La magnetoencefalografía: una nueva herramienta para el estudio
de los procesos cognitivos básicos
Fernando Maestu, Javier González-Marqués, Gisèle Marty*, Marcos Nadal*, Camilo José Cela-Conde* y Tomás Ortiz Universidad Complutense de Madrid y * Universitat de les Illes Balears
La magnetoencefalografía es una técnica de neuroimagen funcional que permite describir los patrones espacio-temporales de la actividad cerebral relacionada con diferentes procesos cognitivos básicos. En este trabajo se describen los principales hallazgos en funciones como la memoria, el lenguaje, la percepción y las funciones ejecutivas conseguidos mediante el registro de los campos magnéticos cerebrales.
Los estudios mediante magnetoencefalografía muestran que: (1) los efectos encontrados en las diferentes tareas ocurren siempre en determinadas ventanas temporales; (2) el tipo de procesamiento modula la activación de diferentes redes neuronales y, por tanto, la actividad cerebral no está completamente determinada por el tipo de material; (3) las medidas biomagnéticas y conductuales son complementarias
en el estudio de la cognición humana. Se plantea una visión crítica sobre las técnicas de neuroimagen funcional y se propone una perspectiva tridimensional en las investigaciones cognitivas: tiempo, espacio y frecuencia como parámetros de estudio de las señales de la cognición.
Magnetoencephalography: A new methodology for the study of basic cognitive processes. Magnetoencephalography is a functional neuroimaging technique that enables the description of the temporal and spatial patterns of brain activity related with different basic cognitive processes. Here we describe the main findings regarding functions such as memory, language, perception, and executive functions,
obtained by means of the registration of the magnetic fields of the brain. Magnetoencephalographic studies show that: (1) the effects found in different tasks always occur in specific temporal windows; (2) the kind of processing modulates the activation of different neural nets, and therefore, brain activity is not completely determined by the type of material; (3) biomagnetic and behavioural measures
are complementary in the study of human cognition. A critical point of view is offered regarding the use of functional neuroimaging techniques. Additionally, a three-dimensional perspective in cognitive research is suggested, in which time, space, and frequency are the parameters used to study the signals of cognition
Tradicionalmente el estudio de los procesos cognitivos básicos se ha llevado a cabo a través de medidas conductuales, esencialmente con tests de lápiz y papel y medidas de tiempo de reacción (Maiche, Fauquet, Estaun y Bonnet, 2004). La utilización de este
tipo de metodologías ha supuesto un enorme avance para el conocimiento de la organización de los procesos cognitivos. Sin embargo, en los últimos 15 años el desarrollo tecnológico del registro de la actividad cerebral relacionada con los procesos cognitivos básicos está aportando una nueva fuente de datos cualitativamente
diferentes pero complementarios con las medidas tradicionales. Quizá, una de las primeras aproximaciones que identificaron la necesidad de establecer una relación entre procesos fisiológicos y conducta para el mejor entendimiento de la organización de los
procesos cognitivos básicos podemos encontrarla en la Psicología cognitiva, en concreto, en las teorías del conexionismo. Este conjunto de modelos surge dentro de un marco conceptual producto de diferentes aproximaciones: la Gestalt, generando los antecedentes remotos del conexionismo, intenta explicar el isomorfismo entre el
campo psicológico y el fisiológico (González-Marqués, 1995); McCulloch y Pitts (1943) probaron que una red de elementos con conexiones excitatorias e inhibitorias era capaz de computar las conectivas lógicas básicas; los modelos de redes estructurales activas
(Lindsay y Norman, 1972; Norman y Rumelhart, 1975; Rosenblatt, 1958) que tratan de representar cualquier tipo de conocimiento o capacidad humana; las teorías de Hebb (1949) que propone el concepto de mediación a nivel cerebral y el incremento de la fuerza de la conexión cuando se activan dos neuronas simultáneamente. La
evolución de estos conceptos es la que ha dado lugar a los modelos de procesamiento distribuido y en paralelo (González-Marqués, 1995). La representación del conocimiento se produce, desde este enfoque conexionista, mediante patrones de activación distribuidos entre diversos elementos de una red conectados entre sí. De esta
manera, el procesamiento se lleva a cabo en paralelo, o, lo que podría ser lo mismo, diferentes procesos o partes de un mismo proceso son ejecutados simultáneamente (Rumelhart, 1989)
La aplicación de procedimientos psicofisiológicos al estudio de los procesos cognitivos básicos ha permitido manejar variables cualitativamente diferentes que han aportado, en muchos casos, nuevas tendencias conceptuales sobre la organización del sistema
cognitivo. En los últimos años se ha incrementado el número de trabajos que utilizan metodologías de registros de diferentes variables fisiológicas periféricas (conductancia de la piel, tasa cardiaca, etc.) y centrales: potenciales relacionados con acontecimientos discretos (PRADs), resonancia magnética funcional (RMf), tomografía por emisión de positrones (TEP), tomografía por emisión de fotón único (tradicionalmente conocida como SPECT, del inglés single photon emission tomography) y magnetoencefalografía (MEG). Al mismo tiempo se están utilizando metodologías que interfieren con la actividad cerebral normal de forma transitoria como son la estimulación magnética transcraneal (EMT) y los estudios con fármacos.
