación de la reserva en los ancianos sanos, la asociación
apareció en una dirección no esperada: una correlación negativa entre la puntuación de reserva cognitiva y la integridad
de la sustancia blanca en el cuerpo calloso anterior. Aunque
estos datos podrían indicar que niveles más altos de reserva
sugieren una capacidad aumentada para tolerar los cambios
estructurales relacionados con el envejecimiento, como se ha
argumentado antes y según trabajos anteriores, en un cerebro
libre de alteraciones, intuitivamente debería esperarse una
relación positiva entre medidas de reserva y medidas de integridad estructurales del cerebro.
Ahondando en esta controversia de la bibliografía, tanto
de datos volumétricos en sustancia gris como en sustancia
blanca, los autores de este capítulo propusieron que una explicación alternativa podría ser que algunos de los individuos
considerados «normales» en estudios anteriores tuvieran un
proceso neurodegenerativo subyacente, concretamente una
enfermedad de Alzheimer preclínica. En las investigaciones
actuales sobre demencia, y particularmente en el caso de la
enfermedad de Alzheimer, se enfatiza la necesidad de identificar estadios muy tempranos de demencia o condiciones
con riesgo de demencia que, aunque no muestren todavía
síntomas claramente objetivables, indiquen la presencia de la
enfermedad en el cerebro. La utilización de biomarcadores es
esencial para este objetivo. Un biomarcador, como su nombre
indica, es un marcador biológico, cuantificable o mesurable
que se utiliza como indicador de, en este caso, un proceso
biológico patógeno. Uno de los marcadores más tempranos
para la enfermedad de Alzheimer es la reducción de la concentración de la proteína b-amiloide (Ab1-42) en el líquido
cefalorraquídeo, que se produce varios años antes de las manifestaciones clínicas de la enfermedad. Por lo tanto, puede
haber ancianos que cognitivamente sean normales y en los
que, sin embargo, se esté desarrollando el proceso neuropatológico de la enfermedad de Alzheimer, como se ha comentado en la introducción de este capítulo. Para corroborar esta
posibilidad, los autores realizaron un estudio, en el que los
valores de Ab1-42 se obtuvieron del líquido cefalorraquídeo en
una muestra de ancianos cognitivamente preservados. Los
resultados muestran una interacción clara entre la integridad
de la sustancia blanca y los resultados en función del estado
del biomarcador Ab1-42. Así, mientras que los ancianos sanos
presentan la esperada correlación positiva que refleja una estructura de sustancia blanca más preservada, los individuos
con niveles de Ab1-42 reducidos muestran una asociación negativa. De forma similar, en un trabajo posterior (ver ArenazaUrquijo et al. 2013) demostramos una interacción clara entre
13/09/13 10:06
194
Sección II. Plasticidad y desarrollo
la atrofia cerebral de determinadas regiones críticas para la
enfermedad como el hipocampo o la corteza parietal inferior
en el mismo sentido, es decir correlaciones negativas entre el
volumen o grosor cortical de estas regiones y las estimaciones
de reserva sólo en el grupo de personas con valores de Ab1-42
alterados. Esto sugiere que estas personas están tolerando un
proceso neuropatológico más avanzado aun sin presentar síntomas de la enfermedad. Estos dos estudios, por tanto aportan
evidencia que las estimaciones de reserva cognitiva se asocian
con la capacidad de minimizar el daño cerebral incluso en estos estadios presintomáticos. Véase el recuadro 7-3 para un
resumen de las conclusiones de los trabajos sobre el modelo
pasivo que emplearon técnicas de neuroimagen.
¡
En contraste con los estudios de envejecimiento sano,
los trabajos realizados en pacientes muestran de
modo congruente que mayores estimaciones de reserva se asocian con un daño cerebral más avanzado.
En efecto, diversos trabajos confirman las observaciones
tempranas de RM volumétrica que indican que, al considerar
individuos con demencia en un grado de gravedad clínica similar, niveles más altos de reserva (educación y ocupación) se
relacionan con mayor daño cerebral, por ejemplo: Perneczky
et al. (2010), examinando medidas de atrofia cerebral; Teipel et
al. (2009), utilizando imagen por tensor de difusión, y Querbes
et al. (2009), analizando los patrones de grosor cortical. Además, en el trabajo de los autores del capítulo, empleando una
metodología similar a la de Teipel et al., se observó que los
pacientes con deterioro cognitivo leve presentaban correlaciones negativas con las medidas de reserva cognitiva en áreas
características de la enfermedad de Alzheimer, incluyendo
tractos relevantes asociativos, comisurales y límbicos. Las zoRecuadro 7-3. Conclusiones principales del conjunto
de trabajos de investigación del modelo pasivo o reserva
cerebral mediante técnicas de neuroimagen
• El impacto de la reserva en los parámetros estructurales cerebrales puede ser regionalmente específico.
Aunque existe en la bibliografía un conjunto de estudios
que relacionan medidas de reserva con el tamaño global
de la cabeza o el cerebro, también existe una especificidad. Un ejemplo es la investigación de Valenzuela et al.
(2008), que muestra que la reserva modula el grado de
atrofia hipocampal, pero no el cerebro en general. Otro
ejemplo es el de los hallazgos en integridad de la sustancia blanca recién comentados.
• En un cerebro normal, incluso envejecido, la ventaja
conferida por el hecho de haber estado expuesto a ambientes que contribuyen a aumentar la reserva se traduce en cerebros de mayor volumen o mayor integridad
de la sustancia blanca. La observación de correlaciones
negativas podría estar indicando casos en que los pacientes con mayores niveles de reserva están tolerando
un mayor grado de alteraciones patológicas subyacentes aún sin presentar ningún síntoma; por lo tanto se
trataría de casos incipientes de enfermedades neurodegenerativas.
02 Sección II.indd 194
nas afectadas incluían segmentos del cuerpo calloso, el cingulado, el fascículo longitudinal inferior y superior, y el fascículo
inferior frontooccipital. Este hecho refuerza la noción de la
especificidad regional cuando se exploran correlatos estructurales cerebrales del constructo de la reserva.
Evidencias del modelo activo de la reserva
aportadas por estudios de neuroimagen
Las primeras evidencias que apoyan el modelo activo de la
reserva empleando neuroimagen funcional provienen de estudios con PET o, incluso, con técnicas como la inhalación de
xenón-33 para medir el flujo sanguíneo cerebral o el metabolismo de la glucosa regionales en condición de reposo. Las
investigaciones de este tipo, habitualmente realizadas en pacientes con enfermedad de Alzheimer, indican que las personas con mayores niveles de educación u ocupación presentan
un menor flujo sanguíneo en áreas típicas de demencia, particularmente en la región temporoparietal. Sin embargo, los
estudios con técnicas de neuroimagen funcional que mejor
apoyan al modelo activo de la reserva son probablemente
aquellos realizados con PET o RMf, en los que las medidas de
actividad cerebral se obtienen mientras los participantes se
encuentran realizando tareas cognitivas.
¡
Los trabajos que utilizan técnicas de neuroimagen
funcional muestran reorganizaciones de redes cerebrales en función de los índices de reserva cognitiva,
que cambian de forma progresiva desde la juventud
hasta el envejecimiento o hasta el proceso de la enfermedad de Alzheimer.
Como se verá a continuación, estas reorganizaciones reflejan en general mayor eficacia en la utilización de circuitos cerebrales ante demandas cognitivas en las personas con altos
índices de reserva cognitiva, incluidas aquellas con enfermedad de Alzheimer incipiente.
El grupo de Yaakov Stern en la Universidad de Columbia fue
pionero en este tipo de estudios. Su paradigma conductual ha
incluido el estudio de cómo las diferencias de activación cerebral entre una condición basal con pocas demandas y una condición visual compleja varían en función de las medidas de reserva cognitiva. Estos estudios han identificado circuitos
específicos relacionados con la reserva, así como correlaciones
negativas entre la expresión de regiones relacionadas con la
ejecución de la tarea y las medidas de reserva cognitiva, proporcionando evidencia acerca de la denominada eficacia funcional
(reserva neural). Las personas con alta reserva cognitiva tienden
a mostrar menores activaciones cerebrales al realizar las tareas
cognitivas a un mismo nivel conductual, lo que sugiere una mayor eficacia de las redes neuronales para resolver las tarea. Además, la expresión de los circuitos relacionados con la reserva
cognitiva puede tener un signo inverso si se trata de personas
jóvenes o de edad avanzada. En consecuencia, Stern et al.
(2005) observaron un incremento lineal positivo entre la complejidad de la tarea y la expresión de estos circuitos en el primer
grupo y una correlación negativa en el grupo de personas de
edad avanzada. Estos hallazgos reflejan lo que Stern (2009) ha
13/09/13 10:06
Capítulo 7. Reserva cognitiva
denominado capacidad neural, evidenciando que un sistema
más efectivo (con mayor capacidad, en jóvenes) sigue aumentando su actividad a medida que incrementa la demanda cognitiva, mientras que otro menos capaz (en personas de edad
avanzada) colapsa su actividad en un momento en el que la
demanda cognitiva supera sus capacidades. Finalmente, existen
evidencias que el uso de redes cerebrales funcionales asociadas
con las puntuaciones de reserva cognitiva, topográficamente
tienden a localizarse más en los lóbulos frontales en personas
de edad avanzada que en personas jóvenes. Estos resultados
son congruentes con las hipótesis más prevalentes que sitúan
en estos lóbulos los cambios de actividad más frecuentemente
asociados con compensaciones conductuales.
En una serie de estudios coordinados por los firmantes de
este capítulo, se planteó avanzar más en el estudio de las características del modelo activo de la reserva empleando técnicas de neuroimagen. Respecto a las investigaciones realizadas
con anterioridad, los trabajos del grupo se caracterizaron por:
a) intentar integrar información funcional y estructural en la
población estudiada, b) incluir a pacientes que atraviesen
desde un envejecimiento sano hasta un proceso de demencia
(p. ej., deterioro cognitivo leve, y c) estudiar cómo la reserva
cognitiva modula la actividad cerebral durante la realización
de tareas cognitivas de dominios no estudiados previamente
(p. ej., lenguaje y función visuoperceptiva). Algunas de estas
funciones pueden estar preservadas en estadios prodrómicos
tempranos de demencia. Así, el estudio de estos dominios
puede ayudar a comprender o determinar si los cambios relacionados con la reserva están implementados en pacientes
antes de que las manifestaciones clínicas ocurran. Para finalizar, debe señalarse que en estudios de activación funcional, las
regiones cerebrales influidas por la reserva a través de distintas poblaciones implican a áreas que, en la bibliografía previa,
se han asociado directa o indirectamente al procesamiento de
tipos específicos de tareas cognitivas. Por otra parte, se ha propuesto que la reserva puede afectar las tareas cognitivas a través de un mecanismo común. Uno de los objetivos principales
de los trabajos investigación del grupo fue presentar más evidencia para la existencia de un mecanismo específico de la
implementación de la reserva.
A modo de síntesis, los diferentes estudios realizados por
el grupo sugieren que, en el envejecimiento sano, puntuaciones más altas de reserva cognitiva se relacionan con volúmenes cerebrales regionales y globales más preservados y un
reclutamiento de redes más reducido, pero más efectivo, durante las demandas cognitivas. En el primero de estos estudios, de Solé-Padullés et al. (2009), se puso de manifiesto que
los ancianos sanos que puntuaban más alto en el cuestionario
de reserva cognitiva se caracterizaban por tener mayores volúmenes cerebrales (se efectuaron correcciones por edad, género y volumen intracraneal). Lo interesante fue observar que
esta variación estructural coexistía con asociaciones negativas
entre la reserva cognitiva y la actividad cerebral medida mediante RMf (en los lóbulos frontales de forma bilateral, el cerebelo, la corteza temporal derecha y el tálamo izquierdo)
durante una tarea de codificación de información visual (Fig.
7-4 A). Estos resultados se reprodujeron en un trabajo en el
que se halló que mayores puntuaciones de reserva cognitiva
se correspondían con mayores volúmenes de sustancia gris en
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195
áreas frontales y parietales. A nivel funcional en este último
estudio se utilizó la RMf con una tarea de memoria de trabajo
(n-back). Cuando la actividad cerebral se relacionó con la variable de reserva cognitiva, se observó una actividad reducida
en aquellos individuos con altas puntuaciones de reserva cognitiva, en la red neuronal implicada en la memoria de trabajo
(Fig. 7-4 A). Finalmente, utilizando una herramienta que permite ajustar vóxel a vóxel los efectos de la atrofia cerebral (biological parametric mapping, BPM), se observó que los resultados
no se mantenían. En consecuencia, puede deducirse que las
características anatómicas subyacentes a las áreas que presentan mayor eficiencia funcional son directamente relevantes
para que esta propiedad funcional exista. Posteriormente, al
estudiar la función del lenguaje en una muestra independiente (utilizando una tarea de comprensión lingüística), se
observó una actividad reducida a medida que aumentaban las
estimaciones de reserva cognitiva en ancianos sanos. La tarea
era pasiva, en aras de investigar un dominio cognitivo no afectado en pacientes, y consistía en la escucha de narrativas habladas, neutrales (sin contenidos emocionales), sobre hechos
de la vida diaria. En este estudio también se analizaron las
áreas de desactivación, centrándose en aquellas que constituyen el circuito de activación (CAD) (v. capítulo 5) por defecto.
El CAD incluye regiones funcionalmente conectadas, sobre
todo regiones prefrontales dorsales y ventromediales, la corteza posteromedial (cingulado posterior, precuneus y corteza
retrosplenial) y áreas inferiores parietales. Este sistema está
más activo durante tareas pasivas (p. ej., fijación pasiva, reposo) respecto a la realización de tareas dirigidas a objetivos.
Además, muestra una disfunción en estadios tempranos de la
enfermedad de Alzheimer y, en menor medida en el envejecimiento. Así, en estos trabajos, el grupo de autores de este capítulo observó evidencias de que la reserva cognitiva modula
no sólo las activaciones relacionadas con la tarea, sino también las desactivaciones del CAD, ya que los ancianos sanos
con puntuaciones más altas de reserva cognitiva mostraban
menores desactivaciones de esta red. El grado de desactivación de este circuito refleja el esfuerzo cognitivo; por lo tanto,
este patrón de decremento en la actividad de este circuito en
aquellos individuos que muestran más altas puntuaciones de
reserva cognitiva sugiere recursos más eficientes, además de
un procesamiento más automático o efectivo.
En el caso de pacientes con deterioro cognitivo leve y
enfermedad de Alzheimer, como se ha mencionado antes,
los trabajos del grupo de autores de este capítulo muestran
correlaciones negativas entre las características anatómicas
cerebrales y la reserva cognitiva, mientras que en el aspecto
funcional la reserva cognitiva está relacionada con una expresión mayor de las redes funcionales durante las demandas cognitivas. Éste fue el caso de la primera investigación
del grupo, que incluía una tarea de codificación visual, en la
que en la RMf de pacientes con enfermedad de Alzheimer
se observaron activaciones positivas, relacionadas con las
medidas de reserva cognitiva, en la circunvolución lingual y
en el cingulado anterior (Fig. 7-4 B). Otros análisis revelaron
regiones de interacción en la circunvolución temporal superior y en el lóbulo parietal, en las que la relación entre las
medidas de la reserva cognitiva y la actividad cerebral eran
más negativas para los individuos sanos que para pacientes
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196
Sección II. Plasticidad y desarrollo
Reserva cognitiva
Señal BOLD
Volumen de sustancia gris
A
Reserva cognitiva
Señal BOLD
B
Reserva cognitiva
Volumen de SG
Lenguaje
Codificación
con enfermedad de Alzheimer. En resumen, en estos trabajos los autores observaron mayores activaciones cerebrales
ante tareas cognitivas en pacientes con altas estimaciones
de reserva cognitiva. Dado que estos pacientes también presentaban mayores índices de atrofia cerebral, los resultados
sugieren que altos índices de reserva cognitiva se asocian
con mayor capacidad de sobreexpresar determinados circuitos para compensar a nivel cognitivo un grado avanzado de
daño cerebral.
Finalmente, en un estudio posterior se utilizó una adaptación de una prueba visuoperceptiva y se incluyeron pacientes con deterioro cognitivo leve de tipo amnésico puro
(se verificó que todos los pacientes incluidos realizaran la
tarea dentro de la normalidad). En este caso el estudio de
neuroimagen fue multimodal, integrando información RMf,
imagen por tensor de difusión y medidas volumétricas de
sustancia gris. El primer análisis incluía información funcional con un análisis de componentes independientes para
describir la red funcional de la tarea, que covariaba positivamente con el procesamiento de los estímulos visuales complejos y negativamente con el CAD. Los resultados de la RMf
sirvieron de base para definir el circuito anatómico del subyacente, del cual se extrajo el volumen de sustancia gris (de
las regiones activadas y desactivadas). Además, se estimó la
integridad de la sustancia blanca de las fibras que conectaban las regiones corticales. En cuanto a la reserva cognitiva,
de acuerdo con los hallazgos previos, se observó que los casos de deterioro cognitivo leve con niveles más altos de re-
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Memoria de trabajo
Figura 7-4. A) Representación
esquemática de las asociaciones entre las medidas de reserva, los volúmenes regionales y la actividad cerebral
durante el procesamiento de
tareas de lenguaje, codificación de información (aprendizaje) y memoria de trabajo,
estudiadas en individuos sanos.
Como se observa en las gráficas
de correlación, las asociaciones
son positivas para el volumen
cerebral, mientras que son negativas para la actividad cerebral. Los lóbulos frontales están
claramente implicados en las
tres tareas cognitivas estudiadas. B) Representación esquemática de las asociaciones entre las medidas de reserva y la
actividad cerebral en pacientes.
Las asociaciones son positivas
en las tareas de lenguaje y codificación, lo que probablemente indique mecanismos
compensación para aquellos
pacientes con más altas puntuaciones de reserva. BOLD:
señal dependiente del nivel de
oxígeno en la sangre; SG: sustancia gris.
serva cognitiva mostraban mayor atrofia en las áreas de sustancia gris cortical de este circuito y una integridad reducida
en las fibras que conectaban estas regiones. En resumen, y
de forma complementaria a estudios anteriores, este trabajo
indica que en estadios prodrómicos de demencia una mayor
estimación de reserva cognitiva permite tolerar un mayor
daño en un circuito de procesamiento visual complejo. Aun
así, el cerebro de estas personas puede compensar o contrarrestar este daño mediante sobreactivaciones funcionales de
dicho circuito, que dan por resultado niveles de rendimiento
comparables a los de personas con bajos niveles de reserva y
una anatomía más preservada.
■ RESUMEN Y DIRECCIONES FUTURAS
Las propuestas teóricas realizadas a partir de observaciones clínicas o epidemiológicas iniciadas en la década de 1990
mediante la introducción del concepto de reserva cognitiva o
cerebral, han permitido catalizar un conjunto de evidencias
posteriores que indica claramente que este constructo psicológico tiene una repercusión real en cuanto a variable moduladora de la manifestación de los cambios cerebrales subyacentes al proceso de envejecimiento o a la enfermedad. En
este último caso, la enfermedad de Alzheimer ha sido el modelo más claramente estudiado, aunque existen trabajos no
comentados en este capítulo acerca de otros trastornos, como
la vasculopatía cerebral, la enfermedad de Parkinson, los traumatismos craneoencefálicos, la esclerosis múltiple y la esqui-
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Capítulo 7. Reserva cognitiva
zofrenia, entre otros. En todos estos casos, se ha tendido a
corroborar el argumento principal de la teoría de la reserva
cognitiva o cerebral, es decir, aquellos pacientes con mayores estimaciones de reserva pueden tolerar un mayor daño en
sus cerebros, minimizando el impacto de la enfermedad en
las manifestaciones clínicas. Cuando se tienen en cuenta enfermedades neurodegenerativas que pueden situarse en una
fase preclínica, esto tiene unas implicaciones prácticas claras,
puesto que si se logra atenuar y retrasar la manifestación sintomática, ello debería redundar en una mejor calidad de vida
para el paciente. Debido a la importancia de esta última observación, futuras investigaciones deberían dirigirse a consensuar de forma más clara qué tipo de actividades y con qué
características concretas (intensidad, duración en el tiempo,
momento de exposición a la actividad) se relacionan con este
mecanismo protector y cuáles son sus límites o interacciones
con factores biológicos en el contexto de personas con factores de riesgo de deterioro cognitivo (p. ej., portadores del alelo
e4 de la apolipoproteína E, biomarcadores positivos para una
enfermedad, etc.).
Conceptualmente, un aspecto clave que la investigación en
reserva cognitiva y cerebral ha revelado de forma clara es que
la reserva, más que una capacidad estática, es una capacidad
dinámica del cerebro que se mantiene durante toda la vida.
Por ello, probablemente la reserva –tanto en sus acepciones
del modelo activo como en las del modelo pasivo– tenga mucho que ver desde el punto de vista fisiológico con el concepto
de plasticidad cerebral. La plasticidad cerebral es una propiedad intrínseca del sistema nervioso y, aunque la edad limita esta
capacidad por cambios plásticos, se mantiene a lo largo de la
vida. Así, una posible aproximación conceptual es considerar la
reserva como un índice de plasticidadd (v. cap. 6). Desde esta perspectiva, la exposición durante la vida a ambientes que contribuyen a aumentar la reserva interactuaría con las predisposiciones del genotipo, y conferiría a individuos particulares un
potencial de plasticidad cerebral determinado. Como se ha
visto a través de los estudios epidemiológicos y de neuroimagen, en general parece que las variables de reserva como la
educación y la ocupación, entre otras, acentúan la probabilidad de que se manifieste una plasticidad adaptativa o positiva
en individuos sanos. No obstante, si es cierto que –como formula Stern– los pacientes con alta reserva presentan un deterioro cognitivo más acelerado superado un determinado umbral de afectación clínica y cerebral, debería investigarse si en
el contexto de un cerebro enfermo, la reserva podría también
acelerar procesos de plasticidad maladaptativos.
¡
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Los trabajos de neuroimagen han contribuido de
forma muy destacada a confirmar la predicción principal de la teoría de la reserva cerebral o cognitiva,
mostrando que en individuos sanos mayores estimaciones corresponden con cerebros más preservados
estructuralmente y más eficientes funcionalmente.
En el caso de la enfermedad, y de forma importante,
también han ayudado a entender cómo los pacientes
con altos niveles de reserva cognitiva, a pesar de presentar un proceso neuropatológico más avanzado,
pueden mostrar una compensación funcionalmente y
presentar síntomas clínicos atenuados.
197
Parece que un mecanismo común lo constituyan las sobreactivaciones de circuitos cerebrales que, pese a estar morfológicamente más dañados, conservarían una mayor potencialidad funcional. Es posible que esto sea así porque durante
las etapas de mayor exposición a ambientes de tipo educacional, ocupacional o actividades físicas y sociales, estos circuitos maduraron de forma óptima. En esta dirección, otra
línea de investigación en el futuro probablemente deba ir
dirigida a determinar si la exposición a este tipo de ambientes tiene el mismo impacto (en cuanto a la capacidad de resistencia del cerebro cuando éste esté envejecido) si ha tenido lugar principalmente en edades de maduración cerebral
(infancia-adolescencia) o si se realiza de forma prioritaria en
edades posteriores (adultez o incluso más adelante).
Otra aportación interesante de los datos de neuroimagen, particularmente en estudios de neuroimagen
funcional, es el relativo consenso que existe con respecto
a una cierta convergencia entre las medidas de reserva y
la actividad de los lóbulos frontales. Stern ha sugerido que
la reserva estaría relacionada con un mecanismo cognitivo
fundamental, probablemente implicado en la capacidad
ejecutiva, o el control cognitivo. Como es sabido, la corteza prefrontal dorsolateral subyace de forma importante
a este tipo de procesos y representa la principal región
cerebral con capacidad de evocar mecanismos compensatorios funcionales en el envejecimiento. Por otro lado,
existen trabajos que indican posibles especificidades en la
implementación neurofuncional de la reserva en función
del tipo de tarea cognitiva que se esté investigando. Futuros trabajos, que probablemente empleen técnicas de
conectividad funcional, deberían a ayudar a comprender
mejor si mayores estimaciones de reserva se traducen en
un sistema ejecutivo que habilite de forma más eficiente el
funcionamiento de regiones específicas en un proceso de
tipo top-down (v. capítulos 10 y 15) y cómo esto se modula
en función del grado de daño estructural en pacientes con
distintas enfermedades.
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Parte I
Neuropsicología
SECCIÓN IV
Atención, aprendizaje y memoria
15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
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Atención, procesamiento de la información
sensorial y sistemas atencionales
A. B. Chica Martínez y P. Checa Fernández
15
a Resumen conceptual
✓ La atención es un mecanismo esencial para seleccionar la información relevante del entorno en función de las
metas y expectativas del individuo, así como de la saliencia y del peligro potencial de los estímulos.
✓ Aunque no hay una definición consensuada del término atención, puede afirmarse que es un concepto amplio, que
implica la participación de tres subsistemas: alerta, orientación atencional y control ejecutivo.
✓ A lo largo de este capítulo se definirán estos tres sistemas atencionales, se detallarán sus funciones y algunos de
los paradigmas clásicos que los investigadores han desarrollado para medirlas.
✓ También se expondrán los mecanismos de selección atencional y se discutirá sobre qué tipo de información filtra
el sistema atencional.
✓ Se estudiarán los efectos de la atención en fases tempranas (perceptivas) y tardías (posperceptivas) del procesamiento, así como las condiciones para que la información sea procesada en estas fases.
✓ Finalmente, se analizarán los mecanismos cerebrales que están a la base de los procesos atencionales, así como
los trastornos que se producen en adultos y niños cuando estos sistemas se alteran por lesiones adquiridas o por
disfunciones del desarrollo.
¬ Objetivos de aprendizaje
• Definir los procesos atencionales y descubrir los distintos subsistemas asociados al mecanismo atencional.
• Familiarizarse con los paradigmas clásicos utilizados para medir las funciones atencionales.
• Comprender el papel de la atención en la selección de información.
• Entender los efectos de la atención en las diferentes fases de procesamiento.
• Describir los conocimientos actuales sobre los mecanismos cerebrales de los sistemas atencionales.
• Detallar algunos trastornos atencionales producidos tras lesiones cerebrales en adultos o disfunciones en las redes
atencionales en el desarrollo.
■ DEFINICIÓN DE ATENCIÓN ¿ES LA ATENCIÓN UN
SISTEMA UNITARIO O ESTÁ COMPUESTA POR
MÚLTIPLES SUBSISTEMAS?
Una de las definiciones más clásicas y populares del término atención es la propuesta en 1890 por William James,
quien la definió como «[…] tomar posesión por parte de la
mente, de forma clara y vívida, de uno de varios posibles objetos del pensamiento que aparecen de forma simultánea. Su
esencia está constituida por la focalización, la concentración y
la conciencia. Atención significa dejar ciertas cosas para tratar
de forma efectiva otras». Esta definición es subjetiva y un tanto
incompleta, ya que no explica los procesos psicológicos a través de los cuales funciona la atención. Sin embargo, señala varios aspectos que los científicos interesados en su estudio han
investigado con posterioridad. Por ejemplo, de esta definición
se desprende que las personas parecen no ser capaces de procesar toda la información disponible en un momento dado, es
decir, que tienen una capacidad limitada de procesamiento de
la información. La atención parece cumplir con la función de
seleccionar una parte de la información del total disponible.
En la definición aparecen palabras como focalización o concentración. Esto lleva a pensar en el esfuerzo que se ha de realizar
para supervisar el flujo de información que llega a la persona
de forma constante. Dicha supervisión ayudará a conocer cuál
es la información importante a la que se ha de atender en un
momento dado, lo que en última instancia facilitará a que la
persona alcance la meta deseada. Al analizar la definición de
James, parece que la atención se puede descomponer en varios
procesos encargados de la selección de la información y del
control de ésta. Además, otra función que se ha atribuido a la
atención es la de mantener un estado de alerta. Dicho estado
ayuda a mantener un grado de activación en cada momento
para procesar la información, explorar el entorno, adaptarse a
él y, en última instancia, sobrevivir. La alerta no sólo ayuda a
mantener un cierto grado de activación que permite al indivi-
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
duo responder a la estimulación interna, sino que también le
permite prepararse para la acción cuando hay señales de aviso.
¡
En definitiva, más que un sistema único, la atención
parece estar implicada en varios procesos, como el
mantenimiento de estados de alerta, la selección de
la información y el control de ésta. Tales procesos no
siempre trabajan de manera aislada en todas las situaciones.
■ SISTEMAS ATENCIONALES: ALERTA,
ORIENTACIÓN Y CONTROL
Alerta: el estado del organismo
para procesar la información
En cada momento, el estado en el que se encuentre el organismo es importante para procesar la información. Es necesario estar vigilante para poder explorar el entorno, adaptarse
y aprender de él. Ese sistema general de vigilancia es lo que se
conoce como sistema de alerta tónica. Dicho sistema puede
verse afectado por condiciones como el cansancio, el paso del
tiempo a lo largo del día, las demandas propias de la tarea que
se está llevando a cabo, etc. El estudio formal de la vigilancia
en seres humanos se inició con el experimento del reloj llevado a cabo por Mackworth y Mackworth en 1956. Dicho experimento consistía en la realización de una tarea de discriminación de 2 horas de duración en la que los participantes
tenían que distinguir entre eventos frecuentes, que correspondían a cuando la aguja del reloj daba un salto, e infrecuentes,
que correspondían a cuando la aguja del reloj daba dos saltos.
Aunque se instruía a los participantes para que respondieran
a todas las señales infrecuentes, los resultados indicaron que,
conforme pasaba el tiempo, los participantes detectaban menos señales infrecuentes. Este hecho parece indicar que la
atención no puede mantenerse (sostenerse) durante un largo
período de tiempo y que para hacerlo se requiere esfuerzo.
Hasta el momento se ha hecho referencia al sistema atencional de alerta como un sistema que ayuda a mantener un
estado de vigilancia, lo que se conoce como alerta tónica. Pero
la alerta también se define como el estado de preparación por
señales de aviso, lo que se conoce como alerta fásica. En tareas
de laboratorio, cuando la señal de aviso se presenta antes del
estímulo relevante, se observa una reducción en el tiempo de
reacción, lo que en general está acompañado de un aumento
en el número de errores, así como de cambios en el estado
fisiológico del organismo. Cuando se produce una señal de
aviso, se interrumpe la actividad que se está realizando en ese
momento, y el sistema se prepara para dar una respuesta rápida. Dicha rapidez actúa a veces en detrimento de la precisión en la ejecución. Este efecto que hace ganar en rapidez
pero perder en precisión es en parte automático y puede ocurrir con una señal auditiva que no prediga la aparición de ningún estímulo. Usando registros electroencefalográficos se
descubrió que en el cerebro se produce un cambio entre el
momento de la señal y la aparición de un estímulo objetivo.
Hans Berger demostró que se podía medir la actividad eléctrica del cerebro humano a través de un electrodo puesto en la
superficie del cuero cabelludo, amplificando la señal y grabando los cambios en voltaje a lo largo del tiempo. Como se
ha señalado en el capítulo 4, a esta actividad eléctrica se le
denomina electroencefalograma (EEG). Además, es posible
extraer del conjunto del EEG la respuesta eléctrica asociada
con ciertos procesos neurales. Estas respuestas cerebrales específicas asociadas con un evento sensorial, cognitivo o motor
se denominan potenciales evocados relacionados con acontecimientos discretos (v. cap. 4). En relación con la alerta, se ha
observado que la señal eléctrica es más negativa para los estímulos precedidos de una señal de aviso. Esta diferencia es
conocida como variación contingente negativa (contingent negative variation, CNV) (Fig. 15-1) y se considera un índice cerebral de que la alerta está teniendo lugar. La CNV también se
observa cuando los participantes se preparan temporalmente
para percibir un estímulo en un momento temporal determinado, lo que se conoce como atención en el tiempo.
Figura 15-1. A) Representación del componente cerebral
A CNV en Fcz
B Mapa topográfico
denominado variación continTono - no tono
gente negativa (CNV) relacioμv
nado con el sistema atencional
3
No tono
de alerta. La figura representa
Tono
140 ms
220 ms
350 ms
el voltaje que se registra en la
superficie del cráneo durante
Fcz
Fcz
Fcz
▪
▪
▪
un período de 800 ms en el ca0
ms
nal Fcz. El eje de abscisas re−200
0
200
400
600
800
presenta el tiempo en milise2μv
gundos, y el eje de ordenadas,
el voltaje en microvoltios (μV).
El momento 0 en el eje de abs−3
−2μv
CNV
cisas representa el momento
Aparición (o no) del tono
en el que puede o no aparecer
el tono. La línea de color azul
representa el voltaje registrado cuando no aparece el tono, mientras que la línea roja representa el voltaje cuando aparece el tono. B) Mapas topográficos de los potenciales evocados. Esta figura representa la distribución topográfica de la CNV, es decir, la diferencia entre los ensayos en los cuales se
presentó el tono y los ensayos en los que no se presentó el tono, en tres momentos temporales: 140, 220 y 350 ms. En la escala de color, el
azul simboliza un voltaje negativo y el rojo, un voltaje positivo.
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
Selección de la información: la orientación
La selección de la información es un proceso atencional
importante que ayuda a escoger la información relevante
para alcanzar las metas deseadas, comportarse de forma
coherente con éstas y evitar posibles amenazas. El sistema
atencional ayuda en este proceso de selección de la información, eligiendo aquellos estímulos relevantes para las
metas, así como aquellos estímulos peligrosos o salientes.
En dicho proceso de selección, la atención puede orientarse
hacia la estimulación de dos formas diferentes: a) de manera
voluntaria (endógena), de acuerdo con las metas y objetivos
de las personas, o b) de manera involuntaria (exógena),
guiada por la estimulación externa. Por ejemplo, supóngase
que una persona espera a un amigo en un restaurante; en
ese caso, es posible que preste atención voluntariamente a
la puerta. Pero si el comensal que hay en la mesa de al lado
de pronto ríe estrepitosamente, la atención de la persona
se dirigirá hacia él involuntariamente, a pesar de que en
principio esto puede distraerla y provocar que no vea a su
amigo entrar en el restaurante. Estas dos formas de orientar
la atención (endógena y exógena) han sido ampliamente
estudiadas en psicología, especialmente desde el desarrollo
del paradigma de costes y beneficios en el grupo de Michael
Posner (Recuadro 15-1).
¡
El estudio de orientación atencional ha demostrado
que este sistema está compuesto de dos subsistemas que producen efectos diferentes en el comportamiento y parecen estar implementados en circuitos cerebrales parcialmente distintos.
391
La atención exógena produce efectos que la atención
endógena no produce, por ejemplo, la percepción de algunas
ilusiones (como la ilusión de la línea en movimiento) o la
inhibición de retorno. La inhibición de retorno es un efecto
característico de la atención exógena, que se ha propuesto
como un mecanismo adaptativo que permite orientar la atención a localizaciones no exploradas, mejorando la ejecución,
por ejemplo, en tareas de búsqueda visual (Recuadro 15-2).
Aunque la atención endógena y la atención exógena han
sido denominadas también atención voluntaria e involuntaria,
respectivamente, estudios recientes han mostrado que los
efectos de la atención endógena se producen aunque no se
den instrucciones a los participantes sobre el valor informativo de la señal, y aunque los participantes no se percaten de
que las señales son informativas. Por ejemplo, en algunos estudios se ha manipulado el valor informativo de la señal,
creando dos grupos de participantes. A uno de ellos se le dieron instrucciones precisas sobre el valor informativo de la señal,
mientras que a otro grupo no se le dieron tales instrucciones,
informándole sólo del comienzo de cada bloque. Se preguntó
a continuación a los participantes de ambos grupos sobre la
cantidad de ensayos en los que creían que la señal indicaba
correctamente dónde se presentaría el estímulo. Sorprendentemente, tanto los participantes que recibieron instrucciones
como los que no las recibieron mostraron los mismos efectos
atencionales en el tiempo de reacción. Los efectos fueron también idénticos para aquellos participantes que fueron capaces
de estimar correctamente el valor informativo de la señal, y
para los que no lo fueron. Esto indica que el sistema atencional es capaz de captar las contingencias atencionales y orientarse de acuerdo con ellas, sin que el participante sea consciente de estas contingencias.
Recuadro 15-1. Paradigma de costes y beneficios
A principios de la década de 1980, Michael Posner y sus colaboradores diseñaron el paradigma de costes y beneficios usando
diferentes tipos de señales atencionales para estudiar dos formas de orientación atencional (endógena y exógena). En dicho
paradigma se presenta un punto de fijación, en el cual el participante debe mantener su mirada cuando se estudia la atención
encubierta. A ambos lados del punto de fijación (generalmente, a la izquierda y a la derecha) se presentan dos cajas. Posteriormente, aparece una señal que dirige la atención a una de estas dos posiciones antes de que se presente el estímulo al que
los participantes deben responder. La señal puede ser periférica (p. ej., iluminación de una de las cajas) o central [p. ej., una
flecha en posición central que apunta a una localización (caja)]. Las señales periféricas suelen usarse para medir los efectos
de orientación atencional exógena, lo que se observa cuando las señales no aportan información sobre la localización del
estímulo (estas señales se denominan señales no informativas). Las señales centrales se usan para medir los efectos de
orientación atencional endógena, lo que se observa cuando las señales indican con una alta probabilidad la posición en la que
aparecerá el estímulo (estas señales se denominan señales informativas). También se han usado ampliamente señales periféricas informativas, en las que la atención se captura exógenamente al lugar de la señal, pudiendo mantenerse en esa localización o desengancharse de ella en función de su valor informativo. Los ensayos en los que la señal indica el lugar de aparición del estímulo se conocen como ensayos válidos, mientras que si la señal indica el lugar contrario al estímulo el ensayo
sería inválido. A veces se usan también señales neutras, que indican bien las dos localizaciones, bien ninguna localización.
Para que estas señales neutras sean efectivas, deben ser idénticas a las señales válidas e inválidas, a nivel perceptivo y en el
nivel de alerta que producen.
Cuando medimos el tiempo de reacción y el porcentaje de errores de los participantes al realizar la tarea, se produce facilitación cuando los participantes pueden usar el valor informativo de la señal para generar una expectativa y predecir la localización del estímulo, por lo que serán más rápidos y precisos cuando el estímulo aparece en el lugar esperado que en el lugar
no esperado. La facilitación también se observa cuando las señales no son informativas, considerándose en este caso que los
efectos de la atención son exógenos o involuntarios, ya que el participante no tiene ningún incentivo para atender al lugar de
la señal. Las señales atencionales pueden producir costes y beneficios. Los beneficios son las mejoras en el tiempo de reacción o el porcentaje de aciertos en los ensayos válidos en comparación con los ensayos neutros, mientras que los costes son
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Recuadro 15-1. Paradigma de costes y beneficios (cont.)
detrimentos en el tiempo de reacción o el porcentaje de aciertos en los ensayos inválidos en comparación con los ensayos
neutros. Como se verá más adelante, los beneficios causados por las señales periféricas no informativas no se mantienen
durante largos períodos de tiempo, invirtiéndose alrededor de 300-700 ms, lo que se conoce como inhibición de retorno.
El paradigma de costes y beneficios se ha utilizado ampliamente en las últimas décadas, existiendo múltiples versiones de
esta tarea. Se ha usado, por ejemplo, para medir la atención abierta, en pruebas en las que se realizan movimientos oculares
a la señal, al estímulo, o a los dos. También se ha usado para medir los efectos de la atención a determinados rasgos de los
estímulos, por ejemplo, la atención al color, a una categoría semántica o la atención al momento temporal en el que un estímulo se presentará (Fig. 15-2).
A
B
Señal periférica no informativa
500
Periférica
Tiempo de reacción
Fijación
Central
460
420
Ensayo válido
Ensayo inválido
380
50
150
Señal
300
500
1000
SOA
Señal central informativa
C
500
Tiempo de reacción
ISI
Estímulo
460
420
Ensayo válido
Ensayo inválido
380
50
Ensayo válido
Ensayo inválido
150
300
500
1000
SOA
Figura 15-2. A) Paradigma de costes y beneficios en el que se muestra un ejemplo de señal periférica y de señal central. B) Datos
modelo de una tarea de detección con señal periférica no informativa. Puede observarse un efecto de facilitación –tiempo de reacción
más rápido para los ensayos válidos que para los inválidos en los SOA cortos (50 y 100 ms)– y un efecto de inhibición de retorno –tiempo
de reacción más lento para los ensayos válidos que para los inválidos en los SOA largos (500 y 1.000 ms). C) Datos modelo de una tarea
de detección con señal central informativa. Puede observarse un efecto de facilitación, tiempo de reacción más rápido para los ensayos válidos que inválidos, que aumenta a medida que incrementa el SOA [tiempo transcurrido desde que aparece la señal hasta que
aparece el objetivo (stimulus onset asynchrony)]. ISI: intervalo entre estímulos (interstimulus interval).
Recuadro 15-2. Inhibición de retorno
Usando señales periféricas también se produce una facilitación en el tiempo de reacción o la precisión de las respuestas en
los ensayos con señal válida, aunque dichas señales no sean informativas. Sin embargo, este efecto es transitorio, ya que si
el tiempo transcurrido entre la aparición de la señal y el estímulo es mayor de 300-700 ms, el efecto se invierte, es decir, se
observa que los participantes son más rápidos en detectar el estímulo si éste aparece en el lugar contrario al lugar indicado
por la señal (Fig. 15-2 B). Este fenómeno fue descubierto por Posner y Cohen en 1984. Se propuso que este efecto se debía a
la inhibición del retorno de la atención a un lugar previamente atendido, y se le denominó inhibición de retorno. Se cree que
cuando se presenta la señal, la atención es capturada exógenamente hacia esa localización, pero ya que la señal no es informativa del lugar donde aparecerá el estímulo, la atención será desenganchada de esa localización trascurrido un tiempo, y
se producirá una inhibición para orientarse hacia una localización ya atendida. Puede observarse, por lo tanto, que el nombre
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
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Recuadro 15-2. Inhibición de retorno (cont.)
del efecto se debe a la teoría que se propuso para explicarlo. Esto ha llevado a muchos autores a presuponer esta teoría sin
haberla probado empíricamente. Sin embargo, estudios recientes han mostrado que la inhibición de retorno se produce en
localizaciones de las que la atención no se ha desenganchado, e incluso en lugares donde se está manteniendo la mirada, lo
que refuta la teoría inicial propuesta por Posner y sus colaboradores.
El mecanismo de inhibición de retorno es altamente adaptativo, ya que parece maximizar la eficacia de la búsqueda visual,
previniendo que la atención retorne a lugares que han sido atendidos previamente. Sin un mecanismo de este tipo sería difícil
explorar efectivamente el ambiente, ya que habría la misma probabilidad de atender a posiciones nuevas que a posiciones ya
atendidas. Para probar la función de la inhibición de retorno en la búsqueda visual, Raymond Klein usó la conocida tarea de
búsqueda visual «¿Dónde está Wally?», junto con una tarea de detección de estímulos. Usando un aparato para medir los
movimientos oculares (eye-tracker), presentaron a los participantes la tarea de búsqueda visual mientras registraban sus
movimientos oculares. Cuando desaparecía la pantalla de búsqueda, aparecía un estímulo que los participantes tenían que
detectar pulsando una tecla. Este estímulo podía aparecer en una localización explorada previamente (es decir, atendida) o
no explorada. Los resultados mostraron que los tiempos de reacción para detectar el estímulo eran más lentos para las localizaciones previamente exploradas, lo que llevó a Klein a proponer que la inhibición de retorno es un mecanismo mediante el
cual se etiquetan las posiciones ya atendidas, lo que permite la exploración del entorno de manera eficaz.
Control ejecutivo: la atención ejecutiva
Muchas personas piensan que controlan intencional y voluntariamente la mayoría de sus acciones. Esto es considerado
una ilusión de control. A través del control atencional las personas pueden dirigir su comportamiento para conseguir las
metas que se proponen, a pesar de los eventos que puedan
distraerlas del objetivo. Además, la atención ejecutiva permite
procesar información novedosa o acontecimientos inesperados para poder dar una respuesta apropiada a cada situación.
Uno de los modelos teóricos que explican la atención ejecutiva fue el propuesto por Norman y Shallice en 1980. Estos
autores supusieron que múltiples subsistemas interactúan
para coordinar acciones y pensamientos, y que estos subsistemas se controlan a través de dos mecanismos diferentes. Por
una parte, los esquemas se definen como programas que
coordinan los procesos llevados a cabo por subsistemas cognitivos con un propósito concreto, y que compiten para controlar las acciones en situaciones bien aprendidas o establecidas. Sólo el esquema que se active más fuertemente actuará y
permanecerá activo hasta que alcance su meta u otro esquema
exceda la activación del esquema actual. Este mecanismo es
perfecto para explicar acciones rutinarias, es decir bien establecidas, pero, ¿qué ocurre cuando la situación es novedosa o
altamente competitiva? Los autores proponen un sistema
atencional supervisor encargado de controlar acciones dirigidas por los objetivos de la persona. Este sistema proporciona
la inhibición necesaria en cada momento para impedir que la
información irrelevante se active y a su vez poder activar un
esquema apropiado a la situación.
¡
El sistema atencional supervisor es necesario para
a) planificar o tomar decisiones, b) corregir errores, c) enfrentarse con respuestas novedosas o que
no están muy bien aprendidas, d) afrontar condiciones juzgadas como difíciles o peligrosas y e) superar respuestas habituales para dar una respuesta
alternativa.
La idea de control ejecutivo se concretó en estudios cognitivos de los años 1970 y 1980 (v. cap. 27). El control ejecutivo
es necesario cuando las rutinas establecidas son insuficientes
para resolver la tarea que se está realizando o cuando los subsistemas tienen que ser ignorados debido a cambios en el
Recuadro 15-3. Tareas ejecutivas: tarea de Stroop y tarea de flancos
La atención ejecutiva ha sido estudiada mediante diferentes tareas experimentales cuyas características comunes son que inducen conflicto entre tendencias de respuestas, teniendo los participantes que inhibir una respuesta dominante y emitir una
respuesta no dominante. Algunas de las tareas más utilizadas son la tarea de flancos y la tarea de Stroop, conocidas también
como tareas de conflicto. En la tarea de flancos aparece un estímulo en una posición central. La tarea del participante consiste
en responder al estímulo tratando de ignorar los flancos que se presentan de forma simultánea a ambos lados y que pueden
contener información congruente o incongruente con el estímulo. Los participantes son más rápidos y precisos cuando los
flancos son idénticos al estímulo (situación congruente). Sin embargo, cuando el estímulo y los flancos llevan asociados respuestas incompatibles (situación incongruente), se produce conflicto, lo que se refleja en un mayor número de errores y un
tiempo de reacción más lento para los ensayos incongruentes, en comparación con los congruentes.
En la tarea de Stroop clásica se presenta una palabra que designa un color escrita con tinta de otro color. El participante debe
indicar el color de la tinta en la que está escrita dicha palabra, mientras que debe ignorar el significado de la palabra, es
decir, el color que designa la palabra. En la condición congruente la palabra designa un color que coincide con el color de la
tinta con la que se ha escrito, por ejemplo, la palabra «azul» escrita con tinta azul. En la condición incongruente, el color de
la tinta con el que está escrita la palabra es diferente al que indica la propia palabra, por ejemplo, la palabra «rojo» escrita
con tinta verde. En esta última situación se produce el conflicto entre las dos respuestas competitivas, leer frente a nombrar
el color de la tinta. Cuando la persona se enfrenta a una condición incongruente, debe inhibir la respuesta dominante (leer el
color que designa la palabra) para emitir la respuesta correcta (nombrar el color de la tinta).
(Continúa en la página siguiente)
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Recuadro 15-3. Tareas ejecutivas: tarea de Stroop y tarea de flancos (cont.)
Una variante de la tarea de Stroop es la tarea de Stroop emocional, en la que se presenta una palabra que induce una emoción
positiva, negativa o neutra, escrita con tinta de color. Al igual que en la tarea de Stroop clásica, el participante ha de indicar el
color de la tinta. En la condición emocional negativa, la palabra produce un estado emocional negativo, por ejemplo, en personas con aracnofobia, la palabra «araña». En la condición emocional positiva, la palabra produce un estado emocional positivo, por ejemplo, la palabra «relax». En la condición emocional neutra se supone que la palabra no produce ningún estado
emocional, por ejemplo, la palabra «mesa». Cuando la persona se enfrenta a una condición emocional negativa, debe inhibir
la reacción emocional para emitir la respuesta correcta (nombrar el color de la tinta). Esto enlentece los tiempos de reacción
para responder a las palabras emocionales negativas, en comparación con las palabras neutras o emocionalmente positivas
(Fig. 15-3).
A
B
Tarea de flancos
Tarea Stroop
Congruente
AZUL Congruente
Incongruente
ROJO Incongruente
ROJO
Fijación
Fijación
Tie
m
po
Tie
m
Estímulo
po
Estímulo
Respuesta
C
Respuesta
D
Tarea Stroop emocional
ARAÑA Negativa
RELAX Positiva
MESA Neutra
Efecto de congruencia
Stroop y flancos
Stroop emocional
700
700
650
650
ARAÑA
Fijación
Tie
m
po
Estímulo
Respuesta
600
600
Cong.
Incong.
Positivo
Neutro
Negativo
Figura 15-3. A) Representación esquemática de una tarea de flancos. B) Representación esquemática de una tarea de Stroop. C)
Representación esquemática de una tarea de Stroop emocional. D) Efecto de congruencia observado en tareas de flancos o de Stroop
(tiempo de reacción medio en ensayos congruentes y ensayos incongruentes) y en tareas de Stroop emocional (tiempo de reacción
medio en ensayos con palabras emocionales positivas, negativas y neutras).
ambiente o en las metas. El proceso de inhibición se produce
cuando se ignora información irrelevante, permitiendo al sistema atender a la información relevante para resolver la tarea
adecuadamente. En el laboratorio, la atención ejecutiva se estudia utilizando tareas de conflicto. Dichas tareas tienen como
objetivo inducir conflicto a través de información incongruente;
en esa situación, la respuesta preponderante se tiene que inhibir para dar una respuesta no dominante pero adecuada a las
metas de la tarea. Como ejemplos de este tipo de tareas están
las clásicas tareas de Stroop y de flancos (Recuadro 15-3).
Un amplio número de estudios de neuroimagen ha utilizado tareas como las anteriormente mencionadas con el
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objetivo de analizar diversos mecanismos implicados en la
atención ejecutiva, como el proceso de inhibición y la monitorización de los errores. Un índice de interferencia o conflicto conductual, tanto en la tarea de Stroop como en la tarea
de flancos, es la diferencia del tiempo de reacción o porcentaje de errores entre la situación conflictiva y la no conflictiva. Se considera que una diferencia mayor entre las puntuaciones indica una atención ejecutiva pobre. El curso temporal
de los procesos de inhibición también ha sido evaluado en
diversos estudios electrofisiológicos. Uno de los componentes cerebrales que mayor atención ha recibido por parte de
los investigadores interesados en la inhibición de la respuesta
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
395
Recuadro 15-4. Componentes cerebrales relacionados con la red de control ejecutivo
El N200 se caracteriza por una deflexión negativa en el EEG que se produce entre 200 y 400 ms después de la presentación
del estímulo y que es mayor para ensayos que implican conflicto que para ensayos que no lo implican. Este componente se
relaciona generalmente con el hecho de retener o inhibir una respuesta preponderante pero inadecuada a la tarea. Algunos
estudios señalan que la reducción en la amplitud del N200 para ensayos que implican conflicto, comparados con ensayos que
no lo implican, es un índice de una mayor eficacia de la atención ejecutiva. El N200 se ha asociado con activaciones en la
corteza cingulada anterior. Por su parte, la negatividad asociada al error se caracteriza por una deflexión negativa del EEG
que se produce 80 ms después de producir una respuesta errónea. La negatividad asociada a la respuesta errónea se observa
en canales frontomediales y se ha asociado un incremento en su amplitud con una mejor eficacia de la atención ejecutiva. Por
lo general, pero no necesariamente, después de la aparición de la negatividad asociada a la respuesta errónea se observa la
positividad asociada al error, entre 200-500 ms después de la respuesta. La positividad asociada al error se caracteriza por
ser mayor para respuestas erróneas que para respuestas correctas. Este componente parece generarse también en la parte
rostral de la corteza cingulada anterior (Fig. 15-4).
A
B
ERP
Mapa topográfico
Incongruente - Congruente
μV
Congruente
10
Incongruente
0
Cz
0
−200
Cz
ms
200
400
600
7μV
N200
−10
Estímulo
−7μV
Error - Correcto
μV
Pe
10
80 ms
230 ms
Fcz
Fcz
Correcto
Error
0
Fcz
ms
0
−200
200
400
ERN
−10
Respuesta
Figura 15-4. A) Representación de los componentes cerebrales denominados potenciales evocados relacionados con acontecimientos
discretos (ERP), en relación con la atención ejecutiva. En la parte superior izquierda se representa el voltaje que se registra en la
superficie del cráneo durante un período de 700 ms en el canal Cz. La línea de color azul indica el voltaje registrado cuando se presenta un estímulo congruente, y la línea roja, el voltaje cuando aparece un estímulo incongruente. En la parte inferior izquierda se
representa la negatividad asociada a la respuesta errónea (error-related negativity, ERN) y la positividad asociada al error (Pe). La
figura representa el voltaje que se registra en la superficie del cráneo durante un período de 400 ms en el canal Fcz. La línea azul
indica el voltaje registrado cuando el participante emite una respuesta correcta, y la línea roja, el voltaje cuando el participante emite
una respuesta errónea. B) Representación de la distribución topográfica de N200, ERN y Pe. En la parte superior derecha se representa la diferencia entre los ensayos incongruentes y congruentes (N200) a los 350 ms. En la parte inferior derecha se representa la
distribución topográfica de la diferencia entre respuestas erróneas y correctas a los 80 ms (para el ERN) y a los 230 ms (para el Pe).
En la escala de color, el azul simboliza un voltaje negativo y el rojo un voltaje positivo.
ha sido el componente cerebral N200. Dicho componente es
de mayor amplitud para situaciones conflictivas que para situaciones no conflictivas, lo que se ha interpretado como ín-
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dice cerebral de que la atención ejecutiva está teniendo lugar.
Además, la atención ejecutiva está implicada en la detección
y monitorización de los errores. Se ha visto que la respuesta
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396
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
se enlentece después de cometer un error y dicho enlentecimiento se toma como un índice de la capacidad que el sistema
atencional tiene para regular la conducta. A nivel cerebral se
han datado una serie de componentes electrofisiológicos que
generalmente se observan después de la comisión del error:
la negatividad asociada a la respuesta errónea y la positividad asociada al error (Recuadro 15-4). Tanto la negatividad
asociada a la respuesta errónea como la positividad asociada
al error son de mayor amplitud para respuestas erróneas que
para respuestas correctas, lo que puede estar reflejando la acción de la atención ejecutiva en el proceso de monitorización
del error. Aunque ambos componentes se han relacionado
con la atención ejecutiva, parecen tener funciones diferentes.
Mientras que la negatividad asociada a la respuesta errónea
parece reflejar el proceso de monitorización del conflicto, la
positividad asociada al error parece estar relacionada con la
detección consciente del error.
¡
Tanto el N200, como la negatividad asociada a la respuesta errónea y la positividad asociada al error han
sido asociados con activaciones en la red de atención ejecutiva, en concreto, con la actividad en la
corteza cingulada anterior.
■ ATENCIÓN COMO SISTEMA DE SELECCIÓN
Como se ha indicado antes, una de las funciones atribuidas
a la atención es la función de selección. Esta función es muy
importante para coordinar el comportamiento en un mundo
lleno de información. El sistema sensorial recibe una gran
cantidad de información que en su mayoría no se procesa a
nivel consciente. Este hecho indica que el sistema perceptivo
tiene una capacidad limitada. Son muchos los objetos que
aparecen al mismo tiempo en una escena visual, pero distribuidos en el espacio (v. cap. 10). El sistema atencional seleccionará la información, ayudando a la persona a elegir cuál es
relevante para las metas u objetivos propuestos, así como
también para seleccionar estímulos salientes o potencialmente peligrosos. Muchos investigadores han estudiado el
proceso de selección de la información, tratando de determinar en qué momento del procesamiento de la información
tiene lugar la selección. En los apartados siguientes se debatirá sobre esta cuestión.
La imposibilidad de realizar determinadas tareas de forma
concurrente llevó a los estudiosos de la época a una concepción de la atención como filtro de selección de la información.
Este filtro dejaría pasar la información relevante y dejaría fuera
del procesamiento a la irrelevante. Surgieron, entonces, los modelos estructurales y la polémica sobre el lugar del filtro. Dentro
de estos modelos pueden destacarse dos: los modelos de selección temprana y los modelos de selección tardía. Los primeros proponen que la atención es un mecanismo situado en las
primeras etapas del procesamiento, en las que sólo los rasgos
físicos más superficiales de los estímulos, como la localización
o la intensidad, son analizados en paralelo. En estos modelos
no se contemplaba la posibilidad de que la información ignorada (filtrada) alcanzara niveles de procesamiento superiores a
las meras características físicas. Estos modelos, sin embargo,
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no pueden explicar cómo, en ocasiones, la información ignorada accedía a niveles semánticos usando tareas de escucha
dicótica. En estas tareas se presentaba información por los dos
canales auditivos y se tenía que atender sólo a uno de los canales. Las personas podían darse cuenta de que su nombre
(pero no el de otras personas) se decía por el canal ignorado.
Pero entonces, ¿se puede procesar una información que ha
sido ignorada? Para dar respuesta a esta pregunta se plantearon modelos alternativos, de selección tardía, que proponían
que el filtro atencional selectivo operaba sobre la base de los
estímulos u objetos analizados en función de sus características semánticas. Estos modelos ubican el filtro en el acceso a la
conciencia.
En 1969, Anne Treisman rompió con la concepción del filtro
rígido de ubicación fija en la sucesión de estadios del procesamiento de la información, proponiendo un filtro selectivo que
actuaría atenuando el procesamiento de la información ignorada. De acuerdo con esta concepción, el acceso de la información del canal ignorado a fases superiores de procesamiento
estaría totalmente bloqueado; esta información podría alcanzar ciertos niveles de activación, aunque inferiores a los alcanzados por la información atendida. Treisman planteó la idea
del filtro flexible, de modo que el filtro podría actuar en fases
tempranas del procesamiento, limitando el número de estímulos de entrada analizados, o en fases más tardías del procesamiento, determinando el número de características relevantes y/o los resultados del análisis perceptivo que se tiene
en cuenta para las respuestas.
Es en este contexto en el que surgen los modelos de recursos atencionales, entre los que se encuentra el modelo de
Kahneman (1973). Según este modelo, las personas poseen
una cantidad limitada de recursos atencionales que pueden
distribuirse simultáneamente para realizar las tareas. Cuando
el participante tiene que realizar dos o más tareas de forma
simultánea, los recursos atencionales disponibles en un momento dado se asignan prioritariamente a la tarea principal,
existiendo la posibilidad de que queden recursos atencionales
libres, lo que hará posible la ejecución de varias tareas a la vez.
Este modelo abre la puerta al estudio de la ejecución simultánea de más de una tarea, en función de su dificultad, de la
interferencia específica entre ellas y de la prioridad asignada a
cada una de las tareas. Norman y Bobrow (1975) elaboraron
una teoría general de la administración de los recursos atencionales, a partir del análisis mediante curvas POC (performance operating characteristic), en el que se trazan los límites de
ejecución de una tarea en función de la otra.
Sin embargo, determinados resultados experimentales comenzaron a poner de manifiesto que conceptualizar la atención como una fuente central de recursos común a todos los
procesos era insuficiente. Por ejemplo, el grado de interferencia entre tareas concurrentes varía en función de variables
como la práctica o la modalidad estimular o de respuesta.
Además, si la capacidad (es decir, los recursos de la persona)
es central, es decir, es la misma para todas las tareas, una tarea
difícil debería interferir más sobre otra tarea que una tarea
fácil. Sin embargo, se demostró que esto no siempre ocurría.
Se propone entonces la idea de la existencia de recursos múltiples específicos para cada tarea, en lugar de un único recurso
disponible en un procesador central de capacidad limitada.
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
■ EFECTOS DE LA ATENCIÓN EN LOS SISTEMAS
SENSORIALES
Después de años de investigación, se llegó a la conclusión
de que la atención podía operar tanto en fases tempranas
como tardías del procesamiento. Entonces, la pregunta clave
era, ¿en qué circunstancias producía la atención efectos tempranos o tardíos? Luck e Hillyard (2000) propusieron que esto
dependía de la presencia o ausencia de interferencia en cada
uno de los niveles, propuesta que es similar a la teoría de carga
perceptiva planteada por Lavie (1995). En los siguientes apartados se expondrán las condiciones en las que la atención produce efectos en fases tempranas o tardías del procesamiento,
y se describirán estos efectos de la atención en la percepción
(efectos en fases tempranas) o en la selección de información
en la memoria de trabajo o la selección de respuestas (efectos
en fases tardías).
Efectos de la atención en fases tempranas
Se propuso que la atención produciría efectos en fases
tempranas cuando la carga perceptiva fuera alta. En este
caso, la información no pasaría a fases más tardías, dado que
la alta carga perceptiva interferiría con el procesamiento de
la información en estas fases superiores. La interferencia
perceptiva puede crear conjunciones ilusorias, que consisten
en la combinación de características de dos objetos distintos
de manera no apropiada para la percepción. Por ejemplo, en
condiciones de alta carga perceptiva, si se presenta al participante una X roja y una O azul, podría percibirse una X azul.
Se propuso que la manera de resolver esta ambigüedad perceptiva sería procesar sólo un objeto a la vez. Sin embargo,
los efectos de la atención no se producen sólo cuando existe
competición estimular, también se han observado cuando se
presenta únicamente un estímulo en el campo receptor de
una neurona. En este caso se supone que la atención puede
mejorar la proporción señal/ruido del disparo de la neurona,
lo que puede ser beneficioso cuando las decisiones tienen
que tomarse bajo presión temporal, o cuando la tasa de presentación es elevada.
¡
397
Las condiciones para la selección temprana serían
aquellas de alto grado de competición perceptiva o
cuando el incremento de la proporción señal/ruido
pueda ser beneficioso.
Cuando la atención produce efectos en fases tempranas del
procesamiento, éstos comienzan a los 70-90 ms, y se observan en potenciales evocados como el P100 o el N100 (Fig. 155), que son de mayor amplitud para los lugares atendidos que
para los no atendidos. Se cree que la modulación de estos potenciales se produce en la fase perceptiva por varias razones.
Por una parte, estos potenciales se han localizado en las áreas
extraestriadas de la corteza occipital y la circunvolución fusiforme. Además, son sensibles a factores como el contraste y la
posición de los estímulos, y no se ven afectados por otros factores cognitivos aparte de la atención. Por otra parte, el hecho
de que su modulación se produzca tan temprano en el procesamiento indica que la información se está comenzando a procesar en el sistema perceptivo, sin que haya dado tiempo a que
se haya procesado en otros niveles más tardíos. La atención no
modula el componente C1, que ocurre aproximadamente a los
50 ms y se genera en la corteza visual estriada o corteza visual
primaria, también conocida como V1 (v. cap. 10). Este componente parece reflejar el procesamiento de la información en
áreas perceptivas muy tempranas (áreas de Brodmann 17
o 18), que contienen un mapa retinotópico del espacio. La distribución espacial y la polaridad de este potencial cambian en
función de la localización del estímulo, y se corresponden con
las proyecciones retinotópicas de los campos visuales superiores e inferiores de la corteza estriada en la cisura calcarina.
Aunque este potencial no se vea afectado por la atención espacial, se ha demostrado que la atención puede producir efectos en V1, quizás en momentos posteriores del procesamiento.
El flujo de información en el cerebro vuelve a la corteza visual
cuando la información ha sido procesada por estructuras parietofrontales. En los últimos años se ha propuesto que estos
procesos de reiteración de información en el cerebro son de
especial relevancia para que la información acceda a la conciencia. En el capítulo 28 se profundizará en este aspecto.
