Neurofisiología y Conducta de la Función Ejecutiva (FE)

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Conexiones de la dopamina

El Cerebro Ejecutivo: “…Un paciente con una enfermedad en el lóbulo frontal conservará la capacidad de moverse, utilizará el lenguaje, reconocerá objetos e incluso memorizará información. Pero igual que en un ejército sin líder, la cognición se desintegra y finalmente colapsa con la pérdida de los lóbulos frontales”. E. GOLDBERG

En la actualidad ha surgido especial interés por el estudio de las funciones ejecutivas, consideradas como los procesos mentales que ponemos en marcha para resolver problemas generados interna y externamente, es decir, las representaciones mentales del sujeto y los problemas derivados de su interacción con el medio (Crews et al., 2007). El objetivo de las funciones ejecutivas es solucionar estos problemas de una forma eficaz y aceptable para la persona y la sociedad (Papazian, Alfonso y Luzondo, 2006). Están implicadas en tareas como la anticipación y el establecimiento de metas, el diseño de planes, la inhibición de respuestas inapropiadas, la adecuada selección de conductas y su organización en el espacio y en el tiempo, la flexibilidad cognitiva en la monitorización de estrategias, la supervisión de las conductas en función de estados motivacionales y afectivos y la toma de decisiones (Damasio, 1996; Stuss y Alexander, 2000).

Desde el punto de vista NEUROANATÓMICO, se han descrito al menos dos circuitos funcionales dentro del Cortex prefrontal que poseen importantes connotaciones neuropsicológicas (Bechara, Damasio y Damasio, 2000; Cummings, 1993; Damasio, 1996):

  • el circuito dorsolateral implicado en habilidades cognitivas, como la memoria de trabajo, la atención selectiva, la formación de conceptos, o la flexibilidad cognitiva.
  • el circuito ventromedial que se asocia al procesamiento de señales somático-emocionales, que actúan como indicadores motivacionales en los procesos de toma de decisiones hacia objetivos socialmente adaptativos (Bechara, Damasio y Damasio, 2000; Damasio, 1996; Verdejo, Orozco, Meersmans, Aguilar y Pérez-García, 2004).

Formando parte de la misma red fronto-subcortical en la FE, se conocen otros circuitos:

  • el circuito Cingulado anterior, considerado como parte del sistema límbico, que presenta un rol especial en la atención, arousal, emoción y motivación. La lesión de este circuito da lugar a falta de motivación, apatía, respuestas monosilábicas, desinterés hacia el ambiente exterior, atención pobre, hipoactividad, aplanamiento afectivo y mutismo.
  • Los Ganglios basales y el Tálamo:

Ganglios: Formados por el estriado (caudado, putamen y acumbens), pálido y la parte reticulada de la sustancia nigra. Son esenciales para inhibir respuestas irrelevantes.

Tálamo: Es un núcleo subcortical que integra los inputs sensoriales, motores e información emocional-cognitiva, enviando esta información al córtex. Juega un importante papel en el mantenimiento del arousal.

  • Cerebelo:

El córtex prefrontal dorsolateral proyecta haces hacia el neocerebelo, igual que éste lo hace hacia el prefrontal dorsolateral.

En tareas difíciles o novedosas, tareas cambiantes o que requieren una respuesta rápida y concentración, así como aquellas que requieren de la memoria de trabajo, se activa simultáneamente el área dorsolateral y el cerebelo. El cerebelo está anatómicamente organizado para procesar la información en paralelo.

Por otra parte, los estudios NEUROQUÍMICOS se centran en las monoaminas: la dopamina, la serotonina y noradrenalina, que son conocidas por desempeñar un papel clave en la excitación, la motivación y las funciones cognitivas superiores (es difícil medir los niveles de neurotransmisores directamente en el cerebro humano y en su lugar se miden los marcadores periféricos en la orina).