Las técnicas de neuroimagen funcional «prometieron», desde principios de la década de los ochenta, ofrecer el sustento fisioló- gico a todos los planteamientos de la ciencia cognitiva, así como contestar a las preguntas y formulaciones más profundas de la
ciencia cognitiva, pero no lo consiguieron. Algunos de los errores metodológicos y conceptuales que se cometieron en estos estudios mediante neuroimagen funcional se plantearon en otro lugar (Maestú, Quesney Molina et al., 2003) y serán expuestos aquí brevemente.
En esencia, pretender estudiar procesos aislados o aislar procesos es una utopía que carece de sentido desde la comprensión de la actividad cerebral basada en redes neuronales (Uttal, 2001).
Siguiendo esta línea, se ha intentado establecer procedimientos desustracción de actividad cerebral con el objetivo de aislar componentesespecíficos de procesos cognitivos más amplios. Esta perspectiva localizacionista, que ha sido denominada como «nueva frenología» (Uttal, 2001), ha imperado durante más de dos décadas
sin que la descripción de las redes neuronales que soportan las representaciones del conocimiento haya sido la preocupación esencial hasta hoy. En nuestra opinión, la cognición no puede explicarse restando la actividad en una región de la de otra; se trata, muy al contrario, de la suma de actividades en diferentes regiones y, por tanto, de diferentes procesos cognitivos activados en coincidencia temporal y mediante un código de reconocimiento basado en la frecuencia de disparo, lo que nos permite desarrollar conductas complejas y adaptativas. Los modelos cognitivos de redes distribuidas pueden cambiar el marco conceptual imperante, al centrarse en la identificación de los circuitos distribuidos que sustentan la cognición.
En este trabajo nos proponemos realizar un planteamiento general sobre los avances que la MEG puede aportar al estudio de la cognición desde la perspectiva expuesta anteriormente, así como una breve revisión de los principales hallazgos en relación con diferentes procesos cognitivos básicos.
La magnetoencefalografía
La MEG ha surgido en los últimos diez años dentro de un contexto de búsqueda de nuevas herramientas que nos permitieran contestar a nuevas y antiguas preguntas sobre la organización de los procesos cognitivos en el ser humano. A principio de la década de los noventa se produjo una inflexión en la utilización de la MEG para el estudio de los procesos cognitivos debido, principalmente, a la aparición de los sistemas de registro capaces de medir de forma simultánea los campos magnéticos cerebrales a lo largo de toda la convexidad craneal, optimizándose todas las potencialidades de esta técnica de neuroimagen funcional.
Pero, ¿qué es la MEG? Se trata de una nueva herramienta para el estudio de la cognición que permite captar los campos magnéticos generados por los potenciales postsinápticos (excitatorios e inhibitorios) acaecidos en las dendritas de las neuronas piramidales.
Una de sus principales ventajas es que su señal no se degrada por el paso a través de los diferentes tejidos, como ocurre con las corrientes de volumen que capta el electroencefalograma, y por tanto puede medir en tiempo real (milisegundos) y de forma directa las señales neuronales. Así, es la única técnica de neuroimagen
funcional completamente no invasiva, ya que capta lo que surge de forma natural de nuestro cerebro sin inducir ningún cambio en la corporeidad de los participantes en los estudios. Sin embargo, presenta todavía algunas limitaciones (captación de fuentes
profundas, artefactos medioambientales o artefactos provocados por materiales ferromagnéticos, etc.) que, hoy por hoy, impiden que sea la herramienta definitiva en el estudio de la cognición. A pesar de estas limitaciones, están surgiendo en los últimos
años algunos trabajos que permiten evidenciar nuevos parámetros en el estudio de diferentes funciones cognitivas como la memoria, lenguaje, percepción y funciones ejecutivas. Procesos cognitivos básicos
Memoria
En un contexto de búsqueda de un protocolo clínico para la memoria Castillo y colaboradores (2001) demostraron que la actividad magnética con origen en las regiones mediales del lóbulo temporal (MLT) dependía del nivel de procesamiento. Así, un procesamiento incidental semántico (profundo) producía un incremento del número de fuentes de actividad magnética respecto a un procesamiento incidental fonético (superficial). Quizá uno de los hallazgos más importantes de este estudio es que la actividad de las regiones MLT es dependiente del tiempo y que aparece esencialmente
en dos rangos de latencia: primero entre 300 y 400ms, y segundo entre 500 y 600ms después del comienzo del estímulo.
Estudios posteriores han demostrado que la actividad de las regiones MLT también está involucrada en tareas de memoria operativa si se realiza un procesamiento semántico sobre los estímulos (Campo, Maestú, Ortiz, Capilla, Fernández et al., en prensa). Papanicolaou y sus colaboradores demostraron que también en tareas de memoria declarativa la actividad biomagnética se lateraliza en función del tipo de material verbal o espacial utilizado, siendo siempre más consistente la lateralización para el material verbal que para el espacial (Papanicolaou et al., 2002).