Figura 15-5. A) Representación
A P100 y N100 en O2
B Mapa topográfico
de los potenciales evocados relacionados con acontecimientos
Válido - inválido
μV
discretos asociados al sistema
P100
3
de orientación atencional. Se
Válido
representa el voltaje que se reInválido
100 ms
180 ms
gistra en la superficie del crá2μV
neo durante un período de 250
0
ms
ms en el canal occipital O2. La
−100
0
100
200
línea de color azul indica el volO2
O2
−2μV
▪
▪
taje registrado cuando se presenta una señal válida, y la línea roja, el voltaje registrado
−3
cuando se presenta una señal
N100
inválida. B) Mapas topográfiEstímulo
cos. Se representa la distribución topográfica del P100 y del
N100, es decir, la diferencia entre los ensayos con señal válida e inválida a los 100 ms (para el P100) y a los 180 ms (para el N100). En la
escala de color, el azul simboliza un voltaje negativo y el rojo, un voltaje positivo.
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
A nivel conductual, la teoría de detección de señales permite
medir si las manipulaciones experimentales producen efectos
perceptivos o en fases más tardías (en este caso, en la etapa de
decisión). Esta teoría parte de la base de que para comprender
la percepción del participante, hay que tener en cuenta no sólo
las variables perceptivas, sino también los criterios de respuesta que el participante adopte.
Podría pensarse que una madre primeriza posee un sentido
de la audición agudizado para los llantos de su bebé, ya que
cuando su bebé llora, ella es la primera en escucharlo. Sin embargo, podría ocurrir que la madre no escuche mejor (es decir,
que su sensibilidad perceptiva no se encuentre incrementada),
sino que su criterio para decidir que ha escuchado llorar al
bebé sea muy laxo. Si su sensibilidad perceptiva está incrementada, es esperable que cada vez que el bebé llore la madre
lo escuche, pero que nunca responda a falsas alarmas, es decir,
que nunca vaya a la cuna si el bebé no está llorando. Sin embargo, si lo que existe realmente es un cambio de criterio, la
madre irá a la cuna siempre que llore el bebé, pero también irá
algunas veces aunque el bebé no esté llorando (es decir, se
detectarían algunas falsas alarmas). Para computar los valores
de sensibilidad perceptiva (denominada d’) y criterio de respuesta (beta b) en la teoría de detección de señales, se necesita
una señal (en el ejemplo anterior, el llanto del bebé) y un ruido
(en el ejemplo anterior, cualquier ruido ambiental que pueda
enmascarar o confundirse con el llanto del bebé). Se parte de la
hipótesis de que toda sensación tiene una probabilidad de
ocurrir cuando se presenta la señal y cuando se presenta el
ruido. La sensibilidad perceptiva dependerá de la similitud
entre la señal y el ruido (p. ej., la similitud entre el llanto del
bebé y el ruido ambiental). El criterio de respuesta puede ser
fijado por el observador en función de factores motivaciones o
de las demandas de la tarea (en el caso de la madre primeriza,
ésta adoptará un criterio de respuesta más laxo que después
de haber tenido cuatro bebés). Los índices d’ y b son independientes, es decir, si se encuentran cambios en d’ y también en b,
puede concluirse que la manipulación experimental ha producido efectos sobre la percepción, pero también en fases tardías.
En el caso de la atención, numerosos estudios han demostrado que ésta puede producir efectos en d’ y también en b, es
decir, como se expuso anteriormente, la atención actúa en fases tanto tempranas como tardías del procesamiento.
¡
Comportamentalmente se pueden medir los afectos
atencionales sobre la sensibilidad perceptual y el
criterio de respuesta usando la Teoría de la detección de señales.
Aunque este capítulo se ha centrado principalmente en los
efectos de la atención en el sistema visual (v. cap. 10), la atención
produce efectos tempranos en todos los sistemas sensoriales.
Numerosos estudios han mostrado efectos crosmodales de la
atención, que permitirían una óptima adaptación al entorno,
que es claramente multimodal. Por ejemplo, una señal atencional visual mejora el tiempo de reacción y/o la precisión para
responder a estímulos auditivos o táctiles (v. caps. 11 y 12, respectivamente). Estos efectos parecen estar implementados en
estructuras cerebrales que contienen neuronas multisensoriales,
que codifican información de diferentes sistemas sensoriales.
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Estas neuronas se han encontrado en los colículos superiores, el
lóbulo parietal superior, el surco temporal superior, el putamen,
y otras regiones del lóbulo frontal. Las neuronas de la corteza
premotora ventral del mono (junto con el putamen y el área
parietal 7b) presentan una característica muy importante para
la integración crosmodal. Estas neuronas responden a eventos
visuales y táctiles, codificándolos espacialmente. Una neurona
con un campo receptivo táctil en la mano posee también un
campo receptivo visual cerca de la mano. Pero lo más relevante
es que el campo visual de la neurona visuotáctil sigue a la mano
cuando ésta se mueve por el espacio, aunque los ojos del mono
no se hayan movido, y aunque la mano del mono se encuentre
ocluida. Esto explicaría los efectos de la atención crosmodal,
que se mantienen incluso cuando se cambia de postura.
¡
Los efectos crosmodales de la atención posibilitan
una adaptación a un entorno multimodal.
Efectos de la atención en fases tardías
La atención produce efectos en fases tardías cuando se selecciona la información atendida de la memoria de trabajo.
Tal como veremos en el capítulo 16, la memoria de trabajo
es un proceso activo que está siendo actualizado de manera
continua por la experiencia de un momento determinado,
por ejemplo, cuando el individuo intenta acordarse de un número de teléfono que tiene que marcar inmediatamente después. El almacenamiento de información desde la memoria
de trabajo a la memoria a largo plazo es un proceso costoso y
lento, que parece necesitar de procesos atencionales. Esto se
ha observado por ejemplo en el efecto de «parpadeo atencional» (Recuadro 15-5), que se considera un ejemplo de selección tardía producida por un problema de selección en la memoria de trabajo. El parpadeo atencional se produce cuando
debe atenderse a dos ítems que aparecen dentro de una secuencia rápida de estímulos que se superponen. En estas circunstancias se produce un déficit en la detección del segundo
estímulo cuando éste aparece antes de que hayan transcurrido
300-400 ms tras la presentación del primero. Los estímulos no
detectados conscientemente son procesados hasta fases tardías, lo que se ha comprobado usando la técnica de potenciales evocados. Los estímulos no detectados elicitan un componente N400 cuando existe una violación semántica. Este
componente se elicita, por ejemplo, si la última palabra de la
frase es incoherente con el significado de dicha frase (p. ej.:
«Ayer fui al colegio a recoger a mi paella»). El N400 está relacionado con el procesamiento semántico de los estímulos,
lo que indica que aunque no se hayan detectado conscientemente, los estímulos se han procesado no sólo perceptivamente, sino hasta niveles semánticos (v. cap. 19). La diferencia
entre estímulos percibidos conscientemente o no percibidos
conscientemente se detecta en el P300. Este componente
se observa en electrodos parietofrontales y sólo es elicitado
cuando los estímulos se perciben de manera consciente.
La atención también produce efectos en fases tardías cuando
se seleccionan los estímulos durante la selección de respuesta.
Por ejemplo, el período psicológico refractario se refiere a un
enlentecimiento en la respuesta a una segunda tarea, cuando
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
399
Recuadro 15-5. Parpadeo atencional
El efecto de parpadeo atencional fue observado por primera vez por Broadbent y Broadbent en 1987, aunque fueron Raymond
et al., en 1992, los que le dieron ese nombre. Este efecto suele observarse cuando se presentan estímulos en una misma localización espacial en una secuencia rápida. A esto se le denomina presentación visual serial rápida. Raymond et al. presentaron
una serie de letras de color negro a una tasa de presentación de 100 ms por ítem. Los participantes tenían que nombrar una
letra que se presentaba en color blanco (lo que se conoce como T1), y detectar la presencia o ausencia posterior de la letra «X»
(T2) (Fig. 15-6). En los ensayos en los que T1 se detectaba correctamente, los participantes eran incapaces de detectar T2 si
éste se presentaba hasta 500 ms después de T1. Se demostró que este efecto era atencional y no sensorial, ya que si no se
demandaba ninguna tarea sobre T1, T2 era detectado independientemente del momento en que se presentase. Actualmente
se considera que mientras se realizan los procesos de codificación, registro y respuesta de T1, no quedan recursos atencionales libres para procesar T2. Si T2 se presenta justo después de T1, sí es procesado correctamente, considerándose que los dos
estímulos son procesados al mismo tiempo con los mismos recursos atencionales. El efecto de parpadeo atencional suele ser
citado como una de las evidencias a favor de la necesidad de atención para el procesamiento consciente de los estímulos.
A
Presentación visual serial rápida
K
L
W
R
T1
Tie
m
X
po
el intervalo de tiempo desde que se respondió a la primera tarea es corto. Cuando el tiempo entre los dos estímulos es largo,
el primer estímulo ya se ha procesado por completo cuando el
segundo estímulo se presenta. Pero en condiciones de intervalo
corto, el procesamiento del primer estímulo interfiere en el del
segundo, lo que enlentece esta segunda respuesta. Este enlentecimiento de la respuesta no se debe ni a factores perceptivos
(porque se produce aunque los estímulos sean claramente visibles), ni de memoria de trabajo (ya que se produce aunque
no haya sobrecarga en ésta). Se demostró que este enlentecimiento se debía a una interferencia en la selección de respuestas, que demora el P300, lo que indica la necesidad de un mayor
intervalo temporal para procesar el estímulo. Por lo tanto, las
condiciones para la selección tardía serían aquellas en las que
se selecciona la información de la memoria de trabajo o durante
la selección de respuesta. En estas condiciones, los estímulos se
procesan hasta niveles semánticos, aunque no necesariamente
sean percibidos de manera consciente.
Como se señaló en el apartado anterior, la atención también
produce efectos en la fase de toma de decisiones perceptivas.
Carpenter (2004) ha desarrollado un modelo en el que plantea
que para la discriminación de un estímulo se necesita primero
un proceso de detección de sus rasgos, y posteriormente, un
proceso de acumulación lineal de información hasta que se
llegue a un umbral de decisión, en el que el observador considere que se ha acumulado la información suficiente para «decidir» que se ha percibido el estímulo. Otros modelos plantean
una idea similar. La toma de decisiones no es un proceso del
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B
P
T2
Porcentaje de detecciones correctas
Figura 15-6. A) Ejemplo de una secuencia de
presentación de estímulos con el procedimiento de presentación visual
serial rápida. B) Parpadeo atencional. Ejemplo
modelo de un resultado
usando este paradigma.
El eje de abscisas representa el intervalo temporal entre T1 y T2. El eje de
ordenadas representa el
porcentaje de detecciones
correctas de T1 y T2.
Efecto de parpadeo atencional
100
80
60
40
T1
T2
20
0
0 100
200
300
400
500
600
700
Intervalo temporal entre T1 y T2
tipo todo o nada, sino un proceso de acumulación temporal de
información hasta que se toma una decisión. La atención es
uno de los factores que modulan dónde se coloca ese umbral,
en el que los participantes «deciden» que ya han acumulado
información suficiente para responder a los estímulos. Éste no
es un proceso consciente, sino que depende de las demandas
de la tarea y de otros factores motivacionales.
¡
La atención produce efectos en fases tardías cuando
se selecciona la información atendida de la memoria
de trabajo y cuando se seleccionan los estímulos durante la selección de respuesta.
■ MECANISMOS CEREBRALES
La orientación atencional se relaciona con el funcionamiento
de una red frontoparietal dorsal y otra ventral (Fig. 15-7). La
red dorsal incluye estructuras como los lóbulos parietales superiores e inferiores (incluyendo la circunvolución angular y la
circunvolución supramarginal), los campos oculares frontales
y las áreas motoras suplementarias. Todas estas regiones se
activan bilateralmente durante la orientación de la atención.
Los lóbulos parietales y los campos oculares frontales parecen
contener mapas de saliencia, que codifican las regiones atendidas, así como la saliencia de los estímulos que el organismo
percibe. Otras estructuras frontales –como la ínsula– y subcorticales –como el núcleo pulvinar del tálamo– también forman
13/09/13 10:12
400
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Figura 15-7. Redes de orientación atencional. A) Representación de la señal BOLD (blood
FEF
oxygen level dependent), señal
FEF
dependiente del nivel de oxíSMG
geno en la sangre, tras sustraer un período de fijación del
IFG
I
D
período de orientación atencioPar sup
nal. Estas activaciones muestran una red frontoparietal
dorsal que incluye estructuras
bilaterales como los lóbulos
parietales superiores, los camPar sup
Par sup
pos oculares frontales (FEF)
FEF
FEF
y la circunvolución occipitotemporal (TO). B) RepresentaTO
TO
ción de la señal BOLD tras sustraer un período de fijación del
período de identificación del
estímulo. Estas activaciones
muestran una red frontoparietal ventral lateralizada a la derecha que incluye la circunvolución supramarginal (SMG) y la circunvolución frontal inferior (IFG), así como el
campo ocular frontal derecho, que es también parte de la red dorsal. D: derecha; I: izquierda.
A
Período de orientación atencional
B
parte de esta red. La red frontoparietal ventral está formada
por la unión temporoparietal y la circunvolución frontal inferior. Esta red está altamente lateralizada a la derecha, y parece
desempeñar un papel importante en la reorientación de la
atención cuando los estímulos se presentan en localizaciones
no atendidas. A nivel subcortical, los colículos superiores desempeñan un papel importante en la orientación atencional.
Ellos también contienen mapas de saliencia, y constituyen
una estructura clave para la integración multisensorial.
¡
La red frontoparietal dorsal incluye un conjunto de
regiones parietales, como la circunvolución angular
y la circunvolución supramarginal, y frontales, como
los campos oculares frontales, las áreas motoras suplementarias y la ínsula. Asimismo, también forma
parte de esta red, el núcleo pulvinar del tálamo. Por
su parte, la red frontoparietal ventral incluye la unión
temporoparietal y la circunvolución frontal inferior.
Estudios recientes están poniendo de manifiesto la importancia de la activación sincronizada de las neuronas para la
orientación atencional, no sólo dentro de las zonas atencionales o perceptivas, sino también entre regiones atencionales.
Así, por ejemplo, la respuesta sincronizada de estructuras parietofrontales podría estar a la base del funcionamiento del
sistema atencional. Estos estudios adoptan una perspectiva
hodológica, en la que se tiene en cuenta el funcionamiento del
¡
04 Sección IV.indd 400
Las redes atencionales frontoparietales muestran
un gran solapamiento con otras redes encargadas
de los movimientos oculares (Recuadro 15-6) o la
memoria a corto y largo plazo de las localizaciones
atendidas. También se han encontrado activaciones
similares cuando la atención se mueve de forma dinámica y cuando se mantiene en una región espacial, para la atención en el espacio y en el tiempo, y
para la atención al objeto o al espacio.
Período de identificación del estímulo
cerebro como un conjunto de redes conectadas entre ellas, en
oposición a otras perspectivas topológicas, que han dominado
la ciencia cognitiva en las últimas décadas, en las que las conexiones entre regiones cerebrales no formaban parte de los
modelos explicativos.
Sin embargo, aunque es posible que exista un único circuito
neural para todos o algunos de estos procesos atencionales,
también es posible que las técnicas de imagen cerebral actuales no tengan la resolución suficiente para captar las diferencias entre las redes atencionales implicadas en estos procesos.
El uso de técnicas con mayor resolución espaciotemporal, por
ejemplo, la estimulación magnética transcraneal, ha mostrado
disociaciones entre sistemas atencionales que la resonancia
magnética funcional no había logrado disociar (p. ej., entre la
atención al espacio frente a la atención al objeto; o entre la
atención espacial endógena frente a la exógena). También es
posible que la dinámica de interacción de estas regiones cambie durante la implementación de procesos cerebrales diferentes. Por ejemplo, usando registros unicelulares en monos se ha
demostrado que durante una tarea de búsqueda visual, las
áreas frontoparietales se activaban diferencialmente cuando el
estímulo saltaba a la vista (atrayendo la atención de manera
exógena; lo que se conoce como búsqueda visual paralela) y
cuando el estímulo no era saliente y necesitaba de la exploración de cada ítem (reclutando procesos de atención endógena,
lo que se conoce como búsqueda visual «serial») (Recuadro
15-7). Durante la búsqueda visual paralela, las áreas parietales
se activaban antes que las áreas frontales. Sin embargo, durante la búsqueda visual serial, las áreas frontales se activaban
antes que las parietales. Estos resultados indican que aunque
las mismas áreas estén implicadas en ambas tareas de búsqueda visual, la dinámica de su interacción es claramente diferente en función del proceso cognitivo en marcha.
¡
La alerta se ha asociado a una red cerebral lateralizada en el hemisferio derecho. La corteza cingulada
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
¡
anterior, la corteza dorsolateral frontal y el núcleo
reticular del tálamo también son importantes en este
sistema. Los niveles de alerta están modulados por
la actividad del locus cœruleus y la noradrenalina.
Asimismo, ciertos neurotransmisores como la noradrenalina también parecen desempeñar un papel importante en el
mantenimiento de los niveles de alerta. Estudios con medicamentos apoyan el papel central de dicho neurotransmisor,
mostrando que aquella medicación que reduce la liberación
de noradrenalina incrementa los lapsus atencionales y que el
efecto se invierte con la administración de fármacos que incrementan la liberación de noradrenalina.
El control ejecutivo está asociado a la actividad de zonas
frontales como la corteza cingulada anterior y la corteza dorsolateral frontal (Fig. 15-8). Numerosos estudios han mostrado
que la parte dorsal de la corteza cingulada tiene funciones cognitivas, mientas que la parte rostroventral tiene funciones afectivas (v. cap. 25). Las lesiones de la corteza cingulada producen una gran variedad de síntomas, como apatía, inatención,
mutismo acinético, inestabilidad emocional, y daños específicos en tareas ejecutivas, por ejemplo, en la tarea de Stroop.
401
A Corteza cingulada anterior
B Circunvolución frontal inferior
Figura 15-8. Red de control ejecutivo. A) De izquierda a derecha,
cortes coronal, sagital y axial del cerebro en el cual los puntos
blancos señalan la corteza cingulada anterior (coordenadas Talairach: x = –8, y = 28, z = 24) mientras el participante realiza una tarea
de flancos. B) De izquierda a derecha, cortes coronal, sagital y axial
del cerebro en el cual los puntos blancos señalan la circunvolución
frontal inferior (coordenadas Talairach: x = 42, y = 2, z = 24) mientras el participante realiza una tarea de flancos.
Recuadro 15-6. Atención y movimientos oculares
La orientación atencional suele ir acompañada de movimientos oculares. A esto se lo denomina atención abierta.
Sin embargo, también es posible atender sin que los ojos
se muevan; a esto se le denomina atención encubierta. Son
muchos los estudios que han mostrado que los movimientos oculares y la atención están fuertemente relacionados.
Una demostración clásica de esta relación fue efectuada
por Rizzolatti et al. Estos autores presentaron a los participantes una señal en una localización de la pantalla, que les
indicaba la necesidad de mover los ojos al lado opuesto.
Observaron que la trayectoria de las sacadas se desviaba
hacia el lado de la señal, lo que indica que la atención interfiere con los movimientos oculares. Otros estudios han
demostrado que la preparación de un movimiento ocular
mejora la detección de estímulos en la localización donde
se preparó la sacada, incluso antes de que ésta se ejecute.
Esto sugiere que la preparación de una sacada produce
también un movimiento de la atención. Estos datos llevaron
al grupo de Rizzolatti a desarrollar la teoría premotora de
la atención, que propone que la atención se implementa en
los circuitos de movimientos oculares y, por lo tanto, atender consiste en preparar un movimiento ocular.
Algunas de las estructuras cerebrales que soportan tanto
la atención como los movimientos oculares son los campos oculares frontales y los colículos superiores. La figura
15-7 muestra la localización de los campos oculares frontales y la figura 15-9 muestra la localización de los colículos superiores. En estudios de electrofisiología en monos
se estimularon los campos oculares frontales mientras
los animales detectaban un estímulo e ignoraban los distractores. El estímulo podía situarse en el lugar donde se
estaban elicitando las sacadas debido a la microestimulación. Aunque la estimulación de los campos oculares
frontales no desencadenase sacadas visibles, la sensibilidad perceptiva de los monos se incrementaba, pero esto
sólo se producía cuando el estímulo se presentaba en el
campo receptivo de la neurona estimulada. Otros estudios
han usado el paradigma del parpadeo atencional mientras
estimulaban los colículos superiores de los monos. Encontraron que a pesar de que la estimulación no produjese movimientos oculares visibles, la habilidad de los
monos para detectar los cambios mejoraba. Además, esta
mejora sólo se producía cuando el estímulo se presentaba
en la localización retinotópica de la región estimulada.
Esto indica la importancia de los colículos superiores en
A
B
C
Figura 15-9. Localización de los colículos superiores (CS) en un
adulto sano en un corte coronal (A), sagital (B) y axial (C).
(Continúa en la página siguiente)
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402
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Recuadro 15-6. Atención y movimientos oculares (cont.)
la atención, a pesar de que no se requieran movimientos
oculares.
Parece, por lo tanto, existir un gran solapamiento entre la
atención y los movimientos oculares. Sin embargo, no todos los efectos atencionales pueden explicarse por la preparación de un movimiento ocular. Aunque ambos procesos
estén altamente relacionados, y sus circuitos neurales
coincidan en gran medida, la orientación atencional y los
movimientos oculares pueden disociarse, estando ciertas
regiones implicadas en la atención, pero no en los movimientos oculares (éste es el caso, p. ej., de la unión temporoparietal).
Recuadro 15-7. Búsqueda visual
La búsqueda visual es un proceso atencional en el que los
participantes deben seleccionar un estímulo entre una serie
de distractores. Se plantea la existencia de dos tipos de búsqueda, paralela y serial. Se considera que la búsqueda es
paralela cuando el tiempo de reacción para encontrar el estímulo relevante no se ve afectado por el número de distractores. En este caso, se considera que el estímulo «salta a la
vista» y, por lo tanto, aunque aumente el número de distractores, el estímulo relevante capturará la atención de manera
exógena, produciendo una respuesta rápida. Sin embargo, la
búsqueda se considera serial cuando el tiempo de reacción
incrementa en función del número de distractores. En este
caso, el estímulo no se detecta en función de su saliencia, y
se supone que el participante debe atender a cada una de las
localizaciones hasta que encuentre el estímulo. Por lo tanto,
a mayor número de distractores, mayor será la media de
tiempo de reacción. En la búsqueda visual (tanto paralela
como serial), los tiempos de reacción son mayores cuando el
estímulo relevante no se presenta. En este caso se supone
que los participantes realizan una búsqueda exhaustiva de
todas las localizaciones antes de informar que no se detectó
el estímulo (Fig. 15-10).
Búsqueda serial
Búsqueda paralela
A
1.000
Tiempo de reacción (ms)
B
Búsqueda serial - estímulo presente
800
Búsqueda paralela - estímulo presente
Búsqueda serial - estímulo ausente
600
Búsqueda paralela - estímulo ausente
400
4
8
12
Número distractores
Figura 15-10. A) Ejemplo de una tarea de búsqueda visual paralela y serial. La tarea de los participantes consiste en detectar el estímulo que es diferente de los demás. B) Resultados de la ejecución de un grupo de adultos sanos en una tarea de búsqueda visual
paralela y serial en función del número de distractores que acompañan al estímulo, en condiciones en las que el estímulo está presente y los participantes deben detectarlo, y en condiciones en las que el estímulo está ausente y los participantes deben informar
que el estímulo no se encuentra en la pantalla.
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
¡
La subdivisión cognitiva de la corteza cingulada es
parte de una red atencional que mantiene conexiones con la corteza lateral prefrontal (BA46/9), la corteza parietal (BA7), la corteza premotora, y las áreas
motoras suplementarias. El sistema ejecutivo, implementado en la corteza cingulada dorsal, modula
la atención en fases tempranas y tardías, participa
en la monitorización de la competición, en el control
motor complejo, en la motivación, en la detección de
la novedad, en la detección de errores, en la memoria de trabajo y en la anticipación de tareas cognitivas demandantes.
La subdivisión afectiva, por otro lado, está conectada
con la amígdala, la sustancia gris periacueductal, el núcleo
accumbens, el hipotálamo, la ínsula anterior, el hipocampo, y
la corteza orbitofrontal. Tal como veremos en el capítulo 25,
entre sus funciones se encuentran la detección de la saliencia
emocional, la información motivacional y la regulación de las
respuestas emocionales. Estas funciones cognitivas y emocionales de la corteza cingulada son importantes para la regulación de la conducta, tanto a nivel cognitivo como emocional.
Algunos estudios han demostrado que ambas subdivisiones
mantienen relaciones inhibitorias entre ellas. Así, cuando la
parte cognitiva se encuentra activada durante la realización
de una tarea de Stroop típica de nombrado de colores, la parte
afectiva se encuentra desactivada. Sin embargo, cuando la
parte afectiva se encuentra activada durante la realización de
una tarea de Stroop con contenido emocional, la parte cognitiva se encuentra desactivada. Esto explica por qué cuando
una persona se encuentra en una situación afectiva intensa es
incapaz de realizar tareas cognitivas complejas que implican
al sistema ejecutivo. Otros estudios han relacionado la dopamina con la atención ejecutiva, viéndose que el gen receptor
de dopamina D4 (DRD4) está asociado con problemas en
atención, como el trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH).
En cualquier caso, estas redes atencionales frontoparietales, junto con los núcleos talámicos y los colículos superiores, se consideran la «fuente» del sistema atencional. Las
áreas del sistema ventral (áreas occipitotemporales implicadas en el reconocimiento de objetos) también se activan
durante los procesos atencionales. Sin embargo, esto no se
considera un correlato cerebral de la atención en sí misma,
sino un correlato de los efectos de la atención en el procesamiento de la información. La atención amplifica las respuestas en zonas occipitales y temporales para los estímulos atendidos, mientras la suprime para los estímulos
inatendidos.
¡
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A nivel cortical, la atención parece estar implementada en una red frontoparietal, encargada de las
transformaciones sensoriomotoras necesarias para
guiar el comportamiento y controlar el flujo de información del sistema ventral (occipitotemporal). A
nivel subcortical, el tálamo y los colículos superiores
también parecen desempeñar un papel importante
en los procesos atencionales.
403
■ TRASTORNOS ATENCIONALES
Trastornos atencionales en adultos
La degeneración de los colículos superiores da lugar a un
síndrome conocido como parálisis supranuclear progresiva.
Uno de los déficits más importantes es la parálisis de los movimientos oculares, en la que se observa una afectación de los
movimientos oculares verticales (más que de los movimientos
oculares horizontales). El grupo de investigación de Michael
Posner fue el primero en demostrar que los déficits en movimientos oculares estaban asociados a déficits en procesos
atencionales. En un grupo de pacientes con parálisis supranuclear progresiva y una alteración en los movimientos oculares
verticales pero no en los horizontales, descubrieron que la
orientación de la atención estaba afectada en el plano vertical
pero no en el horizontal. Estos datos fueron de gran relevancia
para mostrar que los colículos superiores eran una estructura
clave para la orientación atencional, aunque la tarea no requiriese movimientos oculares.
Las lesiones que producen una desconexión entre los colículos y otras zonas corticales también están asociadas a problemas atencionales. Esto se demostró en lo que se conoce
como el efecto Sprague. Tras eliminar quirúrgicamente en gatos
la corteza parietal y occipital de un lado del cerebro, se observó un síndrome de heminegligencia al lado opuesto del
espacio. En seres humanos, los pacientes con heminegligencia
presentan graves problemas atencionales para orientarse a
estímulos contralesionales, que no se perciben de manera
consciente. Además, muestran una atracción de la atención
muy acentuada a estímulos presentados ipsilesionalmente,
presentando graves problemas para reorientar la atención una
vez que ésta ha sido capturada. Los problemas atencionales
de estos pacientes son altamente disfuncionales en su vida
cotidiana. Por lo general, estos pacientes se tropiezan con obstáculos en el hemiespacio ignorado, sólo comen la mitad de la
comida del plato, o son incapaces de recuperar la función motora por inatención a esa parte de su cuerpo (Recuadro 15-8).
El síndrome de heminegligencia creado en los gatos tras la
extirpación de la corteza parietooccipital se recuperó cuando
se extirpó el colículo superior del hemisferio opuesto. Tras lesiones parietales, el colículo superior ipsilateral pierde parte
de su activación. Dado que los colículos de ambos hemisferios
tienen relaciones inhibitorias entre ellos, el colículo del lado
opuesto estaría hiperactivo. Por lo tanto, la lesión parietal de
un hemisferio produce un déficit en la activación del colículo
ipsilesional, por dos razones: la falta de activación procedente
del lóbulo parietal del mismo lado, y la inhibición procedente
del colículo contralateral, que se encuentra hiperactivado. Estos estudios fueron de gran relevancia para comprender las
interacciones parietocoliculares que están en la base del sistema atencional.
Tras lesiones en los campos oculares frontales también se
produce heminegligencia, la cual parece deberse a un déficit
de conectividad funcional entre los campos oculares frontales
y el colículo superior del mismo lado. Este tipo de heminegligencia suele ser transitorio. Sin embargo, las lesiones en el
lóbulo parietal derecho, o de sus conexiones con los lóbulos
frontales, son las que están asociadas a los síndromes de he-
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404
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Figura 15-11. Representación
gráfica de los datos obtenidos
A
B
por Thiebaut de Schotten et al.
Paciente SB
(2005) durante la estimulación
pSTG
eléctrica del cerebro de un paSMG
ciente consciente durante una
Control 1
cirugía cerebral para la elimiO-FF 1
nación de un tumor. A) FotoControl 2
grafía del cerebro del paciente
O-FF 2
durante la operación. B) DesControl 3
viación media durante la bisección de líneas (en milímetros),
Día+5
con intervalos de confianza del
−60 −50 −40 −30 −20 −10 0 10 20 30 40 50 60
95 % durante la estimulación
Izquierda < Desviación (mm) > Derecha
eléctrica de la circunvolución
C
temporal superior (STG), la
circunvolución supramarginal
D
(SMG), el fascículo occipitofrontal durante la eliminación
42
del tumor (O-FF1) y después
31
30
de efectuada ésta (O-FF2), y de
30
otras zonas de control (circun31
42
volución poscentral, circunvolución lateral occipital y el tumor) antes de la resección
(control 1), durante la resección (control 2) y después de la
resección (control 3). También
se muestra la ejecución 5 días
después de la operación (día
5). Los asteriscos muestran efectos significativos en comparación con el grupo de control, * p < 0,05; ** p < 0,001. C) Reconstrucción tridimensional de la resección quirúrgica (en rojo) y de las áreas estimuladas (en amarillo). D) Visión lateral que muestra la relación de las
áreas estimuladas con el fascículo occipitofrontal (en azul) y el fascículo longitudinal superior (en verde).
minegligencia más persistentes. La unión temporoparietal del
hemisferio derecho es la región cortical más frecuentemente
asociada con la heminegligencia, lo que demuestra que ciertos
procesos atencionales están lateralizados a la derecha en el
cerebro humano. Por otra parte, estudios recientes han mostrado la importancia de la sustancia blanca que conecta las
zonas parietales y las frontales en el síndrome de heminegligencia. La estimulación eléctrica intracraneal durante la cirugía producía síntomas de negligencia cuando se estimulaban
zonas parietales derechas, pero los síntomas más acusados se
observaban tras la estimulación de los fascículos occipitofrontal y el longitudinal superior (Fig. 15-11). Estos estudios indi-
can que la corteza parietal derecha y sus conexiones con los
lóbulos frontales son de especial relevancia para la orientación
atencional, y también para los procesos de conciencia, que se
encuentran altamente alterados en el síndrome de heminegligencia.
La heminegligencia también se asocia a menudo con problemas de alerta tónica. Esto es congruente con el hecho de
que la alerta tónica se vea afectada tras lesiones frontoparietales derechas. Varios estudios han demostrado que el nivel de
deterioro de la atención sostenida (alerta tónica) es un fuerte
factor predictivo de la persistencia del síndrome. Las mejoras
del síndrome tras el entrenamiento en alerta se asocian con
Recuadro 15-8. Síndrome de heminegligencia
La heminegligencia es un síndrome que suele observarse
tras lesiones parietales, o tras una desconexión parietofrontal. Los síndromes de heminegligencia más persistentes se observan tras lesiones cerebrales del hemisferio
derecho. En la evaluación de la heminegligencia suelen
usarse diversas pruebas, como la bisección de líneas o la
tarea de cancelación. Suele observarse que los pacientes
biseccionan las líneas con una importante desviación hacia
la derecha, como si no procesasen la parte izquierda de la
línea (Fig. 15-12 A). Los pacientes heminegligentes presentan también graves problemas de detección de estímulos
presentados a la izquierda en la tarea de cancelación, así
como conductas de perseveración, tachando una misma lí-
04 Sección IV.indd 404
nea varias veces (Fig. 15-12 B). Estas conductas de perseveración se deben a la atracción magnética de la atención
que los estímulos de la derecha producen, y los problemas
de los pacientes para desenganchar la atención una vez que
ésta ha sido capturada. Utilizando el paradigma de costes y
beneficios, se ha demostrado que la atención exógena se
encuentra gravemente alterada. Estos pacientes presentan
lo que se conoce como déficit de desenganche, ya que la
presencia de una señal inválida a la derecha produce unos
tiempos de reacción extremadamente lentos para detectar
los estímulos que posteriormente se presentan a la izquierda. El grupo de Paolo Bartolomeo ha demostrado que
estos déficits atencionales conciernen únicamente a la
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Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
405
Recuadro 15-8. Síndrome de heminegligencia (cont.)
atención exógena, ya que si las señales son informativas de
la localización en que se presentará el estímulo, los pacientes pueden usar esta información para orientar su atención
endógenamente a los estímulos de la izquierda. Los tiempos de reacción, representados en la figura 15-12 C, muestran el déficit de desenganche en estos pacientes cuando se
usan señales no informativas. En este caso, la presencia de
una señal atencional a la derecha produce un tiempo de reacción muy elevado si el estímulo que tiene que detectarse
se presenta a la izquierda, sobre todo si el tiempo transcurrido desde que aparece la señal hasta que aparece el objetivo (stimulus onset asynchrony, SOA), es breve. Éste es el
caso mostrado en los ensayos inválidos con estímulos a la
izquierda. Sin embargo, cuando se usan señales contrapredictivas, es decir, señales que indican que el estímulo se
presentará en el 80 % de los ensayos en la posición contraria (en la posición inválida), los pacientes no muestran el
déficit de desenganche. Esto indica que, usando la información de la señal, los pacientes son capaces de desenganchar su atención de una señal presentada a la derecha. Además, transcurridos 1.000 ms, los pacientes son capaces de
orientar su atención de manera endógena al lugar indicado
por la señal (el lugar inválido). Datos de este tipo han llevado
a los investigadores a concluir que los déficits atencionales
observados en los pacientes negligentes atañen sobre todo a
los procesos de atención exógena, encontrándose la atención
endógena relativamente preservada.
Otro síntoma característico de los pacientes con heminegligencia se conoce como extinción. Este déficit es fácil de medir clínicamente situándose delante del paciente y pidiéndole que mire a la punta de la nariz del evaluador. Éste
levantará ambos brazos y moverá el dedo índice izquierdo, el
derecho, o los dos a la vez. Un paciente heminegligente detectará sin problemas el movimiento aislado del dedo izquierdo y el del dedo derecho. Sin embargo, en condiciones
de presentación simultánea, el paciente sólo informará el
movimiento del dedo derecho. Es decir, en el síndrome de
heminegligencia la información del lado izquierdo sólo se
ignorará cuando existe competición con la información del
lado derecho. Es importante notar que si el paciente no informa de los estímulos presentados en el lado izquierdo sin
que haya competición, puede sufrir hemianopsia, que es una
ceguera cortical debida a una lesión del lóbulo occipital. La
hemianopsia se presenta en un alto porcentaje de pacientes
negligentes, pudiendo concurrir con la negligencia y agravar
sus déficits. La extinción no es sólo un fenómeno que ocurre
en la modalidad visual: puede medirse también en los sistemas sensoriales auditivo y táctil (Fig. 15-12).
A
B
C
Señal periférica no informativa
Señal periférica contrapredictiva
50 % ensayos válidos - 50 % ensayos inválidos
20 % ensayos válidos - 80 % ensayos inválidos
Tiempo de reacción (ms)
1.500
1.500
Correcta orientación
endógena
Ensayo válido
Ensayo inválido
Déficit de
desenganche
1.000
1.000
500
500
150
550
1.000
150
550
1.000
150
550
1.000
150
550
1.000
SOA
SOA
SOA
SOA
Estímulos izquierda
Estímulos derecha
Estímulos izquierda
Estímulos derecha
Figura 15-12. Ejecución de un paciente con síndrome de heminegligencia. A) Tarea de bisección de líneas, en la que debe indicarse
el punto medio de la línea. B) Tarea de cancelación de líneas, en la que deben tacharse todas las líneas una sola vez. C) Resultados
observados en el grupo de Paolo Bartolomeo usando una tarea de costes y beneficios con señales periféricas no informativas y contrapredictivas, es decir, informativas de la aparición del estímulo en la posición contraria. SOA: tiempo transcurrido desde que aparece la señal hasta que aparece el objetivo.
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
un incremento en la actividad de regiones frontoparietales
bilaterales como la circunvolución frontal, el cuneus y el precuneus, la circunvolución angular y la corteza cingulada anterior.
La alerta fásica también mejora de forma aguda algunos de los
síntomas de la heminegligencia. Esto se ha demostrado
usando una tarea de juicios de orden temporal, en la que dos
estímulos se presentan a la izquierda y a la derecha del paciente, separados por un lapso temporal muy breve. Debido a
sus problemas atencionales, los pacientes negligentes precisan que el estímulo de la izquierda se presente unos 500 ms
antes que el de la derecha para que sean percibidos como simultáneos. Sin embargo, el uso de una señal de alerta justo
antes de la presentación de los estímulos visuales mejoraba el
procesamiento de la información presentada a la izquierda y
reducía el intervalo necesario para que los dos estímulos se
percibiesen como simultáneos. Por lo tanto, la orientación
atencional y la alerta están implementadas en circuitos cerebrales que se superponen parcialmente. Aunque parece claro
que ambos sistemas son independientes, en ciertas circunstancias se pueden observar interacciones entre ellos, que pueden ser altamente adaptativas para responder a la complejidad del entorno (Recuadro 15-9).
Las lesiones bilaterales de los lóbulos parietales producen
un síndrome conocido como el síndrome de Balint. Este síndrome se caracteriza por ataxia óptica (problemas para alcanzar un objeto guiándose por la vista), ataxia ocular (problemas
para realizar movimientos oculares precisos), y simultagnosia
(incapacidad de percibir dos objetos al mismo tiempo). Se
considera que estos pacientes presentan déficits en la computación o el acceso a las representaciones espaciales de los objetos, lo que altera gravemente su percepción visual, sus habilidades de orientación atencional, e incluso el acceso a la
conciencia de los objetos no atendidos (v. cap. 28). Este síndrome no se produce tras lesiones unilaterales de los lóbulos
parietales, siendo necesaria una lesión parietal bilateral. Uno
de los déficits atencionales más llamativos en estos pacientes
es la simultagnosia. La presencia de este déficit indica la necesidad de la integridad de los lóbulos parietales para ser capaces de percibir varios objetos al mismo tiempo, habilidad
clave para la navegación espacial.
En relación al sistema ejecutivo, las lesiones de los lóbulos
frontales se asocian claramente con una alteración de las funciones ejecutivas. Las lesiones de los lóbulos frontales se relacionan con cambios radicales en la personalidad. El caso más
conocido es el de Phineas Gage. Tal como veremos en los capítulos 25 y 26, este paciente sufrió una lesión frontal al insertársele una barra de hierro en el cráneo. Aunque muchas de
sus funciones cognitivas como el habla o las capacidades motoras quedaron intactas, sus conocidos afirmaban que Phineas
Gage nunca volvió a ser el mismo. El comportamiento frontal
se caracteriza por desinhibición, falta de planificación, problemas para adaptarse a las reglas sociales, etc. Todo esto produce
cambios abruptos en la personalidad de los pacientes. Además, los daños frontales se asocian con problemas en la memoria de trabajo, la planificación de conductas complejas, la
capacidad de demora de las recompensas, la inhibición de
respuestas, y déficits atencionales al realizar dos tareas al
mismo tiempo. Estos pacientes presentan por ejemplo conductas de utilización. Cuando tienen un objeto a su alcance
04 Sección IV.indd 406
son incapaces de inhibir la conducta automática de utilizarlo.
Por ejemplo, si ven una cuchara, se la llevarán a la boca, aunque se les dé instrucciones precisas de no hacerlo. Las lesiones
frontales se asocian, por lo tanto, con déficits cognitivos en el
sistema ejecutivo, la monitorización de la conducta, la regulación emocional y social, la planificación y la inhibición de respuestas. Todas éstas son funciones ejecutivas que alteran gravemente el funcionamiento del sistema cognitivo, siendo uno
de los déficits más desadaptativos y a la vez más difíciles de
rehabilitar.
¡
Los trastornos de la atención en adultos suelen deberse principalmente a lesiones cerebrales adquiridas que afectan a estructuras cerebrales importantes para la atención, o a la sustancia blanca que
conecta estas regiones.
Trastornos del desarrollo
Uno de los trastornos del desarrollo asociado a procesos
atencionales es el autismo. Según la definición del Manual
diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales (DSM-IV), el
autismo se enmarca dentro de los trastornos generalizados del
desarrollo. Este trastorno se asocia con problemas atencionales, por ejemplo, problemas en el sistema de orientación. Los
autistas presentan una falta de orientación hacia las caras de
las personas, un fallo para orientarse cuando se dice su nombre y una falta de interés social (v. cap. 26). Pero el déficit en la
orientación no sólo se limita a una dificultad para orientarse
hacia estímulos sociales, sino que dicho déficit se presenta
también cuando han de orientarse a estímulos no sociales
como los usados en la prueba de redes atencionales (attentional network test, ANT) (Recuadro 15-9). Los autistas también
suelen presentar problemas para desenganchar la atención de
la fuente estimular, lo que se ha relacionado con un anormal
desarrollo del cerebelo y del lóbulo parietal. Además, existe
evidencia de que las anormalidades en orientación que están
presentes en el trastorno de autismo pueden estar relacionadas con la anormalidad de un gen asociado con la migración
celular en el desarrollo temprano. Los déficits que se presentan en el curso del desarrollo, parecen afectar a más de un
componente atencional, por lo que cabría pensar que las funciones atribuidas al sistema atencional (alerta, orientación y
control) no han alcanzado el grado óptimo de desarrollo. Estudios de neuroimagen con niños autistas revelan un excesivo
volumen en la sustancia blanca y un incremento total del volumen del cerebro. Los lóbulos frontales, en concreto, la región dorsolateral, son los que mayor volumen presentan,
mientras que los lóbulos occipitales tienen menos volumen de
lo habitual. Las áreas corticales afectadas son regiones esenciales para el desarrollo normal de funciones cognitivas como
la atención ejecutiva, la conducta social y el lenguaje, ampliamente afectados en niños con autismo.
Otro de los déficits que se ha relacionado con el anormal
desarrollo del sistema atencional de alerta y con el sistema de
atención ejecutiva es el trastorno por déficit de atención con
hiperactividad (TDAH). Según el DSM-IV-TR (Manual diagnóstico y estadístico de los trastornos mentales, texto revisado),
13/09/13 10:12
Capítulo 15. Atención, procesamiento de la información sensorial y sistemas atencionales
407
Recuadro 15-9. La interacción de las redes atencionales
Aunque la alerta, la orientación atencional y el sistema ejecutivo son tres sistemas funcionalmente disociables y con
correlatos cerebrales diferenciables, a veces interaccionan
entre ellos. La interacción entre los sistemas puede ser beneficiosa para la adaptación a un ambiente complejo. Por
otra parte, el hecho de que sus sistemas cerebrales se superpongan parcialmente permite comprender mejor su interacción a nivel cerebral.
El grupo de Posner desarrolló una tarea experimental denominada ANT (Attentional Network Test), ya mencionada en
este capítulo. Esta tarea ha sido modificada recientemente
para poder medir no sólo el funcionamiento de las tres redes, sino también las interacciones entre ellas. Al comienzo
del ensayo se manipula la alerta con la presencia o no de una
señal auditiva. Se considera que los participantes estarán
más alerta en los ensayos con señal auditiva que en los ensayos sin señal auditiva. La orientación atencional se manipula mediante una señal visual presentada en una de las
localizaciones donde puede aparecer el estímulo. Los participantes muestran estar correctamente orientados en los
ensayos de señal válida, en comparación con los ensayos de
señal inválida. Finalmente, el conflicto (medida de la red ejecutiva) se manipula presentando una tarea de flancos, en la
que los participantes deben discriminar la orientación de la
flecha central. La orientación de este estímulo puede o no
ser congruente con la orientación de los distractores. Los
resultados de esta tarea muestran efectos principales de las
tres redes atencionales, es decir, el tiempo de reacción es
más corto para los ensayos de alerta frente a los de no
alerta, para los ensayos de orientación atencional válida
frente a orientación atencional inválida, y para los ensayos
congruentes frente a los incongruentes. Además, se encuentran interacciones entre las redes. Por ejemplo, la
alerta suele acelerar la orientación atencional, aunque a veces produciendo un mayor número de errores. A esto se lo
denomina «vaciado de conciencia». Es fácil imaginar estas
situaciones de vaciado de conciencia en la vida cotidiana, por
ejemplo, si un ladrón entra a robar a la casa de una persona,
los niveles de alerta de ésta aumentarán, se orientará rápidamente a los estímulos, pero tendrá una gran probabilidad
de golpear a alguien que aparezca y que no sea el ladrón.
Por otra parte, las redes de orientación y control ejecutivo
también interactúan. En concreto, la orientación atencional
mejora la resolución del conflicto. La prueba ANT se ha utilizado en una gran cantidad de poblaciones con problemas
psicológicos, neurológicos o psiquiátricos. Por ejemplo,
usando una versión de la prueba, se ha demostrado que la
alerta mejora la orientación atencional contralesional y la
resolución del conflicto en pacientes que sufren heminegligencia tras lesiones frontoparietales derechas (Fig. 15-13).
Fijación
Congruente
Incongruente
Señal alerta
Estímulos
ISI
Tie
m
po
Figura 15-13. Ejemplo de
un paradigma ANT (prueba
de redes atencionales) en el
que se mide la interacción
de las redes atencionales
de alerta, orientación y conflicto. ISI: intervalo entre estímulos (interstimulus interval).
este trastorno aparece recogido dentro de los trastornos de
inicio en la infancia, niñez y adolescencia. Se manifiesta en los
primeros años de vida con la presencia de tres síntomas fundamentales: el déficit de atención (no presta atención y le cuesta
mantenerla, no escucha, no sigue instrucciones, es descuidado, tiene dificultad para organizar las actividades, evita ta-
04 Sección IV.indd 407
Señal
orientación
ISI
Estímulo
Respuesta
reas de esfuerzo mental, pierde objetos, se distrae), impulsividad (se precipita en las respuestas, no guarda turnos,
interrumpe a los demás) e hiperactividad (se mueve, corre y
salta en exceso, abandona su asiento con frecuencia, presenta
dificultad para jugar, habla en exceso, está la mayor parte del
día en marcha). Los niños que sufren este trastorno parecen
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408
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
presentar problemas atencionales generalizados, es decir, problemas para mantener la atención (alerta) y para su control
(atención ejecutiva). Usando la tarea ANT con niños con
TDAH y con niños que no muestran dicho trastorno, se ha
mostrado que ambos grupos difieren significativamente en las
funciones de alerta y atención ejecutiva. En concreto, los niños
con TDAH muestran déficits en alerta, con un mayor número
de errores de omisión, y en la atención ejecutiva, en términos
de un menor tiempo de reacción pero un mayor número de
errores de comisión. Además, los datos electrofi siológicos
apoyan los datos conductuales anteriormente señalados.
Como se ha mencionado anteriormente en el capítulo, la variación contingente negativa es un componente electrofisiológico relacionado con la preparación por señales de aviso.
Se ha mostrado una reducción en la amplitud de la variación
contingente negativa en niños con TDAH, comparados con
niños que no muestran dicho problema. Asimismo, se ha
observado una diferencia en el volumen cerebral entre personas con TDAH e individuos de control sanos, en ciertas áreas
de la red de atención ejecutiva. En concreto, se ha visto que
hay ciertas zonas como la corteza prefrontal derecha, el núcleo
caudado y el cerebelo, que tienen un volumen menor en personas con TDAH que en personas sanas. Los estudios de
neuroimagen han mostrado un déficit en la corteza frontal
derecha y en los ganglios de la base, así como una hipoactivación de la corteza cingulada anterior en niños con este trastorno, y del área motora suplementaria y de la circunvolución
temporal izquierda en adolescentes diagnosticados con
TDAH. A su vez, también hay una gran cantidad de estudios
que han usado el N200 para estudiar la disfunción en atención
ejecutiva que parecen presentar los niños con este trastorno.
Se ha observado que estos niños presentan un N200 reducido,
en comparación con niños de control, al realizar tareas en las
que hay que inhibir respuestas preponderantes. El problema
de inhibición que presentan los niños con TDAH también se
refleja en conductas impulsivas al realizar ciertas tareas de laboratorio en las que hay que inhibir respuestas dominantes, lo
que se traduce en un mayor porcentaje de errores de comisión.
Una vez cometido el error, los niños con TDAH presentan una
negatividad asociada al error y una positividad asociada al
error de menor amplitud que los niños sin dicho problema.
Por lo tanto, si se toma la negatividad asociada al error (ERN)
y la positividad asociada al error como índices cerebrales de la
actividad de la red de atención ejecutiva (en concreto, de la
corteza cingulada anterior), podría afirmarse que los niños
con TDAH presentan un déficit a la hora de activar correctamente dicha red para hacer frente a los errores.
Por último, cabe señalar que el desarrollo normal de atención ejecutiva es especialmente importante durante la infancia, ya que los niños están aprendiendo a regular sus emociones y comportamientos adaptándose a contextos fuera del
hogar, es decir, a contextos más sociales. Se ha observado que
un menor control atencional en niños de 3 a 5 años de edad
se relaciona positivamente con el desarrollo de problemas internalizantes (ansiedad y miedo) y externalizantes (hiperactividad, inatención, conducta antisocial) cuando los niños tienen entre 9 y 11 años. Además, en la adolescencia, dicha falta
de control atencional se ha relacionado negativamente con la
amabilidad, la popularidad, la cooperación y el rendimiento
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académico, y positivamente con conductas agresivas y rechazo por parte de los iguales. Además, los niños que muestran un bajo control atencional a los 3 años manifiestan conductas antisociales al llegar a la adultez temprana (21 años),
que se reflejan en relaciones sociales pobres y altos niveles de
conflicto interpersonal. Datos electrofisiológicos con niños y
adultos normales también señalan la importancia del sistema
de atención ejecutiva en la socialización. Por ejemplo, la capacidad de detectar un error es una habilidad necesaria para la
monitorización de la conducta, y es de gran valor para la socialización. Diferentes estudios han relacionado la amplitud
del ERN con la conducta social. Por ejemplo, se ha observado
que una pobre sensibilidad social, ya sea en niños o en adultos, se asocia con una amplitud menor en la negatividad asociada del ERN, es decir, con una pobre eficacia de la red de
atención ejecutiva para movilizar procesos de control cognitivo. Sin embargo, una mayor amplitud del ERN se relaciona
con mayores puntuaciones en conductas empáticas. Por lo
tanto, la existencia de una relación entre la eficacia de la red
de atención ejecutiva (ERN) y la socialización sugiere que los
individuos que son mejores supervisando sus acciones y manejando los mecanismos de control atencional son aquellos
que alcanzan unos niveles óptimos de socialización.
¡
Los trastornos de la atención en niños suelen deberse a un anormal desarrollo de estructuras cerebrales importantes para la atención.
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Neurobiología de los sistemas
de aprendizaje y memoria
D. Adrover-Roig, E. Muñoz Marrón, I. Sánchez-Cubillo y R. Miranda García
16
a Resumen conceptual
✓ El estudio de las bases neurales del aprendizaje y la memoria se ha nutrido de un considerable número de trabajos,
los cuales se han servido tanto de modelos de laboratorio con animales, como de estudios con humanos utilizando
modernas técnicas de neuroimagen funcional.
✓ En el presente capítulo se ofrecerá una taxonomía de los procesos de aprendizaje y memoria adoptando diferentes
criterios. El estudio del aprendizaje y la memoria bajo un criterio funcional nos permitirá entender qué es la memoria explícita y cuáles son las características de la memoria implícita, basándonos en la distinción de aquellos
procesos sin acceso a la consciencia o implícitos y aquéllos de los que somos conscientes de su aprendizaje y recuerdo, o explícitos.
✓ El estudio del aprendizaje y memoria implícitos nos conducirá al análisis de los mecanismos fisiológicos del aprendizaje asociativo (hebbiano) y no asociativo (habituación y sensibilización), de las particularidades del aprendizaje
perceptivo (priming o facilitación) y de los aprendizajes y memorias basados en el condicionamiento clásico e instrumental, para concluir analizando los mecanismos neuroanatómicos y funcionales del aprendizaje de destrezas
o aprendizaje procedimental.
✓ Posteriormente, examinaremos los sistemas dedicados a los tipos del aprendizaje y memoria explícita de tipo episódico y semántico, para las cuales se detalla un modelo basado en un sistema anterior y en otro sistema posterior.
De igual forma, profundizaremos en la diferenciación de los tipos de memoria que precisan de la actividad del hipocampo, en comparación con aquellos tipos de aprendizaje y memoria para los cuales ésta no resulta indispensable (memoria dependiente y no dependiente del hipocampo).
✓ Finalmente, abordaremos el estudio del aprendizaje y la memoria considerando un criterio temporal cuantitativo
(memoria inmediata, a corto plazo y a largo plazo). En este sentido, se discutirá con detalle el papel tanto de la
corteza prefrontal como de las regiones posteriores en los diferentes tipos de memoria inmediata o de trabajo.
¬ Objetivos de aprendizaje
• Familiarizarse con las principales taxonomías de los sistemas de aprendizaje y memoria.
• Conocer los sustratos neuronales de la memoria visual, auditiva y somatosensorial.
• Aprender el papel del lóbulo temporal medial en la formación de nuevos recuerdos.
• Distinguir los sistemas neurales responsables de la memoria implícita y explícita.
• Aprender los procesos neurobiológicos involucrados en la memoria procedimental y la formación de hábitos.
• Estudiar la implicación de la corteza prefrontal en la dimensión temporal de la memoria.
■ INTRODUCCIÓN AL ESTUDIO DEL APRENDIZAJE
Y LA MEMORIA
La investigación del aprendizaje y la memoria desde la
neurociencia cognitiva ha revelado la existencia de múltiples
sistemas, los cuales se pueden dividir en cuanto a categorías
funcionales (p. ej., declarativa frente a procedimental), en cuanto
a su sede neural (dependiente frente a no dependiente del
hipocampo), o mediante la adopción de un criterio temporal
cuantitativo (inmediata, a corto plazo, y a largo plazo).
Actualmente, se sabe que varias regiones cerebrales desempeñan un papel diferencial en distintos tipos de memoria
y en diversos estadios del proceso mnésico. Por ejemplo, el
sistema neural del lóbulo temporal medial –compuesto por
las corteza entorrinal, perirrinal, parahipocampal y el hipocampo– es crítico para la codificación y la consolidación del
conjunto de memorias que son accesibles a la conciencia y
que, por lo tanto, pueden explicitarse. Sin embargo, éste no es
un sistema en el que se almacenan permanentemente dichas
memorias y tampoco parece ser necesario para la codifica-
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
ción y consolidación de otro tipo de memorias, por ejemplo,
el conocimiento acerca de cómo montar en bicicleta. Por lo
tanto, como se ha comentado, se pueden dividir los sistemas
de memoria tomando diferentes perspectivas. Según el criterio categórico se puede diferenciar entre memoria explícita (o
declarativa-consciente) y memoria implícita (o no declarativainconsciente). Según el criterio temporal (cuantitativo), se
puede distinguir entre memoria inmediata (que dura desde
milisegundos a segundos), memoria a corto plazo (desde minutos hasta unas pocas horas) y memoria a largo plazo (a partir
de 24 horas). De la conjunción de ambos criterios (temporal
y categórico) surge la taxonomía ilustrada en la figura 16-1
(v. Material web. Animaciones y vídeos. Distribución de los
sistemas de memoria).
Concepto actual de aprendizaje y memoria
El aprendizaje es una propiedad fundamental del cerebro
que se manifiesta de diversas formas mediante múltiples sistemas diferenciados anatómica y funcionalmente. El entorno
modifica nuestro comportamiento, en tanto que es capaz de
inducir cambios en nuestro sistema nervioso. Los mecanismos
principales por los que las experiencias modifican la conducta
se hallan íntimamente relacionados con el aprendizaje, ya que
éste constituye el proceso por el cual se adquiere nueva información o conocimiento. Por su parte, la memoria constituye el
mecanismo por el que este conocimiento es codificado, almacenado y, más tarde, recuperado.
Yevgeniy Nikolaievich Sokolov consideraba ya la memoria como la conservación de la información proporcionada
por una señal tras la suspensión de la acción de dicha señal.
Aleksander Romanovich Luria definió la memoria como el
grabado, la retención y la reproducción de las huellas de la
experiencia que permiten acumular información. A mediados
de la década de 1980, Endel Tulving afirmaba que la memoria
es la habilidad de los organismos para retener y usar la información adquirida, y a finales de la misma década, Larry R.
Squire consideraba el proceso de aprendizaje como la adquisición de nueva información. Por otra parte, Bryan Kolb e Ian
Q. Whishaw (2002) postulan que el aprendizaje es un cambio
Aprendizaje y memoria
Memoria inmediata
Memoria perceptiva
Memoria a corto plazo
Memoria de trabajo
Aprendizaje y memoria
implícitos
Aprendizaje y memoria
explícitos/relacional
Espacial
Episódica
Memoria a largo plazo
Semántica
Procedimental
Priming
Condicionamiento
Habituación y
sensibilización
Vías reflejas
Hipocampo
Lóbulo temporal
medial
Corteza cerebral
Corteza cerebral
Estriado
Cerebelo
Amígdala
Cerebelo
Figura 16-1. Clasificación del aprendizaje y la memoria. En este modelo, la memoria a largo plazo se divide en dos sistemas. El primero incluye a
la memoria caracterizada por su recuperación consciente, denominada memoria declarativa o explícita. El otro sistema comprende diversas capacidades de aprendizaje y memoria inconscientes, y se denomina memoria no declarativa o implícita. La memoria explícita consiste en dos
subsistemas: memoria de tipo episódico, la cual implica memorias de información sujeta a parámetros espaciotemporales, y memoria semántica,
que consiste en hechos y conocimiento de tipo general. La memoria semántica es impersonal e independiente del contexto, mientras que la memoria episódica es personal. Ésta incluye el dónde y el cuándo los eventos ocurrieron, y se acompaña de un sentimiento de recuperación de episodios vividos de forma individual. Tanto la memoria episódica como la semántica dependen del lóbulo temporal medial y del diencéfalo. La memoria no declarativa o implícita incluye aprendizaje procedimental de habilidades y hábitos sensoriomotores y cognitivos, priming, aprendizaje por
condicionamiento, habituación y sensibilización, todos ellos independientes del lóbulo temporal medial.
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
413
relativamente permanente en la conducta de un organismo
como resultado de la experiencia. Bryan Kolb e Ian Q. Whishaw
se refieren a la capacidad de recordar las experiencias previas,
por lo cual, la memoria implica la fabricación de representaciones mentales, las que se denominan huellas de memoria. Se
presupone que dichas huellas implican cambios estructurales
y funcionales en el cerebro.
En definitiva, el proceso de aprendizaje y memoria conlleva una modificación asociada a la experiencia, que puede
perdurar más o menos en el tiempo. En la actualidad, sabemos que ambos procesos implican una gran diversidad de
estructuras cerebrales que son capaces de funcionar independientemente o en paralelo de forma cooperativa, sinérgica o competitiva.
Aprendizaje basado en la actividad asociativa
de las neuronas: aprendizaje hebbiano
Tal como se ha señalado en el capítulo 1, la neurociencia
cognitiva moderna debe mucho de su bagaje al psicólogo de
origen canadiense, Donald O. Hebb. Hebb demostró que la
coincidencia entre la actividad presináptica y postsináptica de
las neuronas fortalece las interconexiones entre ellas, lo cual se
conoce como el principio de Hebb. Bajo este principio se entiende que «la relación entre la neurona presináptica y la postsináptica se puede ver alterada si la neurona presináptica forma
parte en repetidas ocasiones de la excitación de la neurona
postsináptica» (Fig. 16-2).
Cuando el axón de la célula 1 está espacialmente cerca del
axón de la célula 2 y, por lo tanto, puede contribuir a excitarla
de forma repetida, la eficacia de la célula 1 para excitar o activar a la célula 2 aumenta sensiblemente. De tales concepciones se derivó la idea de que dos células que se hallan activas de forma simultánea tienden a asociarse, de forma que la
activación de una de ellas facilita la activación de la otra. En
consecuencia, si dos neuronas que activan una región determinada lo hacen al mismo tiempo, podrán establecer conexiones con neuronas intermedias comunes, por lo cual, su
actividad irá indefectiblemente asociada. Es importante destacar que dicho patrón de comunicación neural simultánea es
clave en los mecanismos fisiológicos asociados al aprendizaje
y la memoria, como la potenciación a largo plazo (v. cap. 6, Mecanismos celulares y moleculares de la plasticidad cerebral y
la cognición), y resulta esencial para explicar formas de
aprendizaje basadas en condicionamiento y aspectos del
aprendizaje emocional (v. cap. 25, El cerebro emocional). Este
mecanismo asociativo de la actividad neural como condición
básica para la formación de memorias y aprendizajes conocido como principio de Hebb ha quedado resumido en la célebre expresión neurons that fire together, wire together («las neuronas que disparan juntas, se conectan entre sí»). En este
sentido, un modelo general seguido por diversos autores se
basa en la hipótesis de la huella dual, la cual trata de explicar el
proceso de formación de memorias en dos pasos: en primer
lugar, se daría un proceso breve mediante el cual la experiencia genera un patrón de activación que reverbera en los circuitos neurales que se han activado. Esta actividad reverberante mantiene la información en la memoria durante un
lapso de tiempo breve. Si la reverberación alcanza un umbral
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Figura 16-2. Reforzamiento sináptico según Hebb. En condiciones de estimulación normal, una neurona presináptica (A) genera
un potencial excitatorio postsináptico (PEP) moderado sobre una
neurona postsináptica (B) que resulta insuficiente para provocar
la excitación de la neurona postsináptica. Sin embargo, si ambas
neuronas (A y B) se hallan activas al mismo tiempo (están generando potenciales de acción simultáneamente), la conexión entre
ambas se ve reforzada. Por lo general, una neurona adicional (C)
puede participar concomitantemente con la neurona A en la despolarización de la neurona B, favoreciendo la excitación de ésta y
el proceso de fortalecimiento sináptico. Una sinapsis fortalecida
entre la neurona A y la neurona B implica que la neurona B responde de forma aumentada con un incremento en su despolarización (PEP) a la estimulación realizada por la neurona A, la cual
pasa a ser capaz de provocar por sí misma la excitación de la
neurona B; es decir, ante la estimulación realizada por la neurona A, la neurona B responde produciendo un potencial de acción (PA).
determinado, se podría formar una huella de memoria a largo
plazo.
Puesto que las experiencias humanas no suelen codifi carse en sinapsis individuales, Hebb acuñó el término que
conocemos como asambleas (o ensamblajes) neuronales (cell
assemblies), que son grandes grupos de neuronas que trabajan al mismo tiempo, dado que se han activado de forma simultánea y mantienen conexiones recurrentes. Las asambleas neuronales permiten llegar a representaciones
completas (recuerdos) a través de la activación de unos pocos elementos de la red neuronal (v. cap. 2). La red completa
constituiría la sede del depósito de memorias distribuidas
por un conjunto de neuronas y sus conexiones. Estímulos
específicos activarían elementos concretos de la red, y las conexiones recurrentes entre los elementos de la red permitirían su activación y el acceso a la representación completa.
Dicha actividad en red implica que células distantes del cerebro puedan trabajar juntas.
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
■ APRENDIZAJE Y MEMORIA IMPLÍCITOS
Tal como se explicará en el capítulo 25, el aprendizaje implícito engloba aquellas formas de aprendizaje que son independientes de la conciencia y de la integridad del lóbulo temporal medial (por ello, también suele denominarse aprendizaje
no consciente y aprendizaje no hipocampo dependiente).