Estudios sobre las drogas (y la alteración dopaminérgica de la vía nigroestriatal y mesocortical), la alteración de los estados de ánimo (y los estudios sobre serotonina y noradrenalina), las consecuencias cerebrales del estrés prolongado (afectación de las dendritas neuronales, que además también muestran diferencias atendiendo al sexo del paciente), son solo algunos ejemplos de tópicos comportamentales en los que se han utilizado los conocimientos sobre neurología para dar cuenta de sus manifestaciones clínicas.

A nivel ELECTROQUÍMICO, las ciencias del comportamiento han hecho uso de técnicas de neuroimagen funcionales, estructurales o mixtas –como la EEG (electroencefalografía), la magnetoencefalografía, el tensor de difusión, o la resonancia magnética funcional (RMf)-, que permiten obtener información sobre la estructura y funcionamiento del cerebro respectivamente y trazar así estudios causales sobre determinadas afectaciones para las que no había podido detectarse un origen determinado.

Se concluye, por tanto, que las funciones ejecutivas están vinculadas al desarrollo de la corteza prefrontal, siendo esencial para su desempeño; y su relación con la función Neurofisiológica-CONDUCTUAL consiste en una serie de operaciones mentales que nos permiten resolver problemas deliberadamente:

  • Inhibición: Se trata de un proceso mental que depende de la edad, es capaz de inhibir la respuesta prepotente (prueba hacer/no hacer) o una respuesta en marcha (tiempo de reacción ante la señal de pare), la memorización de información irrelevante y la interferencia mediada por la memoria de eventos previos o interferencia perceptual en forma de distracción.
  • Memoria de Trabajo: Se trata de un proceso mental para almacenar, monitorizar y manejar información. Se divide en fonológica, semántica y visuoespacial, (fabulaciones momentáneas y fantásticas, amnesia de fuente, falso reconocimiento).
  • Cambio de Reglas: Capacidad de cambiar intermitentemente de una a varias reglas imponiendo a los procesos de inhibición y a la memoria de trabajo demandas adicionales.
  • Planteamiento de la Respuesta: Capacidad para prever o anticipar el resultado de la respuesta a fin de solucionar el problema; se imponen demandas adicionales a los procesos de inhibición y a la memoria de trabajo.

Las teorías del desarrollo cognitivo han propuesto que la FE incluya el mantenimiento de un patrón para metas futuras: organización de la conducta en el tiempo, como la planeación y la autorregulación y la automonitorización.

Los resultados de la evaluación clínica, neuropsicológica y  de neuroimagen, en humanos y animales de experimentación con lesiones cerebrales y bajo la administración de agonistas y/o antagonistas de los neurotransmisores cerebrales, han demostrado que la corteza prefrontal es esencial para la realización correcta de las funciones ejecutivas, y la dopamina y la norepinefrina, los neurotransmisores más implicados.

Conceptos relacionados con los Lóbulos Frontales

11 CPF y Brodmann

“Podemos observar la sucesión entre un fenómeno y otro,
y entonces suponemos la relación o conexión necesaria entre ellos” D. HUME

El lóbulo frontal es el más anterior, directamente debajo de la frente. Hay diferencias asimétricas importantes en los lóbulos frontales: El izquierdo está involucrado en unas acciones y el derecho en otras diferentes. Algunos investigadores acentúan que este papel no es absoluto y que en mucha gente, ambos lóbulos están involucrados en casi todo el comportamiento.
Sustrato Neurobiológico de las Regiones Corticales:
El lóbulo frontal incluye:

  1. Regiones posteriores de la corteza frontal (corteza frontal agranular), relacionadas con la actividad motora, (4, 6, 8 y 44 -Broca-, de Brodmann)
  2. La corteza prefrontal ( o corteza frontal granular), que se divide en:
  • Región dorsolateral (9, 10 y 46 de Brodmann). Sindrome disejecutivo
  • Región ventromedial (24, 32)
  • Región orbital (11, 12, 25, 32, 47)