En patologías en las que la memoria es una de las funciones cognitivas más dañada, como la Enfermedad de Alzheimer (EA), se encontró una disminución del número de dipolos en pacientes con probable EA respecto a controles de su misma edad. Esta disminución tuvo lugar en las regiones parietotemporales del hemisferio izquierdo en una ventana temporal entre 400 y 800ms durante la realización de una tarea de reconocimiento continuo (Maestú et al., 2001). Sin embargo, los pacientes con diagnóstico de probable EA mostraron un incremento de las fuentes de actividad magnética sobre regiones del opérculo frontal, ínsula anterior y córtex premotor en las latencias tempranas (entre 150 y 300ms). Estudios posteriores demostraron que la morfología de las regiones MLT predecía el número de fuentes de actividad magnética encontradas
En el neocortex: a mayor atrofia de las regiones MLT, menor número de dipolos y menor puntuación en un test pseudocognitivo como es el miniexamen cognitivo (minimental) (Maestú, Arrazola et al., 2003). Este estudio reveló las íntimas relaciones que existen entre las regiones MLT y la neocorteza, ya que la reducción de las
entradas de información desde la corteza entorhinal a la neocorteza constituía, probablemente, una de las causas del decremento de su funcionalidad cognitiva y, como consecuencia, de su actividad biomagnética. Estos patrones de actividad biomagnética parecen diferenciar participantes con EA en fase inicial, participantes depresivosy controles no afectados (Maestú et al., 2004).
Estos estudios con pacientes han llevado a valorar la hipótesisde la reorganización funcional en el neocortex de las personas mayores sin patología cerebral. Por ejemplo, en un reciente estudio (Maestú, Campo et al., 2004) se valoraron dos muestras de personas mayores: un grupo de ancianos jóvenes (edad media de 62 años) y otro de ancianos mayores (con una edad media de 76 años). A los dos grupos se les aplicó una tarea de memoria durantela cual se registraron los campos magnéticos cerebrales mediante MEG. Los resultados demostraron que los ancianos jóvenes presentaban un incremento de la actividad biomagnética sobre el LTM respecto del grupo de ancianos mayores. Esta diferencia se observó en un rango de latencia comprendida entre los 400 y los 800ms después del comienzo del estímulo. Sin embargo, los ancianos
mayores mostraron un incremento del número de fuentes de actividad magnética sobre regiones frontales (motora, premotora e ínsula anterior) en las latencias tempranas (entre 150 y 400ms) y parietales inferiores en las latencias tardías (entre 400 y 800ms).
Quizá uno de los datos más relevantes hallados en esta investigación es que los dos grupos obtuvieron el mismo rendimiento en la tarea de memoria. Se desprende de este estudio que los ancianos mayores, ante la pérdida de funcionalidad de las regiones MLT, utilizan recursos cognitivos alternativos que provocan el incremento de la actividad biomagnética. Quizá uno de los datos más importantes es que el reclutamiento de estos circuitos extratemporales frontoparietales se producía modulado en el tiempo: primero las áreas frontales y después las parietales. Al ser la tarea aplicada
durante el registro MEG una modificación del paradigma Sternberg, los ancianos mayores pudieron utilizar estrategias cognitivas de repetición para mantener la información durante cortos periodos de tiempo, mientras que los ancianos jóvenes pudieron utilizar estrategias algo más elaboradas como la creación de palabras con
las cinco letras a memorizar.
La hipótesis de que este tipo de reorganización de la actividad cortical (tanto en EA como en ancianos normales) sea debido a un uso de estrategias cognitivas alternativas llevó a este mismo grupo de investigación a estudiar en detalle las modulaciones de la actividad biomagnética provocada por los diferentes tipos de estrategias de aprendizaje. De esta manera Maestú y colaboradores (Maestú, Simos et al., 2003) registraron la actividad biomagnética de un grupo de participantes jóvenes sanos bajo cuatro condiciones experimentales. En la primera de ellas se pedía a los participantes
que aprendieran una lista de palabras atendiendo a las relaciones semánticas entre ellas (12 palabras con posibilidad de agruparse en cuatro tríos semánticos). La segunda era muy similar, pero en esta ocasión se pedía al participante que memorizase las doce palabras atendiendo a sus relaciones fonéticas. En la tercera condición se presentaron al participante doce pseudopalabras que debería memorizar en el mismo orden que las escuchara. Finalmente, en la cuarta, se pedía al participante la utilización de una estrategia serial igual que en la condición tercera, pero esta vez para memorizar palabras.
Estas tres estrategias de aprendizaje provocaron un perfil de activación que diferenciaba a unas de otras. La estrategia semántica implicaba un incremento del número de dipolos respecto a las otras dos tareas en regiones del giro temporal medio izquierdo.