Diariamente las personas realizan una serie de aprendizajes
que son probablemente implícitos. Con frecuencia, llevan a
cabo tareas que pueden enseñarse y aprenderse de forma fácil
con el modelado (v. texto complementario siguiente) o la repetición. Por ejemplo, si en un contexto experimental se proporciona a los individuos de investigación un conjunto de
estímulos generados teniendo presente una serie de reglas
simples, pero sin que éstas sean comunicadas a los participantes, inconscientemente los individuos experimentales inferirán sus regularidades. Los niños aprenden el lenguaje sin
etiquetar las palabras que escuchan como nombres, adjetivos
o verbos (v. cap. 19). Ellos prestan atención a los sonidos del
habla, aprendiendo de forma implícita las regularidades subyacentes. En muy pocas ocasiones se tiene conciencia de los
patrones abstractos del mundo circundante (las progresiones
armónicas de una sinfonía, las regularidades de la gramática,
las pinceladas en una obra de arte, etc.).
›
El modelado es un proceso de aprendizaje por observación en el que la conducta de un individuo o un
grupo de individuos actúa como estímulo para generar conductas semejantes en otros individuos que observan la actuación del modelo (o demostrador). Una
gran parte del aprendizaje en los seres humanos consiste en un aprendizaje observacional por modelado.
El aprendizaje implícito es difícil de expresar verbalmente
(por ello, también se denomina no declarativo), pero puede
mostrarse conductualmente a través de pautas de acción. Su
adquisición suele ser gradual y se aprende y perfecciona a través del modelado y la práctica. El aprendizaje implícito no
depende de la voluntad del individuo, aunque en alguna de
las fases del aprendizaje sea necesaria la intervención de procesos conscientes. La memoria implícita es más rígida y difícilmente modificable que la memoria explícita, y tiene un carácter más duradero que ésta, siendo más resistente a las
alteraciones que cursan con déficit de memoria y al envejecimiento normal.
¡
04 Sección IV.indd 414
Se puede agrupar el aprendizaje implícito en aprendizaje no asociativo (habituación y sensibilización),
priming (o facilitación), aprendizaje asociativo (condicionamiento clásico y condicionamiento instrumental) y aprendizaje y memoria procedimentales. El
aprendizaje y la memoria implícitos residen en circuitos neuronales diferentes a los que subyacen a la
memoria explícita y que son más antiguos desde un
punto de vista filogenético, por lo que el daño en las
estructuras relevantes para la memoria declarativa
(hipocampo, corteza hipocampal, etc.) puede dejar
intacta la capacidad de aprender de modo implícito.
Aprendizaje no asociativo: habituación
y sensibilización
El aprendizaje no asociativo engloba las formas más sencillas de aprendizaje: la habituación y la sensibilización. Estas formas de aprendizaje se producen por la mera exposición a estímulos, sin que opere ningún proceso asociativo
entre los propios estímulos o entre las acciones y sus consecuencias.
La habituación y la sensibilización modifican la intensidad
de la respuesta ante determinados estímulos, aunque en sentido opuesto.
¡
La habituación consiste en la reducción de la magnitud de la respuesta conductual ante un estímulo, o
conjunto de estímulos, generalmente inocuos, que
se repiten con frecuencia en un breve período de
tiempo.
Por ejemplo, imagine el lector que se encuentra en clase
y salta la alarma de un coche en la calle. En los primeros
momentos este hecho llamará su atención, pero si se mantiene en el tiempo, y el volumen permite seguir las explicaciones del profesor, dejará de prestar atención al sonido de
la alarma y se centrará en atender al docente. La habituación es el aprendizaje que hace que la persona deje de sobrecogerse cuando oye ruidos intensos con los que ya está
familiarizada.
¡
La sensibilización es el proceso que provoca que la
respuesta a un estímulo, normalmente intenso, nocivo o que provoca miedo sea más intensa de lo normal, por haberse presentado anteriormente un estímulo que ha causado un sobresalto inicial.
Por ejemplo, uno va andando por un callejón oscuro; de
repente oye un ruido extraño y se sobresalta porque piensa
que puede haber alguien escondido que pretende robarle o
hacerle daño; al final descubre que era un gato, pero al salir
del callejón una persona le toca el hombro y le pregunta
por la hora. En este caso, el sobresalto estará muy por encima de lo normal, ya que el miedo que la persona pasó en
el callejón ante el ruido provocado por el gato la ha sensibilizado.
Aunque en ambos casos se trata de aprendizajes no asociativos, existen grandes diferencias entre los dos procesos.
La habituación es específica tanto de los estímulos que la
originaron como de la respuesta conductual que se vio reducida. Por el contrario, la sensibilización tiene un carácter
inespecífico, es generalizable a una gran variedad de estímulos y respuestas. Además, la habituación se produce tras la
exposición repetida al estímulo, mientras que la sensibilización ocurre tras la aparición única de un estímulo con un
gran impacto emocional. Por último, ambos procesos difieren en su duración, ya que la habituación puede prolongarse
en el tiempo y la sensibilización, normalmente, se limita a un
corto período temporal.
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
Mecanismos fisiológicos de la habituación
y la sensibilización
Gran parte del conocimiento sobre los mecanismos fisiológicos implicados en la formación de aprendizajes simples
como la habituación y sensibilización o el condicionamiento
clásico derivan de experimentos realizados sobre el caracol
marino Aplysia californica. La elección por parte de los investigadores de este modelo invertebrado radica en la simplicidad de su sistema nervioso. Con apenas 20.000 neuronas centrales y de gran tamaño, facilita la tarea de estudiar células
individuales y seguir sus modificaciones durante el curso de
la adquisición de nuevos aprendizajes y la consolidación de la
memoria.
El sistema más estudiado en este invertebrado marino es el
reflejo de retirada de la branquia (Fig. 16-3). Este sistema puede
verse modificado por diferentes formas de aprendizaje implí-
415
cito no asociativo (como la sensibilización) o asociativo (como
el condicionamiento clásico). Muchas de las características
conductuales de estos aprendizajes en Aplysia aparecen igualmente en mamíferos, lo cual hace pensar en la existencia de
mecanismos moleculares y sinápticos compartidos. Dicho paralelismo valida a su vez la utilización de este modelo invertebrado para esclarecer los mecanismos implicados en el aprendizaje y la memoria de mamíferos superiores (v. Material web.
Animaciones y vídeos. Aprendizaje y memoria en Aplysia).
Como representa la figura 16-3, en la Aplysia el órgano respiratorio (branquia) se halla conectado con el sifón (tubo carnoso derivado del manto empleado para expulsar el exceso de
agua marina) por un circuito relativamente sencillo que implica neuronas sensoriales que intervienen en el proceso de la
estimulación del sifón y conectan con interneuronas que hacen de estación de paso para conducir la información sensitiva
hasta las motoneuronas que controlan el movimiento de la
A
Manto
Sifón
Cola
Branquia
Aplysia californica
Interneurona
B
Sifón
Branquia
Neurona sensorial
Neurona motora
Estimulación
C
Contracción
Neurona sensorial
Sifón
Branquia
Neurona sensorial
Figura 16-3. A) Anatomía básica de Aplysia californica. B)
Esquema de la vía neural implicada en la habituación del reflejo de retirada de la branquia
de Aplysia. C) Esquema de la vía
neural implicada en la sensibilización del reflejo de retirada
de la branquia de Aplysia.
04 Sección IV.indd 415
Interneurona
Neurona motora
Cola
Interneurona facilitadora
Estimulación
Contracción
13/09/13 10:12
416
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
branquia. Una breve estimulación táctil del sifón provoca la
retracción refleja de la branquia. Si se presenta de forma repetida el mismo estímulo, la respuesta de retirada de la branquia
disminuye, produciéndose una clara habituación. Por otro
lado, el reflejo de retirada de la branquia puede volverse más
intenso por un proceso de sensibilización. Toda vez que se
experimenta que un estímulo es nocivo, se produce un aumento de las respuestas reflejas defensivas, que se pueden
generalizar a otros estímulos inocuos o igualmente nocivos.
Así, por ejemplo, para observar un incremento en la respuesta
de contracción de la branquia basta con aplicar una descarga
eléctrica en la cola de Aplysia, emparejada con una estimulación no nociva y moderada del sifón. Este aumento en la respuesta de contracción, inicialmente inducido por la estimulación nociva, se observará igualmente tras estimulaciones
posteriores no nocivas del sifón (Fig. 16-3 C). Tanto el aprendizaje por habituación (v. Material web. Animaciones y vídeos.
Aprendizaje no asociativo [habituación] en el roedor), como
por sensibilización se pueden prolongar en el tiempo durante
varios minutos (aprendizaje a corto plazo) e incluso hasta varios días y semanas (aprendizaje a largo plazo) (v. Material web.
Enlaces de interés. Competición entre la memoria motora a
corto y a largo plazo).
La habituación y la sensibilización son altamente adaptativas, puesto que ayudan a organizar y dirigir la conducta de un
modo eficaz. Permiten reducir las reacciones ante aquellos
estímulos que son irrelevantes, a la vez que posibilitan aumentar la responsividad ante estímulos potencialmente peligrosos.
Ambos mecanismos han sido estudiados desde la perspectiva
de la ingesta de drogas o sustancias psicoactivas. Tal como
veremos en el capítulo 21, la ingesta de sustancias puede conducir tanto a una habituación o tolerancia (reducción de la
respuesta del organismo a la acción de una determinada sustancia, por lo que se precisan consumos progresivamente mayores para alcanzar los efectos reforzantes), como a una sensibilización. Con la sensibilización aumentan las propiedades
reforzantes, motivacionales e incentivas de la droga y, por lo
tanto, el «valor» de su consumo. La tolerancia y la sensibilización se han asociado al consumo de sustancias estimulantes
como la cocaína o las anfetaminas, aunque también pueden
producirlas los opiáceos como la heroína e, incluso, el alcohol.
Ambos mecanismos dependen del patrón de consumo de la
sustancia y por lo general se producen tras un consumo repetido e intermitente, que es el tipo de patrón de consumo habitual en los seres humanos. La tolerancia a algunos de los
efectos de la droga puede coexistir con la sensibilización a
otros de sus efectos, en función de los circuitos neuronales
implicados en cada uno de ellos. Dicha coexistencia puede
incluso exacerbar los efectos de las sustancias adictivas.
Los mecanismos fisiológicos asociados a la habituación y la
sensibilización en la Aplysia fueron estudiados por el Premio
Nobel Eric R. Kandel (v. texto complementario siguiente) y sus
colaboradores. Por una parte, la habituación se asocia con una
depresión de la actividad presináptica, e implica una reducción en la liberación de neurotransmisores (v. Depresión sináptica a corto plazo, en el cap. 6, para una explicación detallada de la depresión presináptica). Una breve estimulación de
las neuronas sensitivas del sifón en la Aplysia produce potenciales postsinápticos excitatorios en las interneuronas y moto-
04 Sección IV.indd 416
neuronas que controlan la actividad muscular de la branquia,
ocasionando su contracción. Con la estimulación repetida del
sifón, se reduce la entrada de Ca2+ en los terminales presinápticos de las neuronas sensoriales. Dado que el Ca2+ actúa
como señal para desencadenar el proceso de exocitosis, la disminución de la concentración intracelular de Ca2+ produce un
decremento en la liberación de neurotransmisor, hecho que
explicaría la reducción en la respuesta de retirada de la branquia (Fig. 16-4 A).
›
Eric Richard Kandel (1929) obtuvo el Premio Nobel
de Fisiología y Medicina en el año 2000, junto a Arvid
Carlsson y Paul Greengard, por sus descubrimientos relacionados con los mecanismos de señalización en el sistema nervioso.
Por otra parte, la sensibilización se asocia con un aumento
de la transmisión sináptica por un mecanismo de facilitación
heterosináptica.
La facilitación heterosináptica implica, por un lado, un aumento de la fuerza sináptica o fortalecimiento sináptico (facilitación) y, por otro lado, que el aumento en la respuesta a la
excitación de una vía depende de la estimulación de una vía
diferente (heterosináptica).
La estimulación aversiva de la cola de Aplysia activa un
grupo de neuronas sensoriales que conectan con interneuronas serotoninérgicas facilitadoras de la actividad de las neuronas sensoriales del sifón, las cuales se hallan conectadas con
las motoneuronas que regulan la contracción de la branquia.
El incremento de la liberación de serotonina en las sinapsis
axoaxónicas produce un aumento en la concentración del segundo mensajero adenosinmonofosfato cíclico (AMPc) en las
neuronas sensoriales del sifón.
›
Segundos mensajeros. Se denomina segundo mensajero a toda molécula producida por acción enzimática en el interior de la célula y que transmite una
señal, iniciada por la activación de receptores en la
superficie de la célula, dirigida a modificar la actividad de la célula, produciendo cambios en canales
iónicos localizados en la membrana celular y/o desencadenando diversas cascadas de reacciones químicas intracelulares. El AMPc es un nucleótido cíclico que actúa como segundo mensajero tras ser
producido por la activación del enzima adenilatociclasa. Esta enzima es activada por proteínas G
acopladas a receptores de membrana, estimulando
la conversión de la molécula energética adenosintrifosfato (ATP) en AMPc. El AMPc realiza su acción
como segundo mensajero interactuando con otras
proteínas como la proteína-cinasa dependiente de
AMPc o proteína-cinasa A (PKA).
Entre los diversos efectos de la actividad fosforilante del
AMPc, se encuentra el cierre de canales de K+ que favorece la
retención de iones K+ en el terminal presináptico, aumentando la duración del potencial de acción. Finalmente, con el
aumento del potencial de acción, se prolonga la apertura de
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
los canales de Ca2+, provocando un incremento de la concentración de Ca2+ intracelular, lo que facilita la liberación del
neurotransmisor (Fig. 16-4 B).
›
Tipos de sinapsis. Las sinapsis pueden clasificarse
en función de su origen presináptico y de la diana
postsináptica sobre la que se realiza el contacto.
Aquellas cuyo origen presináptico sea un terminal
axónico se denominarán axoaxónicas, axodendríticas, axoespinosas o axosomáticas, según que la sinapsis se realice sobre otro axón, un tallo dendrítico,
una espina dendrítica o una porción de soma. Asimismo, en aquellos casos en los que una porción de
soma hace de elemento presináptico generalmente
se observan sinapsis somatoaxónicas o somatodendríticas. Finalmente, si el elemento presináptico es
un tallo dendrítico, las sinapsis comúnmente observadas serán dendroaxónicas o dendrodendríticas
(para más información, v. cap. 2, Neuronas, redes
neuronales y comunicación neural).
Por otro lado, los investigadores Craig Bailey y Mary Chen
demostraron que tanto la habituación como la sensibilización
se hallan asociadas con cambios en la densidad sináptica. La
habituación a largo plazo se relaciona con disminución del
número de contactos sinápticos entre las células sensoriales y
las motoneuronas, hecho que demuestra que la depresión o la
ausencia de la función sináptica pueden determinar una pérdida selectiva de sinapsis. Por el contrario, la sensibilización a
largo plazo se relaciona con un incremento del número de
sinapsis. Ello sugiere que aumentos en la respuesta a la estimulación sináptica pueden estar determinados por la existencia de una mayor densidad de contactos sinápticos.
Aprendizaje y memoria perceptiva: priming
El priming es un tipo de aprendizaje implícito que facilita el
procesamiento de un material específico al cual el individuo
se ha expuesto anteriormente. Es decir, mejora el rendimiento
en una tarea, ya sea en precisión, en velocidad, o en ambos,
cuando se ha tenido una experiencia previa con estímulos relacionados de alguna manera con los presentados en la tarea
que se debe desempeñar. Por lo tanto, el priming facilita la
detección o la identificación de estímulos iguales o similares a
los anteriormente presentados, debido únicamente a dicha
presentación previa.
Este tipo de aprendizaje se forma y se evoca automáticamente, sin que sea necesaria la intervención de procesos conscientes. La percepción del entorno y de los estímulos que lo
componen hace que se genere una huella mnésica de dicho
entorno; posteriormente esta huella es activada por estímulos
iguales o similares a los procesados, lo que hace que la información previa sea recuperada, facilitando el procesamiento
tanto de información nueva como de la familiar. El priming
ayuda a construir de manera inconsciente réplicas en el cerebro de los estímulos que se procesan, ya sea a nivel físico (priming perceptivo) o de significado (priming semántico).
El priming perceptivo refleja el procesamiento previo de los
aspectos perceptivos del estímulo, y es fácilmente observable
04 Sección IV.indd 417
417
en pruebas de memoria indirectas en las que el procesamiento
de la información está guiado por las propiedades físicas del
entorno y no por su significado. Este tipo de pruebas suele
consistir en la presentación de una serie de estímulos de determinada modalidad o categoría (palabras, dibujos de objetos, fotografías de caras, etc.) para posteriormente volver a
presentar dichos estímulos de forma muy breve o fragmentos
de dichos estímulos y comprobar la eficacia de los individuos
en la detección de los ítems en esta segunda exposición. Un
claro ejemplo es la tarea de Gollins (Gollins parcial picture task),
en la cual los individuos deben identificar objetos cotidianos
que aparecen representados en figuras progresivamente menos degradadas (Fig. 16-5). La primera figura que se muestra
es la más incompleta; si la persona no es capaz de identificar
el objeto, se presenta la siguiente, y así sucesivamente, hasta
que logra identificarlo. Tras una tarea distractora, se vuelve a
repetir la tarea. Esta vez, el individuo es capaz de identificar las
figuras cuando son presentadas mucho más incompletas que
en la primera serie. Además, esta mejora se aprecia incluso en
pacientes amnésicos, quienes no recuerdan explícitamente
haber realizado la primera fase de la prueba.
Otro procedimiento paradigmático en el estudio del priming perceptivo son las pruebas en las que se deben completar palabras (word-stem completion test). Los individuos deben
leer una lista de palabras; posteriormente se les presenta un
listado con únicamente las tres primeras letras de una palabra,
la cual deben completar. Estas tres letras pueden formar varias
palabras diferentes, pero los individuos presentan una tendencia a completarlas con una palabra de la lista leída previamente. Por ejemplo, las letras C-A-S pueden dar lugar a las
palabras casa, casado o casilla, pero si la palabra cascabel se
encontraba en el listado inicial, será más probable que las letras C-A-S sean completadas hasta formar la palabra cascabel.
Por otra parte, el priming semántico se pone de manifiesto en
tareas de memoria, también indirectas, en las cuales es necesario llevar a cabo un procesamiento conceptual de los estímulos,
es decir, teniendo en cuenta la organización semántica de éstos
y sin que tengan una especial relevancia sus características físicas. Por ejemplo, si una persona lee una lista de palabras en la
que se incluye la palabra león, ésta provocará el efecto de priming semántico sobre el procesamiento posterior de la palabra
tigre, al pertenecer ambas a la misma categoría semántica.
Ambos tipos de priming permiten formar memorias tras
una única exposición al estímulo la cual, además, puede generalizarse a otros estímulos similares. Este aprendizaje tiene un
carácter automático y es muy efectivo y duradero, haciendo
más rápida y precisa la percepción y la comprensión de determinados estímulos. Aunque el priming es más eficaz cuando
los estímulos presentados en ambas ocasiones son de la
misma modalidad sensorial, también se produce priming
cuando los estímulos pertenecen a modalidades diferentes.
¡
El aprendizaje por priming genera cambios en la actividad de la neocorteza, siendo independiente del
lóbulo temporal medial.
La intervención de diferentes áreas corticales en el priming
depende del tipo de estímulos con los cuales se esté gene-
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418
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
A
Neurona sensorial
Neurona motora
Sifón
Branquia
Reflejo defensivo de contracción
Neurona sensorial
Neurona sensorial
PA
PA
Ca2+
Ca2+
Habituación
PEP
PEP
Neurona motora
B
Neurona motora
Neurona sensorial
Sifón
Branquia
Cola
Interneurona
Neurona sensorial
Neurona motora
Neurona sensorial
Sensibilización a corto plazo
Neurona sensorial
Interneurona
Interneurona
Ca2+
K+
K+
Ca2+
Memoria a largo plazo
Neurona motora
Neurona motora
Figura 16-4. A) Habituación y Aplysia. Modificaciones sinápticas asociadas a la habituación de la respuesta refleja defensiva de retirada
de la branquia en Aplysia. La estimulación repetitiva se asocia con una disminución del influjo de Ca2+ hacia el interior de la neurona sensorial, que determina una reducción en la liberación presináptica de neurotransmisor y en la respuesta postsináptica (potencial postsináptico excitatorio, PEP) de la neurona motora postsináptica. B) Sensibilización y Aplysia. Modificaciones sinápticas asociadas a la sensibilización a corto y largo plazo de la respuesta defensiva de retirada de la branquia en Aplysia. La estimulación de la neurona sensorial
por una interneurona serotoninérgica produce cambios en la actividad de proteínas-cinasas que modifican la actividad de canales de K+,
aumentando la despolarización de la neurona presináptica y la liberación de neurotransmisor sobre la neurona motora. A largo plazo, la
actividad persistente de proteínas-cinasas tiene efectos sobre la expresión de genes asociados con crecimiento sináptico. AMPc: adenosinmonofosfato cíclico; ATP: adenosintrifosfato; C/EBP: gen de respuesta inmediata; CREB: proteína de unión al elemento de respuesta
de AMPc; FA: factor activador; MAPK: proteína-cinasa activada por mitógeno; PA: potencial de acción; PKA: proteína-cinasa A.
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
419
cido, pero más eficaz funcionalmente. Por el contrario, cuando
no existe una representación previa de la información entrante en la neocorteza, la actividad neural en la región implicada en el procesamiento es más alta, ya que no se produce
una activación selectiva eficaz.
¡
La activación cerebral en el priming semántico involucra regiones diferentes a las del priming perceptivo.
Por ejemplo, en una tarea de identificación de palabras a
partir de la presentación de un fragmento de éstas (tarea típicamente empleada para la evaluación del priming semántico),
se ha observado que son las regiones cerebrales posteriores las
que se encuentran más implicadas. Más concretamente, se
produce una activación occipitotemporal cuando los estímulos son presentados visualmente e inferotemporal si la presentación es auditiva.
En una tarea de clasificación semántica en la que se deben
clasificar los estímulos en función de su relación semántica
con otros, se ha comprobado que se produce una activación de
la corteza temporal anterior izquierda. En tareas de carácter
más conceptual (que reflejan lo que algunos autores denominan priming conceptual), en las que se deben juzgar aspectos
conceptuales del estímulo, como decidir si una palabra es abstracta o no, es la corteza prefrontal inferior izquierda la que
tiene una mayor implicación. En esta región, al igual que en las
áreas implicadas en el priming perceptivo, se observa el mismo
patrón de activación-desactivación descrito anteriormente.
Aprendizaje asociativo: condicionamiento clásico
y condicionamiento instrumental
Figura 16-5. Tarea de Gollins.
rando, como lo han puesto de manifiesto diferentes investigaciones llevadas a cabo con diferentes tipos de priming y con
distinto material estimular. Estudios realizados con técnicas
de neuroimagen han mostrado que el priming produce bien
un aumento (ante estímulos nuevos), bien una disminución
(ante estímulos familiares) de la actividad neural de la región
implicada en el procesamiento de los estímulos presentados.
Esta disminución de la actividad cerebral ante estímulos familiares puede deberse al hecho de que la nueva entrada de información enriquece la representación creada en la neocorteza la primera vez que se procesó la información, lo que haría
que se active sólo un grupo selectivo de neuronas más redu-
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Una forma más compleja de aprendizaje es aquella que requiere el establecimiento de una asociación entre dos estímulos o entre la respuesta emitida ante un estímulo y las consecuencias de dicha respuesta. El primer caso es el denominado
condicionamiento clásico, y el segundo es conocido como condicionamiento instrumental u operante.
En el condicionamiento clásico se produce la asociación entre
un estímulo inicialmente neutro (EN) y un estímulo incondicionado (EI), el cual es capaz por sí solo de desencadenar
una respuesta determinada (respuesta incondicionada, RI). La
presentación conjunta y repetida de ambos tipos de estímulos
provoca la asociación entre el EN y el EI. Inicialmente, tan sólo
el EI provoca la RI, pero tras el condicionamiento clásico, el EN
llega a provocar la RI, por lo que el EN se convierte en estímulo
condicionado (EC), y la RI se transforma en respuesta condicionada (RC). Ivan Pavlov, fisiólogo ruso y Premio Nobel, es la
figura más importante en el estudio del condicionamiento clásico. En sus experimentos con perros demostró que estos eran
capaces de asociar el sonido de un metrónomo (inicialmente
EN) con la presentación de comida (EI) tras la presentación
conjunta (ya fuera simultánea o secuencialmente) de ambos en
numerosas ocasiones. La salivación del perro ante la mera presencia de la comida (EI) sería la RI. Tras el condicionamiento, al
oír el metrónomo (inicialmente EN, ahora EC), sin necesidad
de que la comida estuviera presente, el perro salivaba (produ-
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
cía la RC). Por lo tanto, en este caso la comida es el estímulo
incondicionado (EI), puesto que la salivación se produce ante
su mera presencia, siendo la salivación la respuesta incondicionada (RI). El sonido del metrónomo es el EC, inicialmente
neutro, pero que por asociación con la comida o EI, acaba provocando la misma respuesta, es decir, la salivación, que en este
caso es la respuesta condicionada (RC) (v. Material web. Animaciones y vídeos. Experimentos de Pavlov).
El condicionamiento palpebral es uno de los diseños experimentales más empleados para estudiar las bases neurales del
condicionamiento. En este caso, el EI consiste en una ráfaga
de aire dirigida al ojo, lo que hace que se produzca la respuesta
de parpadeo (RI) del individuo. El EI puede presentarse bien
después de la aparición del EC (un sonido) pero terminando
ambos al mismo tiempo (condicionamiento de retraso/demora) (delay conditioning), o tras la finalización del EC (condicionamiento marcado/de huella) (trace conditioning) (Fig. 16-6).
La distinción entre estos dos tipos de procedimientos no es
irrelevante, ya que son diferentes áreas cerebrales las que subyacen a ambos procesos.
Figura 16-7. El cerebelo, estructura cerebral en la cual subyace el
condicionamiento clásico.
¡
Tanto mediante estudios experimentales lesionales
como con técnicas de neuroimagen se ha puesto de
manifiesto que es el cerebelo la estructura principal en el condicionamiento de demora (Fig. 16-7),
mientras que en el condicionamiento de huella,
además de la implicación del cerebelo, es fundamental la participación de la formación hipocampal, la cual sustenta la relación temporal entre el
EC y el EI.
La implicación del hipocampo en el condicionamiento de
huella parece explicarse por el hecho de que es necesario que
exista una huella mnésica del sonido (EC), ya que cuando se
presenta el EI, el EC ya ha desaparecido; por el contrario, en el
caso del condicionamiento de demora, ambos estímulos están
presentes al mismo tiempo.
Condicionamiento de demora (Delay conditioning)
EC
EI
Condicionamiento de huella (Trace conditioning)
EC
Huella de memoria
EI
Intervalo de separación
Figura 16-6. Representación de los diseños experimentales de
condicionamiento clásico de demora y de huella. EC: estímulo condicionado; EI: estímulo incondicionado.
04 Sección IV.indd 420
›
Como se comentó en el capítulo 3, en la formación
hipocampal se pueden distinguir tres zonas claramente diferenciadas (la circunvolución dentada, el
hipocampo propiamente dicho y el subículo). El hipocampo propiamente dicho y sus diferentes regiones se abrevian con las siglas CA, que provienen del
término asta de Ammon (cornu ammonis).
El condicionamiento instrumental u operante, cuyo máximo
representante fue el conductista norteamericano Burrhus Frederic Skinner, es un tipo de aprendizaje en el que la consecuencia de una respuesta dada por el individuo determina la probabilidad de que dicha respuesta vuelva a producirse (v. Material
web. Animaciones y vídeos. Experimentos de Skinner). En este
caso, la asociación se produce entre una acción y sus consecuencias y no entre dos estímulos como en el caso del condicionamiento pavloviano. Skinner llevó a cabo sus investigaciones sobre el condicionamiento instrumental fundamentalmente
con palomas (también con ratas) y estudió su capacidad de
aprendizaje en la llamada caja de Skinner (Fig. 16-8).
La caja de Skinner dispone de una palanca que, al ser
presionada, hace que aparezca comida en el comedero situado junto a ella. El animal (inicialmente privado de comida y, por lo tanto, hambriento) aprende que, al pulsar la
palanca tiene comida disponible, lo que hace que la tasa de
presión de la palanca sea mucho más elevada que si no existiera la recompensa de la comida. Así, la comida estaría actuando como un reforzador de la conducta de presionar la
palanca (v. cap. 21). Una vez que el animal ha aprendido esta
asociación entre la respuesta de presionar la palanca y la
obtención de un reforzador, es posible modificar su conducta. Por ejemplo, si de forma sostenida no se vuelve a presentar el reforzador, la tasa de disparo de presión de la palanca se verá reducida, llegando hasta la eliminación o
extinción de la conducta.
13/09/13 10:12
Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
Altavoz
Luces
421
Palanca de respuestas
Núcleo caudado
Globo pálido
Putamen
Dispensador
de comida
Reja para dispensar
descargas eléctricas
Figura 16-8. Representación gráfica de una caja de Skinner.
¡
En general, el condicionamiento instrumental permite aumentar la probabilidad de que aparezca una
determinada respuesta cuando va seguida de un reforzador, o disminuirla si se elimina el reforzador o
si va seguida de un castigo. Asimismo, diferentes
estructuras cerebrales sustentan este tipo de condicionamiento, siendo el cuerpo estriado una de las
más relevantes.
Diferentes investigaciones han demostrado que tanto la
asociación entre la conducta y sus consecuencias como el establecimiento de la relación causal entre ambas dependen de
la actividad del estriado dorsomedial (que incluye el núcleo
caudado y el putamen; Fig. 16-9). Además de estas estructuras, también están implicados en este tipo de aprendizaje los
circuitos corticoestriatotalamocorticales, dentro de los cuales
la corteza prefrontal desempeña un papel muy relevante. Esta
implicación prefrontal es lógica, ya que es precisamente la
corteza prefrontal la que orienta y dirige la conducta hacia los
objetivos. En el caso del condicionamiento instrumental, la
función de la corteza prefrontal facilita la automatización de
las acciones en función de las consecuencias que ya se han
vivido, de modo que al encontrarse la persona de nuevo ante
la situación vivida o ante una situación similar no agote recursos razonando sobre cómo debería actuar, puesto que ya tiene
una respuesta automatizada ante ella.
En el capítulo 25 se estudiará el condicionamiento del
miedo, un tipo de aprendizaje cuya adquisición y expresión es
altamente dependiente de la amígdala, y que ha permitido
profundizar en el conocimiento de las bases neurales del
aprendizaje por condicionamiento y del procesamiento de la
información emocional.
Aprendizaje y memoria procedimentales
El aprendizaje procedimental hace referencia a la adquisición de destrezas, repertorios conductuales o procedimientos
04 Sección IV.indd 421
Figura 16-9. Estructuras cerebrales que forman los ganglios basales; entre ellas, el núcleo caudado y el putamen forman el estriado, implicado en el condicionamiento instrumental y en el
aprendizaje y la memoria procedimentales.
con un alto componente motor. La memoria procedimental es
la memoria de cómo se hacen las cosas y, gracias a ella, uno es
capaz de aprender cómo se monta en bicicleta, cómo se conduce un coche, cómo se hace una cama o cómo se prepara un té.
Los procedimientos o repertorios conductuales son adquiridos fundamentalmente a través de la ejecución repetida
acompañada de una adecuada retroalimentación, por lo que
su aprendizaje suele ser lento y gradual. Si la práctica va
acompañada de instrucciones adecuadas o de la observación
y la imitación de un modelo, la adquisición de destrezas se
potencia en gran medida. Existen diferentes variables que influyen en el aprendizaje procedimental, como la cantidad de
tiempo empleado en practicar los repertorios, el tipo de entrenamiento realizado, las instrucciones recibidas o la presencia
de modelos, entre otras, las cuales modulan la velocidad y la
precisión del aprendizaje. En cualquier caso, las primeras veces que se realiza una acción, es decir, en los primeros ensayos
de práctica, la mejora en la ejecución aumenta de manera exponencial para posteriormente enlentecerse a medida que va
aumentando el número de ensayos. Es decir, se aprende mucho más rápido al comienzo de la práctica de un procedimiento, siendo más lento el perfeccionamiento de éste. Ésta
es la denominada ley de la práctica.
Al iniciar el aprendizaje de un procedimiento nuevo existe
un gran componente explícito, declarativo, pero éste va disminuyendo a medida que se va automatizando el proceso. Respecto a la participación de los circuitos cerebrales relevantes,
el proceso de automatización progresiva va ligado a una disminución en la participación de áreas corticales, especialmente
prefrontales, dando paso a un mayor control subcortical de los
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422
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
procedimientos. Por ejemplo, cuando se está aprendiendo a
conducir, la corteza prefrontal evalúa constantemente la ejecución, con el fin de poder ir adaptándola y mejorándola en
función de los errores detectados. Según se va consolidando el
aprendizaje, esta área cerebral irá disminuyendo su activación,
dejando que el cerebelo y los ganglios basales tomen un papel
más activo, sin tanta supervisión cortical.
Para llevar a cabo cualquier acto motor es necesario que la
corteza prefrontal ejerza su función planificadora, seleccionando la estrategia más adecuada para poner en marcha un
movimiento determinado y decidir el momento de inicio de
éste en función de la información que posee sobre la situación
actual y las situaciones anteriormente vividas, decidiendo así
cuál es la mejor estrategia que se ha de seguir. Por su parte, la
corteza premotora elabora el plan motor, estableciendo la secuencia adecuada de movimientos que se deben seguir para
realizar la conducta.
Una vez desencadenado el acto motor, la corteza prefrontal
va recibiendo retroalimentación acerca de la adecuación del
desarrollo del programa motor. Esta función de monitorización prefrontal del desarrollo de la acción permite ir corrigiendo los posibles errores en la ejecución motora y conduce
a la elaboración de conductas finas y bien articuladas conforme a las circunstancias contextuales.
¡
Dentro de las áreas cerebrales implicadas en el
aprendizaje y la memoria procedimentales, las conexiones corticoestriatocorticales y corticocerebelocorticales desempeñan un papel determinante.
El cuerpo estriado es una estructura cerebral clave para
el aprendizaje motor, puesto que recibe aferencias de la corteza frontal y parietal y envía eferencias a los núcleos del
tálamo y a las áreas corticales implicadas en el movimiento.
Además del estriado, el cerebelo es fundamental para el
aprendizaje motor. Ambas estructuras son consideradas los
centros moduladores del control motor; controlan y modulan la actividad motora que se inicia en la corteza, facilitando los movimientos voluntarios desde su planificación
hasta su finalización, pasando por la ejecución y la coordinación (v. cap. 14).
Existe una gran evidencia empírica, tanto en animales como
en seres humanos, de la implicación del estriado en la memoria procedimental y, por lo tanto, en la formación de hábitos
de comportamiento (rule-based memory). En seres humanos,
los estudios con pacientes neurológicos con daño en el cuerpo
estriado son los que han proporcionado más información
acerca de las funciones de las diferentes áreas cerebrales asociadas con la formación de hábitos.
En general, los pacientes que han sufrido lesiones que
afectan al estriado muestran alteraciones en la memoria procedimental, permaneciendo inalterada la memoria declarativa, lo cual confirma que la memoria procedimental se apoya
circuitos cerebrales diferentes a los de la memoria explícita.
Por su parte, el cerebelo desempeña un papel crítico en
el aprendizaje y la ejecución de hábitos motores. Su función
principal es la coordinación del movimiento y el aprendizaje
motor. Estudios con animales han demostrado que tras el
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›
Algunas enfermedades neurodegenerativas que conllevan un deterioro de la función del cuerpo estriado
han aportado datos valiosos en relación a la formación de hábitos. En este sentido, la enfermedad de
Huntington afecta de modo especial a las neuronas
del estriado, y las personas que la sufren muestran
grandes dificultades a la hora de aprender conductas
motoras asociadas con un estímulo, lo que pone de
manifiesto la importancia de dicha estructura en el
aprendizaje procedimental y en la adquisición de hábitos. Otras enfermedades neurodegenerativas que
afectan al estriado también han proporcionado un
volumen de evidencias esclarecedoras.
La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo crónico causado por la destrucción
de las neuronas pigmentadas de la sustancia negra.
Dicha destrucción provoca la pérdida de células que
sintetizan el neurotransmisor dopamina, crucial
tanto para el control del movimiento como en los
sistemas de aprendizaje procedimental y los sistemas de refuerzo (para más información ver los capítulos 14 y 21).
entrenamiento para desarrollar habilidades motoras complejas, se evidencian modificaciones cerebelosas de carácter
morfológico, hallazgos que están en la misma línea que
los resultados encontrados con técnicas de neuroimagen
funcional que ponen de manifiesto modifi caciones de la
actividad del cerebelo durante el aprendizaje de destrezas
motoras (p. ej., tareas de dibujo, aprendizaje de secuencias
motoras, etc.) (Recuadro 16-1). Igual que en el caso de las
lesiones en los ganglios basales, pacientes con lesiones cerebelosas muestran un acusado deterioro en el aprendizaje
procedimental.
¡
Estos dos sistemas moduladores del movimiento,
que involucran a los ganglios basales y al cerebelo,
subyacen tanto al aprendizaje como al recuerdo de
las destrezas motoras, aunque no tienen la misma
implicación durante todo el proceso de adquisición y
mejora de una nueva destreza. Cuando se aprende,
las áreas cerebrales que se activan son el cerebelo,
la corteza cingulada anterior y las áreas premotoras, pero su participación es menor según se va mejorando y automatizando la ejecución de la tarea.
Por el contrario, la activación de los ganglios basales, del área motora suplementaria y de la corteza
prefrontal ventrolateral permanece a lo largo de
todo el proceso de aprendizaje, y estas zonas están
involucradas en la adaptación motora.
■ APRENDIZAJE Y MEMORIA EXPLÍCITOS
El aprendizaje y la memoria explícitos hacen referencia al
conocimiento general y personal que cada persona posee.
Este conocimiento está formado por contenidos adquiridos de
manera consciente que pueden ser fácilmente expresados y
evaluados en seres humanos mediante el lenguaje, por lo que
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
423
Recuadro 16-1. Evaluación del aprendizaje procedimental
Entre las tareas clásicas que se han diseñado para la valoración de las habilidades procedimentales se encuentran las
siguientes:
• Tareas de dibujo en espejo: En esta tarea se valora la
capacidad para aprender una habilidad motora específica, la cual requiere una gran coordinación óculo-manual. El objetivo es que el participante sea capaz de repasar el contorno de una estrella, pero las referencias
visuales de las que dispone son el reflejo de dicha imagen
en un espejo (véase Fig. 16-10). Al principio se cometen
muchos errores, pero progresivamente aprendemos el
control visual de los movimientos manuales a través del
espejo. Mediante la repetición, el número de errores en
una ejecución normal se va reduciendo progresivamente.
Se ha comprobado como participantes con Alzheimer que
no son capaces de recordar la tarea, ni tan siquiera las
Figura 16-10. Tarea de dibujo en espejo.
a esta memoria también se la denomina memoria declarativa.
Se trata de memorias que el individuo se da cuanta que tiene
y cuya existencia y contenido puede declarar. ¿Qué es un caballo?, ¿cuál es la capital de China?, ¿qué hice el domingo
pasado? o ¿cómo fue el día de mi boda? son ejemplos de conocimientos declarativos.
A su vez, la memoria explícita puede dividirse en dos categorías: la memoria semántica, que incluye información de carácter general desligada del contexto (como saber que un caballo
es un mamífero perisodáctilo), y la memoria episódica, que está
sujeta a parámetros espaciotemporales (como el recuerdo de
lo que hice el domingo pasado o el día de mi boda). Por lo
tanto, el aprendizaje episódico se refiere a la capacidad de adquisición de información que tiene un origen específico temporal
o que queda relacionada con circunstancias de la vida de una
persona (memoria autobiográfica).
La información episódica depende del contexto en el que
se ha adquirido, del tiempo, el espacio o las relaciones con
otras personas y con otras circunstancias. Las memorias formadas mediante este tipo de aprendizaje son recordadas de
manera consciente, de tal forma que parece que se es capaz
de volver a experimentarlas. Se trata de un tipo de aprendizaje muy susceptible al olvido.
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instrucciones para realizarla mejoran su ejecución y
mantienen dicha mejora a largo plazo.
• Tareas de escritura en espejo: Similar a la tarea anterior,
el objetivo de la actividad consiste en la escritura de palabras, siendo el único feedback recibido acerca de la ejecución el reflejo en un espejo de las letras que se van
escribiendo, las cuales aparecen rotadas. Al igual que en
la tarea anterior, las habilidades de ejecución van mejorando progresivamente.
• Tarea de persecución rotatoria: En este caso, la tarea se
compone de un plato giradiscos, con un punto de metal
en él y una varilla metálica. El objetivo consiste en intentar situar la varilla de metal en el punto durante la mayor
cantidad de tiempo posible, teniendo en cuenta que la
pieza giratoria realiza un movimiento circular que es necesario seguir (véase Fig. 16-11).
Figura 16-11. Tarea de persecución rotatoria.
›
La memoria autobiográfica es el conjunto de representaciones mentales de sucesos generales o específicos y de vivencias personales.
Por su parte, el aprendizaje semántico se refiere a la capacidad de adquisición de la información que implica hechos sobre el mundo, sobre nosotros mismos y sobre el conocimiento
que compartimos con una comunidad. Este tipo de información es relativamente independiente del contexto temporal y
espacial en el que ha sido adquirida. No se organiza en torno
a un período temporal específico y resulta menos susceptible
al olvido que la información episódica. Las memorias formadas mediante este tipo de aprendizaje proporcionan una sensación de conocimiento más que un recuerdo consciente de
una información específica o de una vivencia.
Memoria relacional dependiente del hipocampo
La memoria explícita se deriva del aprendizaje de gran
cantidad de información de muy diversa índole, la cual
puede ser adquirida de manera muy rápida, incluso a partir
de una única experiencia, sobre todo si ésta tiene una alta
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424
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
carga emocional (v. cap. 25), o de forma gradual. La representación de la información de la memoria explícita es abstracta y posee un alto grado de flexibilidad, por lo que puede
expresarse en situaciones y de maneras que guardan diferencias con las condiciones de aprendizaje. Fue Endel Tulving, en 1972, quien estableció por primera vez la distinción
entre memoria episódica y memoria semántica (Tabla 16-1),
y a partir de este momento la evidencia experimental de la
existencia de estos dos tipos de memoria explícita no ha hecho más que aumentar. El lóbulo temporal medial es la estructura cerebral que subyace al aprendizaje explícito, y este
sistema también media en el aprendizaje espacial, es decir, el
aprendizaje de las relaciones entre los diferentes estímulos
que se encuentran en un contexto espacial determinado.
Esto ha llevado a proponer un nuevo marco explicativo dentro del estudio de la memoria: la memoria relacional dependiente del hipocampo. Bajo esta nomenclatura se pueden incluir las memorias basadas en el establecimiento de
relaciones entre acontecimientos temporalmente relacionados (memoria episódica), entre conceptos (memoria semántica) y entre elementos de un contexto espacial (memoria
espacial).
El hipocampo es la estructura cerebral más directamente
relacionada con el aprendizaje y la memoria explícita. Esta
estructura, junto con la circunvolución dentada y el subículo,
constituye la formación hipocampal y se localiza en el polo
temporal medial (v. cap. 3). Desempeña un papel determinante en la adquisición de nueva información; interviene
tanto en la codificación como en la consolidación de nuevos
contenidos y posibilita la transferencia de dicho material de
la memoria a corto plazo a la memoria a largo plazo. Por lo
tanto, sin la intervención del hipocampo, el almacenamiento
a largo plazo de la información es improbable. Cabe recordar
que, como se ha señalado al inicio del capítulo, el hipocampo
no funciona de manera aislada, sino que forma parte del sistema neural del lóbulo temporal medial compuesto por las
Fórnix
Núcleo anterior
del tálamo
Núcleo dorsomedial
del tálamo
Cuerpo
mamilar
Amígdala
Fimbria del fórnix
Hipocampo
Circunvolución
hipocampal
Figura 16-12. Corte medial del cerebro.
cortezas entorrinal, perirrinal y parahipocampal y el hipocampo (Figs. 16-12 y 16-13).
Por lo tanto, para comprender el funcionamiento del
proceso de memoria es necesario poseer una visión global de la función de cada una de estas estructuras y las
relaciones que existen entre ellas (Fig. 16-14) (v. también
Fig. 17-4). El proceso de adquisición y consolidación de la
memoria comienza con el registro y el procesamiento de los
estímulos que llegan del exterior, en una o más de las áreas
de asociación heteromodal de la corteza cerebral, las cuales
codifican e integran información de todas las modalidades
sensoriales (v. Fases del proceso de aprendizaje y memoria,
más adelante). La información aquí sintetizada es enviada a
las cortezas parahipocampal y perirrinal, a través de la ruta
Tabla 16-1. Clasificación de los sistemas de memoria según Endel Tulving
Memoria
Adquisición
Representación
Expresión
Nivel de conciencia
Procedimental
Ensayo continuo,
modelado
Programas de acción
futura
Aumenta la probabilidad
de una respuesta
específica frente a
estímulos concretos
Moderadamente
inflexible
Hábitos y destrezas
Sin nivel de conciencia
Determinado por el
aprendizaje estímulorespuesta
Episódica
Percepción directa,
experiencia
Acontecimientos,
descriptivo y relacional
Flexible, recolectiva,
recuerdos
Acceso más lento
Con conciencia,
autobiográfico
Identidad en tiempo
subjetivo: pasado,
presente y futuro
Semántica
Reestructuración,
comprensión
Descripciones, hechos,
conceptos, datos
Flexible, expresable de
diferentes formas según
el contexto
Acceso rápido y
automático
Con conciencia.
Noción del mundo
interno y externo
Tomado de Tulving, 1985.
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
Vía colateral
de Schaffer
Corteza perirrinal y
parahipocampal
Fibras
musgosas
CA3
CA2
CA4
CA1
Corteza
entorrinal
Circunvolución
dentada
Subículo
Figura 16-13. Representación de las formaciones hipocámpica y
parahipocámpica.
descendente corticohipocampal, llegando posteriormente
a la corteza entorrinal, la puerta de entrada al hipocampo
más importante. Desde aquí se proyecta, a través de la
vía perforante, a la circunvolución dentada, para llegar
finalmente al hipocampo. Además, el hipocampo también
recibe información procedente de la amígdala, la cual posee
un papel modulador sobre el aprendizaje, potenciando los
aprendizajes declarativos de los estímulos y las situaciones
con carga emocional. El papel de la amígdala se estudiará
con mayor profundidad en el capítulo 25, El cerebro emocional.
Una vez que el proceso de codificación llevado a cabo por
el hipocampo ha finalizado, la información es enviada de
nuevo a la corteza cerebral. Son el campo CA1 del hipocampo y el subículo las principales estructuras encargadas de
generar dichas eferencias. Por un lado, envían la información
a la corteza a través de la corteza entorrinal, desde donde se
dirige, en un viaje de vuelta, a la corteza parahipocampal y a
la corteza perirrinal, y finaliza en las áreas de asociación polimodal de la corteza cerebral en las que se originó el proceso. Además, desde la formación hipocampal también se
envía información, a través del fórnix, a los cuerpos mamilares del hipotálamo. Posteriormente, la información es remitida al tálamo posterior, desde donde viaja a las áreas de
asociación de la corteza cerebral, para ser finalmente almacenada. Por lo tanto, es necesario hacer hincapié en la función que cumplen las estructuras temporales mediales,
puesto que aunque resultan imprescindibles para la consolidación y el almacenamiento de la información a largo plazo,
es en las regiones de la corteza de asociación, en las cuales
la información se procesó por primera vez, donde se almacenará de forma definitiva (Fig. 16-14).
Todas las estructuras estudiadas hasta ahora son fundamentales para la formación de nuevos conocimientos, pero el
papel de cada una de ellas difiere tanto a nivel funcional como
en importancia. Gracias al estudio de casos de pacientes con
daño cerebral y a la investigación con técnicas de neuroimagen, ha sido posible profundizar en la función de cada una de
las estructuras implicadas en el aprendizaje y la memoria. En
cuanto a la primera aproximación, se ha comprobado que las
lesiones que se limitan a una única estructura provocan una
menor alteración que cuando la lesión compromete a dos o
más áreas, siempre según la gravedad de las lesiones y el área
afectada. Así, por ejemplo, las lesiones limitadas al hipocampo, aunque son suficientes para provocar graves alteraciones mnésicas, provocan alteraciones de menor gravedad que
cuando el daño se extiende también a las estructuras parahipocampales.
Entre los estudios realizados con pacientes con daño cerebral, el caso más paradigmático es el de un paciente conocido como H. M., el cual sufrió graves alteraciones de memoria tras una operación y que fue estudiado en profundidad
desde el origen de sus déficits mnésicos, a finales de 1957,
hasta su muerte en 2008. Henry Gustav Molaison es el nombre del famoso H. M., quien padeció una epilepsia resistente
a fármacos a raíz de un accidente de bicicleta que tuvo a los
9 años. Debido a la epilepsia que padecía, sufría convulsiones parciales a las que posteriormente le siguieron convulsiones tónico-clónicas.
Corteza
parahipocampal
Áreas de
asociación
cortical
Vía perforante
Fórnix
Circunvolución
dentada
Hipocampo CA3
Fórnix
Corteza
entorirrinal
Corteza
perirrinal
425
Cuerpos
mamilares
del hipotálamo
Hipocampo CA1
Tálamo
Subículo
Áreas de
asociación
cortical
Figura 16-14. Esquema general
del proceso de memoria.
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426
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
›
La epilepsia es una enfermedad crónica que se caracteriza por un trastorno neurológico que predispone al
cerebro a generar convulsiones recurrentes, que suelen ocasionar secuelas neurobiológicas y cognitivas.
Las crisis epilépticas son fenómenos súbitos y de corta
duración, que se caracterizan por una anormal, excesiva o sincrónica actividad neuronal. Las crisis epilépticas suelen ser transitorias y pueden cursar con una
disminución del nivel de conciencia o sin ella, movimientos convulsivos y otras manifestaciones clínicas.
Con el fin de intentar poner freno a las agudas crisis que
sufría, H. M. fue remitido a un neurocirujano del Hospital de
Hartford llamado William Beecher Scoville. Tras la valoración,
Scoville propuso la resección quirúrgica bilateral del lóbulo
temporal medial, puesto que el paciente no respondía al tratamiento farmacológico. Esta resección implicó la pérdida de
aproximadamente dos tercios de su hipocampo y la amígdala. La intervención quirúrgica tuvo su efecto positivo, al
reducir sus crisis epilépticas; sin embargo, como consecuencia de la resección, la memoria de H.M. resultó devastada. La
evaluación neuropsicológica realizada por la Dra. Brenda
Milner (v. Material web. Animaciones y vídeos. Reportaje sobre Brenda Milner y sus estudios sobre la memoria) reveló un
cuadro profundo de amnesia anterógrada (v. texto complementario siguiente).
Sus memorias inmediatas, a corto plazo, parecían preservadas; sin embargo su memoria a largo plazo estaba muy deteriorada, si bien mantenía recuerdos remotos previos a la
intervención. H. M. era incapaz de formar nuevos recuerdos,
lo que le hacía vivir las experiencias de cada día como algo
siempre novedoso. Sin embargo, a pesar de sus dificultades de
aprendizaje, H. M. era capaz de adquirir nuevos hábitos y mejorar en tareas que implicaban destrezas manuales, perceptivas o cognitivas. Al margen de sus problemas de memoria,
otras funciones cognitivas como su inteligencia, percepción,
motivación o personalidad resultaron intactas. Hasta el día de
su muerte el 2 de diciembre de 2008, H. M. vivió en una residencia en Windsor Locks y fue objeto de numerosas investigaciones. Incluso hoy en día su cerebro, cortado en secciones
histológicas y conservado en San Diego (California, EE.UU.),
continúa siendo fruto de numerosos estudios (v. Material web.
Enlaces de interés. Recursos sobre H. M. Página web del Brain
Observatory de la Universidad de San Diego; v. también Corkin et al., 1997; Salat et al., 2006; Squire, 2009; Scoville y Milner, 1957. Para un caso similar al de H. M., v. Material web.
Contenido complementario. El caso de Clive Wearing).
Como resultado del estudio de este caso y de la comparación con otros pacientes que presentaban lesiones similares,
se pudieron establecer ciertos principios básicos de la organización de la memoria:
• La memoria es una función cerebral sustentada por circuitos cerebrales diferentes a los implicados en procesos cognitivos como la percepción, la motivación o la personalidad.
• La información puede ser mantenida en una memoria a
corto plazo antes de convertirse en una memoria a largo
plazo.
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• El lóbulo temporal medial no es el repositorio último de las
memorias a largo plazo.
• Finalmente, se llegaría asimismo a disociar una memoria
para hechos y sucesos (memoria explícita) de una memoria
para hábitos y destrezas (memoria implícita), independiente de la función del lóbulo temporal medial.
›
Amnesia anterógrada. La amnesia anterógrada implica la incapacidad de formar nuevos recuerdos a
partir del momento en que se produce un traumatismo o una lesión cerebral. Los individuos amnésicos mantienen sus recuerdos pasados, formados con
anterioridad a la lesión, pero son incapaces de
aprender nueva información de tipo explícito. Este
tipo de amnesia deriva generalmente de lesiones que
afectan al hipocampo y se distingue claramente de la
amnesia retrógrada, en la cual la pérdida de memoria afecta específicamente a los recuerdos previos al
momento del trauma. En la bibliografía científica, el
caso más famoso descrito de un paciente con amnesia anterógrada es el de Henry Gustav Molaison
(1926-2008) conocido como H. M. Este cuadro de alteración de la memoria ha trascendido además en la
sociedad, popularizándose a través de películas
como Memento (2000) o 50 primeras citas (2004).
En un intento de esclarecer el sustrato neuroanatómico específico de la memoria, se empezaron a realizar importantes
esfuerzos en laboratorio para encontrar un modelo animal
apropiado que pudiera explicar la amnesia en seres humanos.
Tradicionalmente, se consideraba que el responsable de las
alteraciones mnésicas era el hipocampo, pero a partir de casos
como el de H. M. se observó que las lesiones limitadas al hipocampo únicamente afectaban al almacenamiento de recuerdos nuevos a largo plazo. De ello se dedujo que el hipocampo tiene un papel fundamental en el almacenamiento
inicial de la memoria a largo plazo, pero esta implicación es
temporal y se produce al inicio de aprendizaje, ya que el almacenamiento de la información se transfiere posteriormente a
otras regiones corticales. Así, los pacientes con una lesión hipocampal pueden, en general, recordar o aprender sucesos
recientes, aunque son incapaces de formar nuevas memorias
a largo plazo. Por lo tanto, parece que el problema es que no
son capaces de transferir la información desde los sistemas de
memoria a corto plazo a los sistemas mnésicos a largo plazo,
afectando así a la consolidación de la memoria. Por este motivo,
los recuerdos que han sido almacenados con anterioridad no
se pierden cuando hay una lesión hipocámpica, es decir, no se
produce amnesia retrógrada, lo que pone de manifiesto que el
hipocampo no es un almacén permanente de información
(Fig. 16-14).
Este hecho también ha sido constatado empíricamente a
través del trabajo con animales experimentales en el laboratorio. Stuart Zola-Morgan y Larry R. Squire (1990) estudiaron el
papel temporal de la formación hipocampal en el almacenamiento de la memoria a través del estudio de la amnesia retrógrada en primates. Con estos estudios demostraron que el
hipocampo se encarga de consolidar inicialmente la información adquirida durante un período de tiempo determinado,
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
que puede ser de meses o años (v. en el cap. 17, Fortalecimiento
de recuerdos: mantenimiento y consolidación de memoria).
Sin embargo, su implicación va disminuyendo a medida que
la información se va transfiriendo a otras áreas corticales, en
las que se lleva a cabo un almacenamiento mucho más duradero, que puede incluso durar toda la vida.
Además, como se verá más adelante, el hipocampo es una
estructura igualmente relevante en la formación de representaciones espaciales, lo que ha sido comprobado con experimentos con ratones y ratas, sometidos a tareas de aprendizaje de lugar en pruebas de orientación espacial (v. Material
web. Contenido complementario. Laberinto acuático de Morris: evaluación del aprendizaje y la memoria espaciales). Los
animales con lesiones experimentales en el hipocampo presentan interferencias en la memorización del espacio y del
contexto. Por su parte, estudios de neuroimagen en seres
humanos han mostrado que la memoria espacial, la memoria
de caras y la memoria contextual implican en mayor medida
al hipocampo del hemisferio derecho, mientras que la memoria verbal, de objetos y de personas estaría mediada por la
actividad del hipocampo izquierdo. Esta especialización hemisférica en el hipocampo hace que las lesiones izquierdas
produzcan más alteraciones de la memoria verbal, mientras
que las lesiones derechas provocan mayores défi cits en la
memoria espacial (v. cap. 18).
¡
Hoy en día parece existir un acuerdo entre la comunidad científica acerca de las estructuras necesarias
para la formación de la memoria explícita a largo
plazo, que abarcan la formación hipocampal y la circunvolución parahipocampal (formada por la corteza entorrinal, la corteza perirrinal y la corteza parahipocampal) (Fig. 16-13 y 16-15).
Con respecto al papel que desempeña la corteza cerebral
en el proceso de aprendizaje, es fundamental conocer que
los recuerdos surgen de la actividad de redes neuronales
ampliamente distribuidas por toda la corteza cerebral. Estas
redes forman las denominadas huellas mnésicas, y se forman por la estimulación conjunta de diferentes neuronas a
partir de un mismo acontecimiento (siguiendo el principio
de Hebb, v. Aprendizaje basado en la actividad asociativa de
las neuronas: aprendizaje hebbiano, antes), de manera que
quedan interconectadas a través de sinapsis formando una
red. Así, una neurona o un grupo de ellas pueden formar
parte de diferentes redes neuronales y, por lo tanto, pueden
estar implicadas en diferentes recuerdos, lo que facilita la
capacidad de cambiar de un recuerdo a otro se produzca de
manera ágil, ya sea consciente o inconsciente. Para un ejemplo de codificación múltiple de memorias por redes comunes véase Material web. Enlaces de interés, neuronas en el
hipocampo de las ratas al sentirse «teletransportadas».
Puesto que las áreas corticales de asociación constituyen
los almacenes de la memoria explícita a largo plazo, una lesión en estas áreas puede producir una alteración del conocimiento explícito adquirido antes del daño. Por este motivo, los
pacientes con daño en las áreas de asociación suelen presentar dificultades a la hora de reconocer objetos cotidianos, lu-
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427
gares familiares o rostros de personas conocidas, entre otras
alteraciones.
¡
Es en el lóbulo temporal medial donde se llevan a
cabo los procesos de transferencia de la información
para su posterior almacenamiento a largo plazo,
pero es en la corteza cerebral donde se produce el
almacenamiento permanente. Esta transferencia de
información se hace de manera relativamente lenta,
lo que permite que los datos nuevos se asimilen con
la información ya existente.
En este punto, es importante señalar las diversas funciones
en las que se centran las diferentes regiones de la corteza cerebral y su relación con los procesos mnésicos. La corteza posterior o posrrolándica se halla principalmente implicada en el
procesamiento perceptivo, y desempeña un papel determinante en el almacenamiento de los recuerdos que se adquieren por cualquiera de los sentidos. Por su parte, la corteza
frontal o prerrolándica tiene, entre otras funciones, el procesamiento y la representación de las acciones motoras, el razonamiento y la producción del lenguaje. La corteza temporal
(excluyendo las regiones mediales estudiadas anteriormente)
parece ser determinante en el mantenimiento de la memoria
a largo plazo, puesto que las lesiones que la afectan se manifiestan con amnesia retrógrada. Asimismo, existe especialización hemisférica, estando el hemisferio derecho más relacionado con material no verbal y el izquierdo, con material de
carácter verbal. Además de su implicación en el almacenamiento del conocimiento semántico, la corteza parietal, sobre
todo del hemisferio derecho, parece estar implicada en el recuerdo de la disposición espacial de objetos y personas.
Con respecto al lóbulo frontal, el área más estudiada y mejor
conocida funcionalmente es la corteza prefrontal, la cual está
especializada en el mantenimiento temporal de la información
explícita a lo largo del proceso de establecimiento y consolidación de la memoria, así como en la discriminación y la organización temporal de los recuerdos. Los pacientes con afectación
prefrontal no muestran un síndrome amnésico clásico, sino que
presentan una dificultad o incapacidad para manejar temporalmente los recuerdos de manera eficaz, para ordenarlos cronológicamente y para recordar cómo y cuándo adquirieron una determinada información (amnesia de la fuente). Otra de las
implicaciones de estas lesiones es la dificultad que pueden tener
estos pacientes a la hora de realizar tareas o actividades que impliquen una secuencia de respuestas en un orden determinado.
Además, la corteza prefrontal resulta crucial para la memoria de
trabajo, que será abordada más adelante en este capítulo.
Como conclusión general, y según sostiene el neurocientífico Howard Eichenbaum (2008), el sustrato neural del aprendizaje explícito se encuentra principalmente en el lóbulo temporal medial, mientras que la memoria explícita es almacenada
en diferentes áreas de asociación cortical.
Aprendizaje y memoria episódicos y semánticos
Como se ha señalado anteriormente, la memoria episódica
hace referencia a la capacidad para recordar conscientemente
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
experiencias pasadas, ya que es un sistema en el cual se almacena información relacionada con acontecimientos marcados temporal y espacialmente. Responde a las preguntas de
qué, cuándo y dónde ocurrió un acontecimiento. Por lo tanto,
este sistema almacena información sobre experiencias registrando el orden en el que suceden, por lo que la información
aquí contenida posee una organización temporal. Es un tipo
de memoria altamente dependiente del contexto y está muy
influida por el estado emocional presente en el momento en
el que sucedió el acontecimiento (v. cap. 25). Debido a esta
exigencia de referencias espaciales y temporales, la información episódica es más vulnerable a la interferencia y al olvido
que la información de carácter semántico. El aprendizaje episódico se produce con una única experiencia, y la información adquirida a través de diferentes episodios vividos puede
ir descontextualizándose y generalizándose, dando lugar a
conocimientos semánticos, los cuales se irán enriqueciendo
progresivamente con experiencias posteriores.
Una gran cantidad de trabajos investigación ha tratado de
dilucidar si la activación del hipocampo es mayor cuando una
persona está aprendiendo o recordando información episódica
o semántica. Diversos estudios han hallado que existe una activación selectiva del hipocampo cuando la persona recuerda
experiencias personales, pero no cuando se recuerdan sucesos
públicos, con una menor implicación personal, en los cuales
un conocimiento general es suficiente. Los casos de pacientes
con amnesia también han puesto de manifiesto que un daño
limitado al hipocampo puede hacer que la memoria episódica
se vea alterada, mientras que la capacidad para adquirir conocimientos semánticos puede encontrarse más preservada.
Por su parte, la memoria semántica constituye un extenso
almacén de conocimiento general sobre un gran número de
ámbitos. Es la memoria que permite a una persona saber cuál
es la capital de Austria, cómo se llaman sus sobrinos, quién
era Cervantes, qué características tiene un perro o cuál es la
neuroanatomía de la memoria. Se trata, por lo tanto, de una
información que hace referencia al conocimiento compartido
con otros y proporciona una sensación de conocimiento (feeling of knowing) más que de recuerdo. En general, podemos
decir que esta información carece de referencias espaciotemporales específicas, por lo que es muy improbable que se recuerde el momento y el lugar donde fue adquirida. Es de fácil
acceso y está organizada conceptualmente más que por el orden temporal de su adquisición. Esta organización de carácter
conceptual hace que los contenidos aquí almacenados se relacionen unos con otros en función de su significado, formando
una inmensa red de conocimiento, con estructura jerárquica.
Además, este sistema de memoria es capaz de generar nueva
información a través de inferencias, es decir, crea nuevos conceptos, que no han sido aprendidos explícitamente, a partir de
la información de la que dispone.
El aprendizaje y la integración de información semántica
suele producirse de forma gradual, ya que a partir de experiencias concretas el individuo va generando conocimiento acerca
de las constancias y regularidades sobre el mundo que le rodea.