CIRCUITOS FRONTO-SUBCORTICALES
1.- Circuito Dorsolateral:
Localizado en la parte alta y lateral del córtex frontal, recibe conexiones de los lóbulos temporales y parietales.
Lleva información acerca de, localización (¿Dónde?), caras (¿quién?), acerca del significado de los objetos (¿qué?) y de la interpretación de las emociones de los demás (¿Qué sienten?).
Media en el mantenimiento y focalización de la atención, control de la distracción, flexibilidad cognitiva cuando es necesario; y está implicado en la memoria y generación de la actividad no verbal y de la fluencia verbal.
2.- Circuito orbito-frontal:
Situado en la parte más anterior del córtex frontal, está considerado como una estructura de convergencia polimodal.
Forma parte del circuito límbico y consta de dos subcircuitos:

  • El orbito-frontal lateral: Conecta con el caudado ventromedial, el globo pálido, la parte reticulada de la sustancia negra, el núcleo ventral anterior del tálamo y retornan al córtex medial orbito-frontal.
  • El subcircuito medial orbitofrontal: Sigue las mismas vías, aunque inicialmente envía conexiones al estriado ventral.

Estos circuitos integran información emocional y autonómica y recuerdos de programas conductuales. Modulan la conducta social, incluyendo aspectos de empatía, moralidad, autocontrol y restricciones sociales.
Su alteración puede originar conductas de tipo psicopático por ausencia de empatía y comprensión de los sentimientos de los demás.
3.- Circuito Cingulado Anterior:
Considerado como parte del sistema límbico. Presenta un rol muy especial en la atención, arousal, emoción y motivación. La lesión del cingulado anterior dará lugar a falta de motivación, apatía, respuestas monosilábicas, desinterés hacia el ambiente exterior, atención pobre, hipoactividad, aplanamiento afectivo y mutismo.

Dentro de las funciones cerebrales superiores, el concepto de función ejecutiva (FE) incluye un conjunto de habilidades cognoscitivas que permiten la anticipación y el establecimiento de metas, el diseño de planes y programas, el inicio de las actividades y de las operaciones mentales, la autorregulación y la monitorización de las tareas, la selección precisa de los comportamientos y las conductas, la flexibilidad en el trabajo cognoscitivo y su organización en el tiempo y en el espacio (Harris, 1995; Pineda, 1996; Pineda, Cadavid, & Mancheno, 1996a; Pineda Ardila, Rosselli, Cadavid, Mancheno & Mejía, en prensa; Reader, Harris, Schuerholtz, & Denckla, 1994; Stuss & Benson, 1986; Weyandt & Willis, 1994).
Clásicamente se considera que esta es una función comandada por el sistema prefrontal.
Los lóbulos frontales también desempeñan una parte en nuestra orientación espacial, incluyendo la orientación de nuestro cuerpo en el espacio (Semmes et al.,1963).
El comportamiento sexual también puede verse afectado en las lesiones frontales.
Continuará…

Lóbulos frontales, Funciones Ejecutivas y Conducta (2)

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Caso Phineas Gage (1848).- El error de Descartes, DAMASIO, A. R.

“…Puesto que Phineas Gage no estaba allí para ser explorado, Hanna Damasio pensó en una aproximación indirecta a su cerebro. Consiguió la colaboración de Albert Galaburda, un neurólogo de la Facultad de Medicina de Harvard, quien fue al Museo Médico de Warren y fotografió meticulosamente el cráneo de Gage desde distintos ángulos y midió las distancias entre las áreas óseas dañadas y una serie de marcas óseas normalizadas.

El análisis de estas fotografías, combinado con las descripciones de la herida, ayudó a reducir la gama de posibles trayectorias de la barra de hierro. Las fotografías también permitieron a Hanna Damasio y a un neurólogo colega suyo, THomas Grabowski, recrear el cráneo de Gage en coordenadas tridimensionales y derivar de ellas las coordenadas más probables del cerebro más adecuado para dicho cráneo. Con la ayuda de su colaborador Randall Frank, un ingeniero, Damasio realizó después una simulación en un potente ordenador. Recrearon una barra de hierro tridimensional con las dimensiones exactas del hierro de ataque de Gage y la “empalaron”, en un cerebro cuya forma y tamaño se aproximaban al de Gage, a lo largo de la ahora reducida gama de posibles trayectorias que el hierro pudo haber seguido durante el accidente.