La estrategia fonética llevaba asociada un incremento en el giro temporal superior, así como en la región prefrontal dorsolateral (PFDL). Por último, la estrategia serial (independientemente del procesamiento de palabras o pseudopalabras) revelaba un incremento de actividad sobre regiones premotoras (PM), opérculo e ínsula
anterior, así como en regiones PFDL. Estos distintos perfiles de actividad demostraron que la actividad cerebral no depende ni del material (verbal) ni del tipo de tarea (aprendizaje de palabras), sino del estilo de procesamiento, o más concretamente, de las estrategias de aprendizaje utilizadas. Para estudiar de forma más específica
si el tipo de material o la estrategia de memoria era la responsable del tipo de actividad, se realizó otro trabajo en el que se comparaban dos niveles de procesamiento de pseudopalabras (Maestú et al., en prensa). En una condición los participantes aprendían listas de pseudoplabras mediante una estrategia serial, mientras que durante la otra juzgaban si las pseudopalabras estaban compuestas por determinadas letras. Así, si el tipo de material determinara la actividad, se encontrarían pocas diferencias entre las dos condiciones. Pero si, por el contrario, el tipo de procesamiento
determinara la actividad, encontraríamos claras diferencias entre
condiciones. El estudio demostró que la segunda hipótesis era correcta. La estrategia de memoria serial mostró un incremento del número de dipolos sobre la región PFDL izquierda y sobre las regiones PM y del opérculo frontal, respecto de la tarea de detección fonémica. Si asumimos que la comparación real entre estas dos condiciones es de memoria incidental-intencional y de aplicación o no de estrategia de aprendizaje, podemos entender mejor el papel funcional de la corteza dorsolateral en las funciones de supervisión y selección de los estímulos para poder cumplir los requisitos de la
tarea impuesta. Desde un punto de vista funcional, el hecho de que las activaciones de la corteza PFDL se produjesen en dos momentos temporales específicos y de forma fásica (a los 300-400ms y después a los 500-600ms) podría estar indicando una diferente funcionalidad que aún hoy es difícil de determinar. Finalmente, valorando la hipótesis de si el mantenimiento de la información integrada (verbal y visoespacial de forma conjuna) o no integrada (verbal y visoespacial por separado) comparten las
mismas redes neurales (Baddeley, 2000), Campo y colaboradores (Campo, Maestú, Ortiz, Capilla, Santiuste et al., en prensa) encontraron: (1) un incremento de actividad en la red frontoparietal en las latencias tempranas durante el mantenimiento de información integrada; (2) al mismo tiempo un incremento de actividad de esa misma
red para información no integrada en las latencias tardías; (3) el hecho de que las áreas activadas durante la condición integrada son regiones normalmente relacionadas con el mantenimiento de información espacial (giro frontal superior, PFDL, lóbulo parietal superior) parece indicar que las palabras, al estar unidas a espacios, adquirían
una dimensión espacial; (4) así el mantenimiento de información verbal y espacial de forma integrada o no integrada está modulado por el tiempo dentro de una red neural semejante.
Lenguaje
Ésta es una de las funciones cognitivas más estudiadas mediante
MEG. Una de las cuestiones que más literatura ha genera do dentro de este ámbito es la lateralización hemisférica del lenguaje.
En este sentido, Papanicolaou y sus colaboradores (Papanicolaou
et al., 1999) han desarrollado un protocolo de investigación
de la comprensión del lenguaje para conocer: (1) cuál es el hemisferio
dominante; (2) en qué áreas dentro de ese hemisferio está representado
el lenguaje; (3) cuál es la organización espaciotemporal
de la actividad. Estos estudios han revelado cómo en
participantes normales diestros hay un incremento del número de
fuentes de actividad magnética en el hemisferio izquierdo respecto
al derecho esencialmente entre los 300 y los 800ms después de
la aparición del estímulo (Simos, Breier, Zouridakis y Papanicolaou,
1998). Con el objetivo de conocer si estos patrones de activación
obtenidos en participantes normales eran reales o fruto de
los cálculos necesarios para la solución del problema inverso, se
realizaron una serie de estudios de validación comparando los resultados
de la MEG con dos procedimientos tradicionales para lateralización
del lenguaje, el test de Wada y la estimulación cortical
intraoperatoria. La comparación con el test de Wada (Breier et
al., 1999; Papanicolaou et al., 2004) y con la estimulación cortical
intraoperatoria (Simos et al., 1999) en los mismos participantes reveló
un alto grado de acuerdo entre los tres procedimientos. Estos
estudios fueron posteriormente repetidos tanto para el test de Wada
(Maestú et al., 2002) como para la estimulación cortical intraoperatoria
(Maestú, Saldana et al., 2004) en participantes castellanoparlantes.
Todos estos hallazgos sobre la lateralización del lenguaje se extendieron
a participantes normales bilingües (Simos et al., 2001) y
a participantes con otros sistemas de escritura como el Kanji, Hiragana
y Katakana (Valaki et al., 2003). Un estudio con participantes
de origen chino (mandarín) con lengua materna Kanji (Valaki
et al., 2004) reveló que durante una tarea de comprensión
auditiva existía una equivalencia entre el número de dipolos encontrados
en los lóbulos temporales derecho e izquierdo considerando
la actividad acaecida en las latencias tardías. De esta manera,
no había una clara lateralización hemisférica para el lenguaje
comprensivo auditivo en los participantes de este estudio, indicando
un procesamiento diferente de este tipo de lengua oriental. Al
estudiar un grupo de participantes japoneses con dominio en los
tres sistemas de escritura existentes en ese idioma (Valaki et al.,
2003) se apreció un solapamiento en la actividad cortical entre los
tres sistemas de lectura. Sin embargo, se apreciaba que el Kanji y
el Hiragana estaban más lateralizados sobre el hemisferio izquierdo,
mientras que el Katakana estaba representado de forma más bilateral.
Estos estudios transculturales sobre la lateralización hemisférica
del lenguaje se han extendido a la lengua árabe
estudiando tareas de traducción del árabe al castellano y tareas de
lectura (Al-Hamouri, 2004).
Percepción y funciones ejecutivas
Aunque aún existe escasa literatura en el ámbito de la percepción
y las funciones ejecutivas en relación con esta técnica de neuroimagen
funcional, en este apartado comentaremos dos estudios
pioneros en su sentido conceptual.