¡
04 Sección IV.indd 428
El conocimiento semántico está representado en redes
neuronales que implican a toda la corteza cerebral.
Es de nuevo a partir del estudio de casos de individuos con
alteraciones en la memoria semántica y con las técnicas de
neuroimagen como se han podido identificar las áreas cerebrales más implicadas en la memoria semántica. Gracias a
estos estudios se han identificado diferentes áreas corticales
con papeles diferentes en el procesamiento de información de
categorías específicas. Por ejemplo, en estudios con pacientes
afásicos (v. cap. 19) se ha constatado que muchos presentan dificultades a la hora de nombrar colores, partes del cuerpo, comidas o diferentes utensilios. Estas observaciones llevaron a la
hipótesis de que diferentes áreas corticales representan distintas categorías semánticas, una idea que fue sistemáticamente
investigada por Elisabeth K. Warrington y Tim Shallice, ya en
1984. Más recientemente, el grupo de Antonio Damasio (1996)
estudió a pacientes afásicos e individuos sanos con técnicas de
neuroimagen para profundizar en esta idea. Estos autores encontraron que los pacientes que tenían problemas a la hora de
nombrar personas mostraban alteraciones en el polo temporal izquierdo, mientras que en aquellos cuya dificultad residía
en nombrar animales la lesión se encontraba en la corteza
temporal anteroinferior izquierda. Además, aquellas personas
con dificultad a la hora de nombrar herramientas presentaban daño en la corteza parietal y temporal posterior izquierda
(Fig. 19-6 B). Estos resultados fueron corroborados con estudios de neuroimagen con individuos sanos, los cuales mostraban activación en las mismas áreas cuando debían nombrar
los ítems de las diferentes categorías semánticas (v. cap. 19).
Corteza entorrinal
Subículo
CA1
CA2
CA3
CA4
Circunvolución dentada
Fórnix
Figura 16-15. Representación de las formaciones hipocampal y
parahipocámpica a partir de una imagen de resonancia magnética.
13/09/13 10:12
Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
Por su parte, el grupo de Nancy Kanwisher ha identificado
un área en la corteza temporal ventral (la circunvolución fusiforme) que se activa con el procesamiento de caras, que es
precisamente el área que tienen dañada los pacientes que padecen prosopagnosia (para más información v. Sacks, 2005).
En este sentido, es posible la existencia de memoria semántica sin la intervención del hipocampo, hecho que se ha
podido constatar en personas con graves amnesias debidas a
lesiones hipocampales que son capaces de adquirir algunos
conocimientos semánticos.
›
Dos sistemas corticales diferenciados
para la conducta basada en memoria
La prosopagnosia se caracteriza por una incapacidad para el reconocimiento de rostros, tanto del propio como el de los demás, lo que causa que la persona que lo padece no sea capaz de reconocer a
personas conocidas o familiares.
En otro estudio dedicado a conocer las áreas específicas de
la corteza implicadas en determinada información semántica,
se encontró que es la corteza occipital lateral derecha el área
encargada del procesamiento de la información de las partes
del cuerpo. Este área se mostraba más activada cuando los
individuos veían o dibujaban partes del cuerpo que cuando los
estímulos eran objetos inanimados o partes de éstos.
El hipocampo, por su parte, desempeña un papel esencial
en el proceso de aprendizaje semántico, ya que permite la integración de la información almacenada en diferentes redes
semánticas, lo cual a su vez posibilita que el conocimiento que
se va adquiriendo a lo largo de diferentes experiencias pueda
ser empleado para solucionar problemas nuevos y para afrontar nuevas situaciones.
¡
Parece que la corteza cerebral puede mediar en la
adquisición del conocimiento semántico, mientras
que el hipocampo lleva a cabo un procesamiento
adicional que contribuye a la construcción de redes
de memoria cortical, estableciendo relaciones entre
las diferentes huellas mnésicas de acuerdo con sus
características comunes.
429
De entre las áreas cerebrales que intervienen en los procesos de memoria, la corteza perirrinal, la corteza parahipocampal y la corteza retrosplenial resultan de especial relevancia.
De la combinación de estas regiones cerebrales con otras podemos distinguir dos sistemas mnésicos que son anatómica y
funcionalmente diferentes. Dicha distinción anátomo-funcional ha sido propuesta por Charan Ranganath y Maureen Ritchey en el año 2012, basándose en un buen número de trabajos con sólidas evidencias contrastadas tanto en roedores
como en primates no humanos y humanos.
¡
Estos autores proponen un primer sistema (el sistema anterior) que se extendería hacia la parte anterior temporal gracias al fascículo uncinado e incluiría el complejo formado por la corteza perirrinal,
la corteza témporo-polar, la corteza orbitofrontal
lateral y la amígdala. El segundo sistema (el sistema
posterior) se extendería de manera postero-medial
e incluiría los cuerpos mamilares del hipotálamo,
los núcleos anteriores del tálamo, el presubículo y
parasubículo y el circuito de activación por defecto
(CAD) (implicando también la corteza cingulada posterior, el precuneus, la corteza parietal lateral y la
corteza prefrontal medial) (v. Fig. 16-16).
El hipocampo tendría un papel cardinal y modulador de los
dos sistemas. Además de sustentar tipos diferentes de memo-
Figura 16-16. Dos sistemas
Cingulado posterior precuneus,
corticales para la memoria dicircunvolución angular,
corteza prefrontal ventromedial
rigida a metas. Los elementos
(red por defecto)
del sistema anterior se muesTálamo
anterior,
tran en color rojo, y las regiocuerpos mamilares
Sistema posterior
pre y parasubículo
nes del sistema posterior se
muestran en color azul. Las
flechas denotan conexiones
RSC
anatómicas relativamente
Formación hipocampal
fuertes entre las áreas cereCorteza
brales. El sistema anterior inorbitofrontal
y
amígdala
cluye la corteza perirrinal
PHC
PRC
(PRC), la corteza témporo-polar, la corteza orbitofrontal laSistema anterior
teral y la amígdala, mientras
Corteza
que el sistema posterior abarca
temporopolar
ventral
la corteza parahipocampal
(PHC), la corteza retrosplenial
(RSC), los núcleos talámicos
anteriores, los cuerpos mamilares del hipotálamo, el presubículo y el parasubículo y los componentes del circuito de activación por defecto
(incluyendo la corteza cingulada posterior, el precuneus, la circunvolución angular y la corteza prefrontal ventromedial).
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
ria, ambos sistemas realizan funciones cognitivas distintas,
son susceptibles a enfermedad y su patología produce síntomas característicos. Como se ha comentado en el presente
capítulo, la corteza perirrinal y la corteza parahipocampal
componen lo que conocemos como formación hipocampal, la
cual se encarga de la memoria para los hechos y eventos. Sin
embargo, no solamente las lesiones que afectan a las estructuras integrantes de la formación hipocampal producen déficit
de memoria, sino que también las afectaciones a la corteza
retrosplenial pueden originar graves problemas mnésicos. En
definitiva, estas tres importantes regiones se hallan directamente implicadas en la memoria, pero también interactúan
con otras que no están directamente relacionadas con la
misma y su organización se puede describir y entender mejor
en el contexto de dos sistemas corticales segregados. A continuación se describen de manera sucinta las principales características de cada sistema, así como su conectividad con las
regiones extracorticales.
›
Para más información sobre el circuito de activación
por defecto (CAD) el lector puede consultar el capítulo 5.
Conectividad de ambos sistemas
con regiones subcorticales
Existe una clara segregación entre las vías que se conectan
con la corteza perirrinal (sistema anterior) y aquellas que implican a la corteza parahipocampal y a la corteza retrosplenial
(sistema posterior). En estudios con resonancia magnética
funcional (RMf) se ha observado que la conectividad funcional
del eje longitudinal del hipocampo es diferente con estas dos
regiones, en tanto que la corteza perirrinal queda contectada
con el campo CA1 anterior y el subículo y la corteza parahipocampal está más conectada con el campo CA1 posterior y
el subículo. Pese a que la conectividad entre la corteza retrosplenial y la corteza parahipocampal es extensa, la conectividad
entre la corteza perirrinal y la corteza retrosplenial es muy escasa. Además, las cortezas perirrinal y parahipocampal están
muy interconectadas, aunque de modo asimétrico (la corteza
perirrinal recibe más proyecciones de la corteza parahipocampal de las que envía de vuelta). Así, la corteza perirrinal se
conecta fundamentalmente con las regiones visuales de alto
nivel (circunvolución fusiforme en humanos) en la corteza
temporal, mientras que la corteza parahipocampal y la corteza
retrosplenial tienen más conectividad con regiones occipitales
y temporales de más bajo nivel, como V3 y V4 en el caso de la
corteza parahipocampal y V4 y regiones occipitales en el caso
de la corteza retrosplenial.
Características funcionales del circuito anterior
esta dificultad mucho más pronunciada que la producida
por daño en el sistema hipocampo-corteza parahipocampal.
De hecho, los humanos que han sufrido un daño el lóbulo
temporal medial (incluyendo la corteza perirrinal) muestran
alteraciones en reconocimiento de diversos tipos de estímulos
visuales, además de presentar problemas con las palabras y
las caras.
¡
La corteza perirrinal parece ser una región crítica
para el reconocimiento de ítems familiares. Otras
regiones, como el hipocampo y la corteza parahipocampal, se encargarían de sustentar la memoria de
tipo contextual.
En línea con los hallazgos descritos anteriormente, otros
estudios realizados tanto con humanos como con monos han
dado apoyo a la noción de que la corteza perirrinal tiene un
rol específico, puesto que en ambas especies de primates se
ha observado una reducción de la actividad en esta región tras
la presentación de estímulos de forma repetida, en contraste
con estímulos novedosos, tanto en relación a objetos, como
en relación a palabras y escenas. Además, dicha reducción
en la activación correlaciona con la sensación subjetiva de
familiaridad, además de predecir la magnitud con la que un
determinado ítem u objeto se experimenta como familiar. Esta
región también es muy importante para el aprendizaje de asociaciones entre objetos; por ejemplo, la actividad de la corteza
perirrinal se incrementa durante el aprendizaje de asociaciones entre palabras que se pueden asociar a un objeto o con un
concepto determinado, o incluso con la característica de un
objeto, como puede ser su color.
¡
La corteza perirrinal puede ser importante para los
procesos de memoria semántica.
En este sentido, estudios recientes han mostrado que la activación de la corteza perirrinal (en el hemisferio izquierdo)
durante tareas de discriminación semántica predice la facilitación o priming semántico y que dicho efecto de facilitación se
ve muy alterado en pacientes con daño en la corteza perirrinal.
Percepción de objetos
Actualmente, se sabe además que la corteza perirrinal se
activa diferencialmente durante la percepción de objetos en
circunstancias que requieren la integración de diferentes atributos en diferentes dimensiones perceptivas, lo cual implica la
percepción multimodal. Además, resulta especialmente importante a la hora de establecer discriminaciones visuales
entre objetos parecidos.
Reconocimiento de ítems familiares
y memoria semántica
Características funcionales del circuito posterior
La función de la corteza perirrinal se puede disociar de la
del hipocampo y de la corteza parahipocampal. Se ha demostrado que las lesiones que afectan a la corteza perirrinal de los
primates alteran el reconocimiento visual de objetos, siendo
Como se ha comentado anteriormente, dos de las regiones cerebrales fundamentales que conforman el circuito posterior son la corteza parahipocampal y la corteza retrosplenial
(v. Fig. 16-16). A parte de las similitudes en su conectividad
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
funcional, ambas estructuras corticales se activan de forma
simultánea y presentan funciones convergentes en diferentes
aspectos cognitivos. A continuación, se presentan de forma
breve los principales procesos en los que interviene este sistema posterior.
Memoria episódica
¡
Numerosas evidencias señalan que la activación
tanto de la corteza parahipocampal como de la corteza retrosplenial y sus regiones anatómicamente
conectadas en el CAD se asocia con la memoria del
contexto para un evento concreto.
431
en la corteza retrosplenial presentan amnesia retrógrada
para eventos autobiográficos. El hecho de imaginar eventos
pasados y pensar sobre situaciones futuras provoca una
mayor activación del sistema posterior formado por el complejo corteza parahipocampal-corteza retrosplenial-CAD,
que la tarea de imaginarse a un personaje famoso. Esta diferencia se ve magnificada si la simulación se realiza tomando
como referencia contextos visoespacialmente familiares, lo
cual apoya la noción de que la memoria autobiográfica y la
simulación episódica se fundamentan en la construcción de
un evento con un contexto espacial-situacional en primera
persona.
Memoria espacial
Muchas de las evidencias provienen de la literatura derivada de los trabajos sobre memoria de la fuente (del inglés,
source memory), en los cuales se estudian listas de palabras,
objetos u otros estímulos para, posteriormente, realizar una
fase de recuperación en la que se pregunta por su contexto
informativo (por ejemplo, se puede preguntar si la voz que
emitió la palabra era de hombre o de mujer, o cuál era la pregunta que se planteó al estudiar la palabra, etc.).
›
La memoria de la fuente se refiere a nuestra habilidad
para recordar o evocar las características contextuales con las que se presentó una información concreta. Por ejemplo, la memoria de la fuente puede
referirse a la capacidad para recordar quién fue la
persona que pronunció una afirmación específica, el
día de la semana que fuimos a la tienda a comprar
unos zapatos o en qué estantería se encuentra el libro de poemas que consulté hace varios días.
Se sabe que la actividad de la corteza parahipocampal es
mucho mayor durante la codificación y la recuperación de los
elementos de los cuales se recuerda el contexto de presentación original. Además, cuando los ítems que se codifican son
relevantes para la persona o incluyen materiales que pueden
provocar emociones o procesos autorreferenciales, la actividad tanto de la corteza parahipocampal como de la corteza
retrosplenial durante la fase codificación, correlaciona con su
actividad en fase de recuperación, puesto que la actividad de
la corteza retrosplenial es selectivamente sensible a las fuentes internas de información.
Memoria autobiográfica y simulación episódica
¡
La corteza parahipocampal y el la corteza retrosplenial son regiones cerebrales de especial relevancia
en lo que concierne a la recolección de memorias de
tipo autobiográfico y la imaginación de eventos hipotéticos (también llamada simulación episódica).
Estas áreas cerebrales se activan mucho más al evocar
recuerdos autobiográficos que al recordar estímulos aprendidos en el laboratorio. De hecho, los pacientes con lesiones
04 Sección IV.indd 431
El papel de la corteza parahipocampal y de la corteza
retrosplenial en la memoria de tipo contextual también ha
sido demostrado por varios trabajos. Por ejemplo, las ratas
de laboratorio pueden aprender asociaciones entre objetos y
contextos (p. ej., saber si hallaron un objeto en una caja blanca
o en una caja a rayas). Tanto es así que una lesión en su corteza postrrinal (el homólogo a la corteza parahipocampal en
roedores) o en la corteza retrosplenial impide la discriminación entre las configuraciones objeto-contexto nuevas o familiares, en paralelo con dificultades en el condicionamento
de miedo y en la ejecución del laberinto radial y de Morris
(véase Fig. 17-2). En monos, las lesiones producidas en la corteza parahipocampal causan déficit en las tareas de respuesta
demorada (delayed match-to sample) (para más información,
véase capítulo 17, sección dedicada a los «Modelos animales
de amnesia: emparejamiento y no-emparejamiento demorada a la
muestra») y en humanos, las lesiones en la corteza parahipocampal derecha provocan alteraciones importantes en tareas
de memoria objeto-localización. La asociación entre un objeto y su localización espacial, además de la activación de la
información necesaria para la navegación espacial, precisa de
la activación diferencial de la corteza parahipocampal y de la
corteza retrosplenial.
¡
Los datos procedentes de modelos animales y de estudios funcionales con seres humanos apoyan la idea
que la corteza parahipocampal y la corteza retrospenial son importantes para la memoria espacial.
En un experimento clásico sobre las bases neurales del
aprendizaje y de la memoria espacial, el grupo de Eleanor
Maguire (2000) demostró que la implicación funcional del
hipocampo puede disociarse en dos sistemas: un sistema
anterior implicado en la codificación de nuevas configuraciones espaciales y un sistema posterior que se encargaría de
almacenar la representación de configuraciones espaciales
previamente codificadas y que se vería activado durante el
uso de tales mapas espaciales en respuesta a demandas de
orientación. En su experimento, Maguire et al., compararon
el volumen de los hipocampos de un grupo de taxistas londinenses con el de un grupo de sujetos controles. Los resultados revelaron que, mientras que los sujetos controles tenían
un hipocampo anterior mayor que los taxistas, estos últimos
13/09/13 10:12
432
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
presentaron un hipocampo posterior significativamente mayor, en ausencia de diferencias entre los grupos en el tamaño
global del hipocampo. Ante la posibilidad de que un mayor
tamaño del hipocampo posterior pudiera ser una característica que predispusiera a las personas a tareas profesionales
ligadas a demandas de orientación espacial, se comprobó si
el aumento de esta región correlacionaba con el tiempo que
los taxistas llevaban ejerciendo su actividad profesional, tras
haber superado el exigente examen de capacitación conocido
como «The Knowledge» (v. Material web complementario,
vídeo El trabajo de la memoria: taxistas de Londres). Los resultados demostraron que la reorganización estructural del
hipocampo se debía estar produciendo en función de la demanda y dependencia de las habilidades espaciales, puesto
que el tamaño del hipocampo posterior era mayor cuanto más
tiempo llevaran los taxistas ejerciendo su profesión. En resumen, estas evidencias confirman que el hipocampo posterior
sería la región responsable del almacenamiento de representaciones espaciales del entorno y que éste puede aumentar
regionalmente su volumen para dar cabida a la elaboración
de esta representación en personas con una alta dependencia
de las habilidades de navegación. Estudios del mismo grupo
de investigación aplicando técnicas de neuroimagen funcional y tareas navegación espacial en entornos de realidad
virtual, mostraron que una correcta ejecución de navegación
espacial en ciudades virtuales se asocia con la activación del
hipocampo posterior derecho, sugiriendo una importante
lateralización de la habilidad de orientación espacial. Estos
resultados confirmaron hallazgos previos en pacientes con
lobectomía temporal unilateral, en los cuales se observó una
interacción entre el tipo de tarea y la lateralidad de la lesión.
Los pacientes con lobectomía temporal derecha rinden peor
en tareas de navegación, reconocimiento de escenas y dibujo
de mapas: ello sugiere que la memoria topográfica se sitúa
predominantemente por las estructuras del lóbulo temporal
medial derecho (v. cap. 18).
¡
En definitiva, estos trabajos apoyan la plasticidad estructural hipocampal y la disociación funcional de éste
en la memoria espacial, en tanto que regiones específicas del hipocampo (la región posterior) incrementan
su volumen en relación a la actividad espacial. Dichas
diferencias en volumen no predisponen a una actividad o profesión ligada a una demanda espacial y se
van acrecentando a medida que se lleva más tiempo
ejerciendo dicha profesión. Asimismo, los resultados
son bilaterales pero más acentuados en el hipocampo
derecho. Los trabajos de neuroimagen funcional con
población normativa y con sujetos con lesión unilateral confirman la activación de hipocampo posterior
derecho y dicha actividad correlaciona con la ejecución de los sujetos en diversas tareas de memoria.
Percepción de escenas y navegación espacial
La corteza parahipocampal también está implicada en la
percepción de escenas y la navegación espacial. Diversas partes de la corteza parahipocampal aumentan selectivamente su
activación cuando se observan escenas y también al observar
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objetos que pueden servir como hitos o marcadores para la navegación espacial. Del mismo modo, la corteza retrosplenial
también responde de forma intensa ante imágenes de localizaciones espaciales y ante objetos asociados con un contexto concreto, aunque esta región se encarga específicamente de procesar la información que es crucial para orientarse en el espacio.
¡
La corteza parahipocampal y la corteza retrosplenial
desempeñan papeles complementarios en la percepción de escenas y en la navegación espacial: la
corteza parahipocampal parece representar la información sin contexto visuoespacial, mientras que la
corteza retrosplenial integra la información que resulta crucial para orientarse en el contexto.
Cognición social
Por último, es importante resaltar que, la corteza retrosplenial es muy sensible a la información autorreferencial. Por
ejemplo, diversos trabajos han mostrado que la corteza retrosplenial aumenta sensiblemente su activación durante la evaluación de rasgos de personalidad, en especial al preguntar
cuán bien describen a uno mismo ciertos rasgos concretos, en
relación con otra persona. De igual forma, el complejo formado por la corteza retrosplenial y sus regiones cerebrales
conectadas se halla implicado en la toma de decisiones morales y la teoría de la mente (v. caps. 25 y 26, respectivamente).
¡
En definitiva, la corteza retrosplenial –y en menor
medida, la corteza parahipocampal– sustentan procesos que contribuyen a la cognición social además
de a la memoria, la percepción y la navegación.
En resumen, el sistema anterior temporal y el sistema posterior medial se encargan de extraer la información esencial
al experimentar una situación concreta. Imaginemos una situación concreta: una persona (en este caso, David) va paseando por la calle y, de repente, se encuentra con un amigo
(Ignacio), al que invitará a tomar una cerveza en un bar. El
sistema anterior relacionaría las representaciones de entidades
específicas (por ejemplo, una persona concreta) con conceptos
semánticos específicos (p. ej., el nombre de esa persona es «Ignacio») y su saliencia (p. ej., el estatus de Ignacio como
«amigo») (v. Fig. 16-17, panel izquierdo). En contraposición,
el sistema posterior relacionaría las señales convergentes
acerca del contexto situacional (por ejemplo, el espacio, el
tiempo y las interacciones sociales) para representar un modelo
de la situación o un modelo interno que resuma las interacciones entre las entidades y el ambiente durante una nueva experiencia (v. Fig. 16-17, panel derecho). Las señales visuales,
como hitos o marcadores (una calle concreta, una plaza, la estación de trenes…) pueden ayudar a confirmar o guiar nuestra
localización espacial y promover el comportamiento dirigido
hacia una meta (visitar la cafetería que está en la calle posterior a la estación de trenes). El modelo situacional proporcionado por la activación diferencial de este sistema posterior
especificaría las localizaciones relativas de la cafetería y la es-
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
Figura 16-17. Estructura esquemática de las funciones del
sistema anterior temporal y
posterior medial. De acuerdo
con esta distinción, el sistema
anterior y el sistema posterior
resultan imprescindibles para
extraer la información necesaria al experimentar una situación concreta.
Sistema anterior
Conceptos
Sistema posterior
Conceptos
Identidad
conceptual
Modelo situacional
durante la
conversación
Ignacio
toman cerveza
Relevancia social
«amigo»
paseaba
invita
después
del trabajo
Entidades
Reconocimiento
objetos
es un amigo
se
encuentra
con
David
Valor del objeto
«espumosa»
«cerveza»
«David»
«Ignacio»
433
en el cafè
l’Antiquari
detrás de la calle
Sant Miquel
Lugar
Reconocimiento
caras
Reconocimiento
de escenas
Localización
Trayectoria
después
de pedirla
cafetería
Tiempo
Contexto
temporal
Orden temporal
Jueves por
la tarde
Primavera
Contexto social
Encuentro informal con un amigo
tación de trenes, la secuencia temporal de encontrarse antes
de caminar juntos y pasar por delante de la estación de trenes,
y la razón por la que se dirigen a la cafetería, es decir, para
invitar a una cerveza a un buen amigo.
■ MEMORIA DE TRABAJO
La memoria de trabajo constituye una forma particular de
memoria explícita, y por lo tanto consciente, pero que no se
engloba dentro de la memoria a largo plazo.
¡
›
La memoria de trabajo, también denominada memoria operativa, se define como el mantenimiento
temporal y la manipulación de información recién
percibida o recuperada de la memoria a largo plazo
cuando ya no está disponible para los sentidos, pero
que es necesaria para dirigir la conducta encaminada a la consecución de un objetivo.
Como se ha visto anteriormente, la memoria episódica se relaciona con la capacidad de almacenar las
experiencias y dotarlas de un orden temporal. La
memoria de trabajo, por su parte, permite mantener
por un breve período temporal la información, conservando el orden de presentación de ésta. Mientras
que el almacén duradero del orden temporal de los
acontecimientos vividos (memoria episódica) es altamente dependiente de la actividad del hipocampo, su
mantenimiento y manipulación en estado activo y de
carácter transitorio dependen de la actividad de la
corteza prefrontal.
El mantenimiento y la manipulación son fundamentales
para llevar a cabo procesos cognitivos complejos, como la reso-
04 Sección IV.indd 433
lución de problemas, la planificación de tareas, el razonamiento
o la toma de decisiones. Por lo tanto, la memoria de trabajo es
más que una simple memoria; es un sistema de control cognitivo y de procesamiento ejecutivo que tiene como fin guiar
adecuadamente el comportamiento. Además, la memoria de
trabajo está estrechamente relacionada con otros procesos
cognitivos y forma parte de las denominadas funciones ejecutivas, por lo cual, parte de sus correlatos anatómicos y funcionales se corresponden con los descritos para las funciones ejecutivas, las cuales se abordan en detalle en el capítulo 27.
A lo largo de los años se han ido desarrollando diferentes
modelos teóricos sobre la memoria de trabajo. Uno de los que
ha tenido mayor relevancia en la neurociencia cognitiva es el
modelo propuesto por Alan Baddeley y Graham Hitch en 1974,
autores que propusieron la existencia de este tipo de memoria,
ya que la concepción de memoria a corto plazo que existía no
era capaz de explicar la conducta de los seres humanos en muchas tareas mnésicas. A pesar de las diferentes teorías sobre
este tipo de memoria, los diferentes autores están de acuerdo
en muchas de las propiedades de la memoria de trabajo.
¡
Una de las cuestiones compartidas más relevantes
es el hecho de considerar que la función principal de
la memoria de trabajo es el mantenimiento y la manipulación de la información en estado activo durante un determinado período de tiempo. Además,
existe acuerdo en considerar que su capacidad es
limitada, tanto en tiempo (pasados unos segundos la
información debe ser actualizada y no puede mantenerse durante más de unos minutos) como en amplitud de almacenamiento (alrededor de siete unidades de información).
La implicación cerebral en la memoria de trabajo es muy
extensa, ya que dicha función involucra diferentes áreas cere-
13/09/13 10:12
434
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
brales, tanto anteriores como posteriores. De hecho, cada vez
está más claro que son las regiones posteriores las que se encargan del mantenimiento temporal de la información, mientras que la manipulación de la memoria de trabajo es llevada
a cabo por áreas anteriores. Además del interés suscitado por
el conocimiento del sustrato neural en función del tipo de proceso llevado a cabo (mantenimiento o manipulación), el conocimiento de las áreas cerebrales involucradas en la memoria de
trabajo en función del tipo de información ha constituido una
importante fuente de investigación. Con el objetivo de facilitar
la comprensión al lector, a continuación se tratará de forma
separada la implicación de las áreas anteriores y posteriores
del cerebro y, dentro de las segundas, se aborda de manera
diferenciada la memoria de trabajo verbal y la memoria visual.
Papel de la corteza prefrontal en la memoria
de trabajo
¡
La corteza prefrontal dorsolateral (Fig. 16-18) es la
región que asume el control general sobre las operaciones de memoria de trabajo en todas las modalidades sensoriales, y su implicación ha sido demostrada
tanto en estudios lesionales (en animales y en seres
humanos) como en investigación realizada con diversas técnicas de neuroimagen en individuos sanos.
En la investigación con seres humanos sanos, uno de los
paradigmas más empleados en el estudio de la memoria de
trabajo son las tareas de respuesta demorada (delayed response tasks), en las que se debe memorizar temporalmente
una información determinada que permitirá responder adecuadamente más tarde. Gracias a la resolución espacial de las
técnicas de neuroimagen modernas, es posible distinguir la
actividad cerebral a lo largo del proceso completo de memoria
a corto plazo, es decir, durante la codificación de la información, el mantenimiento de ésta (período de demora, de lo que
se encargaría la memoria de trabajo) y la respuesta dada por el
individuo. En diferentes estudios se ha encontrado actividad
neural en diferentes regiones cerebrales durante el período de
demora, entre las que parece de especial relevancia la corteza
prefrontal dorsolateral, pero que se produce también en regiones cerebrales posteriores (v. también los trabajos de Patricia Goldman-Rakic, sobre la modulación de actividad neural
reverberante ejercida por la corteza prefrontal, en Evidencia
experimental, en Memoria de trabajo, en el cap. 29). Dicha
actividad cerebral parece subyacer al mantenimiento activo
de la información dentro de la memoria de trabajo y parece
prolongarse a lo largo de todo el período de demora, es decir,
durante todo el tiempo que la memoria operativa está trabajando. El nivel de actividad cerebral durante este período
aumenta cuando la cantidad de información que se debe manipular es abundante y, además, correlaciona positivamente
con el rendimiento en tareas de memoria de trabajo.
Entre los trabajos más relevantes es importante conocer los estudios pioneros que realizaron Joaquín M. Fuster y Gene Alexander en la década de 1970 con primates, los cuales debían llevar
a cabo tareas de respuesta demorada. Sus hallazgos han sido
corroborados posteriormente en seres humanos en estudios con
RMf, en los que también se emplearon tareas de respuesta demorada. En ambos casos se observó que es la región lateral de la
corteza prefrontal la que se muestra una mayor activación durante
el período de mantenimiento de la información en la memoria
de trabajo, independientemente del tipo de material con el que
se trabaje. (Para más información sobre los trabajos de Fuster
y Alexander, junto con sus contemporáneos Kubota y Niki, v.
Evidencia experimental, en Memoria de trabajo, en el cap. 29,
Neurocomputación y modelización de procesos cognitivos.)
Por otro lado, la investigación en pacientes con daño cerebral ha mostrado que quienes presentan daño prefrontal
muestran un mejor rendimiento que los pacientes con lesiones
temporales en tareas simples de memoria, como recordar una
lista de palabras o de objetos presentados. Sin embargo,
cuando deben realizar una tarea de memoria más compleja, en
la cual es necesario mantener cierta información activa, como
en el caso de las tareas de respuesta demorada, los pacientes
con lesiones frontales muestran un acusado deterioro, especialmente cuando durante el tiempo de espera existe algún
distractor, ya que esto implica una mayor demanda de recursos.
Regiones cerebrales posteriores
y memoria de trabajo
¡
Corteza prefrontal dorsolateral
Figura 16-18. Corteza prefrontal dorsolateral izquierda (áreas 9 y
46 de Brodmann, en verde y azul, respectivamente).
04 Sección IV.indd 434
La investigación realizada hasta la fecha ofrece evidencias que indican que la memoria de trabajo depende de una red neural que engloba diferentes regiones cerebrales, como se ha señalado, por lo que
la corteza prefrontal no es la única región cerebral
implicada en la memoria de trabajo.
La corteza prefrontal funciona como un director de orquesta
cognitivo, y tiene un papel fundamental en la organización de
la información en curso de procesamiento, aunque existen
otras muchas estructuras que intervienen en este proceso, las
que dependen del tipo de información que se debe mantener
y manipular. Las áreas cerebrales más activadas cuando se trabaja con material verbal implican regiones temporales, parietales y frontales, y suelen estar lateralizadas en el hemisferio
izquierdo. En el caso de material visual, la implicación cortical
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Capítulo 16. Neurobiología de los sistemas de aprendizaje y memoria
435
implica tanto a regiones frontales como parietales, occipitales
y temporales del hemisferio derecho e involucra regiones diferentes en el caso de la memoria espacial o memoria de objetos.
Memoria de trabajo verbal
Área temporal inferior
La memoria de trabajo verbal ha sido ampliamente estudiada debido a la importancia que posee para la comprensión
y producción del lenguaje, una capacidad de especial relevancia para el ser humano. La investigación se ha centrado en los
diferentes aspectos del lenguaje y ha profundizando en el estudio de sus componentes fonológico, grafémico y semántico
(v. cap. 19).
El modelo planteado por Baddeley, mencionado anteriormente, propone la existencia de un subsistema en la memoria
de trabajo, que él mismo denominó bucle fonológico, que se
encargaría del mantenimiento y la manipulación de la información fonológica y articulatoria. El estudio de pacientes con
lesiones cerebrales ha permitido conocer la base neuroanatómica de este mecanismo, mostrando la implicación de la corteza temporal superior izquierda [áreas 22, 39 y 40 de Brodmann, denominada área de Wernicke (en referencia a Karl
Wernicke, quien estudió la relación entre este área y la comprensión del lenguaje (Fig. 16-19 A)] en el almacenamiento
fonológico, y de la parte posterior de la circunvolución frontal
inferior izquierda (área 44 de Brodmann) en la manipulación
articulatoria (Fig. 16-19 B). Esta última región es conocida
como área de Broca, en referencia a Paul Pierre Broca, médico
anatomista francés del siglo XIX, que identificó el área como el
centro del habla mediante el estudio de pacientes afásicos.
Por otro lado, son distintas las regiones cerebrales las que
sustentan el mantenimiento y la manipulación de las propiedades gráficas del lenguaje. Gracias a estudios realizados con
técnicas de neuroimagen funcional se ha llegado a la conclusión de que es la región temporal inferior izquierda (área 20
de Brodmann) la que sustenta esta actividad (Fig. 16-20).
Por último, las propiedades semánticas del lenguaje son
procesadas por regiones frontales y temporales, que incluyen la porción anterior de la circunvolución frontal inferior
izquierda (áreas 45 y 47 de Brodmann) (Fig. 16-21 A) y la
corteza temporal lateral izquierda (área 21 de Brodmann)
(Fig. 16-21 B). Parece que la región frontal está más implicada
en la manipulación de la información, mientras que el área
temporal sustenta su almacenamiento.
Figura 16-20. Área temporal inferior izquierda (área 20 de Brodmann), que sustenta la memoria de trabajo a nivel grafémico.
Memoria de trabajo visual
El sustrato neural de la memoria operativa cuando se procesa material visual es diferente si se trabaja con información
espacial o con las características visuales de los objetos. En
cuanto al procesamiento de la información espacial, además
de la implicación de la corteza prefrontal dorsal, se produce
la activación selectiva de una red neural del hemisferio
derecho, que incluye el surco intraparietal (área 7 de Brodmann) relacionado con la representación de la localización
espacial, y el campo ocular frontal (área 8 de Brodmann),
asociado con la coordinación oculomotora (Fig. 16-22). Del
mismo modo que al trabajar con material verbal, las áreas
frontales (área de Broca) se encargan de la manipulación de
A
Circunvolución frontal inferior
B
A
B
Corteza temporal lateral
Área de Wernicke
Área de Broca
Figura 16-19. Corteza temporal inferior izquierda (A; área de Wernicke, área 40 de Brodmann) y circunvolución frontal inferior izquierdo (B; área de Broca, área 44 de Brodmann), implicadas en el
mantenimiento y la manipulación de la información fonológica.
04 Sección IV.indd 435
Figura 16-21. A) Circunvolución frontal inferior izquierda (en granate), cuya parte anterior está implicada en la memoria de trabajo
semántica. B) Corteza temporal lateral izquierda (en azul).
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436
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
la información mantenida en las áreas posteriores (corteza
parietal inferior), cuando el material es de carácter visual, el
campo ocular frontal lleva a cabo las funciones de manipulación, mientras que el surco intraparietal (área posterior)
subyace al mantenimiento de la información espacial. (Para
una explicación sobre la influencia modulatoria de la corteza
prefrontal dorsolateral sobre la memoria de trabajo espacial,
v. también Evidencia experimental, en Memoria de trabajo,
en el cap. 29)
Cuando la información que se procesa se centra en las características de los objetos, son las áreas corticales occipitotemporales las que subyacen al mantenimiento de la información. Además, la corteza temporal cuenta con regiones que
sustentan el mantenimiento de las diferentes categorías de
objetos. Por ejemplo, la circunvolución fusiforme medial parece estar más implicada en la información relacionada con
casas, mientras que la circunvolución fusiforme lateral lo está
en la información relacionada con rostros. En ambos casos, el
control de dicha información es ejercido por regiones frontales inferiores derechas.
La técnica de estimulación magnética transcraneal (EMT)
(v. cap. 4 y Material web. Contenido complementario. Estimulación magnética transcraneal) aplicada a personas sanas
ha permitido mostrar, junto con la observación de neuroimágenes funcionales y estudios clínicos, una disociación de
la memoria de trabajo visual en sus componentes espacial y
de objetos. En un estudio en el que se aplicó EMT sobre las
cortezas parietal y temporal con el fin de interrumpir la actividad en dichas áreas, se mostró que cuando la estimulación
dificultaba la actividad de las áreas parietales, el rendimiento
en tareas de memoria de trabajo espacial empeoraba. Por el
A
Surco intraparietal
B
Campo ocular frontal
A
B
Figura 16-23. Principales áreas cerebrales implicadas en la memoria de trabajo verbal (A) y visual (B).
contrario, cuando la interrupción se producía en las áreas
temporales, eran las tareas que implicaban el procesamiento
de las características de los objetos las que veían mermada
su ejecución. Esta disociación está en concordancia con el
hecho de que existan dos vías diferenciadas en el procesamiento visual, las conocidas como vía del qué (ventral)
y la vía del dónde (dorsal), que procesan la información de
objetos y espacial respectivamente (para más información,
v. cap. 10).
Por último, es importante señalar que la memoria de trabajo de otras modalidades sensoriales tiende a implicar a la
corteza prefrontal dorsolateral y a las regiones sensoriales
unimodales que sustentan el procesamiento de la información
de cada modalidad, por ejemplo, la corteza auditiva en el caso
de la audición o la corteza somatosensorial en el caso del
tacto. (Se recomienda al lector la consulta sobre los experimentos de memoria vibrotáctil en monos en Experimentos, en
Integración de procesos cognitivos, en el cap. 29)
En la figura 16-23 se pueden observar las principales áreas
cerebrales implicadas en la memoria de trabajo tanto verbal
como visual.
■ BIBLIOGRAFÍA
Artículos originales
Figura 16-22. Surco intraparietal derecho (A; en amarillo) y campo
ocular frontal derecho (B; en azul), implicados en la memoria de
trabajo durante el procesamiento de material visual.
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Mecanismos sinápticos y moleculares
del aprendizaje y la memoria
R. Miranda García, D. Adrover-Roig, I. Sánchez-Cubillo y E. Muñoz Marrón
17
a Resumen conceptual
✓ Los distintos tipos de aprendizaje y memoria dependen de la actividad de sistemas cerebrales específicos. La función de estos sistemas depende asimismo de la actividad celular y sináptica a la que subyacen diversos mecanismos
moleculares.
✓ La plasticidad cerebral es un mecanismo clave sobre el que se apoyan los procesos de aprendizaje y memoria.
Cambios en la densidad, morfología y función sináptica sirven de base para la formación y mantenimiento de nuevos aprendizajes y memorias.
✓ El desarrollo de modelos animales de amnesia a través de la adaptación de diversas tareas relacionadas con formas
específicas de aprendizaje ha permitido no solo incrementar nuestro conocimiento sobre las bases neuroanatómicas del aprendizaje y la memoria, sino también conocer en detalle la importancia de la puesta en marcha de procesos de plasticidad sináptica y de mecanismos moleculares asociados.
✓ La memoria implica diferentes procesos de codificación, consolidación, recuperación y reconsolidación de la información. Desde el punto de vista celular, el fortalecimiento de memorias y su almacenamiento a largo plazo se ve
asociado con procesos de síntesis proteica.
✓ Existen personas que pueden llegar a desarrollar una capacidad memorística muy por encima de lo normal. Se han
propuesto diferentes hipótesis para explicar estos casos de «supermemoria» entre las que se incluyen la posible
existencia de patrones específicos de conectividad entre redes cerebrales y alteraciones del balance de excitación/
inhibición de la función sináptica.
¬ Objetivos de aprendizaje
• Comprender los principios moleculares de la formación de nuevos aprendizajes.
• Entender la importancia del enriquecimiento ambiental para la formación de nuevas sinapsis y la mejora del aprendizaje y la memoria.
• Conocer los procesos neuronales implicados en los procesos de codificación, consolidación, reconsolidación y recuperación de la información.
• Asimilar los mecanismos cerebrales que median en la formación de falsos recuerdos.
• Conocer los correlatos neurobiológicos de la supermemoria en el síndrome del sabio.
■ MECANISMOS SINÁPTICOS Y BASES
MOLECULARES DEL APRENDIZAJE
Y LA MEMORIA
Las capacidades de aprendizaje y memoria están sustentadas por patrones de actividad específicos en regiones concretas del cerebro. Uno de los principales retos de la neurociencia consiste en dar respuesta no sólo a la pregunta ¿qué
regiones del encéfalo se asocian con determinados tipos de
aprendizaje o memoria específicos?, sino también a la siguiente: ¿qué tipo de cambios ocurren en el cerebro cuando
se produce un aprendizaje o cuando se adquiere, almacena,
consolida o recupera una memoria? La respuesta a la primera
pregunta, referente al sustrato neuroanatómico de las diferentes formas de aprendizaje y memoria, sería que éstos son
múltiples, ya que implican la existencia de diversos sistemas
neurales de aprendizaje y memoria. Sin embargo, los mecanismos celulares y moleculares que subyacen a estos procesos tienen un carácter más general o universal, teniendo en
cuenta que las modificaciones cerebrales asociadas con el
aprendizaje y la memoria responden a la propia capacidad de
adaptación o plasticidad del sistema nervioso. No obstante,
existen diferentes mecanismos de plasticidad que pueden
verse implicados en formas particulares de aprendizaje y me-
439
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
moria y, por otro lado, diferentes formas de memoria podrían
verse diferenciadas en función de la puesta en marcha de
mecanismos moleculares específicos.
Plasticidad y enriquecimiento ambiental
Como ya se señaló en el capítulo 6, el término plasticidad
neural se refiere a la capacidad del sistema nervioso de poder
modificarse en función de las condiciones cambiantes del ambiente y de la experiencia, incluyendo la capacidad de readaptación o reparación ante lesiones. Tal flexibilidad del sistema
nervioso puede operar tanto a nivel celular como a nivel subcelular en la forma de una plasticidad sináptica que implica cambios en las conexiones (o sinapsis) entre las células nerviosas.
Como se ha señalado en el capítulo 16, uno de los modelos
más influyentes sobre las formas en que las redes neuronales
se pueden ver modificadas por la experiencia provocando
cambios en el comportamiento fue propuesto por Donald O.
Hebb en 1949. El denominado principio de Hebb establece que
la conexión entre dos neuronas se verá reforzada si ambas se
ven activas al mismo tiempo. Según este principio, una sinapsis entre dos neuronas se fortalece cuando se produce una
coincidencia en la actividad presináptica y postsináptica, es
decir, si la neurona postsináptica es estimulada al tiempo que
emite potenciales de acción (v. Fig. 16-2 del cap. 16).
En 1973, Tim Bliss y Terje Lomo descubrieron que la respuesta postsináptica de neuronas hipocampales se veía incrementada tras ser estimuladas aplicando un breve tren de
descargas eléctricas de alta frecuencia. Este aumento en la
respuesta postsináptica implica un cambio duradero en la
fuerza de la conexión entre neuronas, por lo que pasó a denominarse potenciación a largo plazo. Junto a la prolongación en
el tiempo de este cambio en la eficacia sináptica, la potenciación a largo plazo presenta otra serie de características, como
la especificidad, la asociatividad y la cooperatividad (descritas
en detalle en el cap. 6) que han convertido a este fenómeno en
un candidato ideal para explicar los cambios fisiológicos subyacentes al aprendizaje y a la memoria.
¡
¡
Mediante la utilización de distintos paradigmas de
enriquecimiento ambiental, basados fundamentalmente en potenciar la actividad sensorial, motora,
social y cognitiva en animales experimentales, se ha
observado una relación entre la estimulación de fenómenos plásticos y una mejora de la funciones cognitivas, incluyendo importantes beneficios sobre las
capacidades de aprendizaje y memoria.
En la década de 1990, May-Britt Moser et al. demostraron
que ratas expuestas a ambientes complejos mostraban una
mejora en la adquisición de un aprendizaje espacial en el laberinto acuático de Morris (v. cap. 16, Material web. Contenido
complementario. Laberinto acuático de Morris: evaluación del
aprendizaje y la memoria espaciales).
Frente a ratas mantenidas en condiciones de estabulación
estándar o en condición empobrecida por aislamiento, las enriquecidas aprendían de forma más rápida y precisa. Las observaciones realizadas de los árboles dendríticos de neuronas
piramidales del campo CA1 del hipocampo teñido con la técnica de Golgi, mostraron un incremento en el número de espinas dendríticas en ratas enriquecidas, hecho que sugirió la
existencia de un aumento en el número de sinapsis hipocampal que podría explicar la mejora en el rendimiento cognitivo
(Fig. 17-1). Estos resultados supusieron una confirmación de
una posible función de la reorganización estructural inducida
por enriquecimiento, previamente observada por autores
como Rosenzweig y Greenough.
La plasticidad sináptica no sólo implica cambios funcionales en las conexiones entre neuronas, como los
cambios en el fortalecimiento sináptico, sino también modificaciones estructurales que afectan al
número, la forma y el tamaño de las sinapsis.
En la década de 1960, Mark D. Rosenzweig et al. realizaron
una serie de experimentos pioneros sobre el efecto de manipulaciones ambientales sobre el desarrollo cerebral. Estos estudios demostraron que el enriquecimiento ambiental en
roedores tenía importantes repercusiones sobre el desarrollo
cerebral, provocando incrementos en el peso del cerebro y en
el grosor de la corteza cerebral. Más tarde, William Greenough
et al. demostrarían que los cambios volumétricos en regiones
específicas de la corteza cerebral, asociados al enriquecimiento
ambiental, podrían explicarse por incrementos en el número
de sinapsis y de la longitud de las dendritas. Además, esta
capacidad de remodelación estructural de las sinapsis no se
restringe a períodos críticos del desarrollo. Numerosas evi-
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dencias posteriores han constatado que la plasticidad sináptica se mantiene a lo largo de toda la vida.
Una vez demostrado que el enriquecimiento ambiental
estimula la plasticidad estructural en numerosas regiones
corticales y subcorticales, quedaba pendiente resolver la cuestión crítica de la función a la que podrían servir tales cambios
anatómicos.
Enriquecimiento
Empobrecimiento
Figura 17-1. Enriquecimiento frente a empobrecimiento. Cambios
en la complejidad del árbol dendrítico y en la densidad de espinas
dendríticas en neuronas de animales tras enriquecimiento o empobrecimiento ambiental.
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Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
Reorganización sináptica estructural
y aprendizaje
La reorganización estructural de contactos sinápticos se ha
visto asociada con el establecimiento de nuevos aprendizajes
y la consolidación de memorias. En formas de aprendizaje no
asociativo, como la habituación y la sensibilización, se ha sugerido que una disminución o un aumento a largo plazo del
número de contactos sinápticos podrían subyacer a la reducción o al aumento de la respuesta conductual derivados de la
experiencia repetida con un estímulo. De forma similar, numerosos estudios han relacionado cambios en la densidad y
en las características anatómicas de las sinapsis con la consolidación de formas de memoria explícita.
Las modificaciones en el número y la organización de sinapsis parecen, pues, asociarse con la adquisición de aprendizajes
y la consolidación de memorias a largo plazo. Según la hipótesis de plasticidad sináptica y la memoria (v. cap. 6), «la plasticidad sináptica activo-dependiente es inducida en las sinapsis
apropiadas durante la formación de la memoria, y es tanto necesaria como suficiente para el almacenamiento de información
subyacente al tipo de memoria mediado por el área cerebral en
el cual la plasticidad es observada». Esta hipótesis sostiene que
cambios plásticos de la función sináptica son esenciales para
que se puedan formar aprendizajes. Generalmente, los cambios
en la función sináptica van asociados con cambios estructurales
que están precedidos por procesos de síntesis proteica.
¡
El cambio en la expresión genética y la correspondiente puesta en marcha de nueva síntesis proteica
es precisamente un mecanismo que permite identificar la conversión de las memorias a corto plazo en
memorias a largo plazo.
Aprendizaje relacional espacial en mamíferos
La reorganización estructural de sinapsis y los cambios en
la densidad de contactos sinápticos es un proceso que se
puede observar igualmente en diferentes formas de aprendizaje. El aprendizaje espacial implica la habilidad de encontrar
un lugar haciendo uso de diferentes estrategias de orientación, que requieren procesar y relacionar la información del
entorno en conjunción con otras informaciones internas que
demarcan la posición de un individuo en el espacio. Este tipo
de aprendizaje depende de la memoria espacial, la cual se encarga de codificar, almacenar y permitir la recuperación de
información sobre localizaciones espaciales específicas.
La naturaleza relacional de este aprendizaje ha hecho que se
haya pretendido asociar esta habilidad con estructuras del lóbulo temporal directamente implicadas en la memoria explícita
o declarativa, como el hipocampo. Tal como hemos ido viendo
a lo largo del capítulo 16, la investigación sobre el papel del
hipocampo en formas de aprendizaje explícito se vio estimulada a raíz de observar que las lesiones hipocampales producían
un cuadro de amnesia aguda en seres humanos. En particular,
la descripción a finales de la década de 1950 del caso del paciente H. M. (v. Modelos de amnesia, más adelante; v. también
cap. 16, Memoria relacional dependiente del hipocampo), dio
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441
comienzo a una intensa actividad experimental en laboratorio,
que trató de desarrollar modelos animales y tareas específicas
de aprendizaje, para reproducir los déficits de memoria derivados de la lesión hipocampal y determinar con precisión la base
neuroanatómica de los procesos de aprendizaje y memoria.
Entre las décadas de 1970 y 1980 se produjeron importantes avances en la investigación animal, con el desarrollo de
tareas de aprendizaje que permitían evaluar aspectos declarativos de la memoria y no sólo formas de memoria implícita
que no se veían afectados en la amnesia. Una de las contribuciones más importantes al desarrollo de una prueba de laboratorio que permitiría evaluar formas de memoria relacional
en animales llegó de la mano de Richard G. Morris, quien
desarrolló un laberinto acuático con el que fue posible determinar que la capacidad de aprendizaje espacial de tipo relacional en roedores depende de la integridad estructural y
funcional del hipocampo (Fig. 17-2).
Por otra parte, estudios más recientes de neuroimagen funcional han demostrado en seres humanos que, al realizar tareas de orientación espacial, se produce igualmente una activación específica de la región del hipocampo. Tal como hemos
señalado en el capítulo 16, el grupo de investigación de Eleanor Maguire en el University College of London evaluó las habilidades de orientación espacial de individuos en diversas tareas
de orientación por realidad virtual y encontró una importante
asociación entre el conocimiento de lugares y la habilidad para
alcanzarlos con la activación del hipocampo derecho. Asimismo, el mismo grupo observó que el entrenamiento en habilidades espaciales puede estar asociado con cambios en las
características anatómicas del hipocampo. En un estudio de
resonancia magnética (RM) comprobaron que la parte posterior del hipocampo de taxistas londinenses, entrenados en las
habilidades espaciales, era significativamente mayor respecto
a individuos de control sin un entrenamiento específico en
navegación espacial. Este aumento del volumen del hipocampo se relacionaba, además, con el tiempo que llevaban los
taxistas ejerciendo su profesión, lo que sugería que incrementos en la demanda funcional pueden estimular los procesos de
plasticidad hipocampales (v. cap. 16).
¡
El análisis de casos de pacientes con lesión cerebral,
junto con experimentos de laboratorio con modelos
animales y estudios de neuroimagen funcional en
seres humanos, han permitido establecer una relación inequívoca entre estructuras del lóbulo temporal medial como el hipocampo y la adquisición de
aprendizajes complejos y la formación de memorias
de tipo relacional.
Los cambios estructurales que afectan al volumen del hipocampo, como los observados en los taxistas londinenses, pueden deberse a procesos de crecimiento dendrítico y generación de nuevas sinapsis, como se había observado con respecto
al enriquecimiento ambiental. Diversos estudios en roedores
han tratado de evaluar si, en efecto, el aprendizaje espacial y
la consolidación de la memoria espacial llevan asociados cambios en la densidad sináptica del hipocampo. Aunque los resultados de estos trabajos no están de acuerdo en el período
13/09/13 10:12
442
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Figura 17-2. Laberinto acuático
de Morris y representación de
las trayectorias de escape empleadas por ratas con lesión hipocampal frente a los grupos de
control.
Laberinto acuático de Morris
Rata control
Rata con lesión cortical (control)
en que se pueden producir tales cambios, existiendo diferencias dependientes del nivel de entrenamiento, parece claro
que es posible observar modificaciones postentrenamiento
transitorias del número de sinapsis en regiones específicas del
hipocampo. O’Malley et al. (2000) entrenaron a ratas en una
única sesión con cinco ensayos en el laberinto de Morris y
observaron un incremento en el número de espinas dendríticas en el giro dentado 6 horas más tarde, pero no a las 72
horas postentrenamiento, momento en el que se observó una
vuelta a los valores iniciales de densidad de espinas. Resultados similares fueron obtenidos por Eyre et al. (2003), aunque
empleando un entrenamiento diferente. Estos autores entrenaron a las ratas en un total de 12 ensayos distribuidos en tres
sesiones y observaron un incremento transitorio en el número
de sinapsis del giro dentado a las 3 horas postentrenamiento.
¡
Estos hallazgos sugieren que existe una ventana temporal bastante corta en la que se producirán, en asociación con incrementos en la síntesis de proteínas,
los mayores cambios plásticos, que implican variaciones en la densidad o el número total de sinapsis. Estos cambios sinápticos tienen un carácter transitorio
y se producen coincidiendo con el período de consolidación temprana de la memoria, comenzando una vez
adquirido el aprendizaje o finalizado el entrenamiento.
Reorganización estructural y potenciación
a largo plazo
Según la hipótesis de la plasticidad sináptica y memoria
previamente comentada, los cambios plásticos asociados al
04 Sección IV.indd 442
Rata con lesión hipocampal
establecimiento de nuevos aprendizajes y memorias se estarían produciendo en las sinapsis implicadas específicamente
en dichas funciones. En un sencillo experimento, Toni et al.
(1999) indujeron la potenciación a largo plazo en cultivos
organotípicos de hipocampo (v. texto complementario siguiente) de rata y, durante la preparación de las lonchas de
tejido para su observación ultraestructural en el microscopio
electrónico, emplearon una técnica de precipitado de trioxalato cromato de potasio (v. texto complementario referente
a este precipitado) para revelar la acumulación de calcio en
las espinas dendríticas inducida por estimulación de alta
frecuencia.
›
Cultivos organotípicos de hipocampo. Un cultivo celular es un procedimiento experimental que consiste en aislar células de un organismo y mantenerlas en condiciones artificiales, permitiendo su
crecimiento y supervivencia sobre un sustrato físico.
Los cultivos pueden realizarse a partir de neuronas
disociadas o a partir de lonchas de tejido nervioso,
conocidos éstos últimos como cultivos organotípicos. Los cultivos organotípicos tomados de lonchas
de hipocampo conservan su identidad estructural y
funcional y se pueden mantener ex vivo durante horas. Este procedimiento de cultivo permite estudiar
las propiedades funcionales del hipocampo aislado,
disponiendo electrodos de registro y estimulación
sobre las lonchas de tejido. Asimismo, es posible
realizar un examen microscópico estructural posterior para analizar las modificaciones sinápticas hipocampales asociadas con los cambios funcionales
inducidos por la estimulación eléctrica.
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Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
El análisis de las sinapsis reveló la presencia de una secuencia de cambios morfológicos que afectaba específicamente a las sinapsis activadas que habían resultado marcadas
con el precipitado de calcio. En un intervalo rápido de tan sólo
30 minutos tras la inducción de la potenciación a largo plazo
se observó un incremento en el número de sinapsis con una
densidad postsináptica perforada. Este aumento en la proporción de sinapsis perforadas fue, además, seguido por un incremento en la proporción de axones que contactaban dos o más
espinas dendríticas que se correspondían con sinapsis múltiples. Esta secuencia de cambios morfológicos se ha relacionado con el incremento neto en número de sinapsis encontrado tras la inducción de la potenciación a largo plazo y la
formación de nuevos aprendizajes (Fig. 17-3).
›
Precipitado de trioxalato cromato de potasio. La
técnica de precipitado de trioxalato cromato de potasio permite revelar la presencia de calcio intracelular en preparaciones de sistema nervioso observadas a través del microscopio electrónico. Durante la
preparación del tejido se introducen las muestras
en una solución de trioxalato cromato de potasio
[K3Cr(C2O4)3·3H2O] y tetróxido de osmio (OsO4) que
reacciona con el calcio provocando la formación de
productos electrodensos. Estos productos son reconocidos a través del microscopio como manchas
negras que señalan la localización del calcio.
El incremento en la densidad de sinapsis perforadas ha
sido demostrado por diversos autores en diferentes regiones
del hipocampo. No obstante, todavía existe cierto debate respecto a la función de estas sinapsis en el incremento de la
eficacia sináptica subyacente a la potenciación a largo plazo,
así como en la remodelación estructural observada durante el
443
desarrollo normal o en respuesta a lesiones del sistema nervioso central (SNC). La perforación de las sinapsis resulta de
la movilización de moléculas de adhesión celular para permitir la acomodación de las vesículas presinápticas durante períodos de elevada actividad sináptica. Por esta razón, se ha
sugerido que la perforación de la densidad postsináptica, en
lugar de suponer un paso intermedio en la división y multiplicación de las sinapsis, tendría como objeto aumentar la eficacia sináptica modificando las características geométricas de
éstas. Como resultado de la perforación, en los terminales
presinápticos se generan varias zonas de liberación independientes que permiten alterar la concentración intracelular de
calcio y, consecuentemente, incrementar la probabilidad de
liberación de neurotransmisor.
¡
Diferentes trabajos han demostrado un incremento
en la densidad de sinapsis perforadas en distintas
regiones del hipocampo. Se ha sugerido que la perforación de la densidad postsináptica tendría como
objeto aumentar la eficacia sináptica.
Mecanismos moleculares implicados en la formación
de memorias a corto y largo plazo
¡
La memoria, en una dimensión temporal, implica
diferentes procesos que marcan puntos concretos
en el camino hacia su estabilización desde una memoria lábil a corto plazo hasta una memoria resistente a largo plazo.
La información primero es codificada, luego almacenada a
corto plazo y, posteriormente, consolidada, formándose una
memoria estable y que puede perdurar durante años (v. Fases
Terminal axónico
Espina
DSP
Perforación
DSP
Espina bifurcada
Figura 17-3. Modificación estructural de sinapsis. Cambios
observados en la estructura de
las sinapsis en relación con períodos de incremento de actividad sinaptogénica, expresión de
potenciación a largo plazo y
formación de nuevas memorias. DSP: densidad postsináptica. Microfotografías realizadas
por microscopia electrónica.
04 Sección IV.indd 443
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444
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
del proceso de aprendizaje y memoria, más adelante, para
más información).
¡
La conversión de una memoria a corto plazo en una
memoria a largo plazo implica un proceso de síntesis proteica seguido por modificaciones en el número de contactos sinápticos.
En el estudio de las bases moleculares de la consolidación
de la memoria, uno de los problemas fundamentales existentes, sin una clara solución, se refiere a la coordinación o convergencia temporal entre los procesos moleculares y los propios procesos de la memoria. En otras palabras, no está claro
cómo los rápidos procesos moleculares pueden ser responsables o dar cuenta de las memorias a largo plazo, las cuales
pueden llegar a perdurar durante muchos años.
Los mecanismos que subyacen al almacenamiento de información a largo plazo pueden implicar un aumento de la
liberación de neurotransmisores o una prevalencia mayor de
éstos en la sinapsis, la coincidencia de dos o más inputs y la
participación de inputs neuromoduladores. Estas señales podrían iniciar el período que se ha denominado de consolidación
sináptica, que implica una modificación postraduccional de
proteínas sinápticas, inducida por cascadas intracelulares de
transducción, seguido por una activación de factores transcripcionales, modulación de la expresión de genes (genes de
expresión temprana y luego, de expresión tardía) en la sinapsis y el soma celular, reorganización de las proteínas sinápticas
(incluidos receptores de membrana y elementos del citoesqueleto), culminando el proceso en una posible reorganización sináptica estructural.
Según los estudios realizados en Aplysia (para una explicación detallada de los mecanismos neuronales de este invertebrado, v. caps. 6 y 16 y Material web. Contenido complementario. Plasticidad sináptica en sistemas nerviosos simples: el
modelo de Aplysia), se ha podido detallar la secuencia de fenómenos moleculares subyacentes a la memorización a corto
y largo plazo. Dichos mecanismos pueden ser aplicados a
otros modelos y sistemas más complejos.
Las formas de memoria a corto plazo dependen de la modificación de proteínas preexistentes por acción de diferentes proteínas-cinasas, que dan por resultado cambios en la
efectividad de las sinapsis preexistentes. Tal como hemos
visto en el capítulo 16, en el reflejo de retirada de la branquia
en Aplysia, la estimulación de las neuronas sensoriales produce un incremento de la actividad del enzima adenilatociclasa en la sinapsis con la neurona motora. La adenilatociclasa convierte al adenosintrifosfato (ATP) en segundo
mensajero, adenosinmonofosfato cíclico (AMPc), el cual se
une a la proteína-cinasa A (PKA), cuyas subunidades catalíticas liberadas pueden así fosforilar sustratos como canales
iónicos o activar la maquinaria de exocitosis en el terminal
presináptico de la neurona sensorial, conduciendo a un incremento en la disponibilidad de neurotransmisor y a su liberación (v. Fig. 16-4 B, cap. 16).
En el caso de la memorización a largo plazo, además de
la participación de proteínas-cinasas como la PKA y la proteína-cinasa activada por mitógeno (MAPK), se requiere
04 Sección IV.indd 444
expresión genética regulada por la proteína de unión al elemento de respuesta de AMPc (CREB) y nueva síntesis de
ácido ribonucleico mensajero (ARNm) y de proteínas. Finalmente, la estabilización de la memoria a largo plazo se ve
comúnmente asociada con la generación de nuevos contactos sinápticos. La estimulación repetitiva causa un incremento en los niveles y la persistencia de AMPc en la sinapsis entre la neurona sensorial y la neurona motora. Las
subunidades catalíticas de PKA en la neurona sensorial
pueden dirigirse al núcleo celular y reclutar la MAPK. Dentro del núcleo, la PKA y MAPK fosforilan y activan el factor
de transcripción CREB, que actúa sobre genes de respuesta
o expresión inmediata. Un primer gen conduce a la síntesis
de la enzima ubiquitina-hidrolasa, que favorece la degradación de la subunidad inhibitoria reguladora de la actividad
de la PKA. Esta acción proteolítica de la ubiquitina-hidrolasa conduce a una actividad fosforilante persistente de la
PKA sobre sus proteínas sustrato (canales o maquinaria de
exocitosis). Por otro lado, un segundo gen de respuesta inmediata (C/EBP), en conjunción con un factor activador de
transcripción, activan otros genes de respuesta tardía como
el factor de elongación 1a (EF-1a) asociados con la formación de nuevas sinapsis entre la neurona sensorial y la neurona motora encargada de regular la contracción de la branquia (v. Fig. 16-4 B, cap 16).
¡
Diversos estudios celulares y moleculares han
puesto de manifiesto que tanto las memorias implícitas como las explícitas dependen para su codificación y almacenamiento en el cerebro de modificaciones en la fuerza y la estructura de las sinapsis.
Además, parte de los mecanismos moleculares implicados
en la formación de ambos tipos de memoria son comunes.
Como se describe en el capítulo 6, de forma similar a la facilitación a corto y a largo plazo de la respuesta de retirada de la
branquia en Aplysia, para la expresión de formas tempranas y
tardías de potenciación a largo plazo en el hipocampo y el
establecimiento de nuevos aprendizajes en mamíferos se requieren dos sucesos clave: a) la modificación de proteínas
preexistentes en la sinapsis por acción equilibrada de proteínas-cinasas y fosfatasas y b) la activación de factores de transcripción nucleares que modulan la expresión genética, induciendo nueva síntesis de proteínas que afectarán a la función
y a la estructura sinápticas.
Esta serie de cambios culminan tanto en la remodelación
estructural de sinapsis preexistentes como en el crecimiento
de nuevas sinapsis. Dichos cambios constituyen una de las
posibles soluciones actuales para entender el mecanismo por
el cual una memoria a corto plazo puede pasar a estabilizarse
en la forma de una memoria largo plazo, con capacidad de
perdurar durante toda una vida.
¡
En definitiva, las investigaciones realizadas hasta la
fecha han podido constatar que la experiencia cambia físicamente la estructura del cerebro y que tales
cambios son los que parecen sostener los recuerdos.