Ahora podemos confirmar la afirmación de David Ferrier de que a pesar de la cantidad de cerebro perdido, el hierro no tocó la regiones cerebrales necesarias para la función motriz o el lenguaje, (las áreas intactas de ambos hemisferios incluían las cortezas motriz y premotriz, así como el opérculo frontal, en el lado izquierdo conocido como área de Broca). Podemos afirmar con seguridad que el daño fue más extenso en el hemisferio izquierdo que en el derecho y más en el sector anterior que en el posterior de la región frontal en su conjunto. La lesión afectó las cortezas prefrontales en las superficies ventral e interior de ambos hemisferios, al tiempo que preservó las caras laterales, o externas, de las cortezas prefrontales.

Una región que nuestras recientes investigaciones han destacado como crítica para la toma normal de decisiones, la región prefrontal ventromediana, resultó parcialmente lesionada en Gage, (en la terminología neuroanatómica, la región orbitaria se conoce también como región ventromediana del lóbulo frontal). La reconstrucción reveló que regiones que se piensa que son vitales para otros aspectos de la función neuropsicológica no resultaron lesionadas en Gage. Las cortezas de la cara lateral del lóbulo frontal, por ejemplo, cuya lesión desbarata la capacidad de controlar la atención, de realizar cálculos y de cambiar adecuadamente de un estímulo a otro, estaban intactas.

Hanna Damasio y sus colegas podían decir con cierto fundamento que fue la lesión selectiva en las cortezas prefrontales del cerebro de Phineas Gage lo que comprometió su capacidad de planificar para el futuro, de conducirse según las reglas sociales que previamente había aprendido y de decidir sobre el plan de acción que eventualmente sería más ventajoso para su supervivencia. Lo que ahora faltaba era el conocimiento de cómo pudo haber funcionado la mente de Gage cuando se comportaba de forma tan miserable como lo hacía, y para ello deberíamos investigar a los equivalentes modernos de Phineas Gage”.

Lóbulos frontales, Funciones Ejecutivas y Conducta (1)

Caso Phineas Gage (1848)

En la línea de la neuropsicología cognitiva, priorizando el estudio de casos aislados (n = 1) frente al estudio de grupos de pacientes, tenemos el caso de P. Gage (Harlow (1866) – La lesión afectó ambos lóbulos frontales-Corteza órbitofrontal:

El 13 de septiembre de 1848 Phineas estaba trabajando a las afueras de Cavendish; Vermont en la construcción de una línea de ferrocarril. Su puesto era de capataz y en general era descrito como un hombre eficiente y capaz.

Una de sus funciones era colocar cargas explosivas en agujeros taladrados en la roca. Para ello llenaba el agujero de pólvora, colocaba un detonador, y finalmente lo tapaba con arena y aplastaba la arena con una pesada barra de metal. Ese día Phineas en un descuido olvidó echar la arena antes de presionar con la barra, por lo que al hacerlo hubo una chispa que hizo que explotase la pólvora. Esta explosión a su vez provocó que la barra de metal saliese disparada atravesando el cráneo de Gage y aterrizando a casi 30 metros de distancia.

La barra, que medía un metro de largo y más de 3 cm de diámetro y pesaba 6 kilos entró en su cráneo por la mejilla izquierda y salió por la parte superior, tras atravesar el cortex cerebral anterior.

Podemos saber lo que ocurrió a partir del relato que el doctor Harlow preparó 20 años después: La recuperación física de Gage fue completa; sin embargo en palabras del propio Harlow “El equilibrio o balance entre su facultad intelectual y sus propensiones animales se había destruido”. Tras pasar la fase aguda, Gage se volvió irregular, irreverente, blasfemo e impaciente. A veces era obstinado cuando le llevaban la contraria, pero por otro lado pese a que continuamente estaba pensando en planes futuros “los abandonaba mucho antes de prepararlos“; y era muy bueno a la hora de “encontrar siempre algo que no le convenía”. Todo esto a pesar de que previamente al accidente era un hombre responsable. Su matrimonio terminó, ya que su esposa consideraba que él ya no era el mismo de antes.  http://es.wikipedia.org/wiki/Phineas_Gage

Derivado del estudio de casos como éste podemos saber que los lóbulos prefrontales son el sustrato anatómico para las funciones ejecutivas (FE), por lo que el desarrollo de las FE está vinculado al desarrollo de la corteza prefrontal (CPF).