Una cuestión ampliamente discutida es si las bases neurales de
los sistemas perceptivos se modulan más por el tipo de estímulo o
por el juicio semántico que ejerzamos sobre ellos. Un claro ejemplo
lo ha puesto de manifiesto la Psicología del Arte (Marty,
1999). ¿Son las redes neurales que sustentan los juicios de algo
como estético o no estético (como bello o no bello) las mismas?
En un elegante diseño experimental Cela-Conde y colaboradores
(Cela-Conde et al., 2004) demostraron que el juicio estético modula
las redes neurales de procesamiento. En este estudio se planteó
a un grupo de participantes controles sanos que juzgaran como
bellos o no bellos una serie de pinturas artísticas y fotografías de
objetos naturales. Los estímulos fueron agrupados en función del
juicio de cada participante, de manera que estímulos como una
rueda podían ser considerados como bellos junto a un cuadro de
Van Gogh. Mientras que en las áreas tradicionalmente consideradas
como regiones de percepción visual del color, forma, movimiento
no se apreciaron diferencias entre las dos condiciones experimentales,
en la región prefrontal dorsolateral izquierda se
apreció un incremento del número de fuentes de actividad magné-
tica cuando los participantes juzgaban los estímulos como bellos
respecto a cuando los juzgaban como no bellos. Este efecto ocurría
específicamente cuando se consideraban el número de fuentes
de actividad magnética comprendidas entre los 400 y los 900ms
después de la aparición del estímulo. De este modo, el tipo de juicio
semántico que ejercemos sobre la percepción modula la actividad
cerebral. Este estudio vino a confirmar toda una línea de trabajo
en Antropología y Psicología del Arte (Marty et al., 2003) y
abrió nuevas líneas de investigación en una de las capacidades más
propias del ser humano, el arte.
Una de las funciones cognitivas más complejas del ser humano
son las denominadas funciones ejecutivas. Aunque son muchos los
trabajos que han estudiado las funciones ejecutivas mediante RMf
o TEP, son escasos los estudios en los que se ha empleado la MEG
como metodología. La modificación de un plan existente en función
de las claves ofrecidas por el medio ambiente es una de las
capacidades más adaptativas del ser humano. Utilizando el paradigma
enmarcado en el test de las cartas de Wisconsin, Periañez y
colaboradores (Perianez et al., 2004) valoraron la actividad cerebral
en dos condiciones experimentales tras la respuesta de clasificación:
feedback positivo y feedback negativo indicando una
respuesta correcta o incorrecta, respectivamente. Cuando el participante
recibía el estímulo que indicaba que debía cambiar su programa
en curso se apreció un incremento del número de fuentes de
actividad magnética en la región prefrontal ventral anterior (PFVA),
en el cíngulo anterior, y en el giro supramarginal respecto a
la situación en la que no tenía que cambiar la tendencia de su respuesta.
Las diferencias entre las dos condiciones estaban moduladas
en función del tiempo: las diferencias en el giro frontal inferior
ocurrían entre los 100 y 300ms, mientras que las diferencias
en el cíngulo anterior en dos ventanas temporales entre 200-300ms
y entre 400-500ms. Finalmente, las diferencias en el giro supramarginal
aparecen entre 300-400ms y entre 500-600ms. Este estudio
vino a describir una extensa red prefrontal y parietal involucrada
en el cambio en la tendencia de respuesta, pero con un
complejo patrón de modulación espaciotemporal.
Discusión
Si nos planteáramos cuáles son las preguntas que un estudio de
neuroimagen funcional puede contestar, básicamente se podrían
reducir a tres (Maestú et al., 2002): ¿DÓNDE, o en qué área o
áreas aparece la actividad cerebral?; ¿CUÁNDO o en qué momento
temporal se activa una determinada área y si la actividad se
produce en serie o en paralelo?; y, por tanto, ¿CÓMO se organiza
la actividad cerebral tras elicitar un determinado proceso cognitivo?
Probablemente hemos pasado más de dos décadas concen-
trándonos en una sola de estas preguntas: ¿dónde se produce la actividad
cerebral?, llegando a caer en muchas ocasiones en planteamientos
localizacionistas que podríamos denominar como «nueva
frenología» (Uttal, 2001). El indicar que un fusible pertenece a una
radio nos dice poco acerca de su importancia y papel dentro del
sistema. Una radio es la suma de unos componentes específicos y
todos ellos son necesarios para que la radio pueda llevar a cabo su
función. Localizar una función o subproceso en un área no es más
que una solución reduccionista-parcial, y es muy probable que la
función cognitiva se sustente sobre una red neuronal distribuida
más que en una región específica (Nyberg y McIntosh, 2001). De
esta manera, un subcomponente de una función cognitiva (p. ej.,
selección de información) no puede explicarse de manera unívoca
por la activación singular de una región cerebral, sino más bien
por la activación en serie o en paralelo de muchas de ellas (en una
secuencia, tiempo y frecuencia específicos), definiendo así una red
neural. Este complejo entramado neural quedaría entonces formado
por la aportación de una cualidad singular de cada una de las
diferentes áreas cerebrales activadas, tomando una distribución espaciotemporal
específica para esa red y esa persona, en la que es
muy probable que el momento y la frecuencia de activación de cada
área aporte una información relevante al resultado final.