13/09/13 10:12
Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
Modelos de amnesia
Desde la década de 1920 y hasta los inicios de la década de
1950, el psicólogo norteamericano Karl Lashey se dedicó a
explorar los circuitos neuronales que subyacen al recuerdo de
las soluciones de los laberintos aprendidos tanto por ratas
como por monos de laboratorio. Lashey pensaba que los recuerdos debían estar representados en aquellos circuitos perceptivos y motores que se utilizan para aprender soluciones a
los problemas, por lo cual procedió a realizar extirpaciones o
desconectar regiones cerebrales para provocar amnesia. Sin
embargo, no tuvo el éxito esperado, dado que halló que la
gravedad del trastorno mnésico se relacionaba más con el tamaño de la lesión practicada que con su localización. Sin embargo, esta concepción antilocalizacionista cambiaría a finales
de la década de 1950 con el paciente H. M., estudiado por
William Scoville.
Tal como se ha señalado en el capítulo 16, la descripción en
1957 del caso del paciente H. M. a cargo de W. Scoville y
Brenda Milner supuso el comienzo de una nueva era revolucionaria en la investigación sobre la memoria. Con el objeto de
poder reproducir los déficits de memoria en H. M. el propio
William Scoville reprodujo la lesión de H. M., descrita anteriormente en el capítulo 16, en monos Rhesus (Macaca mulatta). Sin embargo, en las primeras evaluaciones de su memoria en tareas de discriminación visual (las cuales implicaban la
comparación demorada de pares de estímulos), no se observó
déficit alguno. Estos primeros resultados negativos obtenidos
tanto en monos como en otros modelos de roedores radicaban
en la naturaleza no declarativa de las tareas. A pesar de la lesión, los animales podían aprender las tareas de forma gradual
445
a través del establecimiento de hábitos, una forma de aprendizaje implícito que, tal como hemos señalado en el capítulo
anterior, depende de la integridad del sistema de los ganglios
basales y no del lóbulo temporal medial (para más información sobre el papel de los ganglios basales en el aprendizaje,
v. Aprendizaje y memoria implícitos, en el cap. 16).
Modelos animales de amnesia: emparejamiento
y no emparejamiento demorado a la muestra
Los primeros modelos animales válidos que permitieron
estudiar la amnesia del lóbulo temporal medial se consiguieron a raíz de evaluar la memoria visual de reconocimiento de
objetos en pruebas de ensayo único.
En 1974, David Gaffan publicó un estudio en el que se evaluaba el efecto de lesiones del fórnix (vía de comunicación
entre el hipocampo y otras estructuras del sistema límbico,
como los cuerpos mamilares) (v. diagrama sobre las vías de
comunicación entre el fórnix y otras estructuras límbicas, en
Fig. 17-4) sobre el rendimiento de monos en una tarea conocida hoy como emparejamiento demorado a la muestra (delayed
matching to sample, DMS).
Esta tarea se compone de una fase de muestra y de una fase
de prueba. En la fase de muestra se presenta a los monos un
objeto. Al desplazarlo, los monos encuentran un trozo de comida que funciona como reforzador. Tras un intervalo de
tiempo determinado (período de demora), se pasa a la fase de
prueba o ensayo de retención, en la cual se presenta el objeto
anterior junto con otro nuevo. Los monos, previamente entrenados para responder seleccionando el objeto familiar, tienen
que juzgar qué objeto fue el presentado en primer lugar, para
Áreas asociativas unimodales y polimodales
(Lóbulos frontal, temporal y parietal)
Corteza
prefrontal
Corteza
cingulada
Corteza
perirrinal
Corteza
parahipocampal
Corteza
entorrinal
Subículo
Circunvolución dentada
Hipocampo
(CA1, CA3)
Amígdala
Estriado
Fimbria-fórnix
Figura 17-4. Conexiones del
hipocampo con el sistema límbico. En azul, vías aferentes hipocampales; en rojo, vías eferentes hipocampales.
04 Sección IV.indd 445
Septo lateral
Cuerpos mamilares
Tálamo anterior
Hipotálamo ventromedial
13/09/13 10:12
446
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
encontrar la comida. Modificando el intervalo entre la fase de
muestra y la de prueba (período de demora), Gaffan observó
que los monos lesionados podían rendir normalmente en intervalos cortos de unos pocos segundos, pero al incrementar
la demanda de memoria con intervalos largos, por encima del
minuto, su rendimiento decaía, demostrando importantes
déficits en memoria. Estos primeros resultados en monos indicaban que la alteración de la función del hipocampo, sin
afectar a las cortezas adyacentes, sería determinante para explicar los déficits de memoria en pacientes con lesión del lóbulo temporal. Sin embargo, el tipo de lesión practicada (transección del fórnix) no reproducía fielmente lesiones extensas
como las del paciente H. M., por lo que se hizo necesario desarrollar nuevos modelos que produjeran similares déficits de
memoria practicando diferentes tipos de lesión.
La confirmación definitiva de un modelo de amnesia en
primates llegó derivada del trabajo de Mortimer Mishkin y
colaboradores con el desarrollo de la tarea de no emparejamiento demorado a la muestra (delayed nonmatching to sample,
DNMS). En esta tarea se mejoraba la adquisición de la regla,
aprovechando la tendencia natural de los monos a dirigirse
hacia estímulos novedosos. Nuevamente, la tarea de DNMS
estaba compuesta por un ensayo de muestra y un ensayo de
retención, separados por un período de demora variable, si
bien en esta versión los monos son entrenados para escoger
el objeto novedoso en la prueba de elección (Fig. 17-5).
Tras el entrenamiento de los monos, Mishkin (1978) les
practicó una serie de lesiones progresivas, extendiendo el
daño desde el hipocampo a la amígdala y a las regiones corticales adyacentes. Al evaluar la memoria de reconocimiento
mediante el empleo de intervalos de retención cortos y largos,
encontró que los mayores déficits se producían con lesiones
combinadas del hipocampo y la amígdala, especialmente en
intervalos largos de retención. Estos resultados fueron confirmados por diversos estudios posteriores, si bien en la actualidad se sabe que la contribución de la amígdala no es tan crítica como la de las regiones corticales adyacentes al hipocampo
que resultaban dañadas al tratar de lesionar al hipocampo o la
propia amígdala.
El modelo de amnesia experimental en primates ha sido
igualmente extendido a roedores. Mumby et al. (1990) desarrollaron una tarea en la que ratas confinadas en una caja
experimental (caja de Mumby), dividida en tres estancias,
podían encontrar comida desplazando objetos, tal como se
había probado con monos. La tarea comienza dejando a las
ratas acceso a un objeto novedoso, el cual exploran y desplazan hasta encontrar el refuerzo (ensayo de muestra). Posteriormente (ensayo de retención), se permite el acceso a la
zona opuesta de la caja experimental, donde se presentan
dos objetos, uno familiar y otro novedoso, bajo el que se sitúa la comida. Siguiendo el paradigma de no emparejamiento a la muestra, las ratas acometerán con éxito este ensayo de prueba si desplazan el objeto novedoso para acceder
a la comida (Fig. 17-6). Las características del diseño de la
tarea permiten modificar el intervalo de retención (período
de demora) y que la prueba se llegue a realizar sin necesidad
de coger al animal, reduciendo posibles efectos de distracción
y estrés en los roedores. Como se había mostrado en el caso
de monos, la memoria de las ratas en esta tarea de DNMS se
ve alterada profundamente con lesiones que afectan al hipocampo y regiones corticales adyacentes en ensayos con intervalos amplios de retención.
¡
En conjunto, los resultados obtenidos en tareas de
DNMS en monos y ratas, los cuales han evidenciado un deterioro del recuerdo con intervalos de
demora grandes, con las habilidades perceptivas y
procedimentales conservadas, suponen una prueba
experimental de un déficit de memoria declarativa
con amnesia anterógrada, similar al presentado
por H. M. La observación de tales déficits tras lesiones combinadas del hipocampo con las cortezas
adyacentes parahipocampal, perirrinal y entorrinal
(v. cap. 16, Figs. 16-13 y 16-14), descartando la amígdala, ponen de manifiesto que éstos son los componentes fundamentales del sistema de memoria del
lóbulo temporal.
Ensayo de muestra
Se presenta un objeto en la posición
central del tablero
Mono Rhesus
(Macaca mulatta)
El mono desplaza el objeto y encuentra
el reforzador
Período de demora
Durante este período se impide el acceso visual del mono
al tablero experimental
Ensayo de retención
Se presenta el objeto familiar junto con
otro nuevo en cada lado del tablero
04 Sección IV.indd 446
El mono desplaza el objeto novedoso y
encuentra el reforzador
Figura 17-5. Tarea demorada de no emparejamiento a la
muestra, empleada en los experimentos con monos.
13/09/13 10:12
Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
Paneles divisores
Objeto a desplazar
Recipiente de comida
Objetos de muestra
Ensayo de muestra
aprendizajes dependientes del sistema de memoria del lóbulo
temporal medial, han sugerido que el rendimiento en memoria va disminuyendo a medida que se hace más corto el intervalo entre el aprendizaje y la lesión. Estos experimentos ponen de manifiesto que las lesiones del lóbulo temporal medial,
tal como sucedía en H. M. y otros pacientes, pueden ir asociadas con una amnesia retrógrada graduada temporalmente. A
pesar de la lesión, la memoria para hechos y sucesos remotos
se ve conservada; sin embargo se puede apreciar pérdida de la
información reciente, adquirida poco antes del traumatismo.
Como consecuencia de estas observaciones, se ha llegado
a la conclusión de que el lóbulo temporal medial y, específicamente, el hipocampo no es el lugar de almacenamiento a
largo plazo de las memorias (Fig. 17-7 y 17-9).
¡
Período de demora
Ensayo de retención
447
El papel del sistema de memoria del lóbulo temporal medial está más relacionado con la adquisición y
consolidación de información y sería el principal encargado de distribuir la memoria a otras áreas corticales para su almacenamiento a largo plazo.
■ FASES DEL PROCESO DE APRENDIZAJE
Y MEMORIA
Figura 17-6. Adaptación de la tarea demorada de no emparejamiento a la muestra, para el estudio de la memoria en roedores
mediante el empleo de la caja de Mumby.
Amnesia retrógrada graduada temporalmente
Una característica fundamental en la amnesia presentada
por H. M. y otros pacientes con lesiones similares es su incapacidad para formar nuevos recuerdos, manteniéndose prácticamente intacta la memoria para los hechos remotos acontecidos años antes del trauma. Esto hizo pensar que el sistema
del lóbulo temporal medial tenía un papel en la memoria limitado a un corto período de tiempo tras el aprendizaje. Debido a las dificultades metodológicas para evaluar de forma
sistemática y fiable la amnesia retrógrada en pacientes, se han
empleado modelos animales para controlar el nivel de entrenamiento en tareas específicas previo a la lesión de estructuras
del lóbulo temporal medial. Los estudios realizados en diferentes especies de roedores y monos evalúan la retención de
material aprendido en función del intervalo de tiempo transcurrido entre el entrenamiento y la lesión. Tomados en conjunto, los resultados obtenidos en distintas especies entrenadas en pruebas de reconocimiento de objetos, y otros
04 Sección IV.indd 447
Actividad metabólica
Reinicio de tarea
En el presente apartado se estudiarán las diferentes fases
que intervienen en la formación de los recuerdos, empezando
por la codificación de la información entrante, siguiendo por el
mantenimiento de la información a largo plazo dependiente de
los procesos de consolidación y reconsolidación y, finalmente,
terminando con los procesos de recuperación de la información
previamente consolidada y almacenada en la memoria a largo
plazo (Fig. 17-8).
En un primer momento, la información disponible en el
entorno accede al sistema nervioso gracias a los canales sensoriales y, a partir de ahí, se produce una codificación rápida,
constituyendo una memoria a corto plazo. La información
retenida en la memoria a corto plazo puede almacenarse por
Demanda energética
H
C
Adquisición
Reactivación
H
C
Tiempo
Consolidación
5 días
25 días
Figura 17-7. Hipocampo y consolidación de memoria. El hipocampo no es el depósito último de la memoria a largo plazo. La
presente figura representa los resultados de un experimento clásico de Bontempi et al. (1999) con ratones. Se trata de un estudio
funcional (sin lesión), en el que se observa que al realizar pruebas
de recuerdo poco después de la adquisición, existe una alta demanda energética para el hipocampo (H). Por otro lado, si se incrementa el intervalo entre la adquisición y la prueba de recuerdo,
se observa que la demanda energética del hipocampo disminuye
en favor de otras áreas corticales (C).
13/09/13 10:12
448
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
g
Codificación
Memoria
sensorial
Información
Consolidación
Memoria a
corto plazo
Memoria a
largo plazo
Recuperación
Figura 17-8. Secuencia temporal en los procesos que intervienen
en el almacén a largo plazo de la información percibida. La información pasa a formar parte de la memoria sensorial, la cual, mediante el proceso de codificación puede formar parte de la memoria
a corto plazo. La práctica y el mantenimiento de la memoria a corto
plazo pueden «convertir» a ésta en información mantenida a largo
plazo mediante la consolidación. La memoria a largo plazo puede recuperarse y hacerse disponible en memoria a corto plazo gracias
al proceso de recuperación.
un período de tiempo y convertirse en contenido a largo
plazo. Posteriormente, la persona puede acceder a dicha información, por lo que un tercer proceso lo constituye la recuperación de los contenidos en memoria. Sin embargo, al recuperar la información a largo plazo, las memorias previamente
consolidadas y resistentes al olvido se tornan nuevamente
lábiles, siendo susceptibles de verse modificadas y alteradas
durante un período de reconsolidación que será descrito más
adelante. Considerando estos procesos (codificación, consolidación, reconsolidación y recuperación), los investigadores
pueden perfilar la fase que es responsable de los olvidos o
fallos de memoria. Existen casos en los que una codificación
deficitaria es la responsable de la falta de recuerdo; en otros,
es la consolidación de la información la que dificulta la formación de las memorias, y, en otros, un problema o dificultad en
el acceso y la recuperación de los contenidos origina la falta de
recuerdo. Por lo tanto, teniendo en cuenta esta clasificación, es
posible asociar diferentes trastornos de la memoria a procesos
selectivamente dañados (v. cap. 8). De igual forma, es posible
tratar de aumentar el rendimiento en pruebas de memoria
maximizando la ejecución en cada una de las fases. Aunque
existen diferentes sistemas de memoria (episódica, semántica,
representación perceptiva y procedimental), éstos no se pueden disgregar de sus fases intervinientes (codificación, almacenamiento-consolidación y recuperación), cuyos mecanismos neurobiológicos se presentan a continuación.
que identificaran las que habían sido presentadas con anterioridad. Es importante señalar que durante la fase de codificación no se les había dado ninguna instrucción de que debían
memorizar las imágenes. De forma similar, otros estudios se
realizaron presentando palabras a los participantes y pidiéndoles explícitamente que las clasificaran como concretas o
como abstractas. Como se apreciará, ambos tipos de experimento pueden encuadrarse dentro de formas de aprendizaje
implícito.
El análisis de los datos obtenidos con neuroimagen funcional consistió en comparar las activaciones cerebrales asociadas a los éxitos en comparación con las asociadas a los fracasos posteriores al reconocimiento. Los resultados evidenciaron
que únicamente un grupo de regiones cerebrales se activaba
diferencialmente antes de emitir un reconocimiento satisfactorio. En el estudio con fotografías, dicha actividad se circunscribió a la corteza prefrontal y parahipocampal de ambos hemisferios. En el estudio que usó palabras como estímulos, las
regiones activadas fueron las cortezas prefrontal y parahipocampal izquierdas. Por lo tanto, dichas regiones, lateralizadas
al hemisferio izquierdo cuando la tarea implica estímulos
lingüísticos, resultan cruciales a la hora de discernir los estímulos correctamente codificados (y reconocidos) de los olvidados. Dicho estudio remarcó el papel esencial de la corteza
prefrontal en la codificación de los contenidos en memoria.
Concretamente, y como se ha señalado en el capítulo 16, se
sabe gracias a los estudios realizados tanto por Joaquín Fuster
et al. (1998) como por Charan Ranganath et al. (2004) que la
porción dorsolateral de la corteza prefrontal se activa diferencial e intensamente cuando se codifican diferentes tipos de
estímulo. La activación de dicha región se ha relacionado con
procesos ejecutivos de alto nivel que teóricamente se encargarían de concebir una estructura coherente de la información
mantenida en la memoria (v. cap. 27).
90
Control
85
Lesión
80
Aciertos %
Mantenimiento
75
70
65
60
55
Codificación: entrada de información
Diversos estudios han podido dilucidar los correlatos neurales asociados al proceso de codificación. Ello se posibilita
gracias a pruebas que permiten registrar de forma separada
los estímulos recordados frente a los estímulos que se han
olvidado (difference due to memory, DDM).
En uno de los experimentos llevado a cabo por Randy Buckner en 1996, se presentó a los participantes una serie de fotografías, que éstos clasificaban como pertenecientes a escenas de interior o de exterior. Treinta minutos después, les
mostraron las fotos mezcladas con otras nuevas, y se les pidió
04 Sección IV.indd 448
50
2
4
8
12
16
Período entre aprendizaje y cirugía
Figura 17-9. Experimento de Zola-Morgan y Squire. Porcentaje de
retención sobre 100 objetos en cuanto a la discriminación de objetos aprendidos aproximadamente 2, 4, 8, 12 y 16 semanas antes
de la lesión bilateral del hipocampo (20 pares por período temporal). En rojo, el grupo de monos que fueron sometidos a la lesión.
En azul, el grupo de monos de control.
13/09/13 10:12
Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
¡
El patrón de activación en tareas que registran la
codificación depende del tipo de material presentado, por lo que se obtienen activaciones frontales
dorsales con información espacial-visual, y frontales ventrales cuando el material es verbal. Cabe señalar que estructuras que pertenecen al lóbulo temporal medial también se hallan activas durante los
procesos de codificación, resultado que tradicionalmente se había observado en estudios con animales.
Fortalecimiento de recuerdos: mantenimiento
y consolidación de memoria
Mantener contenidos en la memoria implica su almacén
temporal y constituye el primer estadio de la posterior consolidación. Los ya famosos estudios llevados a cabo por el equipo
de Joaquín Fuster y Gene Alexander desde 1971 han evidenciado un patrón de actividad sostenida en el tiempo mientras
dura el período de mantenimiento o de demora (v. cap. 16,
Papel de la corteza prefrontal en la memoria de trabajo). A
partir de este estudio pionero, un buen número de trabajos ha
señalado que el mantenimiento de la información con componente verbal implica la actividad de la corteza prefrontal, la
corteza parietal inferior, la corteza frontal inferior, la corteza
premotora y el área motora suplementaria. Existe un cierto
acuerdo en señalar que la región cerebral más implicada en
el almacenamiento de material verbal es la corteza parietal
inferior izquierda, junto con la región temporoparietal. En
cuanto al material espacial –localizaciones–, diversos estudios
han mostrado que su mantenimiento activa preferentemente
regiones de la corteza parietal superior y el surco intraparietal,
mientras que las regiones implicadas en el mantenimiento en
memoria de objetos, caras, etc. se asocia más a la actividad
del lóbulo temporal inferior, como la circunvolución fusiforme (v. en el cap. 16, Memoria de trabajo verbal, Memoria
de trabajo visual).
¡
De los estudios y trabajos revisados se deriva que el
proceso de mantenimiento previo a la consolidación
es fruto de la actividad de una red frontoparietal, con
contribución de estructuras temporales mediales.
Al respecto, se ha documentado la activación del lóbulo temporal medial durante la realización de tareas que requieren el mantenimiento activo de información durante un período de segundos.
El uso de tareas n-back ha resultado muy útil para dilucidar la implicación del lóbulo temporal medial en el mantenimiento de la información. En las tareas n-back se pide al
individuo que monitorice una serie de estímulos y que responda cuando el estímulo que se presenta sea el mismo que
el presentado en n ensayos anteriores, donde n es un número
preestablecido, generalmente 1, 2, o 3. Así, en una tarea 2-back,
el participante debe responder cuando el estímulo presentado
sea el mismo que hace dos ensayos. Esta tarea requiere la monitorización, actualización y manipulación de contenidos en
memoria. Aunque dicha tarea activa selectivamente la corteza
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449
prefrontal dorsolateral, otros estudios han informado activación en el lóbulo temporal medial.
¡
Las regiones del lóbulo temporal medial actúan de
manera coordinada con la corteza prefrontal tanto
para codificar contenidos de información como para
mantenerlos en el tiempo.
El principal neurotransmisor implicado en el mantenimiento de los contenidos en memoria es la dopamina, en concreto, las proyecciones dopaminérgicas del sistema mesocortical del sistema mesolímbico con origen en el área tegmental
ventral del mesencéfalo (v. cap. 21).
En cuanto a la consolidación de la información, se ha diseñado un buen número de experimentos con animales experimentales que aprendían ciertos tipos de material antes de que
se los sometiera a lesiones en la formación hipocampal en diferentes momentos postaprendizaje. En un famoso experimento
con primates llevado a cabo por Zola-Morgan y Squire en 1990,
éstos aprendían a discernir entre dos objetos de un total de 20
pares de objetos diferentes en cinco momentos temporales diferentes: 16, 12, 8, 4 y 2 semanas antes de recibir cirugía (de
forma análoga a los experimentos de amnesia retrógrada graduada temporalmente). En total se contaba con 100 pares de
objetos. El experimento incluyó dos grupos de monos. A un
grupo se le practicó la lesión de forma bilateral en la formación
hipocampal (incluyendo el subículo y la corteza entorrinal). El
segundo grupo de monos constituía el grupo de control, a los
que no se les practicó ninguna lesión. Unas dos semanas después de la cirugía, los investigadores mostraron a los monos
cada uno de los pares que fueron presentados antes de la cirugía, aunque aleatorizados en su orden de presentación. Un primer resultado consistió en observar que los monos de control
recordaron más objetos que habían aprendido recientemente,
en comparación con los objetos que habían memorizado al inicio. De forma llamativa, los monos lesionados rindieron mucho
peor que los monos de control únicamente cuando la lesión se
les había practicado entre 2 y 4 semanas después del aprendizaje (Fig. 17-9). Por lo tanto, y como se ha comentado anteriormente, los resultados apuntan a que la formación hipocampal
no es un repositorio de contenidos de memoria a largo plazo,
puesto que ésta se halla distribuida por toda la neocorteza.
¡
Estos datos, junto con otros convergentes provenientes de estudios con roedores, han llevado a la
conclusión de que el lóbulo temporal medial se halla
implicado principalmente en el mantenimiento de
contenidos en memoria a corto plazo, contenidos
que posteriormente se independizarán de las regiones del lóbulo temporal medial y diencéfalo para
pasar a formar parte de los recuerdos consolidados
en memoria a largo plazo.
En cuanto a los mecanismos celulares, moleculares y sinápticos que intervienen en el proceso de consolidación, cabe
resaltar que éstos se hallan íntimamente relacionados con los
mecanismos de la potenciación a largo plazo, cuyo funcionamiento concreto se explica en el capítulo 6.
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450
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Gran parte del conocimiento sobre los mecanismos implicados en la consolidación de la memoria se deriva de experimentos que emplearon inhibidores de síntesis proteica. El mantenimiento inicial de la información en la memoria es
dependiente de la modificación de las proteínas preexistentes;
sin embargo, a medida que la huella de memoria temporal
decae, los mecanismos que son responsables del almacenamiento y consolidación duraderos se hacen más relevantes.
¡
Diferentes evidencias experimentales revelan que la
consolidación de la memoria depende a nivel celular
de procesos de síntesis de nuevas proteínas. La
nueva síntesis proteica es importante para la consolidación de la memoria, en tanto que los nuevos productos proteicos se hallan asociados con el crecimiento o modificación de contactos sinápticos, lo
que revierte en cambios en la conectividad funcional
entre las neuronas.
En esta dirección, se ha demostrado que la inyección de
inhibidores de la síntesis proteica tras la adquisición de una
información produce déficit de memoria. Alternativamente, se
ha propuesto que la síntesis proteica es necesaria para restaurar los materiales celulares utilizados en la formación de la
memoria, e incluso que dichos procesos de síntesis suponen
un mecanismo de supervivencia y «salud» celular que permite
el uso de recursos metabólicos que posibilitan la conectividad
del sistema nervioso durante la formación de las huellas de
memoria. No obstante, en la actualidad existe todavía un debate abierto sobre si la consolidación de la memoria depende
realmente de estos procesos de síntesis de proteínas.
¿Es necesaria la síntesis proteica
para la consolidación de la memoria?
En contra de las evidencias previamente comentadas, parece que existen circunstancias concretas en las cuales se pueden formar nuevas memorias incluso tras la administración de
inhibidores de la síntesis de proteínas. Por ello, la producción
de nuevas proteínas no se consideraría como una condición
sine qua non para que se consoliden las huellas de memoria.
Se sabe que la amnesia puede atenuarse de manera gradual
aumentando el número de ensayos de entrenamiento e incluso aumentando tanto el período temporal entre ensayos de
entrenamiento como la intensidad del entrenamiento. Además, diversos trabajos recientes han especificado cuál es el
efecto específico de los inhibidores de la síntesis proteica sobre las diferentes fases de la potenciación a largo plazo: durante la fase temprana de la potenciación a largo plazo, la administración del inhibidor no suele tener efecto, aunque la fase
tardía de la potenciación a largo plazo experimenta decaimiento rápido después de la administración de los inhibidores
(para más información sobre las fases temprana y tardía de la
potenciación a largo plazo, consúltese el cap. 6).
Sin embargo, en ocasiones la potenciación a largo plazo es
insensible a los inhibidores de la síntesis proteica, puesto que
la síntesis de proteínas y su degradación deben tener un cierto
balance o equilibro que, por ejemplo, se ha visto que resulta
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esencial para que se produzca potenciación a largo plazo en la
región CA1 del hipocampo. Al respecto, estudios farmacológicos han demostrado que el decaimiento de la fase tardía de la
potenciación a largo plazo inducido por inhibidores de síntesis proteica como la anisomicina puede ser revertido con la
aplicación de inhibidores de degradación proteica, hecho que
demuestra que dicha inhibición de síntesis proteica puede ser
reversible (v. Material web. Enlaces de interés. Importancia de
las proteínas en la formación de las memorias).
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La anisomicina es un antibiótico producido por la
bacteria Stretpomyces griseoulus y tiene la facultad
de inhibir la síntesis proteica.
Diversos trabajos han señalado que los inhibidores de la
síntesis proteica alteran y provocan un déficit de memoria
mediante una depresión de los niveles de activación necesaria (arousal) que se requieren para la formación de las memorias. Los fármacos que reinstauran el nivel de activación
inicial tienen la capacidad de revertir el proceso amnésico
producido por los inhibidores de síntesis proteica, mientras
que aquellos fármacos que, selectivamente, disminuyen el
nivel de arousal producen un aumento del síndrome amnésico. Los estudios clásicos ya apuntaron que la amnesia (producida por el fármaco puromicina) podía atenuarse mediante la administración de una variedad de sustancias,
como la cafeína, la hormona adrenocorticotropa (ACTH) y la
vasopresina, cuando éstas se administraban en un período
temporal cercano al entrenamiento. Ello llevó a pensar que
existen otros mecanismos que alteran la formación de nuevas memorias, más allá de la interferencia en la formación de
nuevas proteínas.
›
La puromicina es un antibiótico que interfiere en el
proceso de traducción e inhibe selectivamente la
síntesis de proteínas en las bacterias sin afectar al
hospedador, causando la terminación prematura de
la síntesis de polipéptidos. La puromicina tiene una
estructura similar al aminoacil-ARNt de la tirosina y
participa en la formación de enlaces peptídicos, produciendo peptidilpuromicina.
De igual forma que sucedía con los estudios clásicos con
puromicina, le siguieron otros estudios con anisomicina y ciclohexamida, cuyos efectos sobre la inhibición de la síntesis
proteica se podían atenuar mediante la administración de
ciertas sustancias (muchas de ellas, estimulantes del SNC),
como anfetamina, estricnina, corticosteroides o nicotina, entre
otras. Sin embargo, es importante resaltar que el efecto atenuador de los fármacos estimulantes que tenían la capacidad
de revertir la amnesia no reducían per se la inhibición de la
síntesis proteica, sino que afectaban directamente al nivel de
activación neuronal que, en consecuencia, atenuaba el efecto
de interferencia de los inhibidores sobre la formación y consolidación de las huellas de memoria.
En los últimos años se ha empezado a dilucidar el mecanismo por el cual fármacos como la anisomicina pueden es-
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Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
tar alterando los procesos de formación de memoria, en tanto
que alteran la liberación de neurotransmisores, en especial de
la noradrenalina. Tras inyecciones en la amígdala de anisomicina se observa un importante incremento de la liberación de
aminas (noradrenalina, dopamina y serotonina), seguido de
una reducción dramática de su concentración, especialmente
de noradrenalina, que se mantiene durante varias horas hasta
recuperar su línea base de concentración en torno a las 48 horas después de la inyección. Para dilucidar si el efecto amnésico de la anisomicina se debía al incremento inicial de liberación de noradrenalina o a su posterior decremento, el equipo
de Paul Gold, de la Universidad de Illinois, administró a un
grupo de roedores un antagonista de receptores adrenérgicos (propanolol) para bloquear las consecuencias del aumento
de liberación de noradrenalina, normalmente observado justo
después de la inyección de anisomicina. Por otro lado, a otro
grupo de roedores se le administró un agonista b-adrenérgico
(clenbuterol), con objeto de compensar la posterior disminución demorada de la liberación de noradrenalina. Inicialmente
se confirmó que inyecciones de anisomicina realizadas 2 horas
antes del entrenamiento en una tarea de evitación pasiva se
asociaban con una importante amnesia en las pruebas de memoria realizadas a las 48 horas postentrenamiento. Posteriormente se observó que al inyectar propanolol 10 minutos antes
de la inyección de anisomicina, se atenuaba el efecto amnésico producido por este inhibidor de síntesis proteica. Por otra
parte, se comprobó que la aplicación de una dosis alta de noradrenalina, 20 minutos antes de comenzar el entrenamiento,
conseguía un efecto amnésico comparable con el producido
por la anisomicina.
Estos resultados sugieren que la amnesia inducida por la
anisomicina está relacionada con el incremento de la liberación de noradrenalina. De esta forma, se ha podido determinar que dosis bajas de noradrenalina pueden mejorar la consolidación de las huellas de memoria, pero que en altas dosis
la noradrenalina puede tener un importante efecto amnésico.
Esta propiedad de la noradrenalina de modular la memoria en
función de su niveles, refleja la base de la relación en forma de
«U» invertida entre el arousal y la memoria, que proponían los
trabajos de principios de siglo de Robert M. Yerkes y John Dillingham Dodson.
Finalmente, con respecto al posible papel de los descensos de noradrenalina que siguen al incremento de su liberación tras la inyección de anisomicina, el grupo de Paul Gold
observó que inyecciones del agonista b-adrenérgico clenbuterol después de la administración de anisomicina, y antes
del entrenamiento, atenúan el efecto amnésico de la anisomicina al compensar la reducción de la liberación de noradrenalina.
En conjunto estos resultados revelan que el efecto amnésico de la inyección intraamigdalina de anisomicina está asociado con la modulación de la liberación de noradrenalina. De
esta forma, el efecto amnésico de inhibidores de síntesis proteica no solo refleja la necesidad de procesos de nueva síntesis
proteica para la formación de nuevas memorias. La inhibición
de la síntesis de proteínas puede estar igualmente asociada
con alteraciones de sistemas de neurotransmisión que ejercen acciones neuromoduladoras sobre la formación y consolidación de la memoria.
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¡
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Los inhibidores de síntesis proteica producen amnesia alterando la liberación de neurotransmisores, en
especial cuando se aumentan de forma significativa
los niveles de noradrenalina.
En resumen, la implicación de procesos de síntesis de proteínas en el proceso de consolidación parece suficientemente
probada, pese a la coexistencia de diversos mecanismos alternativos que podrían llegar a cuestionarla. Sin embargo, en la
actualidad, dichas evidencias no permiten negar la relación
entre síntesis proteica y consolidación-reconsolidación de la
memoria. Además, existen otros acercamientos experimentales concretos que han revelado cambios en la síntesis de proteínas asociadas al entrenamiento. Por ejemplo, incrementos
en la producción de polirribosomas (conjunto de ribosomas
asociados a una molécula de ARNm que realizan la traducción
simultánea de una misma proteína) que son evidentes en las
espinas dendríticas también se asocian con la inducción de
potenciación a largo plazo. Asimismo, estudios de expresión
genética demuestran curvas de expresión y síntesis de diversos productos asociados a la adquisición.
Finalmente, la ventana temporal de la efectividad de los
inhibidores de síntesis proteica coincide con las oleadas de
síntesis, hecho que supone que, por ejemplo, los inhibidores
dejen de ser efectivos (de cara a perturbar la consolidación) a
partir aproximadamente de unas 6 horas después del entrenamiento o adquisición.
Reactivación de las memorias:
proceso de reconsolidación
Hasta este punto, se ha considerado la consolidación de la
memoria como un proceso de estabilización que posibilita la
persistencia en el tiempo de las huellas de memoria. Sin embargo, en los últimos años, esta visión dominante de la memoria se ha puesto en entredicho, debido a un interés creciente en los procesos de reconsolidación (v. Fig. 17-10).
¡
Durante el proceso de reconsolidación, las memorias inicialmente consolidadas pueden volver a un
estado inestable después de que han sido recuperadas, por lo que deben estabilizarse de nuevo para
poder perdurar.
En cuanto a la estabilización de la memoria a largo plazo
(proceso de consolidación) se sabe que existen actualmente
dos tipos de consolidación, los cuales se diferencian tanto en
su duración como en los sistemas cerebrales de los que dependen. En primer lugar, existe un tipo de consolidación que
ocurre desde los primeros minutos hasta las pocas horas después del aprendizaje y que se contempla como una propiedad común y universal a todas las neuronas del cerebro. A
este primer tipo de consolidación se la conoce como consolidación sináptica. El segundo tipo de consolidación tiene una
duración mucho mayor (desde meses hasta años) y se aplica
únicamente a memorias que son inicialmente dependientes
del hipocampo y que, con el tiempo, se reorganizan y pueden
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Figura 17-10. Condicionamiento contextual de miedo utililizado en los paradigmas de
reconsolidación de las huellas
de memoria. La reconsolidación postula que las memorias
consolidadas pueden ser nuevamente dañadas o facilitadas
dentro de un período de tiempo
contingente con la presentación
del recordatorio. Esta reactivación es sensible a la administración de agentes amnésicos,
como la inyección del inhibidor
de la síntesis proteica anisomicina en el núcleo basolateral de
la amígdala.
volverse independientes de la actividad del mismo; a este tipo
de consolidación se la conoce como consolidación de sistemas.
En líneas generales, la teoría de la consolidación de la memoria propone que, una vez que una memoria se consolida,
permanece consolidada (inalterada); sin embargo, la teoría de
la reconsolidación afirma que los procesos de recuperación
de la memoria pueden devolver una memoria fijada o consolidada a un estado inestable, desde el cual se debe reestabilizar
de nuevo la huella de memoria. En este sentido, sabemos que
la información que pasa a formar parte de la memoria a largo
plazo no se deposita de manera aislada en nuestro cerebro,
sino que se intrinca en una red de conocimientos preexistentes. Los estudios pioneros que abordaron la reconsolidación
de la memoria subrayaron el hecho de que una huella de memoria consolidada recientemente podría incluso eliminarse o
borrarse después de su reactivación. Sin embargo, las evidencias de las que disponemos en la actualidad nos muestran que
una experiencia de reactivación efectiva debe necesariamente
implicar un aspecto reorganizativo para poder formar parte
de un nuevo aprendizaje. Es decir, la información nueva debe
integrarse con la preexistente, y a consecuencia de ello, la reconsolidación implica un proceso repetido de modificación de
huellas de memoria. Por tanto, la reactivación de la memoria
sería la primera fase de la recuperación de la huella de memoria durante el proceso de reconsolidación, puesto que en esta
fase se permitiría crear un estado transitorio de la memoria
durante la cual se pueda acceder fácilmente a su contenido y
desde el cual se podrían alterar y actualizar sus contenidos. Finalmente, sabemos que la interrupción del proceso de reconsolidación puede provocar la eliminación de huellas de memoria de tipo declarativo previamente estables. Mediante la
administración de técnicas no invasivas de recuperación y re-
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aprendizaje se puede inducir un estado de amnesia asociada
a reconsolidación 48 horas después de la formación de la huella de memoria original, aunque solamente si el periodo de reaprendizaje es muy cercano a la recuperación. Además, este
efecto amnésico inducido por el periodo de recuperación y reaprendizaje puede persistir durante al menos 24 horas. En definitiva, la memoria declarativa humana puede modificarse de
manera selectiva durante el proceso de reconsolidación.
›
La estricnina es un alcaloide de la nuez vómica y de
otras especies del género Strychnos. Se trata de un
polvo cristalino de color blanco, inodoro y de sabor
amargo, que puede ser ingerido por la boca, inhalado, mezclado en una solución, o inyectado por vía
intravenosa. En dosis elevadas, produce una estimulación del SNC, agitación, dificultad para respirar e
incluso convulsiones, pudiendo ocasionar desde un
fallo respiratorio hasta muerte cerebral. Su aplicación local en la superficie de la corteza cerebral
causa en primer lugar una disminución del umbral
para la estimulación y momentos después provoca
una sincronización de la actividad cerebral.
Existen al menos tres líneas de investigación que apoyan la
existencia de un proceso de consolidación sináptica. En primer lugar, el rendimiento en tareas de memoria decae abruptamente tras la administración de diversos tratamientos poco
después del aprendizaje, por ejemplo, descargas electroconvulsivas o inhibidores de la síntesis proteica. En segundo lugar, el rendimiento decae también en el caso de que nuevos
aprendizajes se den poco después del aprendizaje inicial,
dado que dichos aprendizajes nuevos entrarían en competi-
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Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
ción con los primeros. En tercer lugar, la retención se puede
mejorar gracias a la administración de diferentes compuestos
estimulantes de la actividad del SNC, como la estricnina o la
estimulación eléctrica reforzante (v. cap. 21).
Es interesante destacar que estas tres manipulaciones son
efectivas únicamente después de un período muy breve tras el
aprendizaje, pero no después de períodos más largos (horas).
Estas evidencias llevaron a proponer una teoría general de la
consolidación, según la cual existe una huella de memoria
inicialmente inestable que dura unas horas y una huella de
memoria a largo plazo más permanente.
Debido a esto, la teoría de la consolidación de la memoria
se empezó a bifurcar en dos vertientes distintas. Por un lado,
se contaba con evidencias de que la amnesia para nueva información inducida, por ejemplo, por descargas electroconvulsivas, hipotermia e inhibidores de síntesis proteica se caracterizaba por una incapacidad para recuperar contenidos en
memoria que todavía «existían» en el cerebro. Por otro lado, se
sugirió que las memorias consolidadas podían retornar a un
estado inestable o lábil para después reestabilizarlas minutos
después de su reactivación o recuperación.
De igual forma que con el proceso de consolidación, el
conocimiento sobre el proceso de reconsolidación también
se nutre principalmente de tres líneas de investigación. La
primera de ellas se refiere a que el rendimiento en tareas de
memoria se ve menoscabado con la administración de descargas electroconvulsivas poco después de la reactivación de
los contenidos en memoria. En segundo lugar, el rendimiento también puede verse alterado si se produce el aprendizaje de nuevos contenidos en momentos cercanos a la reactivación de los contenidos originales y, en tercer lugar, la
retención de un aprendizaje puede mejorar gracias a la administración de estimulantes como la estricnina, o la estimulación eléctrica reforzante (v. cap. 21) poco tiempo después
de la recuperación.
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Los trabajos en el campo de la reconsolidación vivieron su auge gracias a su implicación en el condicionamiento auditivo de miedo en roedores (v. también
cap. 25). El condicionamiento de miedo y su consolidación dependen de un sistema de memoria emocional en el que distintos núcleos de la amígdala,
como el núcleo basolateral desempeñan un papel
esencial. El equipo de Karim Nader, de la Universidad de McGill (Montreal, Canadá) comprobó en roedores que inyecciones del inhibidor de síntesis proteica anisomicina aplicadas poco después de la
reactivación de una memoria emocional «devuelve»
las memorias de miedo previamente consolidadas
otra vez a un estado lábil o inestable (Fig. 17-10). En
este estado inestable, las huellas de memoria podían ser modificadas y alteradas mediante la administración de anisomicina directamente en el núcleo
basolateral. De forma llamativa, el deterioro de memoria únicamente se producía con inyecciones aplicadas tras la reactivación de la memoria, sin observarse deterioro alguno en la respuesta de miedo
condicionado cuando se administraba el fármaco sin
que se hubiera producido una reactivación previa de
la memoria condicionada.
¡
453
Estos hallazgos pusieron en tela de juicio la teoría
de la consolidación y llevaron a proponer que la memoria a largo plazo consiste en un estado intermedio entre la consolidación y la reactivación. En consecuencia, se planteó al respecto un enfoque
dinámico, englobado en una teoría que postulaba
que la memoria consiste fundamentalmente en dos
estados: un estado activo en el cual memorias nuevas y memorias «reactivadas» son altamente susceptibles de ser deterioradas, y un estado inactivo, en
el cual las memorias se estabilizan en el tiempo;
esta teoría permitiría conciliar la teoría de la consolidación con la teoría de la reconsolidación.
Correlatos celulares y moleculares
del proceso de reconsolidación
En la actualidad, se conocen algunos de los mecanismos
celulares y moleculares responsables del proceso de reconsolidación, especialmente en asociación con la fase tardía de la
potenciación a largo plazo. Como se ha comentado anteriormente, la potenciación a largo plazo suele requerir, aunque no
en todas las circunstancias, de la síntesis proteica para su estabilización, para que pueda persistir en esta fase tardía, hecho
que se considera como uno de los hitos de la consolidación de
la memoria. Sin embargo, también se sabe que si se administra el inhibidor de la síntesis proteica anisomicina 2 horas
después de la inducción de potenciación a largo plazo, ésta no
tiene ningún efecto en la fase tardía de potenciación a largo
plazo. En cambio si se reactiva primero la huella de memoria
mediante una estimulación de alta frecuencia mientras se administra el inhibidor, la potenciación a largo plazo permanece
por un breve período de tiempo, para disiparse después. Este
hallazgo sugiere que la reactivación de la potenciación a largo
plazo en fase tardía puede retornar a una fase lábil, en la cual
se vuelve a requerir la síntesis proteica para reestabilizarse.
A nivel molecular, parece que el bloqueo del proceso de
reconsolidación provoca una inversión de los correlatos moleculares asociados a la potenciación a largo plazo, por ejemplo,
una disminución en el número de receptores de tipo AMPA
(ácido a-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico)
postsinápticos, que median en la mayor parte de las respuestas sinápticas excitadoras rápidas inducidas por el transmisor
glutamato en el SNC de los mamíferos. Sin embargo, en ausencia de la reactivación de la memoria, esta inversión del
proceso no tiene lugar. En seres humanos, por ejemplo, se ha
demostrado que el aprendizaje de nuevas secuencias motoras
interfiere sobre los aprendizajes de secuencias previas y sobre
la memoria episódica. En roedores se ha comprobado igualmente que el condicionamiento de miedo puede alterarse si la
señal (p. ej., estímulo incondicionado) se presenta en solitario,
sin asociarse con ningún estímulo aversivo, seguido de un
ensayo de recuperación. Este entrenamiento en el cual un estímulo condicionado se presenta de forma repetida, sin que se
le empareje ningún estimulo incondicionado, es un procedimiento de extinción porque provoca una reducción gradual de
la respuesta condicionada.
La extinción de la respuesta condicionada conduce a la
formación de una huella de memoria que inhibe (pero no eli-
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
mina) la expresión de la huella previamente adquirida. Una
evidencia que apoya esta idea consiste en que después de que
la extinción haya inhibido el aprendizaje previo, con el paso
del tiempo, tanto el cambio del contexto en el que se produjo
la extinción como la nueva presentación del estímulo incondicionado elevarían otra vez la probabilidad de responder de
una manera similar previa a la extinción (v. Material web.
Contenido complementario. El efecto «Umbral de la puerta»
[The doorway effect]).
Es importante resaltar en este punto que la extinción inmediata, pero no demorada, después de la inducción de la
reconsolidación provoca una reducción en la tasa de disparo
que resulta insensible a la recuperación y a la reinstauración
de las memorias en roedores y en seres humanos, respectivamente. Este proceso reduce la fosforilación de los receptores
de glutamato (GluR1), un marcador molecular del proceso
de reconsolidación, en la amígdala después de extinción
tras reactivación, aunque únicamente si la extinción se aplica
inmediatamente después de la reactivación. Por lo tanto, la
recuperación de los contenidos de información en una sesión
posterior a la extinción provoca una mayor disminución de
la huella de memoria (condicionamiento de miedo) que la
extinción por sí sola.
¡
La actualización o la recuperación de los contenidos
de memoria se modifican mediante la reconsolidación, e incluso mediante la alteración del proceso de
reconsolidación por medio de la interferencia provocada por nuevos aprendizajes.
No todos los tipos de memoria parecen ser
susceptibles a la reconsolidación
Existen ciertos límites en cuanto a los tipos de memoria o
situaciones de aprendizaje que se pueden reactivar y reconsolidar. Por ejemplo, se han caracterizado los efectos del
entrenamiento sobre el condicionamiento auditivo de miedo
(v. cap. 25), cuyas huellas de memoria son susceptibles de reconsolidación (por administración de anisomicina). Dicho
entrenamiento puede modular los límites de condicionamiento auditivo de miedo en la amígdala basolateral. Al respecto, se sabe que después de 10 emparejamientos (durante
el condicionamiento de miedo) en la fase de entrenamiento
(en lugar de un solo emparejamiento), la huella memoria no
sufre un proceso de reconsolidación 2 o 7 días después del
entrenamiento, incluso tras aplicar múltiples protocolos de
reactivación. Sin embargo, tras 30 o 60 días después del entrenamiento, sí se puede inducir el proceso de reconsolidación.
Es importante recalcar que este período de 30-60 días es similar al tiempo que lleva la consolidación de memoria contextual
de miedo en roedores, cuya expresión depende del hipocampo. Por lo tanto, se ha sugerido que el hipocampo puede
ser un mediador de los límites de la reconsolidación. Ello se ha
podido confirmar tras lesionar el hipocampo dorsal de los
roedores, cuyas huellas de memoria (que eran inicialmente
resistentes a la reactivación con anisomicina) se volvieron
sensibles y lábiles de nuevo, hecho que sugiere que los límites
de los procesos de reconsolidación se pueden alterar. A nivel
04 Sección IV.indd 454
molecular, los receptores glutamatérgicos de tipo NMDA (Nmetil-D-aspartato) deben activarse en la amígdala basolateral
durante el proceso de reactivación para que una huella de
memoria de miedo ya consolidada pueda retornar a un estado
lábil desde el cual reconsolidarse.
›
Amnesia: un posible déficit de reconsolidación. En
la actualidad, las evidencias disponibles no permiten
afirmar rotundamente si la amnesia consiste en un
déficit de almacenamiento o si se caracteriza por
una dificultad en el proceso de recuperación, puesto
que los paradigmas de estudio utilizados hasta la fecha no han permitido diferenciar claramente entre
estos dos procesos. En los diferentes trabajos que se
han llevado a cabo, se han utilizado paradigmas que
implican la inducción experimental de amnesia, para
después inducir el recuerdo mediante una clave y
poder así observar si la huella de memoria puede
ser reinstaurada. Dichos procedimientos incluyen,
por ejemplo, la espera de un período de tiempo (recuperación espontánea), la realización repetida de
ensayos de retención, la exposición al estímulo incondicionado en un contexto diferente (reinstauración), la exposición al estímulo condicionado y la
exposición al contexto condicionado. Todavía persiste el debate en cuanto a si la recuperación exitosa
se puede interpretar o no como una indicación de
que la huella de memoria estaba presente, aunque
inhibida. Es decir, si la amnesia consiste en un déficit
de recuperación, ello implicaría que los contenidos
de memoria existen; por el contrario, si las huellas
de memoria no se pueden recuperar, ello podría suponer que la amnesia se caracteriza más por un déficit en el almacenamiento de la información que por
una dificultad o imposibilidad para su recuperación.
Mecanismos neurobiológicos
de la recuperación de la información
Una vez que se han consolidado los contenidos en la memoria a largo plazo, puede surgir la necesidad o la voluntad de
evocarlos y acceder a ellos, lo que se efectúa mediante un proceso denominado recuperación. Los primeros estudios sobre las
bases neurobiológicas de la recuperación de la información
sorprendieron a la comunidad científica, puesto que se descubrió que los correlatos neurales de la recuperación son asimétricos con respecto a la codificación (v. cap. 18), especialmente
en lo que respecta a regiones prefrontales ventrolaterales. La
corteza prefrontal ventrolateral derecha parecía tener un papel
fundamental en la recuperación de contenidos en memoria
(cuyo homólogo en el hemisferio izquierdo se hallaba implicado en la codificación, como se ha señalado). Algunos estudios posteriores, sin embargo, mostraron que la actividad de la
corteza prefrontal ventrolateral refleja un proceso de selección
de la información, que se coordina con la actividad de la corteza prefrontal dorsolateral. Es importante señalar en este
punto que la calidad del recuerdo y, por extensión, de su recuperación, se halla directamente relacionada con la profundidad
del procesamiento. Por ello, se puede predecir que aquellos
eventos que se han procesado de una manera más profunda se
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Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
recordarían mejor que aquellos que se procesan de manera
superficial. Los resultados obtenidos con resonancia magnética
funcional coinciden en afirmar que la actividad del lóbulo temporal medial aumenta en función del grado de profundidad y
calidad del recuerdo. Como ya se ha comentado, diferentes
estructuras del lóbulo temporal medial también resultan esenciales para el aprendizaje relacional y asociativo, por lo cual se
sabe que éste resulta crucial también para la recuperación de
experiencias que exigen asociaciones entre objetos, estímulos
y lugares. Al respecto, se sabe que la corteza perirrinal y el hipocampo muestran un incremento diferencial de su actividad
para eventos (palabras) recordadas, en comparación con palabras no recordadas u olvidadas. En definitiva, la activación de
las regiones del lóbulo temporal medial durante la fase de codificación se asocia a una mejor recuperación posterior, e incluso los eventos que mejor se recuerdan son los que generan
mayor actividad en el lóbulo temporal medial (Fig. 17-11).
Reconocimiento
de ítems verdaderos
Reconocimiento
de ítems falsos
A
C
B
D
Alta confianza > baja confianza en la respuesta
Baja confianza > alta confianza en la respuesta
Figura 17-11. Activaciones cerebrales asociadas con el falso recuerdo. Para el corrrecto reconocimiento, las respuestas en las
que los participantes tenían un alto grado de confianza (en amarillo) (A) se asociaron con actividad en el lóbulo temporal medial,
y las respuestas con un bajo grado de confianza (en azul) (B), con
la actividad frontoparietal. Para el falso reconocimiento, las respuestas con un alto grado de confianza (en amarillo) (C) se asociaron con actividad frontoparietal, y las respuestas con bajo grado
de confianza (azul) (D), con actividad en el lóbulo temporal medial.
Los resultados apoyan la hipótesis de que la confianza con que la
persona emite respuestas sobre acontecimientos que han sucedido y que ha reconocido está mediada por el lóbulo temporal medial, mientras que el falso reconocimiento está mediado por la actividad de una red frontoparietal.
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¡
455
La actividad del lóbulo temporal medial influye en
la calidad del recuerdo: cuanta mayor actividad de
dicha región tanto en la fase de codificación como
en la fase de recuperación, mayor probabilidad de
que la información presentada sea recordada adecuadamente.
Neurobiología de los falsos recuerdos:
creación de ilusiones
El cerebro humano no funciona como una cámara de vídeo, puesto que no proporciona una grabación exacta de los
eventos, que se puedan reproducir cuando se desee. Las memorias para eventos específicos se construyen tanto durante
la codificación como durante su recuperación, lo cual convierte a la recuperación en un proceso muy proclive a errores.
Por lo tanto, el estudio de tales errores puede proporcionar
información muy valiosa sobre el funcionamiento de la memoria humana, en especial, en los casos en los que un evento
que únicamente se ha imaginado se recuerda como si realmente hubiera ocurrido. En ocasiones, puede tenerse la sensación de tener recuerdos que no se corresponden con la
realidad. En un clásico ejemplo de memoria implícita, los individuos del estudio leen la siguiente lista de palabras: dulce,
chocolate, zapato, mesa, caramelo, caballo, coche, pastel, café, muro,
libro, galleta y sombrero. Después de un período de unos minutos, escuchan otra lista de palabras, que incorpora tanto palabras de la primera lista, como otras palabras nuevas.
Posteriormente, se les pide a los individuos que identifiquen
las palabras que estaban en la primera lista y además se les
insta a que indiquen cuán seguros están de su identificación.
Una de las palabras incorporadas en la segunda lista (y que no
figuraba en la primera) es, por ejemplo, azúcar. La mayoría de
los individuos no sólo afirman que la palabra azúcar se encontraba en la primera lista, sino que están seguros de que así era.
Éste es un claro ejemplo de la facilidad con la que el cerebro
humano forma falsos recuerdos. Una de las teorías que explican
dicho efecto se conoce como la teoría de la respuesta asociativa
implícita, propuesta por Benton J. Underwood en 1965. Esta
teoría se basa en un modelo de activación genérico que propone una red de memoria con ítems conectados semánticamente. Durante la codificación de la lista de ítems, los ítems
relacionados con ellos también se activan de forma implícita.
Cuando se les realiza la prueba de recuerdo, los participantes
recuerdan no solamente los ítems de la lista, sino también recuerdan elementos asociados semánticamente, que nunca
formaron parte de la lista, durante la fase de codificación.
Otras teorías defienden que la creación de falsos recuerdos
no depende tanto de la fase de codificación, sino que se asocia
más a un proceso deficitario de comprobación de la fuente de
información durante la recuperación. Según estas teorías, los
falsos recuerdos resultan no solamente de la activación de
ítems relacionados semánticamente, sino también de un proceso deficitario de comprobación durante la recuperación. Es
decir, los participantes no son capaces de determinar si los
asociados activos fueron presentados en la lista original o si
únicamente pensaron en dichos ítems a medida que la lista se
iba presentando.
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456
Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
Pero, ¿qué sucede en el cerebro cuando la persona recuerda
información que nunca estuvo allí? Una posible explicación la
proporcionan los estudios que han empleado técnicas de neuroimagen funcional. En primer lugar, cabe resaltar que cuando
se imaginan escenas visuales, muchas de las áreas activadas en
el cerebro (p. ej., el lóbulo occipital) son las mismas que se activan al percibir realmente las imágenes de la realidad, como demostraron los trabajos realizados por Stephen Kosslyn et al. en
1999. Ello sugiere que la percepción y la imaginación pueden
tener representaciones que se solapan en la corteza cerebral.
Incluso, la imaginación muy vívida de un evento puede llevar a
la formación de trazas de memoria que son indistinguibles de las
trazas que se habrían formado con la percepción real del evento
(v. Material web. Enlaces de interés. Cerebros diferentes en personas que generan falsos recuerdos y Sesgos que modifican los
recuerdos). Esta idea es congruente con estudios que demuestran que la memoria episódica reside en redes neuronales distribuidas involucradas en la codificación del evento, y que son reactivadas cuando se trata de recuperar el evento de la memoria.
Se ha propuesto que los procesos de reconsolidación pueden estar en la base de las falsas memorias o de las distorsiones de los contenidos de memoria. Por ejemplo, en un estudio
reciente se entrenó a grupos de roedores para asociar un tono
con una descarga eléctrica en sus patas, y se les administró el
mismo par tono-descarga al segundo día de su entrenamiento.
Al tercer día se realizó una fase de prueba para comprobar su
grado de retención. La segunda sesión de entrenamiento inducía la reconsolidación de la huella de memoria para el primer entrenamiento. Sin embargo, la utilización del paradigma
de condicionamiento de miedo asociando un contexto concreto con una descarga eléctrica (en las patas) llevó a los investigadores a cuestionarse si el incremento de la respuesta de
miedo condicionada entre el segundo día (antes de la presentación de la descarga eléctrica plantar) y el tercer día se debía
o no a un proceso de consolidación o bien a un proceso de
reconsolidación. Los autores demostraron que únicamente los
procesos de reconsolidación parecían bloquear el incremento
asociativo observado en la segunda sesión, puesto que la
fuerza asociativa del condicionamiento permanecía constante
al segundo y al tercer día. Por lo tanto, parece que uno de los
mecanismos funcionales de la reconsolidación que afecta a las
distorsiones de memoria y a los falsos recuerdos consiste en
actualizar y aumentar las huellas de memoria existentes.
En un estudio llevado a cabo por Brian Gonsalves et al. en
2004, se halló que los participantes a veces afirmaban haber
visto fotos de objetos que habían imaginado, pero no visto
realmente, y pudieron asociar el falso recuerdo con la actividad en la precuña (precuneus) y la corteza parietal inferior
durante la fase de codificación. Además, el grado de activación
de dichas regiones aumentaba la probabilidad del falso recuerdo posterior, por lo cual se pudo atisbar que dichas regiones participaban activamente en la formación de falsos recuerdos. Asimismo, gracias a los estudios realizados por el
grupo de Randy Buckner et al., se sabe que la corteza prefrontal ventrolateral se halla implicada en el procesamiento semántico que, en paradigmas que buscan generar falsos recuerdos, aumentan su actividad no sólo con hechos reales,
sino también con asociados semánticos no estudiados. Desde
los estudios de Moscovitch (1992) y de Moscovitch y Winocur
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(2002) de la Universidad de Toronto (Canadá), se sabe que el
lóbulo temporal medial se halla implicado en el procesamiento de un evento conscientemente procesado, pero no en
procesos inconscientes. Por lo tanto, dicha región cerebral
varía su patrón de actividad cuando se comparan ítems que
fueron realmente vividos con aquellos que no lo fueron. Las
regiones perceptivas y sensoriales de la corteza también desempeñan un papel importante en la formación de recuerdos
verdaderos y recuerdos falsos. Las regiones visuales primarias
son sensibles a las propiedades sensoriales de los estímulos y,
por lo tanto, es más probable que se activen durante la formación de recuerdos provenientes de escenas vividas. Sin embargo, las regiones visuales secundarias son también sensibles
a la naturaleza semántica y asociativa de los estímulos, y por
ello es mucho más probable que éstas se activen también durante la formación de falsos recuerdos (v. Material web. Enlaces de interés. Cerebros diferentes en personas que generan
falsos recuerdos y Sesgos que modifican los recuerdos).
Por último, como se ha señalado, la corteza prefrontal también desempeña un papel importante en la formación de falsos recuerdos. En un interesante estudio que utilizó espectroscopia por infrarrojo cercano (near-infrared spectroscopy,
NIRS) (v. cap. 4 y cap. 19) se halló un incremento de la respuesta hemodinámica en la corteza prefrontal izquierda durante la fase de codificación asociada con un posterior falso
recuerdo, por lo que dicha región parece contribuir a la creación de falsas memorias. El equipo de Hongkeun Kim y Roberto Cabeza ha mostrado recientemente que la actividad
cerebral localizada durante la fase de codificación en la corteza
prefrontal ventrolateral izquierda y regiones visuales secundarias de la corteza occipital es equivalente al formar recuerdos
verdaderos y al formar falsos recuerdos. Además, la actividad
durante la fase de codificación localizada en el lóbulo medial
temporal posterior izquierdo y en áreas visuales primarias
contribuye a la formación de memorias verdaderas, o recuerdos con correlato en la realidad. Sin embargo, la actividad
cerebral asociada con la formación de falsos recuerdos mostró
activación en la corteza parietal posterior derecha. Sus resultados implican que la formación de recuerdos es una consecuencia involuntaria de procesos de codificación semántica y
visual (v. Material web. Contenido complementario. Síndrome
de Korsakoff: amnesia y fabulación).
›
Los resultados de los estudios revisados señalan
que las regiones visuales primarias y el lóbulo temporal medial son fundamentales para la creación de
recuerdos verdaderos. Sin embargo, regiones como
la corteza prefrontal, la corteza parietal inferior y
posterior y regiones visuales secundarias pueden
ser fundamentales a la hora de crear realidades que
no fueron percibidas, sino construidas o elaboradas
por el cerebro en ausencia de una experiencia perceptiva concreta.
Un caso especial: la supermemoria de los savants
Existen personas que pueden llegar a desarrollar una capacidad memorística muy por encima de lo normal. En un buen
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Capítulo 17. Mecanismos sinápticos y moleculares del aprendizaje y la memoria
número de ocasiones, dichas capacidades emergen como «islotes de conocimiento» en personas con trastornos del espectro autista (TEA) y, sin duda, el caso más conocido (ficticio) es
el de Raymond Babitt, interpretado por Dustin Hoffman en la
película Rain man (1988). El personaje representado en Rain
man se inspiró en el caso real de Laurence Kim Peek, un varón
norteamericano de 57 años que ha memorizado más de 6.000
libros y que cuenta con un conocimiento enciclopédico en
materias como geografía, música, literatura, historia, deportes
y en otras nueve áreas de conocimiento. Kim Peek es, además,
capaz de nombrar todos los códigos postales de los Estados
Unidos. Del mismo modo, ha memorizado los mapas de la
cubierta de los listines de teléfono y puede relatar de forma
precisa cómo ir desde una ciudad de los Estados Unidos a otra
e incluso conducir por esa ciudad calle por calle sin equivocarse. Presenta también una capacidad de cálculo fuera de lo
común, y recientemente ha demostrado poseer un talento
musical muy considerable. También resulta muy llamativa su
extraña capacidad para la lectura rápida: es capaz de escanear
simultáneamente una página con el ojo izquierdo y la otra con
el derecho. El análisis de sus imágenes por resonancia magnética mostró macrocefalia, agenesia de cuerpo calloso y daño
permanente en el cerebelo.
›
Frecuentemente se ha relacionado a los trastornos
del espectro autista, la ceguera y la deficiencia cognitiva con una mayor frecuencia de aparición de casos –alrededor de uno entre diez– con talentos extraordinarios. Alrededor del 50 % de las personas
que presentan estos síntomas están afectados por
un TEA, mientras que el otro 50 % padece otras formas de daño o enfermedad del SNC. Dichos talentos
o «islotes de conocimiento» suelen ir asociados a
una capacidad de memorización fuera de lo común.
A las personas con dichos talentos extraordinarios
se las suele incluir en el denominado síndrome del
savant o síndrome del sabio (v. Material web. Enlaces
de interés. Síndrome del sabio).
Se conocen numerosos casos de personas con el síndrome
del savant; por ejemplo, Darold A. Treffert, de la Universidad
de Wisconsin, describió el caso de una persona ciega con TEA
que, aparte de una gran agudeza para la música, mostraba
una capacidad asombrosa para la localización espacial y unas
habilidades muy precisas para saber la hora exacta del día,
sin la necesidad de consultar un reloj ni otros instrumentos.
El primer informe de un paciente con el síndrome del savant
descrito en una revista científica data de 1783: fue el interesante caso de Jedediah Buxton, un varón que mostraba una
excepcional capacidad para el cálculo mental y una memoria
inusual. Aunque a éste le siguieron las descripciones de casos que incluían detalles medianamente precisos, la que se
considera como primera descripción específica y detallada
de un caso con el síndrome del savant fue efectuada por el
Dr. J. Langdon Down (quien describió en la misma época el
síndrome de Down) en la conferencia anual Lettsomian, que
impartió invitado por la Sociedad de Medicina de Londres.
En esa conferencia, el Dr. Down ofreció una reflexión sobre
sus 30 años en el Hospital Earlswood (Surrey, Reino Unido)
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457
en la cual describió una interesante clase de casos que denominaba sabios idiotas (idiot savants), a quienes había tenido
oportunidad de estudiar. Durante esa conferencia, presentó
diez informes detallados de personas con facultades especiales,
muy similares a los que se conocen en la actualidad, más de
un siglo después. Uno de sus pacientes había memorizado
el libro El apogeo y la caída del imperio romano, y era capaz
de reproducirlo incluso al revés. En otros casos, relataba las
capacidades extraordinarias de niños para la pintura, en combinación con una excepcional memoria.