Las funciones ejecutivas incluyen un conjunto de habilidades cognoscitivas que permiten la anticipación y el establecimiento de metas, el diseño de planes y programas, el inicio de las actividades y de las operaciones mentales, la autorregulación y la monitorización de las tareas, la selección precisa de los comportamientos y las conductas, la flexibilidad en el trabajo cognoscitivo y su organización en el tiempo y en el espacio.

En resumen, las FE nos permiten dirigir nuestra conducta hacia un fin y comprenden la atención, planificación, secuenciación y reorientación sobre nuestros actos.

En la actualidad ha surgido especial interés por el estudio de las funciones ejecutivas, Crews, las considera como los procesos mentales que ponemos en marcha para resolver problemas generados interna y externamente, es decir, las representaciones mentales del sujeto y los problemas derivados de su interacción con el medio.

El objetivo de las funciones ejecutivas es solucionar estos problemas de una forma eficaz y aceptable para la persona y la sociedad.

Todas estas funciones se asocian neuroanatómicamente a circuitos neurales entre los que los de la corteza prefrontal juegan un papel fundamental.

Las escalas de medida de los factores relacionados con la función ejecutiva difieren unas de otras en múltiples aspectos, con lo que realmente constituyen un conjunto de instrumentos muy heterogéneo. En este sentido, es razonable pensar que no miden el mismo tipo de rasgos o síntomas. Ejemplos:

  1. No-conformidad, factor que alude a rasgos de personalidad impulsiva, así como a ideas asociales poco convencionales,
  2. Ansiedad social / desorganización cognitiva, relativo a aspectos de la ansiedad de tipo social y problemas en las funciones atencionales.

¿Qué ocurre en la conducta por las lesiones del lóbulo frontal?

Los efectos de una lesión del lóbulo frontal sobre el comportamiento varían en función del tamaño y de la localización del defecto físico:

  • Las pequeñas lesiones no suelen causar cambios notorios en la conducta si sólo afectan a un lado del cerebro, aunque a veces ocasionan convulsiones.
  • Las grandes lesiones de la parte posterior de los lóbulos frontales pueden causar apatía, falta de atención, indiferencia y, a veces, incontinencia.

Las personas que presentan grandes alteraciones más hacia la parte anterior o lateral de los lóbulos frontales tienden a distraerse fácilmente, se sienten eufóricas sin motivo aparente, son argumentativas, vulgares y rudas; además, puede que no sean conscientes de las consecuencias de su conducta.

Encontramos también disfunciones del lóbulo frontal en algunos síndromes que presentan la conducta de confabulación.

Los efectos del consumo crónico de alcohol sobre la corteza prefrontal y las funciones ejecutivas han sido estudiados por numerosos investigadores, sin embargo, el consumo abusivo agudo intermitente lo ha sido menos.

Continuará…

Aproximación a la Neuropsicología Cognitiva

“Podemos decir por la costumbre que a toda causa le sigue un efecto. Pero no tenemos idea alguna sobre esta conexión”  D. Hume.