Una de las razones por las que la neuroimagen no ha podido
responder a algunas de las preguntas más básicas de la ciencia
cognitiva es la utilización inadecuada de estos procedimientos debido,
fundamentalmente, a una falta de perspectiva sobre las redes
neurales. A finales de los años ochenta, cuando los estudios con
TEP y los primeros estudios con RMf empezaban a sorprendernos
con los colores de la cognición, la tendencia imperante en la neuropsicología
era el estudio de la lesión cerebral. Aunque los estudios
neuropsicológicos basados en la lesión cerebral revolucionaron
la investigación de la organización cortical de los procesos
cognitivos superiores, este método presenta algunas dificultades:
(1) nos indica que un área participa en una función, pero no sabemos
cómo participan el resto de las áreas en esa misma función;
(2) lesiones difusas no permiten establecer relaciones anatomofuncionales;
(3) no es fácil generalizar los datos obtenidos de un
paciente con daño cerebral a los participantes sin lesión y a otros
pacientes. Por ejemplo, las alteraciones de origen congénito o las
lesiones adquiridas en diferentes momentos del desarrollo conllevan
modificaciones anatomofuncionales específicas para ese cerebro,
por lo que no se puede pretender sustentar una teoría sobre la
organización cerebral de los procesos cognitivos a partir de estos
resultados; (4) dificultad de homogeneidad de las muestras: incluso
en pacientes con la misma patología y presentando la lesión en
la misma región cerebral, los resultados pueden ser enormemente
dispares, determinando frecuentemente el trabajo con N= 1; (5)
enmascaramiento de alteraciones cognitivas, de tal manera que
una alteración de uno o diferentes subcomponentes del proceso
cognitivo «atención» no nos permite medir de forma adecuada
otros procesos como la memoria e incluso las funciones ejecutivas,
provocando interpretaciones erróneas sobre las relaciones
anatomofuncionales. De esta manera, la neuroimagen continuó esta
perspectiva imperante que llevó a diseños experimentales puramente
frenológicos en los que se primaba el objetivo de la localización
frente a cualquier otra dimensión de las señales de la
cognición.
Recientemente, y como respuesta a esta tendencia, surge la
perspectiva tridimensional en el estudio de la cognición. Una visión
integradora de las dimensiones espacio, tiempo y frecuencia
puede permitirnos la aproximación hacia la comprensión de las redes
en las que se representa nuestro conocimiento. Quizá una asignatura
pendiente en los estudios de imagen cerebral que pretendan
estudiar las redes de procesamiento sea la necesidad de crear sistemas
de análisis que nos permitan observar la conectividad entre
las diferentes estructuras que forman una red de conocimiento. En
este sentido, se han generado diferentes visiones más o menos
afortunadas en la neuroimagen funcional que están permitiendo
una progresiva aproximación a este problema. Los sistemas de
análisis de la vía (del inglés path analyses), generados para RMf,
intentan explicar las relaciones entre diferentes estructuras cerebrales
a través de correlaciones de actividad (Gold y Buckner,
2002). Otras perspectivas más recientes incorporan las tres dimensiones
anteriormente expuestas: espacio, tiempo y frecuencia. Así,
estos trabajos que intentan investigar la conectividad entre diferentes
regiones cerebrales que sustentan los procesos cognitivos
básicos se basan en el análisis de la frecuencia de activación, esencialmente
en la banda gamma (la más cognitiva), el lugar y el momento
de la activación (Friston, 2002). Estos últimos sistemas tridimensionales
para el análisis de la conectividad son exclusivos de
aquellas técnicas de neuroimagen que puedan medir los ritmos cerebrales,
como es la MEG.
Quizá en los sueños de Hebb estaba tener una herramienta que
demostrase cómo la sincronización en la activación de diferentes
regiones indica la existencia de una red que representa el conocimiento.
Aunque todavía no podemos decir que ese sueño haya sido
alcanzado, quizá las nuevas herramientas para el estudio de la
cognición, como es la MEG, nos puedan acercar cada vez más al
conocimiento de la arquitectura funcional de la cognición, gracias
a la visión tridimensional de las señales biocognitivas: espacio,
tiempo y frecuencia.
Conclusiones
Los estudios realizados mediante MEG revisados en este trabajo
pueden aportar algunos rasgos cualitativamente diferentes a los
aportados por otras metodologías. En primer lugar, hay que destacar
que todos los efectos encontrados están claramente modulados
por el tiempo. Es decir, la dimensión temporal es la que nos permite
observar cómo las diferentes redes neuronales, que sustentan
los procesos cognitivos básicos, modulan su actividad en función
de las condiciones experimentales manejadas. En segundo lugar,
que la actividad de las redes neuronales no es totalmente dependiente
del tipo de material presentado. Hemos observado cómo ante
estímulos verbales los participantes mostraban la activación de
diferentes circuitos neuronales en función del estilo cognitivo o
estrategia de aprendizaje utilizada. Más aun, hemos comprobado
cómo el estilo de procesamiento del lenguaje puede mediar su lateralización,
no estando determinado en el lado izquierdo. Incluso
cuando los estímulos perceptivos son los mismos, el tipo de juicio
(bello - no bello) que el participante ejerce sobre el estímulo determina
la organización de la actividad más aún que el propio estímulo
pictórico por sí mismo. Estos hallazgos pueden justificar el
hecho de que en las pruebas con material visoespacial un alto porcentaje
de los participantes presenten activación en el hemisferio
dominante, en vez de en el no dominante, al utilizar una estrategia
cognitiva verbal para memorizar ese tipo de material (Campo,
Maestú, Ortiz, Capilla, Fernández et al., en prensa). En tercer lugar,
se ha establecido una relación complementaria entre las pruebas
neuropsicológicas y las medidas de actividad cerebral con ca
pacidad predictiva de las biológicas a las conductuales. Así, la
MEG puede aportar nuevas perspectivas en el entendimiento de la
organización de la cognición en el ser humano. Sin embargo, futuros
trabajos deberán estudiar la organización de las redes neuronales
durante la realización de tareas cognitivas tomando en cuenta
la localización y organización de la banda de frecuencia gamma.