Se piensa que dichas capacidades (especialmente las mnésicas) son consecuencia de una preocupación obsesiva por la
memorización de datos sobre música, deportes, números de
matrícula, mapas, hechos históricos u otros aspectos, como
sonidos de motores, etc. Así, los intereses de los sabios suelen
centrarse en conocimientos estancos, gobernados por reglas,
altamente estructurados, con muy poco componente creativo
y flexible (aunque se sabe que pueden conservar ciertas capacidades creativas). Diversos trabajos apuntan hacia la posibilidad de que un mecanismo explicativo para tal combinación
de talento consista en una disfunción del hemisferio izquierdo,
en combinación con una actividad de tipo compensatorio por
parte del hemisferio derecho.
Recientes estudios parecen también señalar que la actividad cerebral de las personas con «supermemoria» se suele
apoyar más en regiones visuales (occipitales), en lo que se
postula como un estilo de procesamiento memorístico con
estrategia visual. Otros trabajos han señalado que los individuos «supermnésicos» poseen una agudeza sensorial superior
e incluso una excelente capacidad de atención selectiva. En
uno de los pocos estudios de grupo con savants, se halló que
éstos tenían una estructura diferente en su organización semántica de la memoria a largo plazo. Ello puede derivarse de
una mejor huella de memoria debido a un proceso de codificación que en la fase de entrada sensorial preferente sesga la
entrada hacia un tipo concreto de información.
Por otra parte, los estudios neuropatológicos que han estudiado los cerebros de las personas con un TEA son todavía
escasos y contradictorios, aunque existen algunos estudios
morfométricos que coinciden en informar un mayor tamaño
en áreas cerebrales implicadas en el desarrollo de habilidades
sociales, comunicativas y motoras, como el lóbulo frontal, el
cerebelo y estructuras del sistema límbico como el hipocampo
y la amígdala. Existe incluso una mayor prevalencia de macrocefalia en niños con TEA, posiblemente debido a un período de
excesivo crecimiento cerebral. Estudios anatomofuncionales
de conectividad han asimismo revelado patrones anormales de
conectividad entre los distintos componentes corticales y subcorticales del sistema límbico.
Supermemoria en el trastorno por espectro
autista: correlatos moleculares y celulares
Estudios recientes han puesto de manifiesto que existen
algunos déficits a nivel molecular que pueden interferir con
los procesos de síntesis proteica, hecho que podría asociarse
con el desarrollo del síndrome del savant. Los modelos animales que se han servido de mutaciones genéticas dirigidas, que
causan TEA en seres humanos, muestran de forma congruente
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Sección IV. Atención, aprendizaje y memoria
una función sináptica alterada: una conectividad sináptica
excesiva o muy disminuida, junto con alteraciones en el balance
excitación/inhibición de las sinapsis. Analizando la relación entre
sinapsis excitatorias y sinapsis inhibitorias, se ha constatado
que en el cerebro de los autistas existen o demasiadas sinapsis
excitatorias o muy pocas (e incluso demasiado fuertes o demasiado débiles).
En este punto, la investigación sobre los productos génicos
(proteínas) puede ofrecer una visión mucho más completa de
los mecanismos moleculares subyacentes a la supermemoria
de las personas con TEA. Así, la plasticidad característica de
los «islotes de conocimiento» en el TEA puede ser ocasionada
por una disfunción de la síntesis proteica. En la actualidad se
piensa que la hiperplasticidad hipocampal en TEA se caracteriza por una retención disfuncional o incluso una mayor extinción de la memoria inhibitoria. Puesto que durante los nuevos
aprendizajes se sintetizan nuevas proteínas que permiten interacciones asociativas y competitivas entre sinapsis vecinas
que experimentan potenciación y depresión a largo plazo, ello
puede producir un cambio del peso sináptico, hecho que modifica las representaciones de memoria a largo plazo. La alteración de las proteínas disponibles, o la desregulación de la
síntesis proteica neuronal podrían interferir en el establecimiento de patrones apropiados de modificación sináptica. En
concreto, una mayor disponibilidad de proteínas relacionadas
con la plasticidad en TEA promueve la consolidación de cambios sinápticos que, de otra manera, se perderían. Por lo tanto,
existe la posibilidad de que la excesiva captura sináptica y la
consolidación puedan permitir un incremento en la formación
de memorias a largo plazo y de ahí, las superiores capacidades
en memoria declarativa de los savants.
Otro aspecto que es interesante destacar es que, habitualmente, la consolidación efectiva de los contenidos de memoria se produce tras la exposición repetida a la información
nueva; sin embargo, los individuos con «supermemoria» poseen una capacidad destacada para el aprendizaje tras una sola
exposición a la información nueva.
¡
En algunos casos de TEA se han descrito mutaciones
de genes que codifican para neuroliguinas y sus proteínas asociadas. Las neuroliguinas forman una familia de moléculas de adhesión postsinápticas, mediante las cuales se comunican las neuronas. Las
neuroliguinas localizadas postsinápticamente interactúan con las neurexinas localizadas presinápticamente. La interacción entre neurexinas y neuroliguinas determina la organización de los contactos
sinápticos, promoviendo su diferenciación presináptica y postsináptica, respectivamente, lo que implica
un papel crucial en la regulación de la transmisión
excitatoria e inhibitoria. En seres humanos se han
descrito cinco neuroliguinas (Nlgn-1 a Nlgn-5). Katsuhiko Tabuchi, de la Universidad de Texas y sus colaboradores hallaron en roedores una mutación en la
neuroliguina 3 (Nlgn-3), la cual aumentaba la inactividad de las sinapsis inhibitorias del cerebro. Esta
misma mutación de la Nlgn-3 ya había sido hallada
en dos hermanos con TEA, hecho que en los últimos
años ha suscitado un gran interés por conocer el papel de estos complejos neurexina-neuroliguina, y su
implicación en el autismo y, por extensión, en los
mecanismos responsables de sus «islotes de conocimiento», en los que el denominador común parece
ser una capacidad mnésica prodigiosa.
En resumen, el conocimiento actual sobre los mecanismos
moleculares y celulares de la «supermemoria» de los savants
proviene de modelos animales que han estudiado los productos génicos al dirigir mutaciones que en seres humanos provocarían TEA. Los correlatos neurales de dichos modelos
apuntan a un déficit en el balance excitación/inhibición a nivel
sináptico, hecho que puede modular al alza la síntesis proteica
tras muy pocas exposiciones a material nuevo, lo cual produciría, a la vez que un déficit cognitivo, una capacidad para la
consolidación mnésica.
■ BIBLIOGRAFÍA
En el caso de las capacidades prodigiosas de memoria de los savants, una excesiva síntesis proteica podría promover una captura sináptica rápida y eficiente, con una mayor consolidación de las huellas
de memoria hipocámpicas, en paralelo con un déficit
cognitivo propio de los TEA. Ello implica que la «supermemoria» y el déficit cognitivo de los TEA son las
dos caras de una misma moneda.
Otras evidencias que apoyan esta línea de evidencia consisten en la identificación de mutaciones asociadas al TEA, que
afectan a las moléculas de adhesión sináptica (neuroliguinas),
por lo que se sugiere que las anormalidades a nivel sináptico
pueden tener un papel fundamental. Al respecto, se sabe que
las neuroliguinas estabilizan las nuevas sinapsis y especifican
sus propiedades funcionales, regulando el balance entre la
transmisión excitatoria y la inhibitoria. De igual forma, la síntesis proteica alterada puede alterar el balance entre la excitación y la inhibición por medio de un fortalecimiento o debilitación de las sinapsis excitatorias, con relación a las inhibitorias.
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Parte I
Neuropsicología
SECCIÓN V
Especialización hemisférica
y representación simbólica
18. Especialización hemisférica
19. Lenguaje
20. Representación numérica
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Especialización hemisférica
18
Ll. Andreu Barrachina
a Resumen conceptual
✓ Como se ha estudiado en el capítulo 3, el cerebro humano presenta claramente dos partes bien diferenciadas, que
se conocen con el nombre de hemisferios cerebrales.
✓ Cada uno de estos dos hemisferios recibe las sensaciones y controla los movimientos del lado inverso del cuerpo.
✓ Aunque aparentemente los dos hemisferios puedan parecer dos mitades simétricas, ambas difieren en ciertos
aspectos neuroanatómicos, neuroquímicos y funcionales.
✓ Con el uso de diferentes métodos y el análisis de diferentes grupos de población, muchos estudios se han centrado
en analizar estas diferencias. En esta dirección, han sido muy notables las investigaciones llevadas a cabo tanto en
pacientes sanos como en pacientes con el síndrome del cerebro dividido y pacientes que presentan lesiones de
lateralización. Estas investigaciones, junto con las llevadas a cabo con técnicas como el test de Wada, la magnetoencefalografía (MEG) y la resonancia magnética funcional (RMf), han permitido conocer las diferencias entre
ambos hemisferios.
✓ Anatómicamente, los dos hemisferios presentan tanto diferencias en la configuración, en la forma y en la disposición
de los dos hemisferios cerebrales como también en su distinta organización neuronal y configuración molecular.
✓ Respecto al modo de procesamiento, diferentes estudios muestran que los dos hemisferios tienen diferentes modos
de procesamiento. Por un lado, el hemisferio izquierdo procesa la información de manera gradual y analítica, con
un especial énfasis en las relaciones temporales. Por el otro, el hemisferio derecho procesa la información de
manera global, poco sistemática, con un especial énfasis en las relaciones espaciales.
✓ Finalmente, también existen diferencias respecto al tipo de información procesada. Diversas investigaciones muestran diferencias tanto en el procesamiento de procesos psicológicos básicos –como la percepción o la atención–
como en el procesamiento de procesos más complejos, como el pensamiento o el lenguaje.
✓ Estas diferencias entre hemisferios, a pesar de su variabilidad en función del género y la dominancia lateral, aparecen ya desde muy temprana edad. Esto sugiere que el cerebro presenta unas estructuras cognitivas cuya base
fundamental está ya presente desde el nacimiento.
¬ Objetivos de aprendizaje
• Definir qué es la especialización hemisférica.
• Conocer los diferentes hitos históricos en la investigación en especialización hemisférica.
• Entender los diferentes métodos de investigación para conocer la especialización hemisférica.
• Describir las principales diferencias entre los dos hemisferios.
• Conocer el desarrollo de la especialización hemisférica.
• Comprender las diferencias individuales en la organización hemisférica.
■ HEMISFERIOS CEREBRALES: ¿DOS CARAS
DE UNA MISMA MONEDA?
Si se observa el cerebro desde un punto de vista superior,
se verá que presenta claramente dos partes bien diferenciadas, que se conocen como hemisferios cerebrales. Como se
ha visto en el capítulo 3, estas dos grandes áreas cerebrales,
separadas por la profunda cisura sagital, reciben el nombre
de hemisferio cerebral derecho e izquierdo (Fig. 18-1). Cada
uno de estos dos hemisferios recibe las sensaciones y controla los movimientos del lado inverso del cuerpo. De esta
manera, la información recibida por los sistemas sensoriales
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Hemisferio cerebral izquierdo
Hemisferio cerebral derecho
Cisura sagital
Figura 18-1. Los hemisferios cerebrales derecho e izquierdo, separados por la profunda cisura sagital.
de la mitad derecha del cuerpo es procesada por el hemisferio cerebral izquierdo, y viceversa. Análogamente, el hemisferio derecho controla todos los actos motores de las extremidades de la parte izquierda y el hemisferio izquierdo hace
lo propio con las de la parte derecha. A pesar de la aparente
simetría entre los dos hemisferios, ambos difieren en ciertos
aspectos neuroanatómicos, neuroquímicos y funcionales.
Ello quiere decir que los dos hemisferios varían tanto en su
configuración y en su estructura como en las funciones que
llevan a cabo. Al respecto, los científicos se han centrado en
analizar la especialización hemisférica, para tratar de distinguir los procesos que son propios o predominantes en un
hemisferio en relación al otro. Con los resultados de estos
estudios se han constatado diferentes asimetrías hemisféricas y ha surgido el término lateralización, que hace referencia
a una función propia de un hemisferio. Es por ello que
cuando una capacidad se muestra de manera dominante en
un hemisferio se dice que está lateralizada. Finalmente, los
científicos han encontrado, además de funciones que son
dominantes en uno u otro hemisferio, múltiples canales de
comunicación entre los dos hemisferios para coordinar su
acción. En este caso, se habla de otro concepto importante,
la integración hemisférica.
Este capítulo se centrará en analizar las diferencias entre
los dos hemisferios cerebrales. En primer lugar, se hará un
breve repaso a la historia del estudio de la especialización hemisférica. Seguidamente, se abordarán las diferentes técnicas
con las que los científicos han estudiado la asimetría hemisférica y se describirán las diferencias de los dos cerebros en
cuanto a sus características anatómicas, el modo de procesamiento de la información y el tipo de información procesada.
A continuación, se analizará cómo se integra la información
que recibe cada hemisferio y cómo se coordina. Finalmente, se
mostrarán el desarrollo de la especialización hemisférica y las
diferencias individuales en este aspecto.
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Breve repaso a la historia
La idea de que los hemisferios tienen diferentes funciones
apareció en la escena científica alrededor del 1860, cuando
Paul Broca (Fig. 18-2) descubrió que el hemisferio izquierdo es
fundamental en el procesamiento del lenguaje. En 1861, observó que su primer paciente en el Hospital Bicêtre, llamado
Leborgne y apodado «Monsieur Tan» o «Tan-Tan», sólo podía
producir la sílaba «tan» aunque tenía una buena comprensión
del lenguaje, ya que era capaz de seguir órdenes verbales sencillas. Después de observar que no tenía ningún problema en
los órganos bucofonatorios ni en el tracto vocal, se planteó si
el problema se concentraba en el cerebro. De esta manera, tras
morir Leborgne, Broca observó que su cerebro tenía una lesión en el lado izquierdo. En 1864, tras realizar estudios post
mortem a casi una decena de afásicos, observó que todos tenían una lesión en la corteza prefrontal inferior del hemisferio
izquierdo. Desde entonces esta área, implicada en la producción del habla, recibe su nombre, área de Broca (Fig. 18-3).
Tal como se analizará en el próximo capítulo, la importancia del hemisferio izquierdo en el procesamiento del lenguaje
fue confirmada por Karl Wernicke, neurólogo y psiquiatra alemán que, en su libro El síndrome afásico (1874), describió lo
que más tarde se denominaría afasia sensorial (imposibilidad
para comprender el significado del lenguaje hablado), distinguiéndola de la afasia motora (dificultad para recordar los movimientos articulatorios del habla), descrita por Paul Broca.
Wernicke observó que la afectación en otra área cerebral del
hemisferio izquierdo causaba problemas diferentes a los descritos por Broca (Recuadro 18-1). Él encontró que una lesión
Figura 18-2. Paul Pierre Broca (1824-1880), médico, anatomista y
antropólogo francés.
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Capítulo 18. Especialización hemisférica
Área de Broca
Área de Wernicke
Figura 18-3. Las áreas de Broca y Wernicke deben su nombre al
apellido de sus descubridores.
en el lóbulo temporal (Fig. 18-3) generaba que el paciente
perdiera la habilidad de comprender el lenguaje, aunque
mantenía cierta capacidad de hablar de manera fluente (frases
sencilla o sin sentido). En el recuadro 19-3 del próximo capítulo se realizará una clasificación detallada de los principales
síndromes afásicos.
John Hughlings Jackson, neurólogo inglés, introdujo el
concepto de la dominancia cerebral, que indica que un hemisferio domina la función mental sobre el otro. Como el lenguaje era visto como el más complejo de los procesos psicológicos, y los estudios de Broca y Wernicke habían demostrado
que ésta se llevaba a cabo fundamentalmente en el hemisferio
izquierdo, se considero que era el hemisferio dominante.
Desde entonces esta idea sobre la preponderancia del hemisferio izquierdo tuvo una gran aceptación y no fue hasta la segunda década del siglo XX que comenzó a gestarse la idea de
que cada hemisferio tiene su propia especialización. Estudios
como los llevados a cabo por Brenda Milner en el Instituto
Neurológico de Montreal fueron muy importantes para este
cambio de concepción. Milner descubrió que la afectación del
área temporal del hemisferio derecho producía una incapacidad de adquirir nuevos recuerdos, mientras que capacidades
cognitivas como el lenguaje, la percepción y el razonamiento
Recuadro 18-1. Afasia
La afasia es un trastorno causado por lesiones en las partes del cerebro que controlan el lenguaje. Si la afectación
se localiza en la circunvolución frontal inferior izquierda
(área de Broca) y áreas adyacentes, se produce la afasia
expresiva o afasia motora, que afecta a la producción del
lenguaje. En casos extremos, los pacientes solamente
pueden producir una sola palabra. El caso más famoso es
el del paciente de Paul Broca llamado Leborgne, que presentaba una gran dificultad para hablar ya que su lenguaje
articulado se limitaba a la sílaba «tan». En cambio, si la
afectación se produce en las áreas temporoparietales (área
de Wernicke), se produce la afasia receptiva o afasia sensorial, que afecta a la comprensión del lenguaje (v. Material
web. Animaciones y vídeos. Vídeo de afasia).
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465
seguían intactos (v. cap. 16). Sin embargo, los estudios que
resultaron cruciales para extender la idea que cada hemisferio
está especializado en unas funciones concretas fueron los llevados a cabo por Roger Sperry. Este científico se interesó por
estudiar a un veterano de 48 años cuya cabeza recibió el impacto de fragmentos de bomba durante la Segunda Guerra
Mundial y que había comenzado a tener ataques de epilepsia.
Durante más de 5 años los médicos del White Memorial Medical Center en Los Ángeles probaron múltiples remedios posibles, sin éxito. Finalmente los cirujanos optaron por cortar su
cuerpo calloso y los ataques pararon como por arte de magia.
Sin embargo, el efecto secundario fue que, aunque podía
comprender órdenes verbales («levante la mano», «doble la
rodilla»), sólo podía realizarlas con el lado derecho de su
cuerpo. No podía responder con su lado izquierdo. Evidentemente el hemisferio derecho, que controla las extremidades
izquierdas, no comprendía esa clase de lenguaje.
A partir de este hallazgo, el mundo científico comenzó a
trabajar sobre la hipótesis de que cada hemisferio y cada área
cerebral estarían dedicados a unas funciones determinadas.
Se inició entonces una carrera sin descanso para resolver uno
de los grandes enigmas para la humanidad: descubrir las funciones que alberga cada hemisferio cerebral.
Métodos para conocer la especialización
hemisférica
A partir de los estudios de Sperry, la comunidad científica
comenzó a considerar que cada hemisferio cerebral estaba dedicado, o mejor dicho, estaba especializado en ciertos procesos cognitivos. Asumida esta premisa previa, se abría todo un
horizonte en la investigación en neurociencias, pues era necesario concretar cuáles eran los procesos propios o dominantes
en cada hemisferio y describir el grado de dominancia e integración. Para poder conseguir este objetivo se han utilizado
diferentes metodologías y se han estudiado a personas con
diferentes características:
Estudios con pacientes con el síndrome del cerebro dividido. Sperry fue el primer investigador que se centró en la
especialización hemisférica. No obstante, su interés primario
era poder averiguar cuál era la función del cuerpo calloso, que,
tal como hemos visto en el capítulo 3, se trata de un haz de
fibras nerviosas que conecta los dos hemisferios. Comenzó
sus estudios con animales como gatos y monos, en los que
encontró que el cuerpo calloso desempeña un papel fundamental en la transferencia de información entre los dos hemisferios cerebrales. En sus estudios con gatos, los entrenaba
para elegir una imagen de una cruz y rechazar la de un círculo.
Si elegían la cruz eran recompensados con comida; si no, no
se les ofrecía nada. Una vez que aprendieron esta relación y
tras seccionarles el cuerpo calloso, observó que esta discriminación visual se mantenía cuando la imagen de la cruz era
observada con un ojo pero no cuando lo era con el otro. Justamente en la misma época en la cual Sperry realizaba estos
estudios, el año 1961, los neurocirujanos del White Memorial
Medical Center de Los Ángeles Joseph Bogen y Philip Vogel
habían comenzado a hacer una intervención basada en la sección completa del cuerpo calloso para tratar pacientes con
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
convulsiones epilépticas intratables con fármacos. Las personas a las que se les aplicó esta intervención presentaron el
denominado síndrome de cerebro dividido.
›
El síndrome de cerebro dividido es una afectación que
se produce tras una intervención quirúrgica que supone la sección del cuerpo calloso (comisurotomía).
Generalmente esta operación se aplica a personas
con fuertes ataques epilépticos. Los efectos de este
síndrome han aportado información muy útil para
conocer con mayor detalle la especialización hemisférica. Cuando el cuerpo calloso está intacto, los dos
hemisferios pueden coordinar su procesamiento
gracias al tránsito de información de ida y vuelta entre ambos hemisferios. Sin embargo, cuando el
cuerpo calloso ha sido seccionado, la información de
un hemisferio no puede ser enviada al otro. Al conocer los efectos que el síndrome de cerebro dividido
tenía en los pacientes, Sperry y sus colaboradores
comenzaron a centrar sus investigaciones en estos
pacientes, a fin de determinar las competencias de
cada hemisferio. Es necesario recordar que la corteza motora del hemisferio izquierdo controla el hemicuerpo derecho y que el hemicuerpo izquierdo es
dirigido, por su parte, desde el hemisferio derecho.
De manera similar, la información sensorial de cada
hemicuerpo se dirige al hemisferio contralateral.
Sperry et al. se centraron inicialmente en determinar
la lateralización de la producción del habla, puesto que
los estudios de Broca situaban esta facultad humana en el
cerebro izquierdo. Para analizar este aspecto, el equipo de
Sperry mostraba a los pacientes con el síndrome del cerebro
dividido, en una u otra mano, diferentes objetos de uso
frecuente como lápices, cigarrillos o vasos, ocultos a la vista.
De esta manera, los objetos sólo podían ser reconocidos por
el tacto y procesados por el hemisferio contrario a la mano
con la que eran tocados. Así pues, los objetos dispuestos
en la mano derecha eran percibidos sólo por el hemisferio
izquierdo, y viceversa. Sorprendentemente, los pacientes
sólo fueron capaces de poder nombrar aquellos objetos
situados en la mano derecha y, por lo tanto, procesados por
el hemisferio izquierdo. Entonces pensaron que quizás esto
había sido debido a una casualidad, y que justamente los
objetos situados en la mano izquierda no habían podido ser
reconocidos y por ello no los habrían podían nombrar. Para
descartar esta posibilidad, los investigadores cambiaron la
tarea y pidieron a los participantes que demostraran el uso
correcto de esos objetos. En este caso, no presentaron problemas para usarlos aunque estuvieran situados en la mano
izquierda, lo que demostró que conocían los objetos. Es por
ello que los investigadores concluyeron que el hemisferio
cerebral izquierdo es el encargado de controlar la producción
del habla.
Otros estudios posteriores demostraron que el hemisferio
derecho, en cambio, es preponderante en tareas de conocimiento espacial. En una tarea que consistía en reproducir con
el uso de cubos figuras simples impresas (Fig. 18-4), cuando
los pacientes comisurotomizados lo intentaban con la mano
derecha (hemisferio izquierdo), eran incapaces de copiarlas.
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Figura 18-4. La prueba de Cubos de la Escala de Inteligencia
Wechsler para Adultos (Wechsler Adult Intelligence Scale, WAIS)
consiste en reproducir, mediante pequeños cubos, figuras simples impresas.
Sin embargo, cuando lo intentaban con la mano izquierda
(hemisferio derecho) no presentaban ningún problema.
Sin embargo, aunque los datos que ofrecen los pacientes
con el síndrome de cerebro dividido han sido muy útiles para
poder entender la especialización hemisférica, los resultados
deben ser tomados con precaución. En primer lugar, se debe
tener en cuenta que estos pacientes eran personas que habían
padecido largos períodos de afectación epiléptica, por lo que
sus cerebros no eran cerebros típicos. Además, el hecho de
seccionar los hemisferios hace que estos se retracten y ello
puede generar ciertos daños en otras áreas cerebrales, además
del cuerpo calloso. Finalmente, otra limitación es la relativamente pequeña población de pacientes que han sido extensivamente analizados y los diferentes patrones de respuesta
hallados entre los evaluados. Por todo ello, se han utilizado
otros pacientes y métodos para comparar los datos obtenidos
con pacientes de síndrome del cerebro dividido.
Estudios con pacientes que presentan lesiones de lateralización. Aunque los pacientes con síndrome del cerebro
dividido son los que más se han utilizado para valorar la especialización hemisférica, también se han llevado a cabo diferentes estudios con pacientes que muestran otras afectaciones
neurológicas. Los pacientes con daño cerebral han demostrado que las lesiones en el hemisferio derecho presentan
consecuencias diferentes que las que se concentran en el hemisferio izquierdo. Mientras que las lesiones en el hemisferio
izquierdo generan alteraciones en el procesamiento del lenguaje, las del hemisferio derecho afectan a la capacidad espacial y visuoespacial. Los pacientes, por ejemplo, tienen dificultades en orientación y en el reconocimiento de objetos que no
se presentan en su forma canónica o habitual. Además, los
afectados en el hemisferio derecho también presentan problemas en distinguir diferentes sonidos y tonos de voz. En definitiva, muchas investigaciones muestran que el hemisferio
derecho presenta unas habilidades cognitivas tan sofisticadas
como el izquierdo, aunque no en habilidades lingüísticas.
Test de Wada. Es una prueba utilizada en aquellos pacientes a los que se les debe extirpar tejido cerebral para controlar
sus ataques epilépticos. Previamente a la intervención quirúr-
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Capítulo 18. Especialización hemisférica
gica, se les aplica esta prueba para comprobar cuál es el hemisferio dominante. En concreto, esta técnica permite comprobar
cuál es el hemisferio responsable de la producción del habla.
Como se verá más adelante, el hemisferio izquierdo es casi
siempre el dominante para el habla, pero no siempre. Además,
las personas zurdas son más heterogéneas y, en un porcentaje
mayor que los diestros, el procesamiento verbal está lateralizado en el hemisferio derecho. La prueba se realiza mediante
la inyección de amobarbital en los vasos sanguíneos que irrigan la mitad del cerebro, lo que permite «dormir» a una parte
del cerebro durante unos minutos y, entonces, se observa lo
que la otra mitad del cerebro puede hacer (Recuadro 18-2).
La investigación mediante la utilización de este método ha
revelado que el hemisferio izquierdo es el dominante para el
habla en el 95 % de los diestros, un hallazgo que es congruente
con la afectación que presentan las personas con daño cerebral unilateral. A pesar de que el test de Wada ha permitido
conocer diferentes aspectos de la especialización hemisférica,
como puede imaginarse, es una prueba muy invasiva y, por
ello, en los últimos años se han hecho muchos estudios para
determinar si otras técnicas pueden ser usadas para localizar
las áreas críticas para el lenguaje antes de la neurocirugía. En
esta dirección, se ha analizado el uso de la MEG, que es una
técnica no invasiva que registra la actividad funcional cerebral
mediante la captación de campos magnéticos, permitiendo
investigar las relaciones entre las estructuras cerebrales y sus
funciones. También se ha analizado la utilidad de la RMf que,
como se ha visto en el capítulo 4, es una técnica que permite
registrar las regiones cerebrales que ejecutan una tarea deter-
Recuadro 18-2. Test de Wada
El test de Wada debe su nombre al Dr. John A. Wada, quien
la comenzó a aplicar en la Universidad de Columbia. El propósito de la prueba de Wada es analizar el lenguaje y la
memoria de cada hemisferio cerebral por separado. Esta
prueba se realiza mediante la cateterización de la carótida
interna a través de la vía de la arteria femoral, por la que se
administra un anestésico amital sódico (amorbital) que inhabilita las funciones de un hemisferio cerebral durante
unos minutos. En concreto, un momento antes de inyectar
el anestésico se le pide al paciente que levante los dos brazos y que empiece a contar. Al cabo de unos segundos de la
inyección, el anestésico hace efecto y el brazo contrario al
hemisferio anestesiado cae. El paciente muestra una hemiplejía de este lado. Antes de la anestesia se presenta al
paciente material verbal, como frases, etc. y material pictórico, como dibujos de objetos, etc., para que los memorice. Entonces se le aplica la anestesia y se examina la presencia o ausencia de lenguaje espontáneo; la capacidad de
comprensión de órdenes verbales que tiene la persona; la
capacidad de realizar gestos; la capacidad de evocar nombres; la capacidad lectora y la capacidad para memorizar
nueva información, tanto de tipo verbal como de tipo pictórica. Después de la anestesia se le pide al paciente que
intente recordar qué sucedió minutos antes. Con esto se
evalúa su memoria episódica. También se le pregunta si
recuerda la frase leída o los objetos presentados visualmente y así se evalúa su memoria semántica (v. Material
web. Animaciones y vídeos. Test de Wada).
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minada a partir del análisis de los niveles de oxígeno en sangre en el cerebro. Sin embargo, a pesar de los avances que han
supuesto estas técnicas, la de Wada sigue siendo ampliamente
utilizado en neurocirugía.
Estudios con individuos neurológicamente sanos. Por
último, existe todo un corpus de estudios centrados en analizar a personas sin ningún tipo de alteración neurológica. El
análisis de las diferencias hemisféricas en estas personas es
relativamente sencillo, porque muchas de las modalidades
sensoriales que son ejecutadas con la mitad del cuerpo son
procesadas con el hemisferio cerebral inverso al que las produce. Al respecto, se ha investigado la lateralización de las
modalidades visual, auditiva y táctil. La visión ha sido analizada partiendo de la base de que la información del campo
visual derecho es procesada por la corteza visual primaria
del hemisferio izquierdo, y viceversa. Por ello, los estudios
de esta capacidad se han centrado en presentar información
separadamente en un campo visual o en otro, técnica que se
conoce como técnica de campo visual dividido (Fig. 18-5). De
esta manera, se analiza cómo procesa cada hemisferio la información comparando la velocidad y la corrección del análisis, el reconocimiento y el grado de recuerdo de imágenes
presentadas en un campo visual u otro. En concreto, en la
técnica de campo visual dividido se presentan los estímulos
visuales durante 200 ms o menos, pues esta porción de tiempo
es la que los seres humanos necesitan para realizar una sacada
(que es como se conoce el desplazamiento de la mirada de un
lugar a otro). Sólo si los ojos se mantienen fijos en un punto,
la mirada a uno u otro campo visual queda garantizada. Es
por ello que los investigadores sitúan dos estímulos visuales
separados un par de grados del centro de la pantalla y, de esta
manera, garantizan que cada estimulo únicamente es procesado en el campo visual deseado. Con estos estudios se ha
demostrado la simetría en la percepción visual entre los dos
hemisferios (v. cap. 10).
Figura 18-5. En la técnica de campo visual dividido se muestra
información separadamente en un campo visual y en el otro.
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Una lógica similar ha sido aplicada a los estudios que investigan el procesamiento somatosensorial de la información
táctil. La técnica, conocida como palpación diáptica, consiste en
la presentación de dos ítems de manera simultánea, una en
cada mano, para que la persona los identifique. Mientras se
produce el reconocimiento, las personas no pueden ver los
ítems pues se les cubren los ojos o se dispone una pantalla que
evita el uso de la visión para la consecución de la tarea. La
información táctil de la mano izquierda se proyecta en la región somatosensorial del hemisferio derecho, y viceversa. La
diferente capacidad de reconocimiento de objetos de una a
otra mano, generalmente superior con la mano izquierda, es
interpretada como una mayor especialización del hemisferio
derecho en este tipo de tareas.
Por otro lado, la lateralización de la modalidad auditiva es
un poco más complicada de analizar. La información de cada
oído es procesada por la corteza auditiva primaria del hemisferio contralateral y con la corteza auditiva primaria del hemisferio ipsilateral, es decir, que tanto el hemisferio contrario
como el mismo que recibe la información procesan el estímulo auditivo (v. cap. 10). Es por ello que si cada oído está
conectado con los dos hemisferios resulta complicado poder
disociar la especialización de uno u otro. Para efectuar esta
diferenciación se utiliza la técnica de la presentación dicótica
(Fig. 18-6). Esta técnica se basa en la presentación de diferente
información auditiva en uno y otro oído, de manera que cada
hemisferio reciba la información tanto de del oído contralateral como del ipsilateral. Esto provoca una competición entre la
diferente información recibida de uno y otro oído, que acaba
suprimiendo la información que llega del mismo hemisferio.
De esta manera, la información del oído derecho acaba siendo
prácticamente procesada por la corteza auditiva primaria del
hemisferio izquierdo, y viceversa.
¡
Los diferentes estudios llevados a cabo con las técnicas descritas muestran diferentes asimetrías en la
percepción de la información sensorial. En general,
aquella información de naturaleza verbal es procesada por el hemisferio izquierdo, mientras que aquella que no incluye contenido verbal es procesada en
el hemisferio derecho. Existen algunas excepciones,
que se comentarán más adelante, como el procesamiento del contenido emocional del lenguaje (prosodia), que se encarga el hemisferio derecho.
■ ASIMETRÍA HEMISFÉRICA
Asimetría hemisférica anatómica
Como ya se ha mencionado al inicio del capítulo, el cerebro
presenta dos hemisferios cerebrales que aparentemente parecen totalmente simétricos; no obstante, cuando se analiza su
configuración anatómica y funcionalidad se observan algunas
asimetrías. Este apartado se centrará en analizar la asimetría
anatómica o morfológica, es decir, se analizarán las diferencias
en la configuración, la forma y la disposición de los dos hemisferios cerebrales, y también su distinta organización neuronal y configuración molecular.
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/ba/
/ta/
Figura 18-6. En la técnica de la presentación o escucha dicótica se
muestra a los participantes información auditiva simultánea y diferente en uno y otro oído.
Pierre Gratiolet, en 1860, fue el primero en analizar que las
circunvoluciones corticales separadas por cisuras o surcos maduraban más rápidamente en el hemisferio izquierdo que en
el derecho. Un siglo después Norman Geschwind y Walter
Levinsky en la Harvard Medical School describieron una asimetría anatómica del plano temporal (planum temporale) en el
lóbulo temporal. También denominada área de Wernicke, el
plano temporal se encuentra justamente detrás del área auditiva primaria situada en el área de Heschl dentro de la cisura
lateral o de Silvio. Como promedio, en un 65 % de los cerebros
estudiados por Geschwind y Levinsky, el plano temporal del
hemisferio cerebral izquierdo era cerca de 1 cm más largo que
el del hemisferio derecho. Diferentes investigadores han reproducido este hallazgo, observando que entre el 65 y el 90 %
de los individuos, según el estudio, presentaban esta asimetría
morfológica. Como consecuencia, la contigua área auditiva
primaria es más larga en el hemisferio derecho porque hay,
generalmente, dos circunvoluciones de Heschl en el hemisferio derecho y sólo una en el izquierdo (Fig. 18-7). No obstante,
aunque ésta es la diferencia más evidente, diferentes registros
de resonancia magnética y RMf de cerebros vivos, muestran
otras diferencias anatómicas y funcionales:
• El hemisferio derecho es ligeramente más largo y pesado
que el izquierdo. Sin embargo, el hemisferio izquierdo contiene más sustancia gris que sustancia blanca.
• Los lóbulos temporales muestran una acusada asimetría
estructural que puede ser la base de la especialización del
hemisferio izquierdo para el lenguaje y del derecho para la
música.
• La asimetría en la corteza del lóbulo temporal se relaciona
con la correspondiente asimetría en el tálamo. Esta asimetría anatómica se complementa con una aparente asimetría
funcional en el tálamo, siendo el izquierdo dominante para
las funciones de lenguaje.
• La pendiente de la cisura lateral es más suave en el hemisferio izquierdo que en el derecho. En consecuencia, la región de la corteza temporoparietal que sale de la cisura ventral hasta la lateral es más larga en el hemisferio derecho.
13/09/13 10:25
Capítulo 18. Especialización hemisférica
Figura 18-7. Principales diferencias anatómicas entre el hemisferio derecho y el izquierdo.
469
Hemisferio izquierdo
Petalia
frontal
Anterior
Hemisferio
izquierdo
Hemisferio derecho
Hemisferio
derecho
Posterior
• El opérculo frontal situado en el área de Broca está organizado de manera diferente en el hemisferio izquierdo y en
el derecho. El área visible en la superficie del cerebro es
alrededor de un tercio más larga en el hemisferio derecho
que en el izquierdo, mientras que el área de la corteza interior situada bajo los surcos de la región es más grande en
el izquierdo que en el derecho. Esta asimetría anatómica
seguramente se corresponde con la lateralización de las
regiones, el lado izquierdo especializado en la producción
de la gramática del lenguaje, y el derecho en la prosodia.
• La distribución de diferentes neurotransmisores es asimétrica
tanto en la región cortical como en la subcortical. En concreto
en la distribución de la acetilcolina, del ácido ácido g-aminobutírico (GABA), de la noradrenalina y de la dopamina.
• El hemisferio derecho se extiende más hacia adelante que
el derecho y las astas occipitales de los ventrículos laterales
son cinco veces más largos en el hemisferio derecho que en
el izquierdo. Estas asimetrías presumiblemente corresponden a alguna diferencia en la organización cerebral que aún
no ha sido identificada.
Aunque la bibliografía científica ha recogido otras pequeñas diferencias (Tabla 18-1), éstas son las más significativas.
Ahora bien, las diferencias no acaban en la configuración de
los dos hemisferios. Tal como hemos descrito ampliamente en
el capítulo 2, la actividad cerebral se lleva a cabo mediante las
neuronas y sus conexiones. Es por ello que ahora se analizarán
las diferencias de los dos hemisferios en cuanto a su organización y morfología celular. Caracterizar las diferencias en
este aspecto es una tarea titánica, dado el gran número de
células nerviosas con las que cuenta el cerebro. Diferentes autores, como Arnold Scheibel y sus colaboradores, compararon
los campos dendríticos (el conjunto de todas las dendritas de
una neurona) de las células piramidales en el área de Broca del
opérculo frontal izquierdo, con las del área facial de la corteza
motora en la corteza precentral izquierda y con las regiones
05 Sección V.indd 469
Petalia
occipital
homólogas en el hemisferio derecho. Scheibel encontró que
las neuronas en cada una de estas áreas tenían diferentes patrones de ramificación dendrítica. El grado de ramificación
dendrítica en cada hemisferio es importante en tanto que cada
rama es una localización potencial para la mejora o supresión
de los potenciales graduados en la arborización dendrítica. De
este modo, cuando más puntos de ramificación, mayor grado
de libertad respecto a la actividad final de la neurona. Ahora
bien, los datos de Scheibel deben tomarse con cautela, pues
sólo analizó seis cerebros y en cinco observó diferencias en los
patrones de ramificación dendrítica. El cerebro en el que no
encontró diferencias pertenecía a un zurdo, mientras que los
otros eran de personas diestras.
Tabla 18-1. Pequeñas diferencias anatómicas
entre los dos hemisferios
Asimetrías que favorecen
al hemisferio izquierdo
Asimetrías que favorecen
al hemisferio derecho
• Cisura lateral (cisura de
Silvio) más larga
• Ínsula más larga
• Duplicación de la
circunvolución circular
• Más sustancia gris
• Plano temporal más largo
• Lóbulo temporal medial
más largo
• Lóbulo occipital más
ancho
• Corteza más gruesa
• Núcleo lateral posterior
más largo (tálamo)
• Lóbulo parietal inferior
más largo
• Más pesado
• Cráneo interno más largo
tamaño
• Duplicación
de la circunvolución
de Heschl
• Núcleo geniculado medial
mayor (tálamo)
• Área de convexidad del
opérculo frontal más larga
• Lóbulo frontal más ancho
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470
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
En los últimos años, la investigación sobre los genes ha
alcanzado una gran relevancia. En concreto, el Proyecto de
Genoma Humano completado en 2003 ha permitido a los investigadores analizar la asimetría cerebral respecto a la regulación genética. En esta dirección, Tao Sun comparó los niveles
de expresión genética en la región perisilviana de los hemisferios derecho e izquierdo del cerebro del feto y encontró que
27 genes estaban expresados de manera diferente en los dos
hemisferios. Concretamente, encontró que uno de los genes
que se reproducen de forma asimétrica se expresó en la transcripción del Lim Domain Only 4 (LMO4). Se ha encontrado que
este gen es esencial para el desarrollo cortical en ratones. Los
hallazgos de Tao Sun han sentado las bases de la concepción
que la asimetría cortical humana tiene una base molecular.
¡
El cerebro presenta diferencias hemisféricas en relación a la estructura cerebral, a la organización y
morfología neuronal y a la configuración molecular.
Asimetría hemisférica en el modo
de procesamiento
De forma añadida a las diferencias anatómicas, celulares y
genéticas entre los dos hemisferios, existen también diferencias con respecto a cómo trabajan. A continuación se describirán estas diferencias en la manera como procesa la información uno u otro hemisferio cerebral.
Diferentes teorías sugieren que los hemisferios tienen diferentes modos de procesamiento. Una de las teorías más
aceptada considera que el hemisferio izquierdo procesa la información de manera gradual y analítica, con un especial énfasis en las relaciones temporales. En cambio, el hemisferio
derecho procesa la información de manera global, poco sistemática, con un especial énfasis en las relaciones espaciales.
Estos diferentes modos de procesamiento de la información
pueden ser observados comparando las destrezas de pacientes con afectación unilateral (bien en el hemisferio derecho,
bien en el izquierdo). Por ejemplo, los individuos que son expuestos a imágenes de figuras organizadas jerárquicamente,
después de sufrir una lesión en el hemisferio derecho (por lo
tanto, con el hemisferio izquierdo intacto), tienen dificultades
en prestar atención a las formas globales de los ítems pero en
cambio no presentan ningún problema en atender a las pequeñas piezas que conforman la imagen global (Fig. 18-8). Por
otro lado, cuando la lesión se sitúa en el hemisferio izquierdo
›
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Incluso en aquellas tareas en las que tradicionalmente se ha atribuido una mayor especialización a
un hemisferio, también actúa el otro. Es el caso de
tareas como la comprensión de una metáfora o de
una historia. Estas actividades son de carácter lingüístico y, por consiguiente, propias del hemisferio
izquierdo, pero en las cuales también participa el
derecho. O a la inversa, en tareas que requieren distinguir entre arriba o abajo, derecha o izquierda –
ejercicios espaciales propios del hemisferio derecho– también participa el izquierdo.
Estímulos
Pacientes con
daño en el
hemisferio derecho
Pacientes con
daño en el
hemisferio izquierdo
Figura 18-8. Diferentes modos de procesamiento de la información según el hemisferio afectado. Los pacientes con daño en el
hemisferio derecho pueden dibujar los componentes de un dibujo
(las «z» o los cuadrados) pero no la forma global, puesto que procesan la información de manera gradual y analítica. En cambio, los
pacientes con daño en el hemisferio izquierdo sí son capaces de
dibujar la forma global pero no sus formantes concretos.
(por lo tanto, con el hemisferio derecho intacto), los pacientes
tienen problemas en procesar las partes pero no con la forma
global. Independientemente de si los estímulos son o no verbales, el hemisferio izquierdo está especializado en la percepción de los detalles y el derecho, en la percepción de la globalidad. Esto no quiere decir que cuando se realiza una tarea que
precise una percepción muy detallada el hemisferio derecho
no trabaje, sino que los dos trabajan de manera coordinada
aportando su punto de vista sobre la realidad que es percibida.
Los investigadores se han centrado en poder explicar la
diferente especialización funcional entre los dos hemisferios.
Una de las teorías más influyentes fue la hipótesis de la frecuencia espacial, que propone que los hemisferios difieren en su
habilidad de procesar la frecuencia de la información visual.
La información tiene una frecuencia espacial baja si en el
campo visual se produce una suave oscilación de oscuro a
claro. En cambio, la frecuencia espacial alta se produce si la
información visual del entorno visual cambia rápidamente de
oscuro a claro. En consecuencia, las frecuencias espaciales altas se producen en los cambios espaciales bruscos –que son
propios, por lo general, de los bordes de los objetos– y se corresponden con a la información de la configuración de una
forma y de sus detalles finos. Por otro lado, las frecuencias
espaciales bajas representan la información global sobre la
forma, su orientación general y sus proporciones. De esta
forma, la hipótesis de la frecuencia espacial defiende que el
hemisferio cerebral derecho está especializado en la percepción de las frecuencias espaciales bajas y el izquierdo, en la
percepción de las frecuencias altas. Ahora bien, no es que un
hemisferio se centre en frecuencias altas o bajas en términos
absolutos, sino que en función de los valores del contexto el
hemisferio derecho procesa las más bajas y el izquierdo las
más altas. Esta circunstancia ha sido explicada con la teoría del
doble filtrado de la frecuencia. Según esta teoría, después de
haber sido identificada la información visual relevante para
hacer una tarea, se produce un filtrado que, según el valor de
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Capítulo 18. Especialización hemisférica
la frecuencia, determina que la información sea procesada por
uno u otro hemisferio.
cial, el taquistoscopio, que permite presentar información visual a cada campo visual de manera independiente.
¡
¡
Los dos hemisferios cerebrales presentan diferencias en el modo de procesamiento de la información.
El hemisferio izquierdo procesa la información de
manera gradual y analítica, con un especial énfasis
en las relaciones temporales. En cambio, el hemisferio derecho procesa la información de manera global y poco sistemática, con un especial énfasis en las
relaciones espaciales.
Asimetría hemisférica en el tipo
de información procesada
Uno de los principales objetivos de las neurociencias ha
sido la pretensión de establecer las diferentes áreas del cerebro
que están implicadas en cada función cognitiva. Es por ello
que muchos estudios se han centrado en analizar en qué zona
del cerebro se llevan a cabo diferentes procesos psicológicos
básicos como la atención (v. cap. 15), la percepción (v. cap. 9)
u otros más complejos, como el lenguaje (v. cap. 19). En esta
dirección, se han realizado innumerables estudios con pacientes con el síndrome del cerebro dividido y con diferentes técnicas de neuroimagen para observar si un hemisferio está
especializado en una tarea o si –por el contrario– ésta es compartida por ambos. Estos estudios muestran que muchos de
los procesos básicos de percepción están duplicados en los
dos hemisferios. Por lo tanto, se llevan a cabo de manera independiente en los dos hemisferios, incluso en ausencia del
cuerpo calloso. Sin embargo, esto es diferente en los procesos
de atención, puesto que algunas formas de atención se integran a nivel subcortical y, por ello, actúan de manera independiente en los dos hemisferios. Por otro lado, los procesos cognitivos de alto nivel como el pensamiento y el lenguaje sí
implican una mayor especialización hemisférica. Seguidamente analizarán con un poco más de detalle las capacidades
o procesos cognitivos que se encuentran más lateralizados en
uno u otro hemisferio.
Percepción y atención
Tal como se ha señalado en el capítulo 9, la percepción es
entendida como la capacidad de captar, elaborar e interpretar
un estímulo. A su vez, la atención puede ser definida de forma
general como la capacidad de focalizar y mantener los recursos cognitivos centrados en un estímulo (v. cap. 15). Ciertamente, estas dos capacidades son muy importantes pues determinan qué parte de la realidad es percibida por los seres
humanos y cómo es interpretada esa realidad.
De las diferentes capacidades perceptivas con las que
cuentan los seres humanos, la que ha sido más extensivamente estudiada es, sin lugar a dudas, la percepción visual.
Como se ha observado, los estímulos percibidos en el
campo visual derecho viajan hasta la corteza visual izquierda
para ser procesados, y los percibidos en el campo visual izquierdo se proyectan en la corteza visual derecha. A partir de
esta certeza, los investigadores utilizan un instrumento espe-
05 Sección V.indd 471
471
Después de la sección completa del cuerpo calloso,
la información perceptiva no interactúa entre los dos
hemisferios; no obstante, los mecanismos atencionales continúan interactuando bajo ciertas circunstancias. De esta manera, a pesar de que los dos hemisferios centren sus recursos en la captación de
una misma información visual, no son capaces de
integrarla.
Después de más de 50 años estudiando la percepción visual con esta técnica, se ha obtenido mucha información que
ha permitido analizar el grado de especialización de cada hemisferio y el grado integración interhemisférica en este tipo
tareas. En un destacado estudio con pacientes con el síndrome del cerebro dividido se les mostraba una palabra en el
campo visual derecho y otra en el izquierdo. A partir de estas
dos palabras, la tarea consistía en integrar en un dibujo las dos
palabras. Por ejemplo, si se habían presentado las palabras
diez y reloj, debían dibujar un reloj marcando las 10 horas. Lo
que observaron los investigadores fue que en parejas de palabras ambiguas, por ejemplo, perro y caliente (en inglés, hot y
dog), los pacientes realizaban siempre dibujos de manera literal (p. ej., un perro con una estufa) y nunca de manera integrada, por ejemplo, dibujando un bocadillo con una salchicha.
Además, en muchos casos los pacientes dibujaban solamente
los dibujos de las palabras presentadas en el hemisferio izquierdo, mostrando la superioridad de este hemisferio para
las tareas verbales.
¡
Mientras que diferentes estudios realizados con pacientes con el síndrome del cerebro dividido han
mostrado que la identificación de objetos se lleva a
cabo de manera aislada en cada hemisferio, la información sobre ubicaciones espaciales puede ser integrada entre hemisferios.
En un experimento diseñado para analizar si la información espacial requería integración interhemisférica, se mostraba a los participantes una cuadrícula con cuatro puntos en
cada campo visual (Fig. 18-9). En unos ensayos, se les pedía
que movieran los ojos hacia el punto que era destacado en la
parrilla. En otros ensayos, se les requería que movieran los
ojos hacia al mismo punto, pero correspondiente al campo
visual contrario. Los pacientes no presentaron ningún problema en esta tarea, por lo que se interpretó que, a pesar de
habérseles seccionado el cuerpo calloso, la percepción espacial se llevaba a cabo con la integración de la información que
aportan los dos hemisferios.
Este hallazgo de que algún tipo de información espacial
queda integrado entre las dos mitades del cerebro deja abierta
la cuestión de si los procesos de atención relacionados con la
información espacial también requieren una integración de la
información de los dos hemisferios. De manera sorprendente,
los pacientes con el síndrome del cerebro dividido pueden
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Figura 18-9. Experimento diseñado para analizar si la información espacial requería integración interhemisférica. Se
mostraba a los participantes
una cuadrícula con cuatro puntos en cada campo visual. Este
estudio permitió conocer que la
percepción espacial se lleva a
cabo con la integración de la información que aportan los dos
hemisferios.
usar cualquiera de los dos hemisferios para dirigir la atención
a posiciones tanto en el campo visual derecho como en el izquierdo. Esta conclusión está basada en estudios que usaron
una versión modificada de la tarea con señal de aviso espacial
(spatial cuing task). En esta tarea, los individuos responden lo
más rápidamente posible al detectar un estímulo visual que
aparece en una de las diversas localizaciones posibles. Antes
de aparecer el estímulo visual aparece una señal, bien en el
mismo lugar en el que aparecerá el estímulo (señal válida),
bien en otra localización (señal inválida). Las respuestas son
más rápidas cuando se muestra una señal válida, lo que indica
la orientación espacial hacia la localización de la señal. En los
pacientes con el síndrome del cerebro dividido, al igual que
personas sanas, no importaba si la señal que dirigía la atención a un determinado punto era presentada en el campo visual derecho o en el izquierdo. Estos resultados muestran que
estos pacientes pueden usar uno u otro hemisferio para dirigir
su atención a posiciones que están tanto en su campo visual
como en el contrario.
El descubrimiento de que la atención espacial puede ser
dirigida con facilidad a cualquier campo visual plantea la
cuestión de si cada hemisferio puede independientemente
dirigir la atención a una parte de su propio campo visual, es
decir, si se puede disociar la atención de cada hemisferio de
modo que el hemisferio derecho dirija su atención a un punto
del campo visual izquierdo al mismo tiempo que el hemisferio
izquierdo la dirige a un punto del campo visual derecho. Los
individuos sanos son incapaces de poder dividir la atención,
pero quizás los pacientes con el cerebro dividido sí que puedan. Los múltiples estudios llevados a cabo con respecto a esta
cuestión han mostrado que los pacientes con el cerebro dividido tampoco pueden dividir la atención en dos mitades. Según muestran los estudios, sólo se mantiene intacto un sistema integrado de atención tras la desconexión cortical. De
esta forma, como los individuos sanos, el sistema de atención
de los pacientes con el cerebro dividido es unifocal y, en consecuencia, no pueden atender a dos estímulos en dos localizaciones espaciales separadas.
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¡
Los dos hemisferios se basan en un sistema común de orientación que mantiene un único foco de
atención.
Finalmente, se analizará la distribución de los recursos
atencionales en pacientes con el cerebro dividido. Tal como
se ha visto en el capítulo 15, la capacidad atencional tiene
recursos limitados. Aunque se puede atender a dos estímulos
al mismo tiempo, el grado de atención disminuye al repartir
los recursos en dos focos de atención diferentes. Es posible
plantearse cómo se distribuyen estos recursos en pacientes
con el cuerpo calloso comisurado. Muchos estudios se han
centrado en este aspecto y todos han mostrado que los recursos centrales son limitados. Ello quiere decir que, aunque
los dos hemisferios estén desconectados, existe una capacidad atencional general que se distribuye si tiene una demanda de cada hemisferio. En un destacado estudio con
pacientes con el síndrome del cerebro dividido se platearon
dos condiciones, una fácil y otra difícil. En el experimento se
mostraban a los participantes tres series de dos figuras
geométricas, una en cada hemisferio (Fig. 18-10). Después se
mostraba sólo una figura en uno u otro hemisferio y los individuos debían indicar sí la figura presentada se les había
mostrado previamente en el mismo hemisferio que ahora era
mostrado. En la condición fácil (ilustrada en la imagen), las
tres figuras mostradas en un hemisferio eran idénticas a las
mostradas en el otro. En cambio, en la condición difícil, las
figuras variaban de un hemisferio al otro. Los resultados
mostraron que los participantes acertaban más en la condición fácil que en la difícil.
¡
La capacidad de atención, aunque el individuo pueda
disociar la información visual presentada a cada hemisferio, actúa como un sistema central de capacidad limitada que distribuye sus recursos según la
demanda de la tarea.
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Capítulo 18. Especialización hemisférica
T1
T2
T3
T4
Figura 18-10. Experimento diseñado para analizar la distribución
de los recursos atencionales en pacientes con el cerebro dividido.
Se mostraban a los participantes tres series de dos figuras geométricas (T1, T2, T3), una en cada hemisferio, y los participantes debían indicar sí la figura presentada posteriormente (T4) se les había mostrado previamente en el mismo hemisferio.
Procesamiento visuoespacial
El procesamiento visuoespacial representa el grupo de funciones cognitivas utilizadas para analizar y comprender el espacio en dos dimensiones y en tres dimensiones. Estos procesos incluyen las imágenes del entorno y su representación
espacial, la percepción de la distancia y de la profundidad. El
hemisferio derecho es, frecuentemente, superior al derecho en
el procesamiento visuoespacial. Diferentes tests neuropsicológicos, como la prueba de Cubos de la Escala de Inteligencia
Wechsler para Adultos (Wechsler Adult Intelligence Scale,
WAIS), muestran la superioridad del hemisferio derecho para
realizar este tipo de tareas. En esta prueba se requiere al participante que reproduzca con pequeños cubos rojos y blancos
unas figuras establecidas (v. Fig. 18-4).
¡
En general, los resultados muestran una mayor habilidad del hemisferio derecho en el procesamiento
visuoespacial. No obstante, no son del todo concluyentes pues hay pacientes que muestran poca habilidad tanto en una mano como en la otra y pacientes
que presentan también buenas habilidades en el
hemisferio izquierdo.
Memoria
Tal y como se ha visto en los capítulos 16 y 17, la memoria
es una de las capacidades fundamentales para los seres huma-
473
nos, pues les permite acumular información. Esta capacidad,
que posibilita recoger información tan variada como recuerdos, vivencias, destrezas motoras o información enciclopédica, desempeña un papel crucial en la adaptación a un medio
fundamentalmente cambiante. La memoria permite conocer
mejor el entorno y, por ello, poder anticipar eventos, prepararse para sus efectos, etc. Diferentes estudios han demostrado el papel fundamental del lóbulo temporal medial y del
hipocampo en la adquisición y consolidación de las memorias
(v. caps. 16 y 17). Además, respecto a la lateralización de la
memoria, se ha asociado la memoria visuoespacial con el hemisferio derecho y la memoria verbal, con el izquierdo. Dado
que la memoria verbal está íntimamente relacionada con el
lenguaje, se analizará al abordar el lenguaje y el habla. Con
respecto a la memoria visuoespacial, destacan los hallazgos de
Maguire et al., que en el año 2000 mostraron que taxistas londinenses con diversos años de experiencia en la conducción
del taxi por las calles de la ciudad presentaban un mayor volumen de la región posterior del hipocampo derecho, en comparación con individuos control. Además encontraron que el
volumen del hipocampo correlacionaba con la cantidad de
tiempo que los taxistas llevaban ejerciendo (de manera positiva en la parte posterior y negativamente en el hipocampo
anterior). Este estudio mostró que el hipocampo posterior almacena una representación espacial del entorno y puede expandirse regionalmente para dar cabida a la elaboración de
dicha representación en personas con una alta dependencia
de las habilidades de navegación. Posteriormente, Spiers, Maguire y otros autores realizaron un estudio para analizar la
memoria episódica topográfica en pacientes con daño en el
lóbulo temporal unilateral. En este estudio participaron un
grupo de pacientes con una lobectomía temporal izquierda,
otro grupo con una lobectomía temporal derecha y un grupo
de controles sanos. El estudio consistía en mostrar una ciudad
realizada con realidad virtual. Después de haber explorado la
ciudad, la memoria topográfica de los sujetos se puso a prueba
al obligarles a desplazarse a lugares específicos de la ciudad.
También se evaluó la capacidad de reconocer y dibujar escenas
de mapas de la ciudad virtual. Los resultados mostraron una
interacción entre la lateralidad y el tipo de pruebas de forma
que los pacientes con lobectomía temporal derecha fueron
peores en las pruebas de memoria topográfica y los pacientes
con lobectomía temporal izquierda en las pruebas que dependían del contexto de la memoria episódica. En concreto, el
grupo de pacientes con lobectomía temporal derecha se veía
afectado en la navegación, reconocimiento de escena y el
mapa de dibujo en comparación con los sujetos control. También mostraron una peor ejecución en el reconocimiento de
objetos en una tarea de memoria episódica.
¡
En definitiva, estos trabajos han mostrado que la región posterior del hipocampo incrementa su volumen
en relación a la actividad espacial. Dicho incremento
no predispone a una actividad o profesión ligada a
una demanda espacial y se va acrecentando a medida
que se lleva más tiempo ejerciendo dicha profesión.
Asimismo, se da una lateralidad en tanto que las diferencias son más marcadas en el hipocampo del
hemisferio derecho. Los trabajos de neuroimagen
(Continúa en la página siguiente)
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
¡
funcional con tareas navegación espacial en entornos de realidad virtual, han mostrado que una correcta ejecución en este tipo de tareas se asocia con
la activación del hipocampo posterior derecho, indicando una importante lateralización de la habilidad
de orientación espacial. Todo ello sugiere que la memoria topográfica se sitúa predominantemente en
estructuras del lóbulo temporal medial derecho.
Emoción
Una de los procesos psicológicos más analizados es la interpretación y la producción de expresiones faciales (v. cap. 24).
El estudio de los mecanismos corticales relacionados con la
lateralización de la emoción ha planteado dos hipótesis acerca
de la diferente participación de ambos hemisferios cerebrales.
La primera de las hipótesis considera que el hemisferio derecho presenta una superioridad para el reconocimiento de la
información emocional así como para la regulación del estado
de ánimo y del afecto. En la percepción de caras, el hemisferio
derecho muestra diferentes procesos que le confieren una mayor eficacia en la detección de caras. Esta capacidad no es exclusiva de dicho hemisferio, pues el izquierdo puede también
percibir y reconocer caras que no son familiares, aunque no
con el grado de precisión con el que lo hace el derecho. Este
patrón de asimetría ha sido encontrado también en otros primates como los macacos Rhesus (Fig. 18-11). En pacientes con
el síndrome del cerebro dividido se han llevado a cabo múltiples estudios que analizaban la capacidad de reconocimiento
de caras. Los resultados han mostrado que, aunque para reconocer caras familiares es más preciso el hemisferio derecho,
no se observan diferencias en el reconocimiento del propio
rostro entre los dos hemisferios.
La segunda hipótesis sobre la especialización hemisférica
de la emoción plantea que tanto el reconocimiento como la
regulación emocional son bilaterales, pero que el hemisferio
derecho se encuentra especializado para el procesamiento de
las emociones de carácter negativo, mientras que el izquierdo
lo está para el procesamiento de las emociones positivas. Sin
embargo, dado que las investigaciones realizadas no son del
todo concluyentes, con datos tanto a favor como en contra de
esta hipótesis, algunos autores han cuestionado la dicotomía
entre emoción positiva y negativa como base de la asimetría
hemisférica. En su lugar proponen las dimensiones de aproximación y retirada/evitación. La aproximación conductual
(emociones de felicidad o ira) estaría relacionada con la actividad de las regiones cerebrales anteriores del hemisferio izquierdo, mientras que la retirada (emociones de miedo o asco)
se encontraría asociada con las regiones anteriores del hemisferio derecho. Al respecto, se han llevado a cabo diferentes
estudios que han empleado técnicas de registro de la actividad
electroencefalográfica a través del electroencefalograma
(EEG). Los resultados muestran que durante la visión de imágenes de caras que mostraban emociones, las emociones negativas se relacionan con una mayor activación de las regiones
anteriores del hemisferio derecho, mientras que las emociones positivas producen una mayor activación de las regiones
anteriores del hemisferio izquierdo. Resultados similares se
han encontrado empleando técnicas de neuroimagen funcional, pues las imágenes agradables provocaban una mayor activación de las regiones frontal y temporal izquierdas, mientras que las imágenes desagradables provocaban una mayor
activación de la circunvolución frontal inferior y de la circunvolución recta del hemisferio derecho.
En el capítulo 24 se profundizará en la lateralización de las
emociones.
Lenguaje y habla
Figura 18-11. Macaco Rhesus.
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El lenguaje es una capacidad propia de los seres humanos.
Esto no excluye que otras especies también tengan diferentes
sistemas de comunicación, pero ninguno es tan evolucionado y
complejo como el humano. Como se analizará en el capítulo 19,
el lenguaje es una herramienta que permite al hombre representar y expresar significados, estados de ánimo o intenciones, desde las más sencillas hasta las más complejas y abstractas. De hecho, el lenguaje ha permitido a los seres humanos
acumular y trasmitir el conocimiento de una generación a
otra. Esta capacidad, como se ha mencionado anteriormente,
se circunscribe en la mayoría de las personas fundamentalmente al hemisferio izquierdo. Ahora bien, aunque el lenguaje
es una de las funciones más lateralizadas, el hemisferio derecho también presenta capacidades lingüísticas, y no todas las
personas tienen el lenguaje lateralizado por igual. Estudios
como los de Paul Broca y Karl Wernicke ya mostraron que el
hemisferio izquierdo desempeña un papel crucial en los pro-
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Capítulo 18. Especialización hemisférica
cesos de comprensión y producción del lenguaje. Concretamente, los estudios de estos autores permitieron identificar
una región anterior, la corteza prefrontal inferior, como el área
especializada en la producción del lenguaje, y una región posterior, el lóbulo temporal, especializado en la comprensión.
Sin embargo, aunque los hallazgos de Broca y Wernicke tuvieron gran importancia, paulatinamente, y gracias a la aplicación de nuevas técnicas, sus resultados han podido ser matizados y concretados. A mediados del siglo XX, Norman
Geschwind, neurólogo de la Universidad de Harvard, planteó
que, además de las regiones clásicas de Broca y Wernicke,
también estaban implicadas en el procesamiento del lenguaje
otras áreas como los lóbulos parietal, temporal y frontal. Todo
esto lo recogió en el modelo Wernicke-Geschwind, puesto
que sumó sus aportaciones a las inicialmente efectuadas por
Wernicke. Según este modelo, el lenguaje resulta de la interacción de siete estructuras del hemisferio izquierdo: la corteza visual primaria, la circunvolución angular, la corteza auditiva primaria, el área de Wernicke, la corteza motora
primaria, el área de Broca y el fascículo arqueado.