Antes de estar en condiciones de investigar cómo se ejecutan físicamente en el cerebro los componentes de la cognición (y sus interacciones), es necesario disponer de explicaciones plausibles, apoyadas en datos empíricos, acerca de la organización psicológica de las funciones cognitivas.
En resumen, como Lev Vygotsky señaló en una ocasión, muchas investigaciones acerca de la localización de las funciones cognitivas «no lograron una solución adecuada del problema debido a la ausencia de un análisis psicológico estructural de las funciones que intentaban localizar».
El renacimiento de la psicología cognitiva en los años sesenta, marcó el camino a seguir. La muerte del conductismo, el nacimiento de la gramática transformacional y la inspiración de la teoría de la información y de la ciencia computacional provocaron un interés renovado por la «mente». Los psicólogos experimentales se sintieron motivados a proponer y evaluar modelos cognitivos de competencia y ejecución capaces de realizar tantas «computaciones mentales» como requirieran las tareas y apoyaran los datos empíricos.
Este renacimiento se produjo en parte bajo el impulso de los mismos factores que habían revitalizado la psicología experimental. La meta general de la disciplina consiste en lograr la integración de la neuropsicología clínica (la descripción, basada en principios científicos de los déficit originados por una patología cerebral, en su mayor parte, demostrable) y la psicología cognitiva normal (la construcción y la validación empírica de modelos generales de funciones mentales complejas). El carácter distintivo de la neuropsicología cognitiva reside en el intento explícito de interpretar los déficit de la cognición en relación con los modelos formales de procesamiento de la información de los sistemas (cerebro/mente) normales.
Desde esta perspectiva, el estudio de las patologías de la cognición cumple un triple propósito:

  1. El fraccionamiento neuropatológico de la cognición impone fuertes restricciones a las teorías del sistema normal. Las llamativas disociaciones entre funciones preservadas y dañadas, que se observan tras el daño cerebral, indican que las habilidades conductuales observables no pueden ser analizadas en bloque, como si fueran manifestaciones de una única función subyacente.
  2. La interpretación de la ejecución patológica por referencia a la teoría normal permite al investigador ir más allá de la mera descripción de la sintomatología, para explicar los procesos subyacentes que están afectados.
  3. En todo sistema complejo, fallos y errores manifiestos idénticos pueden proceder del mal funcionamiento de componentes subyacentes diferentes. Estas ambigüedades han de ser resueltas poniendo en relación los patrones de ejecuciones alteradas y preservadas con componentes específicos (y justificados) del sistema de procesamiento de la información.

En los años ochenta aparece una obra que iba a tener una gran influencia en el ulterior desarrollo de la neuropsicología, la “Human Cognitive Neuropsychology” de Andrew W. Ellis y Andrew W. Young (1988). Esta obra establece claramente los principios de la “neuropsicología cognitiva”, destacando los conceptos de modularidad y exponiendo las arquitecturas funcionales (modelos) de las funciones estudiadas. En este enfoque los síntomas clínicos (las capacidades afectadas y preservadas) se analizan en relación con un modelo sobre el procesamiento normal. Los componentes del modelo (representados por “cajas”) constituyen los llamados módulos, de ahí que se hable de teoría modular.
La neuropsicología cognitiva parte de unas suposiciones generales que merecen un breve comentario:

  • En primer lugar se debe destacar la aportación de Fodor a través de su obra “The modularity of mind” (La modularidad de la mente), del año 1983. Fodor propuso una serie de propiedades que caracterizarían los módulos funcionales. Estas propiedades se actualizarían y resumirían en los supuestos siguientes: modularidad funcional, modularidad anatómica, uniformidad interpersonal de una arquitectura funcional y substractividad. El supuesto teórico de la substractividad establece que en casos de lesiones cerebrales la arquitectura funcional resultante es el sistema normal menos los componentes lesionados.
  • La neuropsicología cognitiva enfatiza el estudio de casos aislados (n = 1) frente al estudio de grupos de pacientes. Este hecho se contrapone al estudio tradicional de síndromes como afasia de Broca, o afasia de Wernicke que se fundamentan en una agrupación heterogénea de síntomas, básicamente fundamentada por la topografía cerebral afectada y una serie de disociaciones.
  • La agrupación de pacientes basada en topografías lesionadas presenta graves deficiencias ya que se pierden las especificidades de cada sujeto. De la misma manera la administración de baterías fijas tradicionales –por ejemplo, de afasias- no hace más que reflejar los rendimientos en los subtest incluidos en las mismas y por ende los correspondientes perfiles clínicos extraíbles, sin avanzar en el problema específico del paciente.