Referencias
Al-Hamouri, F.A.M. (2004). La localizzación cerebral del lenguaje en bilingües
árabe-español tempranos y tardíos. Tesis doctoral Universidad
Complutense, Madrid.
Baddeley, A. (2000). The episodic buffer: a new component of working
memory? Trends Cogn Sci, 4(11), 417-423.
Breier, J.I., Simos, P.G., Zouridakis, G., Wheless, J.W., Willmore, L.J.,
Constantinou, J.E., Maggio, W.W. y Papanicolaou, A.C. (1999). Language
dominance determined by magnetic source imaging: a comparison
with the Wada procedure. Neurology, 53(5), 938-945.
Campo, P., Maestú, F., Ortiz, T., Capilla, A., Fernández, S. y Fernández, A.
(en prensa). Is medial temporal lobe activation specific for encoding
long-term memories? Neuroimage.
Campo, P., Maestú, F., Ortiz, T., Capilla, A., Santiuste, M., Fernández, A.
y Amo, C. (en prensa). Time modulated prefrontal and parietal activity
during the maintenance of integrated information as revealed by magnetoencephalography.
Cerebral cortex.
Castillo, E.M., Simos, P.G., Davis, R.N., Breier, J., Fitzgerald, M.E. y Papanicolaou,
A.C. (2001). Levels of word processing and incidental memory:
dissociable mechanisms in the temporal lobe. Neuroreport,
12(16), 3.561-3.566.
Cela-Conde, C.J., Marty, G., Maestú, F., Ortiz, T., Munar, E., Fernández,
A., Roca, M., Rosello, J. y Quesney, L.F. (2004). Activation of the prefrontal
cortex in the human visual aesthetic perception. Proc Natl Acad
Sci U S A, 101(16), 6.321-6.325.
Friston, K.J. (2002). Beyond phrenology. Annuals Review in Neuroscience,
25, 221-250.
Gold, B.T. y Buckner, R.L. (2002). Common prefrontal regions coactivate
with dissociable posterior regions during controlled semantic and phonological
tasks. Neuron, 35(4), 803-812.
González-Marqués, J. (1995). El pensamiento. En J.A. Mora (ed.): Psicología
Básica III (pp. 160-240). Málaga: Edinfor.
Hebb, D.O. (1949). The organization of behavior: a neuropsychological
theory. New York: Wiley.
Lindsay, P.H. y Norman, D.A. (1972). Human information processing: an
introduction to psychology. New York: Academic Press.
Maestú, F., Arrazola, J., Fernández, A., Simos, P.G., Amo, C., Gil Gregorio,
P., Fernández, S., Papanicolaou, A.C. y Ortiz, T. (2003). Do cognitive
patterns of brain magnetic activity correlate with hippocampal atrophy in
Alzheimer's disease? J Neurol Neurosurg Psychiatry, 74(2), 208-212.
Maestú, F., Campo, P., Fernández, S., Capilla, A., Gil Gregorio, P., Fernández,
A., Amo, C. y Ortiz, T. (2004). Time-modulated enhancing of
the fronto-parietal circuits in the very-old elders. Cognitive Brain Research,
21, 69-76.
Maestú, F., Fernández, A., Simos, P.G., Gil Gregorio, P., Amo, C., Rodrí-
guez, R., Arrazola, J. y Ortiz, T. (2001). Spatio-temporal patterns of
brain magnetic activity during a memory task in Alzheimer's disease.
Neuroreport, 12(18), 3.917-3.922.
Maestú, F., Fernández, A., Simos, P.G., López Ibor, M.I., Campo, P., Criado,
J., Rodríguez-Palancas, A., Ferre, F., Amo, C. y Ortiz, T. (2004).
Profiles of brain magnetic activity during memory task in patients with
Alzheimer's disease and in non-demented elderly subjects, with or
without depression. Journal of Neurology Neurosurgery and Psychiatry,
75(8), 1.160-1.162.
Maestú, F., Ortiz, T., Fernández, A., Amo, C., Martín, P., Fernández, S. y
Sola, R.G. (2002). Spanish language mapping using MEG: a validation
study. Neuroimage, 17(3), 1.579-1.586.
Maestú, F., Quesney Molina, F., Ortiz Alonso, T., Fernández Lucas, A.,
Amo, C., Campo, P., Capilla, A. y Fernández, S. (2003). Cognición y
redes neurales, una nueva perspectiva desde la neuroimagen funcional.