Sin embargo, diferentes estudios posteriores han demostrado que el procesamiento del lenguaje es mucho más complejo que el sistema planteado por Geschwind. Estudios con
pacientes con el cerebro dividido han mostrado que el hemisferio izquierdo es el agente principal en el procesamiento de
los aspectos léxicos y semánticos del lenguaje en la mayoría
de las personas. Por otro lado, el hemisferio derecho desempeña un papel fundamental en el análisis y la producción de
los aspectos emocionales y prosódicos del lenguaje. Además,
recientemente la incorporación de diferentes técnicas de estimulación y de neuroimagen ha permitido conocer con mucho
detalle las áreas y circuitos implicados en el las diferentes tareas lingüísticas. El Dr. Wilder Penfield, del Instituto Neurológico de Montreal, utilizó la estimulación eléctrica de diferentes regiones de la corteza. Su objetivo era evaluar las regiones
implicadas en el lenguaje antes de realizar intervenciones
quirúrgicas para tratar epilepsias graves. De esta manera, iba
estimulando diferentes áreas al mismo tiempo que se pedía a
los participantes que denominaran diferentes objetos. De este
modo, Penfield anotaba aquellas áreas en las que la estimulación eléctrica alteraba el habla y aquellas que provocaban un
mutismo total. En la figura 18-12 se puede ver un mapa cartográfico del cerebro con los principales resultados de los estudios de Penfield. Más recientemente Ojemann, en la Universidad de Washington, estudió la capacidad de reconocimiento
de fonemas durante la estimulación cortical y trató de discernir los efectos de la estimulación sobre la memoria verbal, la
lectura y la denominación de objetos. En sus estudios demostró que el modelo de Wernicke-Geschwind era excesivamente
sencillo. Aunque encontró que la mayoría de las áreas de la
corteza implicadas en el procesamiento del lenguaje se localizan alrededor de la cisura de Silvio del hemisferio izquierdo,
también encontró que participaban otras regiones situadas en
áreas frontales y temporoparietales. Posteriormente Mateer et
al. concretaron tres sistemas neurales claramente diferenciados en la cartografía cortical: el sistema semántico (implicado
en el significado de las palabras), el sistema gramatical (implicado en el procesamiento de la estructura del lenguaje) y el
sistema fonológico (implicado en el procesamiento del sonido
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Figura 18-12. Mapa cartográfico del cerebro con los principales
resultados de los estudios de Penfield. Los puntos rojos indican
la localización en la que la estimulación eléctrica alteró el habla
pero no produjo mutismo total. Los puntos naranja corresponden
a aquellos en los que la estimulación produjo un mutismo total.
de las palabras). Los dos primeros se localizan fuera de las de
las regiones perisilvianas, mientras que el fonológico se sitúa
en las regiones perisilvianas. Además, los tres sistemas se integrarían en la circunvolución temporal superior, sobre todo
en el área de Wernicke (Fig. 18-13).
El uso de otras técnicas, como la tomografía por emisión de
positrones (PET), ha permitido encontrar altos niveles de actividad en amplias regiones de los dos hemisferios cuando las
personas realizan tareas que implican lenguaje. Marc Raichle
y Steve Petersen, de la Universidad de Washington, propusieron un modelo que parte del procesamiento sensorial de un
estímulo en la corteza sensorial. Si la presentación del estímulo es visual (lectura), el reconocimiento de la palabra se
localiza en la corteza visual extraestriada, mientras que cuando
la presentación es auditiva, se codifica fonológicamente en la
región temporoparietal. A partir de aquí, si la tarea es sencilla,
como repetir o leer una palabra, la información pasaría de la
corteza sensorial y temporoparietal directamente a las áreas
motoras. En cambio, cuando se trata de una tarea compleja,
como la asociación semántica sustantivo-verbo, esta información pasaría antes por la corteza prefrontal, donde se produciría esta asociación. El grupo de Hanna Damasio utilizó la
misma técnica para describir la actividad del lóbulo temporal
de individuos sanos mientras denominaban imágenes de personas, animales y herramientas. Sorprendentemente, encontraron que cada tipo de palabras se localizaba en una zona del
lóbulo temporal en función del tipo de entidad que representaba (persona, animal o herramienta). El grupo de Daphne
Bavelier, de la Universidad de Rochester, utilizó la técnica de
la RMf para describir la actividad cerebral de diferentes individuos mientras hacían una tarea de lectura en silencio. Sus
resultados mostraron muchas diferencias individuales en la
activación de diferentes regiones. Finalmente, el grupo de
Pascual-Leone, de la Universidad de Harvard, ha aplicado la
técnica de la estimulación magnética transcraneal (EMT) al
estudio del lenguaje. Entre los resultados más importantes
destaca el hecho que la interrupción de la región caudal del
área de Broca inhibe el procesamiento fonológico, y la inte-
13/09/13 10:25
476
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Análisis gramatical
Análisis semántico
Convergencia de
los análisis gramatical
y semántico
Análisis fonológico
rrupción de la región más rostral inhibe el procesamiento semántico.
En definitiva, teniendo en cuenta los diferentes hallazgos
sobre localización cerebral del lenguaje, puede resumirse su
distribución anatómica en diversos sistemas:
• Sistema perisilviano posterior: este sistema, formado por el
área de Wernicke y regiones adyacentes del hemisferio izquierdo, se encuentra implicado en la conversión de las
secuencias auditivas y visuales en representaciones neurales de las palabras. Además, este sistema está implicado en
la transformación de conceptos en palabras, en la producción del habla.
• Sistema perisilviano anterior: este sistema está formado por
el área de Broca y zonas adyacentes del hemisferio izquierdo.
Está implicado en la secuenciación de fonemas para formar
palabras y en la secuenciación de palabras para formar frases (sintaxis). Por ello, desempeña un papel fundamental
tanto en la correcta estructuración del lenguaje como en la
decodificación de las diferentes estructuras de la frase.
• Sistema del fascículo arqueado: este conjunto de fibras conecta bidireccionalmente los lóbulos frontal, temporal y
parietal. Al parecer, desempeña un papel fundamental en
la unión entre los fonemas.
• Sistema prefrontal medial: está formado por el área motora
suplementaria y la circunvolución cingulada anterior. Según parece, tiene un papel crítico en el inicio y el mantenimiento del habla.
Recientemente Hickok y Poeppel (2004) han propuesto un
nuevo modelo neuroanatómico funcional del lenguaje, intentando unificar los datos provenientes de los estudios de neuroimagen, de procesamiento del lenguaje y de neuropsicología. Según este modelo, existen dos circuitos interrelacionados
05 Sección V.indd 476
Figura 18-13. Cartografía funcional de los tres sistemas
neurales obtenidos por Mateer: sistema semántico, sistema gramatical y sistema fonológico.
que, a diferencia de los anteriores, distingue entre un sistema
dorsal y otro ventral:
• El sistema ventral se encarga principalmente de traducir
el contenido fonológico en contenido semántico. Este sistema se proyecta ventrolateralmente hacia el surco temporal superior y hacia porciones del lóbulo temporal inferior
posterior, las del giro temporal medio y giro temporal inferior izquierdo.
• El sistema dorsal se encarga de traducir el contenido fonológico a representaciones articulatorias. Este sistema se proyecta dorsoposteriormente, hacia el lóbulo parietal y finalmente a regiones frontales. Incluye la región posterior a la
cisura de Silvio, en la frontera entre el córtex parietal y temporal, y posteriormente se proyecta en las regiones frontales.
Este modelo se analizará con más detalle en el capítulo 19
en el que se describen con detalle las estructuras y fibras cerebrales implicadas en el procesamiento del lenguaje.
Pensamiento y razonamiento
Si hasta ahora se ha analizado la especialización cerebral
de diferentes procesos cognitivos básicos como la atención o
la percepción y otros más evolucionados como el lenguaje, se
abordarán otros procesos, como el pensamiento y el razonamiento. A lo largo de sus experiencias vitales, de su experiencia observando e interactuando con el medio, el individuo
realiza inferencias en función de la regularidad de la presentación de un fenómeno en el medio; así, establece relaciones
causales entre dos fenómenos que concurren juntos temporalmente, y esto le permite anticipar que el segundo va a ocurrir cuando aparece el primer fenómeno de nuevo. A continuación se analizará si estos procesos, de gran complejidad
13/09/13 10:25
Capítulo 18. Especialización hemisférica
cognitiva se realizan de manera predominante en uno u otro
hemisferio, y su grado de integración.
Los estudios con pacientes con el cerebro dividido sugieren
que el razonamiento causal, aquel que permite establecer la relación entre dos fenómenos, está lateralizado en diferentes aspectos. Los juicios sobre percepción causal son mejores cuando
la información es presentada en el campo visual izquierdo. En
cambio, los juicios de inferencia causal son mejores cuando la
información es presentada el campo visual derecho. Estos resultados sugieren que el hemisferio derecho está más especializado en detectar que un objeto está influyendo sobre otro objeto que se presenta en el mismo espacio y en el mismo tiempo;
estos son aspectos cruciales en la computación de la percepción
causal. Por otro lado, la capacidad del hemisferio izquierdo se
concentra en la extracción de reglas lógicas sobre el conocimiento conceptual, para poder interpretar correctamente los
estímulos complejos y poder unirlos y formar un todo coherente. Esta capacidad es crucial para inferir las relaciones entre
acciones que no se pueden relacionar con la percepción.
Otros estudios se han centrado en analizar la resolución de
problemas. En un interesante estudio se plantearon analizar si
existen asimetrías cerebrales respecto a la resolución de problemas. Para ello, presentaban estímulos rojos y verdes sucesivamente, y los participantes debían adivinar qué tipo de
estímulo iba a suceder después. Se informaba a los individuos
que cada tipo de estímulo tenía una probabilidad de aparición
diferente –los estímulos rojos aparecían el 75 % del tiempo,
mientras los verdes sólo el 25 %– pero también que el orden
de presentación era totalmente aleatorio (Fig. 18-14). Los participantes podían utilizar dos posibles estrategias para responder a la tarea: relacionando o maximizando. La estrategia de
relacionar comprende el hecho de establecer que después de
un punto verde hay una gran probabilidad que la siguiente sea
roja. Ahora bien, como el orden de presentación era totalmente aleatorio, esta opción podía provocar ciertos errores. La
estrategia de maximizar consistía en decir rojo siempre, con lo
que los individuos se aseguraban el 75 % de los aciertos. Aunque pueda parecer más acertada esta segunda estrategia, los
seres humanos relacionan, mientras que otros seres vivos,
como los ratones o los peces, maximizan. Es decir, son mejores
en esta tarea que los seres humanos. La explicación es que los
seres humanos tienen la tendencia a buscar patrones en secuencias de eventos incluso cuando se les ha dicho que su
presentación es totalmente aleatoria.
En este estudio se analizó si existen diferencias en las estrategias usadas por uno u otro hemisferio en la resolución de este
tipo de tareas. Para ello se aplicó esta tarea a pacientes con el
síndrome del cerebro dividido, a los que sólo se les presentaba
la información visual en uno u otro campo visual. Los resultados mostraron que el hemisferio izquierdo usa la estrategia de
relacionar, mientras que el derecho utiliza la de maximizar. De
la misma manera, cuando se aplicaba el experimento a pacientes con daño cerebral unilateral en el hemisferio derecho o izquierdo, los resultados mostraban que el daño en el hemisferio
izquierdo provocaba el uso de la estrategia de maximizar mientras que el daño en el derecho provocaba la estrategia de relacionar. Estos hallazgos sugieren que el hemisferio derecho supera al izquierdo, porque plantea la resolución de la tarea de
una forma más sencilla, mientras que el hemisferio izquierdo
se empeña en encontrar una complicada hipótesis explicativa
para resolver la tarea. Sin embargo, es el izquierdo el que acaba
imponiendo su criterio y hace que los seres humanos cometan
más errores que animales con una menor complejidad cerebral.
¡
T1
T2
T3
?
477
Diversas investigaciones muestran diferencias en el
procesamiento de diferentes procesos cognitivos entre
los dos hemisferios. Por ejemplo, el procesamiento
visuoespacial es superior en el hemisferio derecho.
Respecto a la memoria, se ha asociado a la memoria
visuoespacial con el hemisferio derecho y a la memoria verbal, con el izquierdo. El lenguaje se circunscribe
fundamentalmente al hemisferio izquierdo. Por último, respecto a la resolución de problemas, el hemisferio izquierdo se concentra en la extracción de reglas
lógicas para poder interpretar estímulos complejos.
T4
■ INTEGRACIÓN DE LA INFORMACIÓN
INTERHEMISFÉRICA
Figura 18-14. Ilustración del estudio que analizó la existencia de
asimetrías cerebrales con respecto a la resolución de problemas.
T1, T2, T3 y T4: sucesivas presentaciones.
05 Sección V.indd 477
Como se ha visto, los hemisferios están especializados para
procesar diferente información y ejecutar diferentes procesos.
Sin embargo, las acciones y experiencias diarias de la persona
reflejan el procesamiento unificado de un único cerebro, no de
dos mentes distintas. Esto es así porque los dos hemisferios
cerebrales comparten diferentes canales de comunicación con
los que coordinan su acción. A continuación se analizará el
cuerpo calloso, que es la vía principal de comunicación entre
los dos hemisferios, y se examinarán las funciones que cumple
en la interacción de la información entre los dos hemisferios.
13/09/13 10:25
478
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
¡
El cuerpo calloso
Tal como se ha visto en el capítulo 3, el cuerpo calloso es
un haz de unos 250 millones de fibras nerviosas que constituye la principal vía de transmisión de información entre los
dos hemisferios cerebrales (Fig. 18-15). Sin embargo, esta tarea no es exclusiva de esta comisura, pues existen otras subcorticales que pueden transferir información rudimentaria.
Estructuralmente, las secciones anteriores del cuerpo calloso
conectan las secciones anteriores del cerebro y las posteriores
hacen lo propio entre las secciones posteriores de los dos hemisferios. Fruto de esta organización, la transferencia de diferentes tipos de información se realiza por diferentes partes del
cuerpo calloso, en función de las regiones cerebrales conectadas con éste. Por ejemplo, la información motora se transfiere
aproximadamente en la mitad del cuerpo calloso, mientras
que la información visual circula por su parte posterior, llamada esplenio.
Los investigadores han podido determinar la naturaleza de
la información transferida por el cuerpo calloso gracias a los
estudios con pacientes con el síndrome del cerebro dividido.
En diferentes tareas, se les pide que comparen ítems dirigidos
a uno y otro hemisferio de manera separada. Si los pacientes
son incapaces de comparar el ítem mostrado a cada hemisferio, dado que su cuerpo calloso ha sido cortado, puede concluirse que éste desempeña un papel fundamental en la integración interhemisférica. Por el contario, si los pacientes
pueden hacer esta comparación, se deberá pensar que la comunicación no se realiza mediante el cuerpo calloso.
›
Los pacientes con el cerebro dividido no pueden determinar si dos caras, cada una mostrada en un hemisferio, corresponden o no a la misma persona. En
cambio, las comisuras subcorticales permiten transferir información dicotómica , por ejemplo, si la cara
es de un joven o un adulto, si es hombre o mujer, o si
es una imagen emocionalmente positiva o negativa.
Cuerpo calloso
05 Sección V.indd 478
Diferentes estudios han reflejado que la información
detallada que se requiere para identificar un ítem
concreto puede ser transferida entre los dos hemisferios sólo con el cuerpo calloso. Sin embargo, información más general puede ser transferida a través
de las comisuras subcorticales.
Funciones de la interacción entre hemisferios
Tal como acabamos de comentar, el cuerpo calloso cuenta
como principal función la interacción entre los dos hemisferios cerebrales. Esta función puede asimilarse a la de un servicio de mensajería, puesto que proporciona fotocopias de la
experiencia de cada hemisferio al otro y envía a los hemisferios información que les permite actuar de manera coordinada. Se analizarán con mayor detalle esta función principal y
otras funciones del cuerpo calloso.
El cuerpo calloso mantiene informado a cada hemisferio
sobre qué está haciendo el otro, de manera que permite que la
información recibida por un hemisferio sea inmediatamente
transferida al otro. Gracias a los estudios con potenciales evocados sobre los estímulos sensoriales, se ha observado esta
intercomunicación. Una respuesta registrada por un estímulo
situado en la parte contralateral de un hemisferio genera, en
pocos milisegundos, una respuesta en el otro hemisferio. La
diferencia de tiempo entre el pico de activación en el hemisferio que recibe la información y el hemisferio opuesto es el
tiempo que se estima para realizar esa transferencia, el cual
varía de 5 a 20 ms en personas adultas.
No obstante, la interacción entre los dos hemisferios no se
limita únicamente a trasferir información. La interacción interhemisférica mejora la capacidad de procesamiento del cerebro en condiciones de alta demanda.
›
Por condiciones de alta demanda se entiende aquellas en las cuales el procesamiento es relativa-
Figura 18-15. El cuerpo calloso o comisura central es un
haz de fibras nerviosas que se
encuentra en la zona profunda
del cerebro y que conecta los
hemisferios cerebrales derecho e izquierdo, coordinando
las funciones de ambos.
13/09/13 10:25
Capítulo 18. Especialización hemisférica
479
Figura 18-16. En la tarea de interacción interhemisférica se
¿Suma el número de abajo más alguno de los de arriba 10 o más?
comparan dos tipos de ensayos.
En los ensayos dentro del hemisferio, las piezas críticas de
Dentro del campo
Dentro del campo
Dentro del campo
Dentro del campo
visual izquierdo
visual izquierdo
visual izquierdo
visual izquierdo
información se dirigen inicialmente a un solo hemisferio y la
8
3
3
8
decisión correcta se puede re3
8
8
3
solver sin la interacción inter2
2
2
2
hemisférica. En cambio, en los
ensayos a través del hemisferio, cada hemisferio recibe sólo
3
8
8
3
8
3
3
8
una de las piezas fundamentales de información, de modo
2
2
2
2
que los dos hemisferios deben
comunicarse para realizar coHI
HD
HI
HD
HI
HD
HI
HD
rrectamente la tarea. El rendimiento es mejor en los ensayos
El hemisferio derecho puede
El hemisferio derecho puede
dentro del hemisferio, en comLos hemisferios deben comunicarse para tomar una decisión
tomar la decisión solo
tomar la decisión solo
paración con los ensayos a través del hemisferio, cuando la
tarea es fácil (p. ej., decidir si
Peores resultados
Mejores resultados
dos dígitos son idénticos). Sin
embargo, el rendimiento es
mejor en los ensayos a través
del hemisferio cuando la tarea es más difícil (p. ej., tomar una decisión acerca de si la suma de la parte inferior y uno de los dos números
de arriba es mayor de 10). Estos resultados indican que la interacción interhemisférica ayuda en el desempeño de las tareas más exigentes. HD: hemisferio derecho; HI: hemisferio izquierdo.
›
mente complejo, cuando la información ha de ser
procesada simultáneamente en un período corto de
tiempo o cuando una tarea es difícil porque necesita
ignorar otra información distractora o irrelevante.
Diferentes estudios han examinado cómo la interacción
entre los dos hemisferios mejora la capacidad cerebral de procesar información. Para hacerlo, se proponen tareas en las
cuales se muestran dos tipos de ensayos (Fig. 18-16). En unos,
llamados ensayos interhemisféricos, los ítems críticos se
muestran en el hemisferio contrario y se han de comparar. En
los otros ensayos, denominados intrahemisfericos, los ítems
críticos se muestran inicialmente en solo un hemisferio. Mientras que los ensayos interhemisféricos requieren comunicación entre los dos hemisferios, los intrahemisfericos no la requieren. Los resultados muestran que cuando una tarea es
sencilla, como decidir si dos ítems son idénticos, se lleva a
cabo más rápidamente en ensayos intrahemisfericos. Ahora
bien, cuando la tarea es más complicada, como determinar si
la suma de dos números es 10 (p. ej., 7 y 3), los ensayos que
requieren de una comunicación entre los dos hemisferios son
ejecutados más rápidamente.
¡
05 Sección V.indd 479
El cuerpo calloso es la vía principal de comunicación entre los dos hemisferios, en tanto que permite
que la información recibida por un hemisferio sea
inmediatamente transferida al otro. Esta interacción interhemisférica mejora la capacidad de procesamiento de la información en condiciones de alta
demanda cognitiva.
■ DIFERENCIAS EN ESPECIALIZACIÓN
HEMISFÉRICA
Desarrollo de la especialización hemisférica
En los apartados previos del capítulo se han ido analizando
las diferencias y similitudes anatómicas y funcionales entre los
dos hemisferios que componen el cerebro. Ahora se analizará
si las asimetrías que se han ido señalando entre los dos hemisferios están presentes desde el nacimiento o si –por el contrario– son fruto de un proceso de especialización paulatino.
En un libro muy influyente de Eric Lenneberg publicado el
1967 con el título Fundamentos biológicos del lenguaje, este autor
planteaba que los dos hemisferios cerebrales tenían las mismas potencialidades en el momento de nacer. Según este
punto de vista, cada hemisferio tendría la capacidad de llevar
a cabo las mismas funciones que el otro. Lenneberg planteaba
que la lateralización se incrementaría hasta la pubertad, tras la
cual se mantendría constante. El autor había llegado a esta
conclusión tras observar que niños con daño cerebral en el
hemisferio izquierdo presentaban menos déficits que niños
más grandes o adultos con lesiones similares. Es por ello que
planteó la hipótesis de que la recuperación de los niños jóvenes ocurría porque el hemisferio derecho, que él consideraba
que no estaba totalmente especializado, asumía funciones
propias del izquierdo, como el lenguaje.
Diversos estudios se han centrado en comprobar o refutar
ese incipiente descubrimiento de Lenneberg. Como se ha
visto en el capítulo, la asimetría hemisférica se muestra en
diferentes niveles. La primera y más evidente asimetría es
neuroanatómica. Los dos hemisferios presentan ciertas dife-
13/09/13 10:25
480
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
rencias en la configuración morfológica de algunas de sus regiones, como en el plano temporal o área de Wernicke. Una
primera constatación del desarrollo de la lateralización lleva a
indagar si estas asimetrías anatómicas están ya presentes
desde el nacimiento o, por el contrario, surgen posteriormente. Diferentes estudios sitúan ya esta asimetría en el plano
temporal en niños recién nacidos y otros incluso la encuentran antes del nacimiento. Es decir, que las asimetrías cerebrales en cuanto a la configuración anatómica están presentes
desde el principio del desarrollo.
En esta línea se incluyen diferentes estudios en niños con
daño unilateral. Estos estudios han mostrado que las pérdidas funcionales después de una lesión pueden ser asumidas
por el hemisferio intacto cuando la lesión se produce en una
etapa temprana. Sin embargo, esta plasticidad presenta algunos costes. Por ejemplo, aunque el hemisferio derecho puede
asumir las funciones del lenguaje si el hemisferio izquierdo
está dañado, esta transferencia ocurre a expensas de reducir
la capacidad de las funciones del hemisferio derecho. Esta reducción se muestra en una disminución de las habilidades visuales complejas como la organización visual o la percepción
de laberintos.
Otros estudios se han centrado en analizar el desarrollo de
las asimetrías en la especialización de las funciones cerebrales
en niños. Si la asimetría se desarrolla con la edad, la ventaja
que el hemisferio izquierdo tiene respecto al derecho en lenguaje o –en sentido inverso– la ventaja del hemisferio derecho
para el procesamiento de la información espacial serán menores en niños pequeños que en adultos. No obstante, numerosos estudios con niños han mostrado que las diferencias respecto al tipo de información procesada no se incrementan
durante el período de desarrollo. Por supuesto que esto no
quiere decir que el cerebro infantil no evolucione a medida
que el niño se va desarrollando, sino que las asimetrías observadas en los adultos ya están presentes desde el momento de
adquisición de una determinada competencia o capacidad.
Pero las evidencias no terminan aquí, puesto que existe todo
un corpus de estudios que se ha focalizado en analizar si existen diferencias funcionales en los cerebros de los niños respecto al cerebro adulto. Los investigadores registran la actividad eléctrica del cerebro mediante diferentes técnicas de
neuroimagen en niños mientras son expuestos a materiales
auditivos verbales como sílabas o palabras, y observan más
actividad en el hemisferio izquierdo que en el derecho ya
desde temprana edad. De manera similar, otros estudios que
se basan en la premisa de que los niños succionan más rápidamente el chupete cuando les interesa un estímulo, han encontrado que la velocidad de succión se incrementa cuando
este tipo estímulos verbales es presentado en el oído derecho,
en comparación con el izquierdo. Es por ello que los autores
concluyen que el cerebro de los bebés ya está especializado de
la manera en que se aprecia posteriormente en adultos.
Finalmente, existen diversos estudios basados en niños
que nacieron con hemisferios extremadamente pequeños o
con alguna malformación. Puesto que estas malformaciones
cursan generalmente con ataques epilépticos, su pronóstico
es mejor si se les extirpa el hemisferio afectado, ya en el momento del nacimiento, en un proceso denominado hemisferectomía (Fig. 18-17). Es por ello que, si los dos hemisferios
05 Sección V.indd 480
Figura 18-17. Hemisferectomía. Vista de un cerebro antes de
practicar la extirpación de un hemisferio (A) y después de realizada
ésta (B).
tuvieran las mismas potencialidades al nacer, la capacidad
de realizar una tarea sería la misma en niños a los cuales se
les hubiera extirpado un hemisferio u otro. Ahora bien, en
tareas más especializadas del hemisferio izquierdo, como
aquellas que incluyen ciertas competencias verbales de carácter sintáctico, los niños que cuentan sólo con este hemisferio son más competentes que los que sólo cuentan con el
derecho. Del mismo modo, los niños sin el hemisferio derecho no adquieren las capacidades espaciales en el mismo
grado que lo hacen los niños que sí que lo preservan. Sin
embargo, los niños con hemisferectomía adquieren mejor
estas competencias que los adultos que sufren un daño en el
mismo hemisferio. Esto indica que en el desarrollo temprano el hemisferio opuesto puede asumir (al menos en
cierto grado) funciones que normalmente son propias del
otro hemisferio. De todos modos, las diferencias en las habilidades cognitivas entre los niños con hemisferectomía en
uno u otro hemisferio reflejan que los dos hemisferios no
tienen exactamente las mismas potencialidades, dado que
están preparados para procesar mejor un tipo de información que otro.
Considerados de manera global, todos estos estudios reflejan que, aunque las constataciones de Lenneberg tuvieron
mucha repercusión, los estudios posteriores han mostrado
que la especialización de los hemisferios ya está presente en
el nacimiento. Además, el grado de especialización no se ve
prácticamente modificado con el desarrollo, a no ser que se
produzca lesión traumática en el cerebro.
¡
Las asimetrías cerebrales están presentes desde el
principio del desarrollo.
Diferencias individuales en la organización
cerebral
Si el apartado precedente se ha centrado en analizar el
desarrollo de la especialización hemisférica y, consecuentemente, se han analizado las diferencias y similitudes entre el
cerebro del niño y el adulto, ahora se analizará si existen diferencias individuales, es decir, si existen diferencias en la
lateralización cerebral respecto a ciertas características indi-
13/09/13 10:25
Capítulo 18. Especialización hemisférica
viduales. En concreto, se analizarán dos factores que muestran diferencias en la organización cerebral: la lateralidad y el
género.
Lateralidad
En términos generales, la lateralidad puede definirse como
el conjunto de predominancias motoras particulares para el
uso de una u otra de las diferentes partes simétricas del cuerpo
que integran las mitades derecha e izquierda. La lateralidad es
el predominio funcional de un lado del cuerpo humano sobre
el otro, determinado por la supremacía que un hemisferio cerebral ejerce sobre el otro. Cuando la preferencia se realiza
sobre la parte izquierda, se dice que la persona es zurda, y
cuando se realiza sobre la parte derecha, se la denomina diestra. La mayoría de los seres humanos son diestros. La mayoría
de personas muestra un predominio del lado derecho. Es decir, que si se ven obligados a elegir prefieren emplear el ojo, o
el pie o el oído derecho, puesto que son más competentes con
éstos que con los opuestos.
Los científicos han pensado durante bastante tiempo que
la organización cerebral de las personas zurdas era distinta de
la de los diestros. Históricamente, los zurdos han sido caracterizados de una forma poco halagüeña. No en vano en algunas lenguas utilizan términos con connotaciones negativas; en
italiano, por ejemplo, la palabra «izquierda» es sinistra, palabra
con las mismas connotaciones que tiene en nuestra lengua; en
francés es gauche, que también refiere a una persona desmañada o torpe. Pero la discriminación de la zurdera no termina
aquí, pues hasta no hace muchos años a los niños que escribían con la mano izquierda se les obligaba a escribir con la
derecha. Seguramente, el hecho de representar tan sólo alrededor del 10 % de la población ha facilitado este cierto ostracismo al que tradicionalmente se ha relegado a los zurdos.
Sea como fuere, se pretende aquí analizar si los cerebros de
las personas que presentan una preferencia por el hemisferio
derecho y, en consecuencia, por la parte izquierda del cuerpo
muestran alguna diferencia respecto a la especialización hemisférica. Los diferentes estudios parecen indicar que efectivamente es así. Como ya se señaló, las personas diestras tienen el procesamiento verbal casi siempre lateralizado en el
hemisferio izquierdo, mientras que el procesamiento visuoespacial lo está en el derecho. Las personas zurdas, en cambio,
son mucho más heterogéneas y, mientras algunas muestran
una especialización similar a la de los diestros, otras la presentan a la inversa y todavía existen otras que presentan un patrón no asimilable a los anteriores.
›
Por ejemplo, la producción del habla está controlada
en un 95 % de los diestros por su hemisferio izquierdo y en el 5 %, por el derecho. Entre los zurdos,
en el 70 % la producción del habla está controlada
por el hemisferio izquierdo; en el 15 %, por el derecho, y en el restante 15 %, por ambos.
En términos generales, podemos decir que en proporción
los zurdos están menos lateralizados que los diestros. Esto
genera que las consecuencias funcionales de las lesiones cere-
05 Sección V.indd 481
481
brales no suelen ser tan graves en las personas zurdas, especialmente, en aquellos zurdos que tienen diferentes funciones
menos lateralizadas. Por ejemplo, después de un daño cerebral en el hemisferio izquierdo, los zurdos presentan menos
déficits de lenguaje que los diestros, puesto que la producción
del lenguaje puede estar controlada por un hemisferio y la
comprensión, por el otro. Sin embargo esta aparente ventaja
es engañosa, puesto que la afectación del daño cerebral en el
hemisferio izquierdo produce en los zurdos déficits visuoespaciales mayores que en los diestros.
En definitiva, aunque se sabe que el cerebro de los zurdos
difiere del de los diestros, las razones de estas diferencias todavía no se conocen a ciencia cierta. Muchos investigadores
suponen que hay al menos algún componente genético para
la lateralización. No obstante, aunque se han propuesto diferentes modelos genéticos, ninguno ha podido explicar la distribución de diestros y zurdos dada la lateralización de sus
padres.
Género
Como se verá en el capítulo 22, uno de los debates más
candentes sobre las diferencias individuales en la organización
cerebral se ha centrado en analizar las diferencias respecto al
género. Durante muchos años los investigadores han debatido
sobre si la lateralización está menos pronunciada en mujeres
que en hombres. Si esto fuera así, las mujeres serían más similares a los zurdos y los varones a los diestros. En tal dirección,
múltiples estudios se han centrado en encontrar diferencias
entre el cerebro masculino y el femenino. Aunque algunos investigadores informan un patrón de diferencia congruente con
esta hipótesis, otros no encuentran diferencias significativas
entre varones y mujeres e incluso hay algunos estudios que
encuentran que las mujeres están más lateralizadas.
A pesar de que las diferencias varían entre unos y otros
estudios, se recogerán aquellos aspectos más destacados en
los que se han encontrado diferencias. Entre los diferentes aspectos estudiados, los más analizados son las habilidades motoras, el análisis espacial, las aptitudes matemáticas, la percepción y las habilidades verbales (Fig. 18-18). Respecto a las
habilidades motoras, las diferencias entre hombres y mujeres
son evidentes, con una mejor competencia para los hombres
que para las mujeres. Diferentes estudios han mostrado una
mejor competencia masculina en actividades de lanzamiento
de objetos como pelotas o dardos e interceptando objetos lanzados hacia ellos. Aunque podría pensarse que estas diferencias se deben a la práctica, ya están presentes en niños de 3
años. Además, ese dimorfismo sexual funcional está presente
en otros seres vivos como los chimpancés. Otro aspecto en
que se han encontrado diferencias es el análisis espacial. Aunque la creencia popular es que los hombres son superiores en
estos aspectos, los estudios sólo reflejan cierta ventaja en algunas tareas espaciales. Los hombres son mejores en tareas
que requieren rotación mental de los objetos y en tareas de
orientación espacial. Las mujeres, en cambio, son mejores en
memoria espacial, puesto que son más hábiles para recordar
los objetos mostrados o movidos en una imagen. Las habilidades matemáticas constituyen otro de los aspectos que
muestra diferencias entre sexos. Aunque no exentos de con-
13/09/13 10:25
482
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Pruebas que favorecen a las mujeres
Cálculo
matemático
Recuerdo de
una historia, un
parágrafo o
palabras no
relacionadas
(14 x 5) – 21 + 34 = ?
Pelota, llave, silla, botella, árbol,
periódico, lápiz, etc.
Pruebas que favorecen a los hombres
Pruebas de
razonamiento verbal
Si sólo el 40% de las semillas de aceituna
sobreviven, ¿cuántas se deben plantar para
obtener 860 olivos?
Encontrar formas
geométricas en un
dibujo complejo
Recordar objetos
desplazados o
eliminados
Rotación mental
de objetos
Coordinación y
motricidad fina
Precisión en
habilidades motoras
de lanzamiento
Relacionar
rápidamente
ítems similares
en un test de
percepción visual
Visualizar dónde se
sitúan los agujeros
perforados en un
papel doblado al
desplegarlo
Figura 18-18. Principales diferencias respecto a diferentes habilidades en función del género.
troversias, diferentes estudios muestran valores superiores de
los varones en razonamiento matemático y de las mujeres en
pruebas de cálculo. En cuanto a la percepción, es decir, el reconocimiento y la interpretación de la información sensorial,
no serían inicialmente esperables grandes diferencias a priori.
Sin embargo, diferentes estudios muestran que las mujeres
son más sensibles a todas las formas de estimulación sensorial, excepto para la visión. Y no es sólo que ellas tengan umbrales más bajos para la detección de estímulos, sino que son
más rápidas detectándolos. Finalmente, diferentes estudios
han analizado las habilidades verbales de hombres y mujeres.
Los resultados muestran que las mujeres son mejores en fluidez verbal y memoria verbal.
A pesar de estas diferencias, si se revisa la bibliografía científica que ha analizado las diferencias de sexo basándose en
las técnicas del campo visual dividido y del habla dicótica, se
observa que, en función del criterio usado, entre el 5 y el 15 %
de estos estudios muestra resultados congruentes con la idea
que los mujeres están menos lateralizadas que los varones. Es
por ello que, aunque el promedio del grado de lateralización
sea significativamente diferente entre hombres y mujeres, las
diferencias de género representan poco en la variabilidad (entre 1 y 2 %) en los patrones de lateralización entre individuos.
Otras investigaciones se han centrado en analizar las asimetrías de las estructuras corticales del cerebro masculino y
del femenino. Una de las estructuras en las que han sido observadas diferencias es el cuerpo calloso. Originalmente, algunos estudios mostraron que era mayor en mujeres que en
varones. Sin embargo, trabajos posteriores han reducido las
diferencias tan sólo a la parte más posterior del cuerpo calloso,
el esplenio. También se han informado diferencias que incluyen tanto género como lateralidad, aunque los resultados pre-
05 Sección V.indd 482
sentan contradicciones. Al respecto, se encontró que porciones del cuerpo calloso eran más largas en hombres no diestros
que en diestros. Este patrón, sin embargo, no se encontró en
mujeres. Estudios más recientes sugieren que las regiones
subcorticales como la amígdala (que está implicada en el procesamiento de la información emocional) podrían mostrar
diferencias anatómicas entre varones y mujeres.
También se han analizado las diferencias en los patrones
de activación funcional entre personas de distinto sexo. Estos
estudios, que analizan la diferente activación de regiones cerebrales, han mostrado distinta actividad cerebral tanto en
reposo como en tareas de procesamiento de información lingüística entre hombres y mujeres. Sin embargo, otros estudios
con muestras de individuos más amplias no han observado
estos efectos.
Recientemente han aparecido también algunos estudios
que analizan las diferencias cerebrales en función de la orientación sexual. Aunque todavía son pocos los estudios, los primeros resultados muestran que partes de hipotálamo de varones homosexuales son diferentes de las de varones y
mujeres heterosexuales. A nivel conductual, diferentes estudios han mostrado cierta correlación entre orientación sexual
y grado desempeño de diferentes tareas. Por ejemplo, Qazi
Rahman y sus colaboradores encontraron que los varones homosexuales superaban a todos los grupos en fluidez verbal,
mientras que las mujeres heterosexuales eran mejores que los
varones con la misma orientación sexual y las mujeres homosexuales obtenían los valores inferiores.
En definitiva, aunque existen cantidades ingentes de opiniones y un conocimiento popular bastante arraigado sobre
las diferencias entre varones y mujeres, cuando el debate se
sitúa en el terreno científico las diferencias respecto a la orga-
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Capítulo 18. Especialización hemisférica
nización cerebral con relación al género no resultan tan claras.
Partiendo de las notables diferencias anatómicas y fisiológicas
habidas entre varones y mujeres, era esperable encontrar significativas diferencias entre los dos cerebros. Los estudios, sin
embargo, encuentran leves diferencias cuya variabilidad en
algunos casos es mayor entre personas de un mismo género
que entre personas de géneros diferentes. En el capítulo 22 se
profundizarán estos aspectos con relación a la conducta sexual y a la agresión.
¡
Existen algunas diferencias individuales con respecto a la lateralización de diferentes funciones cerebrales entre persones con diferente lateralidad
(diestras o zurdas). En cambio, estas diferencias no
son tan claras en persones con diferente género.
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Lenguaje
L. Bosch, À. Colomé, R. de Diego-Balaguer y A. Rodríguez-Fornells
19
a Resumen conceptual
✓ Comprender y producir el lenguaje es una capacidad típicamente humana, presente en todas las culturas y grupos
sociales. El ser humano dispone de la herramienta lingüística, un código o sistema simbólico, que utiliza para comunicarse eficazmente y transmitir significado relativo a objetos, eventos o intenciones. Esta herramienta le permite abordar conceptos con distinto nivel de abstracción, y puede manifestarse a través de distintos formatos
(lenguaje oral, escrito, lengua de signos). Este capítulo se centrará en el lenguaje hablado.
✓ Desde la perspectiva de la neurociencia cognitiva, interesa conocer las bases neurales sobre las que se asienta este
sistema simbólico, considerando tanto su desarrollo como su funcionamiento en el cerebro adulto. El enfoque
psicolingüístico aborda la caracterización de los distintos niveles implicados en la codificación del lenguaje y trata
de describir los procesos que tienen lugar al producir y comprender el lenguaje, esto es, cómo se transforman el
pensamiento y la intención comunicativa en una secuencia de palabras que finalmente se traducen en una serie de
gestos articulatorios, y cómo se accede al significado de un mensaje hablado, decodificando la información acústica percibida, identificando las palabras y oraciones que la componen e integrando, finalmente, esta información con
el conocimiento acerca del mundo.
✓ A lo largo de este capítulo, estructurado en torno a tres niveles básicos que caracterizan el lenguaje hablado, relativos respectivamente a los sonidos, las unidades léxicas y la organización sintáctica, se describen los procesos que
intervienen en la percepción y producción hablada y se establecen sus correlatos neurales, manejando datos procedentes de estudios neuroanatómicos y electrofisiológicos sobre el procesamiento lingüístico en el cerebro normal
y lesionado.
✓ El capítulo ofrece una perspectiva actualizada, más compleja y detallada que la planteada inicialmente por los
modelos clásicos, sobre la relación entre regiones cerebrales frontotemporales y la representación y el procesamiento del lenguaje.
¬ Objetivos de aprendizaje
• Caracterizar el lenguaje oral e identificar sus niveles organizativos básicos.
• Conocer el sustrato neural para el desarrollo del lenguaje en el recién nacido y los cambios que se producirán como
consecuencia de procesos madurativos y de exposición al lenguaje.
• Conocer las zonas cerebrales y las conexiones interhemisféricas e intrahemisféricas implicadas en los procesos de
percepción y producción del lenguaje en el adulto.
• Analizar las características de la señal de habla y entender su problemática desde el punto de vista perceptivo (variabilidad y ausencia de límites para la segmentación de unidades).
• Entender el fenómeno de la percepción categórica aplicado a los sonidos del habla.
• Comprender la diferencia entre tareas de percepción del habla y tareas de reconocimiento léxico, así como el sustrato neural correspondiente a cada una de ellas.
• Conocer las características principales de la organización del léxico.
• Entender cómo puede accederse al léxico a partir de la información acústica y recuperar la información sobre las
palabras (modelos de acceso y selección léxica).
• Conocer las teorías actuales sobre la organización del significado en el cerebro.
• Comprender los procesos implicados en la producción de palabras correspondientes al significado que se quiere
trasmitir.
• Comprender las diferencias entre el procesamiento de palabras aisladas y el procesamiento de frases.
• Entender el papel de la información semántica y sintáctica y su relación durante el procesamiento de frases.
485
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486
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
■ INTRODUCCIÓN
Del significado a la palabra: producción del habla
Del sonido al significado: comprensión del habla
Caracterización del lenguaje y perspectivas
de análisis
Este capítulo trata acerca del lenguaje, su representación en
el cerebro (bases neurales) y su funcionamiento desde el
punto de vista neurocognitivo. Pero ¿a qué se hace referencia
cuando se habla de lenguaje? ¿Cómo se caracteriza? ¿Desde
qué perspectiva se abordará su estudio? No resulta fácil ofrecer una definición simple de qué es el lenguaje, aunque en
una primera aproximación se hablaría de código y se destacaría su valor como herramienta de comunicación, transmisión
de ideas y organización del pensamiento. Desde la perspectiva del código, el lenguaje humano se caracteriza por una
serie de niveles de descripción, desde los sonidos (en la modalidad oral) hasta la gramática, o –dicho de otra manera–
desde las unidades mínimas sin significado que se combinan
para dar lugar a las palabras, hasta las unidades superiores,
frases, cláusulas y oraciones, en las que se combinan las palabras según su rol sintáctico (lo que permite identificar frases
gramaticalmente correctas y diferenciarlas de aquellas que
son agramaticales) y en las que se establece su función semántica (rol de agente, paciente, o lo que permite entender
quién hace qué a quien). En un último nivel de descripción se
sitúa la pragmática, que remite a la funcionalidad del lenguaje,
a la intención comunicativa, a cómo la persona selecciona las
palabras y frases para que produzcan un determinado efecto
en el interlocutor.
La caracterización de los distintos niveles presentes en el
lenguaje, tarea desarrollada desde la disciplina lingüística,
muestra la complejidad del sistema y a la vez resulta útil para
describir los subcomponentes que pueden estar afectados en
los distintos trastornos del habla y del lenguaje, así como los
progresos que se producen en el proceso de desarrollo o en
la adquisición de una segunda lengua, con un gradual dominio de los distintos niveles descritos. Sin embargo, esta perspectiva no es la única posible; más allá de la descripción del
sistema, desde el punto de vista del individuo (hablante/
oyente) interesa conocer el funcionamiento, los mecanismos
que intervienen al hablar o al acceder al significado de un
mensaje (o al escribir y leer, en la modalidad del lenguaje
escrito) y las conexiones entre el procesamiento del lenguaje
y los procesos cognitivos. Se trata del enfoque psicolingüístico. La perspectiva psicolingüística trata de ofrecer una caracterización dinámica de los niveles de representación y de
los procesos implicados en la producción y comprensión del
lenguaje. En la figura 19-1 se muestra un esquema simple de
los niveles de percepción y producción del habla. Con un
abordaje experimental, empleando paradigmas clásicos como
los utilizados en tareas de discriminación, categorización, facilitación, inhibición o interferencia, entre otros, es posible
explorar en el laboratorio aspectos relativos al funcionamiento y al curso temporal de un amplio número de procesos
lingüísticos y comprender mejor los mecanismos implicados.
Asimismo, gracias a los rápidos avances en las metodologías
basadas en neuroimagen, funcional y estructural, y a las técnicas que registran la respuesta bioeléctrica cerebral ante la
presentación de estímulos con distinto nivel de complejidad,
05 Sección V.indd 486
Nivel
conceptual
Concepto
Selección
léxica
Codificación
gramatical
Acceso al
significado
Nivel
léxico
Léxico
mental
Codificación
morfofonológica
Representación
fonológica
Articulación
Nivel
fonológico
Análisis
acústico-fonético
el tigre se acerca
Figura 19-1. Modelo esquemático que muestra los distintos niveles de procesamiento implicados en la comprensión (línea discontinua) y producción (línea continua) del lenguaje hablado.
la disciplina neurolingüística y la neurociencia cognitiva actual convergen y complementan el enfoque psicolingüístico
clásico, aportando datos cada vez más precisos sobre las bases neurales del procesamiento del lenguaje y revelando su
estrecha vinculación con otros procesos cognitivos básicos,
por ejemplo, la memoria o las funciones ejecutivas (v. caps. 16
y 17, respectivamente).
La información presentada en este capítulo se organiza en
torno a tres niveles básicos que caracterizan el procesamiento
del lenguaje hablado y que se analizarán sucesivamente en los
subapartados correspondientes al procesamiento de las unidades subléxicas, el léxico y la organización sintáctica, niveles
estos últimos en los que se aborda la representación del significado. Antes de describir los procesos, sin embargo, se analizarán algunas cuestiones más generales sobre el lenguaje, su
especificidad y la predisposición biológica para su adquisición,
considerando los circuitos neurales existentes desde el nacimiento y regiones fundamentales que soportan el lenguaje en
el cerebro adulto.
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Capítulo 19. Lenguaje
487
Recuadro 19-1. Potenciales evocados cognitivos y lenguaje
Tal como se ha visto en el capítulo 4, la electroencefalografía
no invasiva cerebral en seres humanos permite obtener información sobre la actividad del cerebro en tiempo real (con
una resolución de milisegundos) de crucial importancia para
poder averiguar los mecanismos cerebrales y procesos cognitivos que intervienen en determinadas tareas lingüísticas.
La técnica más utilizada son los potenciales evocados relacionados con acontecimientos discretos (event-related brain
potentials, ERP), también conocidos como potenciales evocados cognitivos, aunque otras técnicas, como la magnetoencefalografía (MEG), también permiten obtener información temporal precisa, con la ventaja de tener más capacidad
para deducir cuáles son las áreas del cerebro responsables
de la activación observada. Los ERP se utilizan en investigación como indicadores funcionales de los procesos cognitivos, como lo son la conducta, el tiempo de reacción o los
errores, en las metodologías denominadas conductuales. La
información proporcionada por estas técnicas de alta resolución temporal (ERP y MEG) ayuda a responder directamente preguntas relacionadas con el patrón temporal de los
procesos estudiados y, por lo tanto, a evaluar la veracidad de
modelos en los que diversos procesos interactúan dentro de
un patrón temporal concreto. En el caso del lenguaje, esto es
incluso más importante, pues el procesamiento lingüístico
es temporal por naturaleza, ya que se decodifica el mensaje
hablado a medida que se desarrolla en el tiempo. Es esto lo
que hace de los ERP una técnica tan relevante en el estudio
del lenguaje. De hecho, la velocidad con la que se produce el
lenguaje y la complejidad de los procesos que intervienen,
en muchos casos inconscientes y con múltiples unidades de
análisis (fonológico, semántico y sintáctico), hacen necesario escoger una técnica que refleje nítidamente estos aspectos temporales.
En las figuras 19-2 y 19-3 se muestra el procedimiento para
obtener un ERP. Mediante la colocación de unos electrodos
superficiales, se registra la actividad eléctrica evocada en el
cerebro por cada estímulo presentado (visual o auditivamente). Los estímulos que se utilizan, que pueden ser de
distinta naturaleza según el objetivo de la investigación (p.
ej., frases, verbos, nombres, sílabas, etc.), están agrupados
por condiciones experimentales y, al final lo que se computa es el promedio de las reacciones del cerebro ante un
grupo de estímulos que tienen alguna característica en común. Por ejemplo, se pueden comparar nombres contra
verbos, fonemas nativos contra no nativos, frases semánticamente incongruentes contra otras congruentes (N400), o
violaciones sintácticas en las oraciones (P600). Al final, se
etiquetan las oscilaciones que se observan después de presentar una condición experimental en función de su polaridad (positiva o negativa) y su latencia (en qué momento
aparecen). Así por ejemplo, el P200 (o P2) refleja el componente positivo que aparece a los 180-220 ms, y que suele
tener un pico positivo a los 200 ms. También es posible etiquetar los componentes en función de las condiciones experimentales que los generan. Un ejemplo de ello es el
denominado potencial de disparidad (MMN, mismatch negativity), que es simplemente un incremento de negatividad
cuyo inicio se produce a los 130 ms, aproximadamente, y se
mantiene activo hasta los 250-300 ms. Refleja procesos
preatencionales automáticos asociados a la percepción de
Figura 19-2. Esquema
de obtención de potenciales evocados cognitivos (event-related brain
potentials, ERP). El reAmplificador
gistro electroencefalográfico se obtiene mediante electrodos de
superficie y posteriormente se amplifica, se
corta y se promedia seEstimulación
gún el estímulo presenvisual
tado o la condición expeEstimulación
auditiva
rimental (p. ej., comparar
palabras con no palabras). Al hacer el promedio de la señal, lo que
ocurre es que el ruido
desaparece y, en cambio,
Promedio de
aparece la actividad evola señal
cada de forma sistemática por un determinado
estímulo (suelen utilizarse entre 30 y 50 estímulos por condición en cada experimento). Como resultado, se produce una serie de cambios eléctricos, positivos o negativos,
que son denominados en función del momento de su aparición y de su polaridad. La secuencia de estos componentes puede interpretarse como la secuencia de acontecimientos neuronales generados por dicha condición experimental, desde procesos sensoriales hasta procesos más centrales o endógenos, como la toma de decisiones o la emisión de respuestas. La distribución espacial de estos cambios eléctricos observados (su topografía) es importante, puesto que permite inferir aspectos relacionados con
las posibles fuentes o generadores neuronales de los distintos componentes de potenciales evocados registrados. El tiempo está
expresado en milisegundos (ms).
(Continúa en la página siguiente)
05 Sección V.indd 487
13/09/13 10:25
488
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Recuadro 19-1. Potenciales evocados cognitivos
y lenguaje (cont.)
un cambio. El MMN ha sido muy útil en psicolingüística y
se ha utilizado ampliamente para medir la detección de
cambios a nivel fonético-fonológico, especialmente en
poblaciones infantiles y en aprendices de segundas lenguas (v. Recuadro 19-4).
A
B
Figura 19-3. Ejemplos de obtención de potenciales evocados cognitivos (event-related brain potentials, ERP). A) Se
representa un potencial evocado correspondiente a frases
enteras. La presentación de cada palabra (cada 500 ms en
modalidad visual) origina una serie de componentes secuenciales (P1, N1, P2, N4) que se pueden ver claramente
en la imagen. Superpuestos a estos potenciales, se pueden
ver también desplazamientos lentos globales; los componentes cada vez se van desplazando hacia arriba, siendo
más negativos (con una oscilación por debajo de 1 Hz). Estos componentes más lentos, que se observan en el procesamiento de frases (King y Kutas, 1995), seguramente están
asociados bien a los procesos de integración del significado
a lo largo de las oraciones, bien al incremento de ítems en
memoria a corto plazo a lo largo de la oración. B) Se observa la forma en que se computa el potencial de disparidad
(mismatch negativity, MMN). A la izquierda pueden verse los
potenciales evocados en una tarea de escucha pasiva ante
la presentación de una vocal de forma repetida (/i/) o una
vocal infrecuente (/e/). En estos dos electrodos se ve el incremento de negatividad entre los 100-200 ms para la condición infrecuente. Cuando se resta la condición frecuente
de la infrecuente, se obtiene la onda diferencia, que representa el MMN (imágenes de la derecha).
05 Sección V.indd 488
Especificidad del lenguaje
¿Es el lenguaje específico de la especie humana? De la
forma en que se acaba de caracterizarlo, sin lugar a dudas el
ser humano es el único que muestra una especial habilidad
para adquirir y desarrollar el lenguaje. Los animales poseen
sistemas de comunicación, pero éstos se diferencian del lenguaje humano en aspectos clave como la recursividad o el alto
nivel combinatorio (v. Material web. Animaciones y vídeos.
Enseñando el lenguaje a los animales). La aparente facilidad
y rapidez con la que se adquiere el lenguaje revela una predisposición biológica del hombre hacia éste. La capacidad de
ciertos primates no humanos para aprender un repertorio
básico de signos, así como su capacidad para combinarlos y
utilizarlos en intercambios comunicativos con sus cuidadores
humanos, son ciertamente relevantes para analizar cuestiones relativas a los orígenes del lenguaje humano y estudiar
las bases cognitivas que posibilitan su desarrollo. Sin embargo, y sin querer entrar en este debate en profundidad, los
autores consideran que hay diferencias cualitativas y cuantitativas fundamentales entre el lenguaje de los seres humanos
y los sistemas de comunicación utilizados por sus parientes
evolutivamente más próximos, como los chimpancés, y estas
diferencias se pueden concretar en al menos dos ámbitos: el
tamaño del vocabulario y de los signos que se puede llegar a
alcanzar en un tiempo relativamente breve y la complejidad
sintáctica. La observación de importantes diferencias a nivel
neuroanatómico funcional entre los seres humanos y los primates no humanos, precisamente en las conexiones existentes entre distintas regiones del cerebro implicadas en el lenguaje en los seres humanos, daría soporte a esta interpretación.
Estudios recientes, como los desarrollados por los grupos de
investigación de J. K. Rilling y de D. Saur, en los que se utilizan técnicas de resonancia magnética estructural para explorar las diferencias estructurales entre seres humanos y primates no humanos en los haces de fibras de sustancia blanca
que conectan las áreas cerebrales frontales, parietales y temporales, sobre todo del hemisferio izquierdo, sugieren que
aunque las vías dorsal y ventral (v. Lenguaje en el cerebro
adulto, más adelante) también están presentes en chimpancés y macacos, se hallan menos desarrolladas que en los seres
humanos, especialmente la conexión entre las zonas parietales y temporales medias e inferiores, vías que se consideran
fundamentales para la comprensión del lenguaje y, en especial, para el procesamiento de oraciones sintácticamente
complejas.
Bases neurales para el desarrollo del lenguaje
Desde el punto de vista del desarrollo, el ser humano
muestra tempranamente una gran capacidad para procesar
información de naturaleza lingüística. Distintos equipos de
investigadores, tanto estadounidenses como europeos, han
dado a conocer las extraordinarias habilidades de percepción
del habla presentes ya en el primer año de vida, con sus trabajos realizados a lo largo de las últimas tres décadas (entre
los que destacan las investigaciones pioneras desarrolladas
por P. W. Jusczyk, P. K. Kuhl, J. F. Werker y J. Mehler). Los recién nacidos prefieren oír estímulos de habla natural, adecua-
13/09/13 10:25
Capítulo 19. Lenguaje
damente presentados, frente a estímulos que, aunque se pueden considerar equivalentes desde un punto de vista acústico,
no corresponden a sonidos del lenguaje o se presentan con la
secuencia temporal inversa. También discriminan tempranamente frases pertenecientes a lenguas distintas, incluso
cuando ninguna de ellas corresponde a la lengua familiar, sobre la base de información de naturaleza prosódica. También
son capaces de diferenciar y percibir de forma categórica un
amplio número de sonidos que se utilizan de forma contrastiva en distintas lenguas naturales, mucho antes de que empiecen a configurar el sistema de sonidos propio de la lengua
materna. Asimismo, pueden percibir diferencias entre estímulos equivalentes a una palabra basándose en cambios en el
patrón acentual y detectar regularidades en el input que reciben, de manera que en muy poco tiempo van a poder iniciar
la construcción del sistema fonológico y el léxico correspondientes a la lengua del entorno. Las habilidades iniciales relativas a la percepción del habla son amplias y, aunque algunas
de ellas se han podido observar también en estudios comparativos con primates no humanos (p. ej., la capacidad para el
aprendizaje estadístico, la discriminación de lenguas en función de la información rítmica y la percepción categórica de
sonidos del habla), en el ser humano se presentan como capacidades básicas que dan acceso a las propiedades generales
del habla, que se detectan sin necesidad de un entrenamiento
explícito y que, en definitiva, constituyen las bases para la adquisición del lenguaje (v. Material web. Animaciones y vídeos.
Conferencia de P. K. Kuhl).
Estas capacidades tempranas relativas al lenguaje ¿cómo se
reflejan inicialmente desde el punto de vista neuroanatómico?
¿Qué tipo de organización cerebral posibilita la adquisición
del lenguaje desde los primeros meses de vida? El desarrollo
de distintas técnicas no invasivas de imagen cerebral que pueden ser utilizadas para explorar tempranamente y sin riesgo la
activación del cerebro y la conectividad estructural y funcional
ante estímulos de lenguaje en bebés de distintas edades, así
como la utilización de las técnicas de registro electrofisiológico (potenciales evocados), permiten empezar a precisar las
bases cerebrales para el procesamiento del habla prácticamente desde el nacimiento (Recuadro 19-2). El estado actual
de este conocimiento es todavía incompleto, pero la sofisticación de las técnicas utilizadas garantiza avances rápidos en los
próximos años.
Como se verá en el siguiente apartado, el procesamiento
del lenguaje en el adulto involucra un circuito cerebral en el
que intervienen las cortezas frontal y temporoparietal, de
forma bilateral pero con predominio izquierdo (v. cap. 18).
Estos circuitos cerebrales, además de las conexiones existentes entre ambos hemisferios, se comunican a través de las
vías dorsales y ventrales, que conectan la corteza temporoparietal con zonas frontales (área de Broca y corteza premotora) mediante los haces de fibras de sustancia blanca que
forman el fascículo arqueado y los fascículos ventrales (entre
ellos, el fascículo frontooccipital y el fascículo uncinado). En
los primeros días de vida, sin embargo, estos circuitos que
soportan el lenguaje se hallan todavía inmaduros, con un
predominio de las conexiones entre hemisferios. En concreto, y de acuerdo con los resultados de una investigación
reciente coordinada por las investigadoras D. Perani y A. D.
05 Sección V.indd 489
489
Recuadro 19-2. Técnicas de imagen cerebral utilizadas
en edades tempranas del desarrollo
Como se ha visto en el capítulo 4, las imágenes de resonancia magnética proporcionan información estructural y
anatómica relativa a la sustancia blanca y a la sustancia
gris en distintas regiones del cerebro. Permiten estudiar
los cambios madurativos en el sustrato anatómico que se
producen con la edad, aunque es un procedimiento muy
sensible a los movimientos de la cabeza, y la maquinaria
utilizada produce ruido que debe enmascararse. Las imágenes por tensor de difusión (diffusion tensor imaging, DTI)
que se obtienen a partir de la resonancia sirven para obtener datos sobre la maduración de las fibras de sustancia
blanca que conectan las distintas áreas del cerebro. La
resonancia magnética funcional (RMf) detecta los cambios
en la oxigenación de la sangre que ocurren como consecuencia de la actividad cerebral. La resolución temporal de
la RMf es poco precisa en relación con la velocidad en la
que se producen los eventos en el procesamiento del habla. La técnica de espectroscopia por infrarrojo cercano
(near infra-red spectroscopy, NIRS), más recientemente
desarrollada y cuyo uso va ganando terreno paulatinamente, utiliza luz en la región espectral cercana al infrarrojo para medir los cambios hemodinámicos como consecuencia de la actividad cortical, con una relativamente
buena resolución temporal, aunque la resolución espacial
no es muy elevada. La MEG, en cambio, es una técnica de
elevado coste, pero que ofrece una muy buena resolución
temporal y espacial de la activación cerebral aunque, igual
que la NIRS, plasma la actividad sólo a nivel de corteza
cerebral, no en estructuras profundas. Permite medir los
campos magnéticos asociados con las respuestas bioeléctricas cerebrales en tareas cognitivas o de percepción del
habla. El uso combinado de algunas de estas técnicas permite registrar una información más completa y detallada
sobre la estructura y la función cerebrales en etapas muy
iniciales del desarrollo. Sin embargo, el nivel de inmadurez del cerebro en el recién nacido supone importantes
dificultades en la obtención de datos rigurosos y estables
a partir de estas técnicas de neuroimagen.
Friederici (2011), en los recién nacidos las fibras de la vía
ventral, que conectan la circunvolución frontal inferior ventral con la corteza temporal, estarían ya presentes; sin embargo, la vía dorsal (fascículo arqueado) presentaría unas
características muy diferenciadas (todavía inmaduras) con
respecto a las conexiones observadas en el adulto, pues solamente se habría establecido la conexión temporal con la corteza premotora, pero no así la conexión que alcanza la circunvolución frontal inferior o área de Broca. En este mismo
trabajo se detectaron incluso niveles de activación algo superiores en la corteza auditiva derecha, mediante análisis centrados en las áreas corticales auditivas primarias y secundarias, comparando ambos hemisferios en bebés de 2 días de
vida, hallazgo que se podría interpretar como evidencia del
mayor peso que tiene la información prosódica sobre la segmental en esta etapa inicial del desarrollo. Se trata, sin embargo, de unos primeros resultados que deberán ser corroborados en futuras investigaciones centradas en esta fase inicial
del desarrollo.
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
¡
Funcionalmente, la vía existente desde el nacimiento, que conecta zonas temporoparietales con la
corteza premotora, sería la que facilitaría el establecimiento del vínculo auditivomotor, que es crucial en
las primeras etapas de adquisición del lenguaje,
mientras que la ausencia de conexión entre la corteza temporopariental y la corteza frontal inferior
(área de Broca), considerada necesaria para el procesamiento sintáctico del lenguaje, parecería indicar que ésta se desarrollaría más tardíamente y no
alcanzaría niveles adultos de funcionamiento hasta
el final de la edad infantil.
Otras investigaciones, como las desarrolladas por G. Dehaene-Lambertz, basadas en datos obtenidos mediante RMf
a la edad de 2 meses, señalan la existencia a esa edad de una
organización cortical bien estructurada, con activaciones preferentes en respuesta al lenguaje concentradas en zonas de la
región perisilviana del hemisferio izquierdo (v. Material web.
Animaciones y vídeos. Bases cerebrales para el lenguaje en el
bebé). Las asimetrías estructurales presentes incluso desde los
últimos meses de gestación tendrían un correlato funcional en
las respuestas, preferentemente localizadas en el hemisferio
izquierdo (concretamente en el área del plano temporal [planum temporale]), ante estímulos de lenguaje, frente a las respuestas que muestran una activación más netamente bilateral
ante estímulos de naturaleza musical. Estas investigaciones
destacan la existencia de una organización cortical, genéticamente determinada, que sustenta el desarrollo lingüístico,
pero a la vez no excluyen el papel que la estimulación del
entorno y el aprendizaje desempeñan en la estructuración
posterior de los circuitos cerebrales. Esta perspectiva sobre el
estado inicial y el desarrollo gradual de determinados componentes neuroanatómicos que sustentan el lenguaje plantea la
existencia de procesos madurativos, relativos al establecimiento de determinadas conexiones frontotemporales e intrahemisféricas, que siguen un curso temporal distinto y que se
relacionan con los progresos que se alcanzan gradualmente
en el desarrollo del lenguaje.
¡
El desarrollo léxico-semántico y la competencia sintáctica se sustentan sobre unas bases neurales que,
aunque están presentes de forma rudimentaria al
nacer, deberán todavía sufrir importantes cambios
madurativos y aumentar los niveles de conectividad
para poder garantizar el adecuado funcionamiento
de un sistema tan sofisticado como el del lenguaje.
Lenguaje en el cerebro adulto
Se iniciará este apartado revisando los primeros trabajos en
los que se estableció la conexión entre el lenguaje y determinadas áreas cerebrales a partir de datos de pacientes que habían perdido total o parcialmente la capacidad para hablar o
comprender el lenguaje hablado. De esta manera, se podrán
entender mejor los avances que se han producido en esta disciplina y se reconocerá el origen de los modelos actuales en
algunas de las hipótesis desarrolladas en estos estudios pione-
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ros. Tal como se ha señalado en el capítulo anterior, las primeras propuestas localizacionistas sobre la implicación de áreas
concretas en el procesamiento del lenguaje se realizaron durante el siglo XIX y principios del siglo XX, en su mayoría por
neuroanatomistas famosos. Por ejemplo, en 1861 Pierre-Paul
Broca informó que una lesión en la parte inferior de la tercera
circunvolución frontal podría ser responsable de la pérdida de
la capacidad para articular el habla. Este fue el primer caso
descrito por Broca, un paciente de 51 años (Leborgne) que había perdido su capacidad para hablar después de un accidente
cerebrovascular (v. lesión en figura 19-4 A, cerebro superior).
Este paciente recibió la apelación de «Monsieur Tan», ya que
aunque comprendía el lenguaje, sólo podía articular una sílaba
(«tan»). El segundo paciente de Broca (Lelong), de 84 años
(Fig. 19-4 A, cerebro inferior), mostró síntomas parecidos, con
reducida capacidad para producir lenguaje, ya sólo podía decir
cinco palabras. La autopsia posterior confirmó su lesión en la
circunvolución frontal inferior izquierda (Fig. 19-5).
Posteriormente, en 1874, Carl Wernicke describió un tipo
distinto de afasia, sensorial, en la que el paciente perdía la
capacidad para comprender el lenguaje, y este impedimento
generaba los errores de producción observados, así como la
propia incapacidad para darse cuenta de sus errores. La lesión
en estos casos se localizaba en la parte posterior de la circunvolución temporal superior. La aportación de Wernicke tuvo
mucha influencia, sobre todo su énfasis en la conectividad de
las distintas regiones del cerebro que participan en el procesamiento del lenguaje. Según Wernicke, en la región anterior
de Broca estarían almacenados los patrones motores articulatorios, mientras que en el lóbulo temporal superior estaría el
centro de imágenes auditivas de las palabras. Ambas zonas
del cerebro deben intercambiar información para poder hablar; de ahí que resulte de vital importancia la conexión existente entre estas dos regiones. De hecho, Wernicke predijo
que una lesión en el fascículo de sustancia blanca entre estas
dos regiones, el fascículo arqueado (Fig. 19-5) produciría un
patrón característico en el que la producción y la compresión
del habla estarían preservadas, pero la búsqueda de palabras
fallaría y/o se producirían muchos errores (afasia de conducción) (Recuadro 19-3).
Después de la descripción realizada por Wernicke de la afasia de conducción, Ludwing Lichtheim (1885) trató de extender su modelo para poder comprender todos los síndromes
afásicos observados (Recuadro 19-3). Una de las aportaciones
más interesantes de Lichtheim es que tradujo las ideas de
Wernicke en diagramas de flujo que pasaron a ser una referencia básica en la práctica clínica. Este modelo de Lichtheim
puede considerarse uno de los primeros modelos de cajas y
flechas psicolingüísticos; además, introdujo nuevas hipótesis
sobre el procesamiento de la información en el cerebro, algunas
de las cuales no estaban basadas en evidencia empírica disponible en aquel momento. El modelo se conoce como modelo
«casa», porque, como puede observarse en la figura 19-4 C, la
forma del modelo recuerda una casa, con la parte conceptual
en el borde superior; en el centro, las representaciones motora
y auditiva y, en la zona inferior, la entrada sensorial auditiva y
el output motor. Una de sus hipótesis era que las áreas de
Broca y Wernicke estarían ambas conectadas con un «centro
conceptual» (o Begriffszentrum, B en el modelo), que tendría
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Capítulo 19. Lenguaje
491
Figura 19-4. Modelos clásicos
sobre las lesiones cerebrales
A Lesiones observadas por Broca
B Modelo de Wernicke
y sus consecuencias sobre el
lenguaje. A) Paul Broca junto
a los cerebros de dos de sus
pacientes con las lesiones observadas post mortem, ambas
centradas en la parte inferior
frontal del cerebro izquierdo.
El primer paciente, Leborgne,
de 51 años (cerebro superior),
perdió su habilidad para hablar
después de un accidente cerebrovascular. El paciente podía
comprender el lenguaje, pero
su articulación se limitaba a
una sílaba («tan»). La imaC Modelo de Lichtheim
D Modelo de Geschwind
gen inferior muestra el cerebro del paciente Lelong, de 84
años, que mostraba capacidad
reducida para producir palabras como resultado de un accidente cerebrovascular. Este
paciente podía sólo decir 5 palabras («oui», «non», «trois»,
«toujours», «Lelo»). B) Modelo
postulado por Carl Wernicke,
que enfatiza la conexión entre
las áreas posteriores del cerebro en la corteza temporal superior y el área inferior frontal, implicada en la producción del lenguaje. C) Modelo de procesamiento del
lenguaje de Ludwig Lichtheim, en el cual se identifican las siguientes áreas y conexiones: A, área de Wernicke; B, centro conceptual; M,
área de Broca; a > A, input auditivo al área de Wernicke; M > m, output motor del área de Broca; A > M, fibras que conectan el área de
Wernicke con el área de Broca; A > B, fibras o vías de conexión esenciales para entender el input auditivo; B > M, vía esencial para producir outputs verbales con significado coherente. Lesiones que se producen (/): en M, afasia de Broca; a > A, sordera pura de palabras; M
> m, trastorno de articulación (afemia); A > M, afasia de conducción; A > B, afasia transcortical sensorial; B > M, afasia transcortical
motora. D) Modelo propuesto por Norman Geschwind. En este modelo se hace hincapié en el papel de los haces de sustancia blanca que
comunican información entre la circunvolución temporal superior (área de Wernicke) y las áreas frontales de Broca, a través del fascículo
arqueado (dibujado en la figura), y enviando dicha información a través de la circunvolución angular (A). Destaca el papel de la circunvolución angular, dentro del proceso de asociar un nombre o etiqueta verbal con el objeto visto (imagen) o sensaciones relativas a dicho objeto.
una representación difusa en el cerebro. Como se puede ver
en la figura 19-4 C, existen tres nodos. El nodo conceptual (B)
asigna significado a las imágenes de las palabras del centro
auditivo (A), siempre que las vías de sustancia blanca que comunican dichas regiones estén preservadas. El output del centro conceptual proporciona los mensajes que tienen que ser
implementados a través del área motora (M). Además, Lichtheim añadió a la nomenclatura de Wernicke dos nuevas
categorías de afasia: la afasia transcortical sensorial y la afasia
transcortical motora. En la afasia transcortical sensorial, las
palabras escuchadas no podrían acceder al centro del pensamiento, mostrando dichos pacientes un impedimento para
comprender palabras. En cambio, en la afasia transcortical
motora, los pensamientos no podrían verbalizarse ya que habría una interrupción de la información desde el centro del
pensamiento al área de Broca motora.
Estas ideas del modelo de Wernicke-Lichtheim se utilizaron durante muchos años, aunque algunos neurólogos, como
Dejerine (1901), rechazaron la idea de que existía un centro
conceptual, en especial porque no era fácil asignar ninguna
estructura cerebral concreta a este centro. Finalmente, es importante recalcar la aportación en la década de 1970 de Norman
Geschwind, que reformuló el modelo de Wernicke-Lichtheim.
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De acuerdo con este modelo, los patrones auditivos que pueden tener significado estarían asociados en la región de Wernicke, definida como la parte posterior de la circunvolución
temporal superior izquierda (Fig. 19-5 A, área de Brodmann
22). Esta región se activaría cuando una palabra hablada se
reconoce o cuando se quiere producir una palabra concreta.
En este último caso, al intentar producir una palabra, su forma
auditiva se transmitiría desde esta región de Wernicke a la región de Broca, a través del fascículo arqueado, un haz de fibras
de sustancia blanca que conecta ambas regiones (Fig. 19-5 B).
El área de Broca, de acuerdo con este modelo, sería la sede
donde se almacenan los códigos para convertir el patrón auditivo en códigos de articulación motores, necesarios para la
producción del habla. Lesiones selectivas en las áreas de Broca
o Wernicke o en el fascículo arqueado producirían síntomas
distintos. Un problema del modelo de Geschwind es que no
especifica la importancia del procesamiento sintáctico en las
estructuras de la circunvolución frontal inferior, ni tiene en
cuenta las diferencias en la representación de las diferentes
categorías gramaticales, como la activación en distintas partes
del cerebro observada entre nombres y verbos.
El nuevo modelo actual sobre neuroanatomía funcional del
lenguaje publicado en 2004 por Hickok y Poeppel ha inten-
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492
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Figura 19-5. Regiones del cerebro implicadas en el lenguaje. A) Principales regiones
Territorio
Territorio
de Geschwind
anatómicas según la nomende Broca
clatura de Brodmann basada
Fascículo arqueado
en las divisiones citoarquitecSegmento largo
Segmento anterior
tónicas (adaptada de Duvernoy,
Segmento posterior
1991). Se señalan también las
principales circunvoluciones
Territorio
de Wernicke
implicadas en el procesamiento del lenguaje: AG: cirC Fibras de sustancia blanca en el circuito ventral
cunvolución angular; ATL: lóbulo temporal anterior; IPL:
circunvolución parietal inferior; ITG: circunvolución temporal inferior; LIFG: circunvolución frontal inferior izquierda;
Vía dorsal del procesamiento del lenguaje
MFG: circunvolución frontal
media; MTG: circunvolución
Vía ventral del procesamiento del lenguaje
Fascículo inferior frontooccipital
temporal media; OCCL: lóbulo
Fascículo inferior longitudinal
occipital; PMC: corteza premoFascículo uncinado
tora; SFG: circunvolución frontal superior SMG: circunvolución supramarginal; STG: circunvolución temporal superior (p = posterior, m = media). Las líneas discontinuas azules muestran las
conexiones de sustancia blanca de la vía dorsal, conectando áreas temporales superiores y de la circunvolución temporal media con la
corteza frontal (LIFG y PCM) a través del lóbulo parietal inferior (SMG). En rojo, se representan las conexiones ventrales entre las circunvoluciones inferiores y mediotemporales con la corteza inferior frontal anterior, área de Brodmann 45, en la parte triangular del LIFG. B)
Imagen del fascículo arqueado, con sus tres segmentos y que representa los haces de sustancia blanca reconstruidos mediante técnicas
de difusión de imagen (resonancia magnética). Se aprecian claramente las conexiones entre regiones temporales y regiones parietales
(señaladas como importantes en el modelo de Geschwind) y con las zonas premotoras e inferofrontales (región de Broca). Estas conexiones del circuito dorsal son muy importantes en la formación de representaciones audiomotoras, procesamiento fonológico y memoria a
corto plazo fonológica. C) Representación de los tres haces de fibras que transmiten información entre distintas regiones del lóbulo temporal, conectando con el lóbulo parietal inferior y la corteza occipital media, y con la corteza prefrontal vía el gancho del hipocampo (uncus). Se destacan tres grandes haces de fibras: el longitudinal inferior, el frontooccipital y el uncinado. Estos haces de fibras son relevantes en el procesamiento conceptual (extracción del significado de palabras y oraciones) y mnésico.
A
Regiones del cerebro implicadas en el lenguaje
B
Fibras de sustancia blanca en el circuito dorsal
tado aunar los datos más recientes acumulados en neuroimagen, neuropsicología y procesamiento del lenguaje durante las
últimas décadas, teniendo en cuenta las perspectivas anteriores propuestas por diversos neuroanatomistas y, sobre todo,
reflejando más adecuadamente la vinculación que el lenguaje
supone entre percepción, sistema conceptual y producción o
ejecución motora.
¡
El modelo de doble ruta de Hickok y Poeppel está
basado en la idea o intuición anterior de Wernicke y
propuesta en el modelo de Lichtheim, acerca de
cómo el código sensorial del habla tiene que estar
mediado al menos por dos sistemas, uno conceptual
y otro auditivo-motor.
El primer punto, la mediación por el subsistema conceptual, es relativamente sencillo de intuir: para poder entender
el significado de las palabras, es necesario acceder a las representaciones conceptuales en las que se almacena el conocimiento. De hecho, cualquier persona estaría de acuerdo con
este principio. Sin embargo, la conexión con el sistema motor
es menos obvia, a priori, y puede resultar algo más sorprendente. Sin embargo, en las distintas disciplinas que se ocupan
del lenguaje y desde múltiples perspectivas, siempre se han
postulado explícita o implícitamente mecanismos audiomotores para poder entender el procesamiento del habla y su pro-
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ducción. La forma más simple de entender la necesidad de
este subsistema auditivomotor es pensar en el desarrollo del
lenguaje en los bebés. Los bebés, cuando empiezan a hablar,
necesitan ajustar sus gestos articulatorios para aproximarse a
la estructura fonética del lenguaje en el que están inmersos.
Por ello, puede pensarse que lo más importante en esta etapa
es entrenar esta conexión entre la representación de los sonidos del habla y la articulación motora. Los sonidos producidos
se representan, se comparan con el input, se modifican, generándose lo que se conoce en cibernética como bucles de feedforward y feedback, que consiguen que, con el tiempo, este circuito auditivomotor funcione a la perfección, especializado en
la lengua nativa. De hecho, cuando se aprende una nueva lengua, con una fonología distinta, este circuito tiene que reaprenderse, se deben establecer nuevos vínculos auditivomotores
ajustados a los contrastes fonológicos de la nueva lengua, intento que no siempre se completa con éxito (v. Desarrollo,
exposición lingüística y reajustes perceptivos, más adelante).
Otro aspecto muy importante de este componente audiomotor es la capacidad de repetición y de almacenar a corto plazo
información nueva aprendida sobre la forma de las nuevas
palabras. De hecho, estos mecanismos son importantes para
poder sustentar el componente fonológico de la memoria a
corto plazo, a partir de la posible articulación y repetición interna de la información fonológica almacenada.
No ocurre igual con el sistema conceptual. De hecho, las
representaciones conceptuales son comunes para los signifi-
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Capítulo 19. Lenguaje
493
Recuadro 19-3. Clasificación de los principales síndromes afásicos
La afasia se define como un deterioro de las funciones del lenguaje debido al daño cerebral adquirido y su posterior afectación
en el funcionamiento cerebral. Su etiología puede ser muy variada, pudiendo aparecer después de un accidente cerebrovascular, un traumatismo craneal o tumores cerebrales, y también como postefecto de una neurocirugía o como consecuencia
de enfermedades neurológicas. En su mayoría, existen lesiones que pueden afectar normalmente regiones frontotemporoparietales del hemisferio izquierdo (Fig. 19-5) (v. Material web. Enlaces de interés. El cerebro). Aunque no existe un consenso
completo sobre cómo deben clasificarse las distintas manifestaciones de la afasia, se expondrá una de las más utilizadas y
que puede ser de utilidad en la práctica clínica. Esta clasificación está basada en las propuestas de Geschwind (siguiendo las
propuestas de Wernicke) y sus colaboradores de la Escuela de Afasia de Boston (v. Goodglass, 1983). Esta clasificación enfatiza
la utilización de los síndromes y los principales síntomas que los caracterizan. Sin embargo, es importante destacar que los
síntomas de la mayoría de los pacientes no encajan directamente con los síndromes clásicos de afasia. No obstante, es importante esta clasificación, ya que permite enmarcar al paciente dentro de estos síndromes, sirviendo esto de anclaje para
definir los aspectos más preservados y afectados del procesamiento del lenguaje en cada caso.
Desde el punto de vista de la producción, los pacientes afásicos suelen presentar problemas léxicos de distinta naturaleza,
según el tipo de afasia que los afecta. Son denominados parafasias, cuya caracterización es importante de cara al diagnóstico.
Las parafasias consisten en la producción de palabras diferentes de las que se pretendía pronunciar. Las parafasias pueden
ser semánticas, cuando la palabra se sustituye por otra con un significado relacionado (p. ej., «tenedor» en lugar de «cuchillo») o distinto («pantalón» en lugar de «cuchillo»), o pueden ser fonológicas, cuando en lugar de sustituir una palabra, se
cambia o se elimina alguno de los fonemas que la componen (p. ej., «cupara» por «cuchara»). En otras ocasiones, la palabra
que se pretendía producir se reemplaza por una palabra que no existe en la lengua o neologismo, que distorsiona su sentido.
A menudo, además, los problemas para encontrar la palabra adecuada llevan a los pacientes a usar circunloquios o sinónimos
poco frecuentes (p. ej. en lugar de «cucharón» pueden decir «para servir la sopa»).
Afasia de Broca (otros términos: afasia motora, afasia motora eferente, según la terminología de Luria)
• Cuadro clínico: se caracteriza por una disminución o supresión del habla, con preservación relativa de la compresión auditiva (buena compresión de palabras simples, más dificultad en frases). La producción del habla es dificultosa, se suele
limitar a agrupaciones de una a tres palabras, con mucha dificultad en la articulación. El agramatismo es común, pero no
una característica siempre presente. La lectura y su compresión suelen estar preservadas (v. Material web. Animaciones
y vídeos. Afasia de Broca).
• Anatomía: las lesiones características comprenden la parte opercular y triangular de la circunvolución frontal inferior (área
de Brodmann 44), extendiéndose a menudo hacia atrás, hacia la parte inferior de la circunvolución precentral (área de
Brodmann 6/4; áreas motoras implicadas en el habla). Tiene que haber implicación de sustancia blanca, ya que si no es
así, la lesión exclusiva en sustancia gris suele ser reversible.
• Ejemplo (fragmento de la descripción de un dibujo en el que se ve un grupo de niños en un campamento de Boy Scouts):
«En el colegio… se va… bueno… en el campamento, de colonias, en un camping. Y todos, una tienda, eran, son, somos
cuatro. Muchos para los compañeros, para… bueno … para amigos… bueno… de repente un grupo de amigos. Un otro en el
río, aquello… en el sombrero, y en los pies se refresca en el río /…/». (Los puntos suspensivos representan espacios en
silencio o pausas con varios segundos de duración.)
Afasia de Wernicke (otros términos: afasia sensorial, afasia acústico-mnésica, según la terminología de Luria)
• Cuadro clínico: se caracteriza por un habla fluida en cuanto a articulación y estructura de las frases (sintaxis), aunque
las palabras que forman las frases suelen ser incorrectas (parafasias semánticas) y en algunos casos también se producen neologismos, que impiden comprender el sentido de la frase, aunque gramaticalmente pueda ser correcta. Lo
más importante es que la compresión auditiva está afectada, incluso en el caso de palabras frecuentes y familiares,
siendo mayor en la comprensión de frases. La capacidad para «encontrar una palabra» adecuada para expresar algo
está también afectada, de forma que la conversación puede contener circunloquios y estar bastante vacía de contenido.
Un aspecto importante es que la monitorización de los errores del habla está afectada (no perciben sus errores) y el
ritmo del habla se vuelve muy rápido. La lectura y la escritura pueden verse afectadas también, en función de la extensión de la lesión.
• Anatomía: lesiones que incluyen la porción posterior de la circunvolución temporal superior, conocida como área de Wernicke. Si la lesión se extiende hacia áreas posteriores, como la circunvolución angular, pueden producirse alteraciones de
escritura y lectura.
• Ejemplo: «Un poro, poro [toro] está presigando [persiguiendo] a un niño o un scurt [scout]. Un sc… niño scut [scout] está
junto a un poto, ponte [poste] de madera.» (En cursiva aparecen las parafasias fonológicas y los neologismos, seguidos
entre corchetes de la palabra correcta en dicho contexto.)
Afasia de conducción (otros términos: afasia motor aferente, según la terminología de Luria)
• Cuadro clínico: se caracteriza por una incapacidad notable de repetir palabras o frases, aunque existe preservación de la
comprensión auditiva (la comprensión puede estar afectada, pero siempre es mejor que la capacidad de repetición). La
producción del habla es fluida, aunque el output suele estar alterado por la presencia de errores característicos, como las
parafasias fonológicas (trasponiendo el orden de algunos sonidos, sustituyendo o insertando fonemas extraños), y a veces
el paciente se encalla, se bloquea e intenta corregir varias veces la producción de una palabra. Esta capacidad de corrección y monitorización de su propia habla los distingue claramente de los pacientes con afasia de Wernicke. La lectura si(Continúa en la página siguiente)
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Recuadro 19-3. Clasificación de los principales síndromes afásicos (cont.)
lenciosa y la escritura están preservadas, aunque la lectura en voz alta mostrará los mismos problemas en la secuenciación de fonemas que la repetición o el habla espontánea.
• Anatomía: lesiones más selectivas y menores que en la afasia de Wernicke, que pueden comprender la circunvolución
supramarginal (compatible con la propuesta de Geschwind) y especialmente el fascículo arqueado (conexión de sustancia
blanca).
Afasia anómica (otros términos: afasia nominal, según la terminología de Head)
• Cuadro clínico: el habla es fluida, sintácticamente correcta y bien articulada, pero durante el discurso aparece una gran
dificultad para encontrar algunas palabras (anomia), afectando sobre todo a nombres, pero también a palabras con alto
contenido informativo como verbos, adverbios, etc. El discurso se llena de circunloquios o sustituciones relacionadas con
el concepto que se quiere expresar.
• Anatomía: este subtipo de afasia aparece por diversas causas y lesiones. Las lesiones más frecuentes son las de las circunvoluciones angular y temporal inferior, así como las lesiones frontales subcorticales anteriores (que conectan el área
motora suplementaria con el área motora del habla y el circuito límbico). A partir de los estudios de Damasio et al., se
delimitaron áreas anatómicas lesionadas en pacientes anómicos, en función de la pérdida de nombres, objetos u animales
(Fig. 19-6).
• Ejemplo: «No hay que hacer esto en un lugar así, hay que empujarlo y hacer eso [gestos señalando los mandos de la cocina]. Y es lo mismo ahí debajo, también hay uno para hacer eso. Esto está… mmm, las cosas que están haciendo, ¿sabe lo
que quiero decir?»
Afasia transcortical motora
• Cuadro clínico: afectación del habla espontánea (parecida a la afasia de Broca) pero manteniendo intacta la repetición. No
pueden casi formular oraciones, aunque en algunos casos pueden nombrar correctamente dibujos simples. En estos pacientes se observa una desconexión entre la representación conceptual de las palabras y frases y el sistema motor de
producción del habla.
• Anatomía: las lesiones suelen ser más pequeñas que las implicadas en las afasias de Broca y Wernicke, y suelen restringirse a las vías de sustancia blanca que conducen información al área de Broca o a las vías subcorticales implicadas en el
inicio del habla espontánea (conectando el área suplementaria motora con el área motora del habla y el circuito límbico).
Afasia transcortical sensorial
• Cuadro clínico: afectación de la comprensión de palabras, pero con la repetición preservada (repetición sin comprensión,
también denominada alienación del significado de la palabra). Tienen un habla fluida y parafásica (por lo general, substitu-
Fascículo
arqueado
A
Circunvolución
supramarginal
Circunvolución
angular
Afasia de Broca
Afasia de Wernicke
Región de
Wernicke
Af. transcortical sensorial
Af. transcortical motora
Región
de Broca
Unión
temporooccipital
Afasia de conducción
B
Anomia
Nombres de animales
Nombres de herramientas
Nombres de personas
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Figura 19-6. Localización
de las lesiones para los síndromes afásicos más importantes (A) y localización
sugerida de la representación del significado correspondiente a nombres de
distintas categorías (B).
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Capítulo 19. Lenguaje
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Recuadro 19-3. Clasificación de los principales síndromes afásicos (cont.)
ciones semánticas), siendo su perfil parecido al de la afasia de Wernicke. No son conscientes de sus propias dificultades,
presentando problemas de anomia, alexia y agrafia.
• Anatomía: suelen presentar lesiones en la sustancia blanca cerca de la circunvolución angular, la parte posterior final de
la cisura de Silvio y la unión temporooccipital. En general, se ven afectadas vías de sustancia blanca que conectan el lóbulo
parietal con el temporal.
Afasias especificas de modalidad
• Sordera pura para las palabras. Pérdida de la habilidad para interpretar sonidos del habla, sin pérdida de la agudeza auditiva. En su manifestación más pura, no aparecen déficits de producción oral, lectura o escritura. La lesión se suele circunscribir a lesiones bilaterales del lóbulo temporal (aunque se puede dar por lesión solamente izquierda).
• Ceguera pura para las palabras (lectura letra por letra; alexia sin agrafia y alexia pura). Es la pérdida de la habilidad lectora
que ocurre sin afectar otras funciones del lenguaje. En algunos casos se preserva la identificación de las letras, y la palabra se puede leer letra por letra. En muchos casos obedece a una lesión en la corteza visual izquierda y el cuerpo calloso
posterior. En su mayoría, el área del lenguaje posterior izquierda se encuentra desconectada del input visual.
• Afasia subcortical motora (afemia). Trastorno que afecta solamente a la articulación del habla. Los otros aspectos, como
recuerdo de palabras, sintaxis, comprensión auditiva, lectura y escritura, están preservados. Se puede producir por una
lesión profunda en la parte inferior de la circunvolución precentral (motora).
cados de la mayoría de las palabras en distintas lenguas. Es
decir, el significado o concepto asociado a la palabra casa
o house, en español e inglés, respectivamente, es el mismo,
mientras que su representación léxica (forma fonológica) no
lo es (v. Recuadro 19-9). Por este motivo, se considera que la
memoria semántica, donde se almacena la información sobre
los conceptos asociados a las palabras u objetos e información
del mundo general, es totalmente compartida en bilingües,
que tienen en su cerebro representaciones distintas para las
palabras y reglas gramaticales de sus dos lenguas. De hecho
aún no se sabe exactamente cómo se representan en el cerebro los conceptos (el concepto /CASA/, en el ejemplo anterior), siendo ésta una de las áreas de trabajo más interesantes
para los próximos años. Un aspecto curioso de esta memoria
semántica es que se accede automáticamente al significado de
las palabras, es decir, sin tener que iniciar el proceso de recuperación de forma explícita. Es diferente pensar en un evento
propio de la memoria episódica; en este caso se busca explícitamente información sobre un episodio concreto, por ejemplo: ¿qué hice el día de mi cumpleaños? Un aspecto que se ha
de tener en cuenta es que, aunque este proceso de acceso al
significado de las palabras parezca automático y simple, existen ejemplos muy claros de que este subsistema puede dañarse y alterarse. En el caso de la demencia semántica, selectivamente se inicia un deterioro de este proceso, y se va
perdiendo el significado o los conceptos asociados a palabras
y objetos, a través de un daño progresivo en la parte anterior
del lóbulo temporal izquierdo (especialmente, la circunvolución temporal inferior y media).
Volviendo a la propuesta integradora de Hickok y Poeppel,
estos autores plantean la existencia de dos circuitos interrelacionados, es decir, un modelo con doble ruta: a) la ruta o vía
ventral, del sonido al significado, en la que las representaciones
sensoriales del habla serían procesadas en la corteza auditiva
primaria y secundaria de la circunvolución temporal superior
(bilateral, hemisferio derecho e izquierdo, v. Fig. 19-5 A, áreas
de Brodmann 41, 42, 22) y se conectarían con otras regiones
del lóbulo temporal (especialmente, circunvolución temporal
media, área de Brodmann 21 y circunvolución temporal infe-
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rior, área de Brodmann 37 y lóbulo temporal anterior) para
activar las representaciones conceptuales asociadas a estas
palabras y almacenadas en estas regiones temporales; b) la
ruta o vía dorsal, del sonido al habla (producción), en la que el
procesamiento del habla en las regiones de la corteza auditiva
(incluida el área de Wernicke, región posterior de la circunvolución temporal superior) se proyectaría a regiones premotoras (área de Brodmann 6), motoras (área de Brodmann 4) y a
la corteza frontal inferior (área de Broca, áreas de Brodmann
44, 45) a través de zonas parietales inferiores (área supramarginal y circunvolución angular) (Fig. 19-5). Este circuito dorsal
sería el encargado de esta interfaz auditivoamotora y de
transformar las representaciones auditivas en representaciones motoras. Esta vía dorsal permitiría repetir «no palabras»,
llevar a cabo tareas subléxicas que requieren una segmentación explícita del habla y sustentaría también el bucle fonológico de la memoria de trabajo, que a través de la articulación
permite almacenar información fonológica. Actualmente, el
área de Broca, o circunvolución frontal inferior, donde confluyen ambas vías de procesamiento, suele definirse anatómicamente como dos áreas citoarquitectónicamente distinguibles,
área de Brodmann 44 (parte opercular de la circunvolución
frontal inferior) y área de Brodmann 45 (parte triangular). De
hecho, mientras que la parte opercular está más asociada a las
regiones del circuito dorsal (y por ello, al procesamiento fonológico y sintáctico), la parte anterior triangular estaría más
asociada al circuito ventral (procesamiento de aspectos más
relacionados con la semántica).
Recientemente, se ha estudiado no sólo la activación diferencial de estos circuitos dorsales y ventrales en el procesamiento del lenguaje, sino también qué fibras de sustancia
blanca conectan estas regiones (v. Material web. Enlaces de
interés. Atlas online de las vías de sustancia blanca cerebral).
Utilizando la técnica de DTI, que permite reconstruir y diseccionar los fascículos de sustancia blanca en el cerebro (v. Recuadro 19-2), Saur et al. han podido distinguir cómo ambos
circuitos tienen conexiones de sustancia blanca diferenciables.
El circuito dorsal está conectado por el fascículo arqueado, lo
que respalda las ideas previamente expuestas en el modelo de
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Geschwind y Lichtheim (v. Fig. 19-4). Este fascículo está más
desarrollado en el hemisferio izquierdo, y –en especial– las
fibras del segmento largo (en rojo en Fig. 19-5 B) que conectan
la corteza premotora frontal inferior con la región parietal inferior (áreas descritas por Geschwind) y con la circunvolución
temporal superior y parte de la circunvolución temporal media. Estas fibras se arquean cerca del lóbulo parietal inferior. Es
importante recordar que las lesiones en este fascículo dan lugar a la afasia de conducción (v. Recuadro 19-3).
En cambio, la conexión del sistema ventral se establece
por las fibras de sustancia blanca que implican principalmente tres vías: a) el fascículo longitudinal inferior (en verde
en Fig. 19-5 C), que conecta regiones parietotemporales superiores con zonas mediales e inferiores del lóbulo temporal;
b) el fascículo frontooccipital (en rojo en Fig. 19-5 C), que
conecta regiones occipitales y temporales inferiores con la
corteza prefrontal, pasando a través de la cápsula externa, y
c) el fascículo uncinado (en amarillo en Fig. 19-5 C), que se
arquea en forma de «U» en la conexión entre la parte anterior
del lóbulo temporal (muy importante en la representación
semántica) y la circunvolución frontal inferior (parte triangular, área de Brodmann 45). Estas tres vías serían las encargadas de transmitir información acerca del significado de las
palabras y las oraciones en el cerebro a través de las conexiones entre zonas temporoparietales y prefrontales.
Hasta aquí se ha efectuado la caracterización general del
sustrato neuroanatómico involucrado en los procesos de
percepción y producción del lenguaje. En los apartados que
siguen se profundizará en los mecanismos que intervienen
en los distintos niveles de procesamiento, desde el nivel
básico preléxico, hasta los niveles léxico y sintáctico, directamente vinculados con la representación del significado,
describiendo los procesos implicados y sus bases neurales,
y analizando los défi cits que afectan de forma específica
estos distintos niveles de representación y procesamiento
lingüístico.
■ PROCESAMIENTO DEL HABLA
Al decodificar el habla, el objetivo final es llegar a comprender un mensaje, alcanzar el significado de una pregunta
o dotar de significado a un discurso partiendo de la información sonora del habla. La tarea no es trivial, a pesar de que
habitualmente se realice sin sensación consciente de esfuerzo
y de una forma muy eficiente y satisfactoria en términos de
comunicación entre hablantes. Para entender el alcance del
problema que aquí se plantea, se comenzará por describir las
propiedades específicas de los estímulos de habla, su naturaleza acústica variable y los problemas que plantea su segmentación en unidades lingüísticas que darán acceso al significado. En este recorrido desde la onda sonora a la comprensión
de un mensaje hablado, se empezará por analizar el primer
nivel de transformación y el formato de representación alcanzado, esto es, el paso desde la información de naturaleza acústica a la representación fonológica en la que se almacenan las
piezas léxicas, o unidades mínimas con significado, que, a su
vez, se vinculan con las representaciones conceptuales (aspecto que se tratará de forma específica más adelante [v. Procesamiento léxico]).
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En este primer nivel de procesamiento se abordarán aspectos relativos a la caracterización de las denominadas unidades subléxicas (es decir, unidades de tamaño inferior a la
palabra y carentes de significado en sí mismas, como los rasgos articulatorios, los fonemas, consonánticos y vocálicos, y
las sílabas), su papel como posibles unidades para el procesamiento del habla, su relevancia en etapas tempranas del desarrollo lingüístico, las bases neurales implicadas, así como
algunos trastornos específicos en los que este nivel inicial de
procesamiento puede estar afectado. Aunque, fundamentalmente, el análisis se plantea desde la perspectiva de la percepción del habla, no hay que olvidar la conexión existente
entre percepción y producción, como se desprende de los
modelos recientes comentados anteriormente y que muestran
la implicación de determinadas zonas corticales motoras en el
procesamiento fonológico, tanto en tareas perceptivas como
productivas.
Propiedades sonoras de la señal de habla
El conocimiento de la lengua escrita, en la que las palabras están separadas por espacios en blanco, puede fácilmente enmascarar la dificultad que supone identificar estas
mismas unidades en el lenguaje hablado debido a la naturaleza continua del habla. La figura 19-7 ilustra este fenómeno,
mostrando la forma de onda de una frase formada por siete
palabras («una mosca volaba cerca de la ventana») en la que
se puede comprobar la ausencia de silencios o marcas que
delimiten netamente cada una de las palabras. Pero la segmentación de palabras no es el único problema que se le
plantea al oyente. A nivel de la palabra, los segmentos que la
forman (cada uno de los elementos consonánticos y vocálicos) también se presentan con características muy distintas
de las que se ven en un texto escrito como el que el lector
está leyendo ahora mismo (Fig. 19-8). A diferencia de las representaciones gráficas de los sonidos del habla, los fonemas
vocálicos y consonánticos, es decir, los elementos mínimos
con valor contrastivo que se combinan para formar las palabras (v., en Tabla 19-1, la clasificación de los fonemas del
español en función de los rasgos articulatorios), se producen
de forma variable como consecuencia de la coarticulación, es
decir, su producción se ve afectada por el contexto fonético,
por el sonido precedente y por el que vendrá a continuación.
Por ejemplo, la realización de /s/ en las palabras «rasgo» y
«rastro» difiere sustancialmente ya que, a pesar de ser una
consonante fricativa sorda, al ir seguida de una consonante
sonora, /g/ en el primer caso, adquiere el rasgo de sonoridad
que está totalmente ausente en otros contextos fonéticos,
como en la segunda palabra del ejemplo. Estos cambios en
la realización de los fonemas se denominan, en fonología,
variaciones alofónicas. Al hablar, los elementos móviles del
aparato bucofonatorio (Fig. 19-9), la lengua y los labios, están continuamente modificando su posición y anticipando el
gesto articulatorio correspondiente al siguiente segmento
que se ha de producir, de manera que se producen dos fenómenos inevitables, la variación contextual y la transmisión
en paralelo, que impiden poder considerar al fonema como
una unidad simple, directa e invariable para el procesamiento del habla.
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Capítulo 19. Lenguaje
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Figura 19-7. Naturaleza continua de la señal de habla. Representación de la forma de la
A
onda u oscilograma y espectrograma de la oración «una mosca volaba cerca de la ventana»
con una duración de 2.236 ms.
A) Oscilograma: se representan
los cambios de amplitud (eje
vertical) a lo largo del tiempo
B
(eje horizontal), y se muestra
claramente la ausencia de separación entre palabras. Las
flechas indican momentos en
los que no hay señal, pero éstos
no marcan inicio o final de palabras, sino que se hallan en su
interior y corresponden al silencio que precede la explosión de
las consonantes oclusivas sordas. B) Espectograma: se representan las frecuencias en el eje vertical (escala de 0 a 5.000 Hz) y el tiempo en el eje horizontal. La intensidad se representa mediante la escala de grises. Las zonas más oscuras del espectrograma muestran las frecuencias que tienen mayor amplitud o intensidad. Se aprecian las franjas horizontales más oscuras correspondientes a las frecuencias formantes de los sonidos vocálicos.
El espectrograma revela, además, diferencias claras en la naturaleza acústica de distintas categorías de sonidos consonánticos en el habla:
silencio y barra vertical de explosión de las consonantes sordas, barra horizontal de sonoridad en las frecuencias graves para las consonantes sonoras (con vibración de las cuerdas vocales) y la forma ruidosa (irregular) de las consonantes fricativas.
A
Se puede comprobar fácilmente este fenómeno coarticulatorio produciendo despacio las sílabas (en este caso también
palabras) «do» y «di»: observará que, aunque la consonante
inicial /d/ parece ser la misma (se escribe igual), en realidad,
la posición de los labios es muy distinta, incluso antes de haTabla 19-1. Fonemas consonánticos y vocálicos del español
Consonantes
B
Bilabial Labiodental Dental Alveolar Palatal
Oclusivas
p
b
t
d
Fricativas
Figura 19-8. Los fonemas en el lenguaje hablado. Este gráfico muestra
dos representaciones gráficas de la misma palabra, «mosca», producida aisladamente, con una duración total de 650 ms. A) Forma de la
onda, u oscilograma, que refleja los cambios en la amplitud de la energía sonora a lo largo del tiempo. B) La misma palabra representada
mediante un espectrograma, que muestra los cambios en la distribución de la energía acústica entre 0 y 5.000 Hz a lo largo del tiempo. En
este último formato se puede apreciar la estructura formántica (bandas
horizontales más oscuras) característica de las vocales en cada una de
las dos sílabas de esta palabra (la información relativa a /o/ en sílaba
tónica tiene mayor intensidad y aparece como más oscura que la información de /a/ en la sílaba final átona). También se observa la barra de
sonoridad en las frecuencias graves correspondiente a la consonante
nasal /m/ y las breves transiciones formánticas entre ésta y la vocal que
le sigue. La distribución de la energía es muy distinta para la consonante fricativa /s/, más irregular y situada en las frecuencias altas, así
como para la oclusiva velar sorda /k/, caracterizada por una interrupción del sonido seguida de la barra de explosión. Las diferencias en la
naturaleza acústica de los distintos segmentos que forman esta palabra
contrastan con la continuidad y la gradualidad de los cambios o transiciones que se pueden observar en el espectrograma, continuidad que
sólo queda momentáneamente interrumpida por la naturaleza oclusiva
de la consonante /k/ en el interior de dicha palabra.
05 Sección V.indd 497
f
k
g
q
s
Africadas
Nasales
Laterales
Vibrantes
Semiconsonantes
Velar
x
tS
m
n
l
r, r
w
ø
l
j
Vocales
Anterior
Central
Posterior
Alta
i
u
Media
e
o
Baja
a
La tabla de las consonantes permite identificar para cada una de ellas
los rasgos articulatorios (rasgos subfonémicos) que las constituyen:
punto de articulación (eje horizontal), modo de articulación (eje
vertical) y sonoridad (en negrita). La clasificación de las vocales se
basa en los dos ejes que se definen según la posición y grado de
elevación de la lengua dentro de la cavidad bucal (anterior-posterior
y alta-baja).
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498
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
Cavidad nasal
Velo del paladar
Paladar duro
Zona alveolar
Úvula
Labios
Faringe
Dorso lingual
Epiglotis
Base lingual
Repliegues vocales
Tráquea
Esófago
Figura 19-9. Aparato bucofonatorio. Representación esquemática
de las distintas partes que constituyen al aparato fonatorio del ser
humano. Destacan los repliegues vocales en la laringe, donde se
producen las oscilaciones que dan lugar al sonido, y las estructuras
supraglóticas, integradas por las tres grandes cavidades, faríngea,
nasal y oral, así como las estructuras fijas y móviles que intervienen
en la articulación. Estos dos niveles, fuente (cuerdas vocales) y filtro
(cavidades superiores), son los que caracterizan el mecanismo de
producción de habla, de acuerdo con el modelo clásico de J. Müller,
planteado en el siglo XIX y vigente en la actualidad.
ber empezado a emitir el sonido correspondiente a la vocal;
en un caso hay redondeamiento de labios y en el otro, no.
Acústicamente hablando, este cambio en el gesto articulatorio
se refleja en un espectrograma en las denominadas transiciones formánticas, o movimientos de las frecuencias formantes,
que no son más que los cambios rápidos (inferiores a 50 ms)
en la distribución de la energía sonora que se producen al
modificar el gesto articulatorio desde la posición de la consonante hasta la posición correspondiente a la vocal. Desde el
punto de vista perceptivo, esto supone no sólo que la consonante no es exactamente idéntica en ambos casos (variación
contextual), sino además que hay una influencia mutua entre
ambos segmentos, de manera que la consonante contiene
pistas relativas a la vocal que le sigue y, a su vez, la vocal contiene información de la consonante que la precede, sin que
haya un nítida separación entre ambos segmentos (transmisión en paralelo). Ambos fenómenos impiden que se cumplan
las condiciones de invariancia y linealidad que serían deseables para considerar al fonema como la unidad básica para el
procesamiento del habla.
En este sentido, junto al fonema, se han planteado otras
posibles unidades que intervienen en el procesamiento del
habla, desde unidades menores como los rasgos articulatorios
(modo, punto de articulación y sonoridad, que serían las dimensiones básicas comunes a todas las lenguas y que combinadas dan lugar a los distintos segmentos; v. Tabla 19-1), hasta
unidades mayores como la sílaba. Incluso se ha defendido la
posibilidad de que el procesamiento se produzca de forma directa y continua, con un análisis acústico –los cambios en el
espectro de frecuencias– de la información entrante, sin necesidad de unidades discretas como los fonemas o las sílabas.
Estos distintos planteamientos no hacen sino constatar la
complejidad inherente al procesamiento del habla debido
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precisamente a su propia naturaleza variable (v. Material web.
Enlaces de interés. La señal de habla). Otros fenómenos que
añaden variabilidad a las producciones de habla y que el sistema perceptivo debe tratar de forma efectiva tienen que ver
con las diferencias entre hablantes o, incluso para un mismo
hablante (variabilidad intralocutor), con diferencias derivadas
de la velocidad de producción o el énfasis, que se traducen en
cambios a nivel acústico (Fig. 19-10). Frente al problema de la
segmentación y a la presencia de un amplio intervalo de variabilidad en el habla, el oyente debe ser capaz de alcanzar
una representación estable a nivel fonológico que asegure la
vinculación entre forma y significado. ¿Cómo se consigue?
¿Qué elementos o mecanismos posibilitan estos procesos de
segmentación y representación fonológica?
Información prosódica: papel
en la segmentación del habla
Aunque las palabras no están delimitadas por pausas, el
habla espontánea contiene un conjunto de pistas que son útiles para resolver el problema de la segmentación. Se trata de
la información de naturaleza prosódica (ritmo, entonación y
acento) que permite formar agrupaciones, unidades de tamaño menor, que facilitan el análisis.
¡
La prosodia se refiere a las variaciones en altura tonal, intensidad, duración y ritmo que se producen en
el habla. La acentuación, las pausas, la entonación y
la tasa de producción son fenómenos de naturaleza
prosódica o suprasegmental que cumplen distintas
funciones en el procesamiento léxico y sintáctico.
En este nivel suprasegmental, el ritmo se mueve en la dimensión temporal con cambios en la duración de distintos
elementos y presencia de interrupciones; la entonación remite
«mosca»
Figura 19-10. Variabilidad intralocutor. Forma de la onda de tres
producciones distintas de la palabra «mosca», producida aisladamente por un mismo locutor en distintos contextos comunicativos. El oscilograma (amplitud, en el eje vertical; tiempo, en el
eje horizontal) permite observar fácilmente las diferencias en
intensidad y duración de los distintos segmentos que constituyen
la palabra.
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Capítulo 19. Lenguaje
al ámbito de los cambios en altura tonal de la frecuencia fundamental de la voz, y el acento establece cambios en la intensidad (sonoridad) de determinados elementos dentro del habla. Estas tres dimensiones ofrecen claves que permiten acotar
el lenguaje hablado y extraer unidades para un procesamiento
posterior.
Fundamentalmente, la información de naturaleza prosódica delimita las frases de entonación que se hallan en el nivel
superior de la jerarquía prosódica y que suelen coincidir con
límites de unidades sintácticas, a la vez que una disminución
de la altura tonal junto con el alargamiento vocálico sugieren
un final de frase. Los bebés de 6 meses son sensibles a este
tipo de información y muestran preferencia de escucha ante
materiales congruentes con la información prosódica (frases
con pausas que no vulneran unidades sintácticas) mucho antes de que puedan entender su significado.
Por debajo del nivel de la frase entonativa, la información
prosódica también puede facilitar la identificación de unidades del tamaño de una palabra. Así por ejemplo, en lenguas
denominadas de tipo acentual, como el inglés, la presencia de
una sílaba acentuada suele indicar el inicio de palabra. En esta
lengua, como en alemán, el patrón rítmico predominante de
las palabras es el trocaico (tónica-átona o fuerte-débil), de
manera que una estrategia de segmentación que tuviera en
cuenta esta información sería altamente efectiva. No ocurre lo
mismo para lenguas de ritmo silábico, como español, catalán
o italiano, lenguas cuya unidad rítmica de procesamiento es la
sílaba y en las que la asignación de acento sigue otro tipo de
reglas y es de tipo variable. En estos casos, la segmentación
debe guiarse por otros parámetros, ya que la presencia de una
sílaba acentuada no siempre es garantía de un límite de palabra. ¿Qué información puede ser útil en estos casos? La información fonotáctica, relativa a las estructuras y combinaciones
de sonidos dentro de las unidades silábicas, puede ser la clave.
Determinadas lenguas permiten sílabas con combinaciones
de consonantes en posición inicial o final que en otras lenguas
no son aceptables. Mientras que en italiano la secuencia /st-/
inicial de sílaba es posible, en español esta secuencia vulnera
la regularidad fonotáctica que permite únicamente inicios silábicos formados por una consonante simple o un grupo formado por una secuencia tipo oclusiva (o fricativa) + líquida.
Así, grupos /tr-/ o /fl-/ son posibles, pero la secuencia /st-/ no
lo es, de manera que ante una secuencia de este tipo es seguro
que no se está ante un inicio de palabra. En el desarrollo, la
adquisición del conocimiento fonotáctico tiene lugar tempranamente, antes del final del primer año de vida, muy relacionada con los primeros pasos en la habilidad para segmentar
palabras.
Además de su importancia en etapas iniciales del desarrollo del lenguaje y su utilidad en relación con la segmentación
del habla, la información prosódica o suprasegmental también
sirve para transmitir elementos de significado a nivel de la
frase. En este sentido, la curva melódica específica de un
enunciado permite interpretar si se trata de una afirmación,
una pregunta o una exclamación; el uso del acento tónico
sirve para señalar el foco de la frase, especialmente cuando se
introduce información nueva y su combinación con cambios
en altura tonal son indicadores de énfasis o información que
se desea contrastar.
05 Sección V.indd 499
499
Percepción categórica
Retomando el fenómeno de la variabilidad a nivel de los
segmentos del habla, puede considerarse que una tarea fundamental para el aprendiz del lenguaje es llegar a distinguir
aquellas variaciones que son relevantes para una determinada
lengua (producen un cambio de significado de la palabra) de
las que no lo son y, a la vez, agrupar adecuadamente todos
aquellos sonidos (alófonos), que a pesar de ser distintos acústicamente, conforman las correspondientes categorías contrastivas de la lengua (categorías fonémicas o fonológicas). La
habilidad para percibir de forma categórica los sonidos del
habla se ha considerado durante mucho tiempo como una
habilidad específica de los seres humanos para el procesamiento del lenguaje y con carácter innato, de acuerdo con la
propuesta de la teoría motora de la percepción del habla planteada por A. Liberman. La especificidad para el lenguaje se ha
visto discutida sobre la base de los resultados de investigaciones que han observado el fenómeno categórico con sonidos
del habla en especies animales que carecen de habla (como las
chinchillas, p. ej., en los estudios pioneros de P. Kuhl), así
como en otro tipo de investigaciones que extienden el fenómeno categórico a estímulos auditivos no lingüísticos sino de
naturaleza musical (intervalos, acordes).
Aun teniendo en cuenta estas consideraciones, es indiscutible que el ser humano percibe categóricamente los sonidos
del habla, o dicho de otra manera, percibe discontinuidades
entre elementos que, desde el punto de vista acústico, están
formando un continuo. Se verá un ejemplo de esta afirmación.
Puede crearse en el laboratorio un continuo de estímulos manipulando exclusivamente una dimensión acústica de forma
gradual, con incrementos regulares del tiempo de inicio de la
vocalización (TIV), empezando por /ba/ y acabando por /pa/.
Incrementos del orden de 10 ms en el TIV pueden permitir
crear un continuo de 10 estímulos, empezando con valores
negativos de –35 ms y acabando con un TIV positivo de +55
ms. Si se utiliza este material en un estudio clásico de percepción categórica con dos tareas implicadas, identificación y discriminación, se observará que en el estímulo con TIV +15 ms
se produce un cambio en la identificación (se deja de oír /ba/
y se empieza a oír /pa/), y en la tarea de discriminación, ésta
sólo es posible cuando se comparan estímulos que se han
identificado como sonidos distintos, no para aquellos ejemplares que a pesar de ser acústicamente distintos, se han identificado como una misma consonante (Fig. 19-11). La discontinuidad percibida difícilmente se puede atribuir a un factor
estrictamente acústico o auditivo, ya que con este mismo material, hablantes de una lengua como el inglés mostrarían el
mismo efecto de discontinuidad pero ubicarían la frontera
entre categorías en otro punto del continuo (concretamente,
más allá del estímulo +15 ms). Este resultado lleva a considerar el papel de la experiencia en el establecimiento de los contrastes relevantes para la lengua materna.
Desarrollo, exposición lingüística
y reajustes perceptivos
Se considera que la sensibilidad ante contrastes fonéticos
es bastante amplia en los inicios del desarrollo. Distintas in-
13/09/13 10:25
500
Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
% correcto
% de Identificación
Figura 19-11. Percepción categórica de los sonidos del
habla. El esquema superior
representa el continuo for/ba/
/pa/
mado por 10 estímulos que
difieren en función de la dimensión de sonoridad (TIV, o
tiempo de inicio de la vocalización, es decir, la diferencia
−25
−15
−5
+5
+15
+25
+35
+45
+55
TIV
−35
(ms)
temporal entre el inicio de la
vibración de las cuerdas vocaEstímulos
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
les y la salida del aire al exterior, que puede tener valores
Pares
seleccionados
positivos o negativos). Estos
tarea ABX
10 estímulos se utilizan en dos
tareas clásicas para estudiar
la percepción categórica de
los sonidos del habla. En la
Discriminación de consonantes: tarea ABX
Identificación de consonantes
tarea de identificación, los in100
100
90
90
dividuos deben indicar qué
80
80
consonante perciben, y en la
70
70
/pa/
60
60
tarea de discriminación (en
50
50
/ba/
40
este ejemplo, la tarea ABX),
40
30
30
los participante escuchan dos
20
20
10
estímulos acústicamente dis10
0
0
tintos (los pares señalados),
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
1-3
2-4
3-5
4-6
5-7
6-8
7-9
8-10
Estímulos del continuo /ba/ - /pa/
seguidos de un tercer estíPares de estímulos del continuo /ba/ - /pa/
mulo (X) sobre el que deben
decidir si es igual al primero
(A) o al segundo (B). En la tarea de identificación, la percepción se considera categórica si se observa un cambio abrupto o discontinuidad
en las respuestas de identificación de los estímulos. Este cambio permite establecer la ubicación de la frontera categórica entre los estímulos que forman el continuo. En la tarea de discriminación, ésta sólo es posible cuando los pares AB presentados corresponden a estímulos que pertenecen a categorías distintas. En las restantes presentaciones las respuestas se sitúan en torno al azar.
vestigaciones, encabezadas por el estudio pionero llevado a
cabo por P. Eimas et al. en 1971, en el que por primera vez se
obtuvo evidencia de percepción categórica en bebés de 1 y 4
meses ante estímulos /ba/-/pa/ formando un continuo, han
mostrado una gran capacidad para discriminar contrastes
consonánticos en los primeros meses de vida, incluso para
aquellos que no forman parte de la lengua materna. Esta capacidad inicial se modifica gradualmente y queda restringida
a los contrastes presentes en la lengua de exposición a finales
del primer año de vida. Las investigaciones de J. Werker en la
Universidad British Columbia en Vancouver mostraron por
primera vez esta sintonización de las capacidades perceptivas
del bebé, observando cambios significativos en la capacidad
para discriminar consonantes de lenguas no familiares en
torno a los 10-12 meses. También para las vocales se han observado estos reajustes, aunque en este caso parecen tener
lugar algunos meses antes, a los 6-8 meses de edad. La diferencia en el curso temporal de estos procesos no es sorprendente si se tiene en cuenta la distinta naturaleza de estos dos
tipos de segmentos. Las categorías vocálicas reflejan una estructura interna a partir de los 6 meses, organizada en torno
a unos elementos centrales, prototípicos, que corresponden a
los ejemplares más frecuentemente escuchados. Estos núcleos de las categorías vocálicas actúan como imanes perceptivos, de acuerdo con la teoría del imán de la lengua materna
(Native Language Magnet, NLM) propuesta por P. Kuhl y,
como consecuencia, el oyente pierde sensibilidad para diferenciar entre el prototipo y vocales muy cercanas a éste. Para
un mismo bebé, el fenómeno aparece en el caso de categorías
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de la lengua materna, pero no así en categorías no nativas,
como un claro ejemplo de adaptación a las propiedades de la
lengua de exposición. Este ajuste perceptivo es claramente
útil si se considera que la naturaleza más continua y menos
categórica de las vocales podría hacer que la persona respondiese a pequeños cambios vocálicos irrelevantes desde el
punto de vista contrastivo. Para las consonantes esta caracterización no resulta igualmente idónea, en parte probablemente por sus propias características sonoras (sonidos por lo
general más breves, que representan cambios rápidos en la
distribución de la energía sonora), y pocas veces se ha abordado el estudio específico de la organización interna de las
categorías consonánticas.
¡
En líneas generales, puede afirmarse que a lo largo
del primer año de vida, la percepción de vocales y
consonantes se ve modificada para ajustarse a las
características organizativas de estos sonidos en la
lengua materna. Un mecanismo de aprendizaje de
base estadística parece ser suficiente para poder
explicar estos reajustes, que reflejan la frecuencia y
la distribución específicas de los sonidos en la lengua a la que se está expuesto.
¿Qué ocurre en el adulto cuando empieza a aprender una
segunda lengua? ¿Los procesos y reajustes perceptivos se producen de la misma manera? ¿Se incorporan fácilmente las
nuevas categorías fonémicas simplemente mediante exposición a la lengua? La respuesta a estas cuestiones no es simple,
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Capítulo 19. Lenguaje
Recuadro 19-4. Medidas del potencial de disparidad
reflejan los procesos de reorganización perceptiva
en el primer año de vida
El potencial de disparidad (MMN) se ha utilizado para evaluar el período de adquisición de las categorías fonéticas
específicas de la lengua en bebés (v. Figs. 19-2 y 19-3).
La experiencia lingüística modifica gradualmente la capacidad para discriminar sonidos y ésta se ajusta a los
contrastes propios de la lengua materna. Un grupo de
investigadores finlandeses (Cheour et al., 1998) comprobaron, utilizando el MMN, que los niños finlandeses de 6
meses mostraban un MMN ante una vocal propia del estonio (lengua no familiar) similar al observado ante una
vocal finlandesa. En cambio, cuando los mismos niños
fueron evaluados a los 12 meses de edad, habiendo concluido el período de reorganización perceptiva, el patrón
varió notablemente, siendo la amplitud del MMN mucho
mayor en el caso de la vocal finlandesa. Con la misma
prueba, pero esta vez realizada en un grupo de control de
niños de 12 meses nacidos en Estonia, se obtuvo el patrón
inverso de resultados. A esta edad la respuesta difería en
función de que el estímulo contrastivo perteneciera o no
a la lengua materna. La distancia acústica entre la vocal
utilizada como estímulo estándar y la vocal de contraste
no parecía desempeñar un papel determinante, sólo era
relevante el hecho de que la vocal perteneciera o no a la
lengua de adquisición. La respuesta cerebral en este caso
corrobora los resultados obtenidos en los experimentos
conductuales que muestran los cambios perceptivos que
tienen lugar en el primer año de vida.
porque hay un amplio número de factores que pueden cumplir un papel importante. En líneas generales, se puede hablar
de ciertos límites a la incorporación de los fonemas relativos a
una segunda lengua, en función de la edad de adquisición
(noción de período crítico), así como del grado de correspondencia entre las categorías fonológicas de la lengua materna y
las de la segunda lengua (Recuadro 19-5). Estas limitaciones
revelan los límites de la plasticidad cerebral para incorporar
aprendizajes nuevos de naturaleza fonético-fonológica una
vez consolidado el aprendizaje de la primera lengua.
Neuroanatomía funcional de la percepción
del habla
Llegados a este punto y tras analizar los problemas inherentes a la señal de habla como punto de partida para construir representaciones fonológicas estables del léxico, se considerarán las bases neuroanatómicas relacionadas con el
procesamiento del habla. A pesar del amplio número de investigaciones realizadas sobre esta cuestión, no hay todavía
una respuesta totalmente unánime sobre las áreas y circuitos
implicados, que parecen variar en función del tipo de tareas
utilizadas para evaluar este tipo de procesamiento, en especial si se considera que hay tareas planteadas para analizar el
procesamiento de unidades subléxicas (percepción categórica, discriminación de sílabas, etc.) y tareas más directamente relacionadas con el análisis del habla ligado al reconocimiento léxico.
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Recuadro 19-5. Límites en el aprendizaje de la fonología
de una segunda lengua en la edad adulta
El grupo de investigación liderado por P. K. Kuhl ha desarrollado un modelo para explicar los efectos de la experiencia lingüística en el cerebro y cómo se ve afectada la
capacidad para aprender los aspectos fonético-fonológicos de una segunda lengua en el adulto. La teoría NLM
(propuesta por P. K. Kuhl (2004) y su modelo NLNC (Native
Language Neural Commitment) sugieren que la exposición
y el aprendizaje de la lengua materna determinan cambios
en el tejido neural y en los circuitos que intervienen en el
procesamiento del lenguaje. Estos circuitos quedarían
«comprometidos» al ajustarse a las propiedades características del habla en la lengua materna, y esto tendría consecuencias en dos sentidos: por un lado, a partir de los
patrones fonéticos aprendidos inicialmente, se reforzaría
la detección de patrones de orden superior en el lenguaje
(morfemas, palabras), facilitando el progreso en la adquisición de la lengua nativa, pero, por otro lado, quedaría
reducida la sensibilidad hacia patrones fonéticos alternativos, como los necesarios para el aprendizaje efectivo de
la fonología de una segunda lengua. Un amplio número de
estudios con aprendices adultos de una segunda lengua
dan soporte a esta predicción, mostrando una cierta interferencia entre el conocimiento adquirido en la lengua materna y el aprendizaje fonético de una segunda lengua. Un
caso prototípico es el de las dificultades del hablante japonés (lengua materna) para producir el contraste fonológico /r/-/l/ cuando está aprendiendo inglés o español. La
distinta forma en la que se categorizan las consonantes
líquidas en estas lenguas dificulta su adquisición en el
contexto de aprendizaje de una segunda lengua. Estudios
como los desarrollados por P. Iverson con hablantes de
distintas lenguas muestran que las claves acústicas utilizadas para percibir y categorizar los sonidos del habla
pueden ser distintas según la lengua, de manera que
cuando se aplican en el aprendizaje de una segunda lengua pueden no resultar adecuadas, impidiendo alcanzar
una correcta categorización. En edades tempranas del
desarrollo del lenguaje, el sistema estaría menos comprometido, los circuitos estarían menos consolidados y
habría una menor dificultad para adquirir los componentes fonético-fonológicos de una segunda lengua.
En términos generales, y siguiendo el modelo de doble
ruta definido anteriormente, cuando se percibe algún tipo
de sonido, se produce activación en el circuito dorsal, que
interviene en tareas de percepción del habla de más bajo
nivel (discriminación fonética), a la vez que esta percepción
tendría una función específica audiomotora, al permitir la
vinculación entre la información sonora y su representación
articulatoria. En particular, la percepción auditiva de sonidos simples (p. ej., tonos) activa la corteza auditiva primaria
(circunvoluciones de Heschl localizadas en el plano supratemporal en ambos hemisferios), pero ante sonidos complejos, como el habla o la música, se activan además áreas
secundarias auditivas (áreas alrededor de las circunvoluciones de Heschl y que alcanzan la circunvolución temporal
superior, áreas de Brodmann 42, 22). En un nivel básico de
procesamiento la activación se observa de forma bastante
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Sección V. Especialización hemisférica y representación simbólica
equilibrada en ambos hemisferios cerebrales, es decir, en el
procesamiento del habla la activación estaría mucho más
distribuida bilateralmente, involucrando áreas superiores de
los lóbulos temporales cercanas a la cisura temporal superior. Esto es especialmente evidente cuando los materiales
utilizados limitan la presencia de procesos lingüísticos de
más alto nivel. A medida que aumenta la necesidad de extraer un significado, las áreas involucradas están cada vez
más lateralizadas.
Las investigaciones de S. K. Scott et al. han permitido
abordar esta cuestión con materiales diseñados para poder
separar el procesamiento puramente acústico del habla y el
procesamiento lingüístico que implica la extracción del significado. Utilizando frases en las que se manipuló la información espectrográfica, presentándola normalmente o de
forma invertida (invirtiendo la escala de frecuencias), dispusieron de un material complejo, con las propiedades acústicas del lenguaje, pero que en un caso era inteligible y en el
otro no. En su trabajo observaron que con ambos tipos de
material el surco temporal superior se activaba por igual y de
forma bilateral, mientras que la activación se extendía a áreas
más anteriores y ventrales del lóbulo temporal izquierdo, incluyendo la circunvolución temporal superior, sólo en el caso
del material no manipulado, es decir, cuando se podía procesar el significado de las oraciones. En definitiva, si se podía
integrar el significado de las oraciones, se observaba también
activación de la vía ventral del modelo de doble ruta de Hickok y Poeppel.
¡
En resumen, existen pocas dudas acerca de la relevancia de la circunvolución temporal superior para
el procesamiento y la representación de la información fonológica del habla.
Aparte de estas zonas, al analizar tareas de bajo nivel dentro del procesamiento del habla, como las que miden la respuesta ante la presentación de sonidos o las que analizan las
activaciones en tareas de identificación o discriminación de
sílabas, se ha observado activación lateralizada también en la
zona inferior del lóbulo frontal (comprendiendo regiones de
la ruta dorsal). Este tipo de activación se explica, probablemente, por las demandas de control ejecutivo y memoria
operativa necesarias para responder a tareas de discriminación que exigen mantener activada la información de habla
para llevar a cabo la comparación antes de poder dar una
respuesta.
Un aspecto que debe considerarse es la lateralización de
estos procesos en los que está implicada la vía dorsal en la
percepción del habla, es decir, en qué medida algunos procesos son más o menos selectivos del hemisferio izquierdo,
que se supone es dominante en el procesamiento lingüístico (v. cap. 18). De hecho, el modelo de doble ruta de Hickok y Poeppel plantea que las diferencias interhemisféricas
o asimetrías se relacionan con la distinta resolución temporal de algunos de los procesos que intervienen en la percepción del habla. Ya se ha mencionado (v. Propiedades sonoras
de la señal de habla) que en el nivel subléxico pueden identificarse unidades de distinto tamaño (rasgos, segmentos y
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sílabas); por lo tanto, parece admisible la hipótesis de un
modelo de procesamiento que trabaje simultáneamente extrayendo información sobre la base de distintas escalas
temporales. Hay información que se produce muy rápidamente en el tiempo y que requiere ventanas de análisis
temporales muy breves, no superiores a los 50 ms, por
ejemplo, la identificación de elementos consonánticos o del
orden de segmentos en el interior de una palabra; asimismo, hay otro tipo de información, como la suprasegmental, que se debe analizar con una ventana superior de
análisis, del orden de 200-300 ms y que es necesaria para
acceder a información relativa a límites silábicos, patrones
de acentuación e información prosódica relativa a la interpretación de las oraciones. La propuesta plantea un procesamiento paralelo sobre estos dos tipos de información, con
el hemisferio derecho más especializado en el análisis e
integración de información en una escala temporal mayor
(p. ej., prosodia) y el hemisferio iz