Rev. Neurol, 37(10), 962-966.
Maestú, F., Saldana, C., Amo, C., González-Hidalgo, M., Fernández, A.,
Fernández, S., Mata, P., Papanicolaou, A.C. y Ortiz, T. (2004). Can
small lesions induce language reorganization as large lesions do? Brain
Lang, 89(3), 433-438.
Maestú, F., Simos, P.G., Campo, P., Fernández, A., Amo, C., Paul, N., Gonzá-
lez-Marqués, J. y Ortiz, T. (2003). Modulation of brain magnetic activity
by different verbal learning strategies. Neuroimage, 20(2), 1.110-1.121.
Maestú, F., Simos, P.G., Campo, P., Paul, N., Capilla, A., Fernández, S.,
Fernández, A., Amo, C., González-Marqués, J. y Ortiz, T. (en prensa).
Prefrontal brain magnetic activity: effects of memory task demands.
Neuropsychology.
Maiche, A., Fauquet, J., Estaun, S. y Bonnet, C. (2004). El tiempo de reacción:
del cronoscopio a la teoría de ondas. Psicothema, 16(1), 149-155.
Marty, G. (1999). Psicología del arte. Madrid: Ediciones Pirámide.
Marty, G., Cela-Conde, C.J., Munar, E., Roselló, J., Roca, M. y Escudero,
J.T. (2003). Dimensión factorial de la experiencia estética. Psicothema,
14, 478-483.
McCulloch, W.S. y Pitts, W.H. (1943). A logical calculus of the ideas immanent
in nervous activity. Bulletin of mathematical biophysics, 5,
115-133.
Norman, D.A. y Rumelhart, D.E. (1975). Explorations in cognition. San
Francisco: Freeman.
Nyberg, L. y McIntosh, A.R. (2001). Handbook of functional neuroimaging
of cognition. Cambridge: MIT Press.
Papanicolaou, A.C., Simos, P.G., Breier, J.I., Zouridakis, G., Willmore,
L.J., Wheless, J.W., Constantinou, J.E., Maggio, W.W. y Gormley,
W.B. (1999). Magnetoencephalographic mapping of the language-specific
cortex. J Neurosurg, 90(1), 85-93.
Papanicolaou, A.C., Simos, P.G., Castillo, E.M., Breier, J.I., Katz, J.S. y
Wright, A.A. (2002). The hippocampus and memory of verbal and pictorial
material. Learn Mem, 9(3), 99-104.
Papanicolaou, A.C., Simos, P.G., Castillo, E.M., Breier, J.I., Sarkari, S.,
Pataraia, E., Billingsley, R., Wheless, J., Maggio, V. y Maggio, W.W.
(2004). Magnetocephalography: a noninvasive alternative to the Wada
procedure. J Neurosurg, 100(5), 867-876.
Periañez, J.A., Maestú, F., Barceló, F., Fernández, A., Amo, C. y Ortiz
Alonso, T. (2004). Spatiotemporal brain dynamics during preparatory
set shifting: MEG evidence. Neuroimage, 21(2), 687-695.
Rosenblatt, F. (1958). The perception: a probabilistic model for information
storage and organization in the brain. Psychological Review, 65, 386-407.
Rumelhart, D.E. (1989). The architecture of mind: a conectionist approach.
En I. Posner (ed.): Foundations of cognitive science. Cambridge: The
MIT Press.
Simos, P.G., Breier, J.I., Zouridakis, G. y Papanicolaou, A.C. (1998). Identification
of language-specific brain activity using magnetoencephalography.
J Clin Exp Neuropsychol, 20(5), 706-722.
Simos, P.G., Castillo, E.M., Fletcher, J.M., Francis, D.J., Maestú, F.,
Breier, J.I., Maggio, W.W. y Papanicolaou, A.C. (2001). Mapping of
receptive language cortex in bilingual volunteers by using magnetic
source imaging. J Neurosurg, 95(1), 76-81.
Simos, P.G., Papanicolaou, A.C., Breier, J.I., Wheless, J.W., Constantinou,
J.E., Gormley, W.B. y Maggio, W.W. (1999). Localization of languagespecific
cortex by using magnetic source imaging and electrical stimulation
mapping. J Neurosurg, 91(5), 787-796.
Uttal, W.R. (2001). The new phrenology: the limits of localizing cognitive
processes in the brain. Cambridge: MIT Press.
Valaki, C.E., Maestú, F., Simos, P.G., Ishibashi, H., Fernández, A., Amo,
C. y Ortiz, T. (2003). Do different writing systems involve distinct profiles
of brain activation? A magnetoencephalography study. Journal of
Neurolinguistics, 16, 429-438.
Valaki, C.E., Maestú, F., Simos, P.G., Zhang, W., Fernández, A., Amo, C.,
Ortiz, T. y Papanicolaou, A.C. (2004). Cortical organization for receptive
language functions in Chinese, English and Spanish: a cross-linguistic
MEG study. Neuropsychologia, 42(7), 967-979.
Maestú, F., González-Marqués, J., Marty, G., Nadal, M., Cela-Conde, C. J. & Ortiz, T. (2005). La magnetoencefalografía: una nueva herramienta para el estudio de los procesos cognitivos básicos. Psicothema, 17(3)
No hay comentarios:
Publicar un comentario
Tu opinión es la más importante!