1 CORTEZA ASOCIATIVA Y LENGUAJEOne of the primary reasons why the human brain has evolved to look so far into the future is so that we can take actions in the present that will bring us to a better future rather than a worse one Daniel Goldstein (psicólogo)

2 Sensaciones somáticasSe denominó corteza asociativa o “silente” a las áreas que no producían aparentemente ningún efecto cuando se estimulaban movimientos sonidos Destellos o imágenes Sensaciones somáticas Wilder Penfield ( )

3 En realidad, gran parte de lo que se inicialmente se consideró corteza silente está relacionada con el procesamiento sensorial o motor Corteza motora primaria (M1) Corteza somatosensorial primaria (SI) Área de asociación motora (premotora y motora suplementaria Área de asociación sensorial Corteza visual primaria (V1) Área de asociación visual Área de asociación auditiva Corteza auditiva primaria (A1)

4 La corteza asociativa ha aumentado de forma muy marcada en el curso de la evoluciónHUMANO RATA motora somatosensorial auditiva visual Cortezas primarias asociativa

5 Especialmente el lóbulo frontal ha aumentado de tamaño en humanosmono rhesus mono araña perro gato chimpancé humano

6 Los humanos se distinguen por la capacidad de planificar el futuro

7 La función ejecutiva elabora planes para alcanzar objetivos en el futurorepresentar planificar ejecutar evaluar

8 La función ejecutiva está localizada en la corteza prefrontal dorsolateral

9 La función ejecutiva utiliza la información en la memoria a corto plazo o memoria de trabajoAlmacenamiento temporal Funciona durante unos segundos Manipula la información Enfoca la atención Memoria de trabajo Memoria de trabajo Memoria a largo plazo

10 La memoria de trabajo contiene la información que se está utilizando para resolver un problema14 + 9 “me llevo uno” 23

11 Se distinguen en la memoria de trabajo un ejecutivo central y dos sistemas subordinadosMODELO DE BADDLEY DE LA MEMORIA DE TRABAJO EJECUTIVO CENTRAL Decisión y atención CIRCUITO FONOLÓGICO Almacena y repasa información verbal “SKETCHPAD” VISUO-ESPACIAL Manipula imágenes visuales

12 Un sketchpad o “cuaderno de notas” para la información visuo-espacial“ojo de la mente”

13 Debe desviar la mirada hacia la posición que se le ha mostrado antesLa actividad de algunas neuronas en la región prefrontal dorsolateral se correlaciona con la posición espacial almacenada en la memoria de trabajo Debe desviar la mirada hacia la posición que se le ha mostrado antes Goldman-Rakiic, Regional and cellular fractionation of working memory, PNAS vol. 93: 13473–13480, 1996

14 Prefrontal dorsolateralLa corteza prefrontal dorsolateral tiene conexiones con la corteza parietal posterior donde se analiza la posición espacial de los estímulos LIP Prefrontal dorsolateral

15 El circuito fonológico almacena y procesa información verbal“voz de la mente” 9 1 4 7 5 … “oído de la mente”

16 La afasia de Broca se produce por lesiones en una región del lóbulo frontalEl paciente habla poco y tiene conciencia de sus errores. Tiene problemas para encontrar las palabras deseadas. Su articulación es deficiente. Realiza grandes esfuerzos para acompasar la lengua, la faringe y la laringe. Las palabras que emite están deformadas, y se han eliminado de su discurso aquéllas más complicadas. La gramática es de una enorme simplicidad, sobre todo en lo referente a elementos de enlace (preposiciones, conjunciones...). El estilo, en general, es del tipo telegráfico. La comprensión del lenguaje es casi normal. Paul Pierre Broca ( )

17 La afasia de Wernicke se produce por lesiones en una región del lóbulo temporalCarl Wernicke ( ) El paciente habla mucho, como si estuviese alterado. Las palabras que usa están transformadas, cambiadas de lugar y alteradas en su fonética. El paciente no entiende lo que se le dice ni es consciente de sus errores.

18 Según el modelo de Wernicke–Geschwind, en el área de Wernicke estaría localizada la comprensión del habla y en la de Broca la articulación de las palabras Formación de las palabras Área de Broca Área de Wernicke Significado del lenguaje

19 En el área de Wernicke estaría localizada la comprensión de las palabrasCorteza auditiva ESCUCHAR

20 La articulación del habla se realizaría a través del área de BrocaCorteza motora Wernicke HABLAR

21 Corteza visual secundaria (18, 19) Corteza visual primaria (17)La lectura se realizaría a través de la corteza visual y el área de Wernicke Área 39 Wernicke Corteza visual secundaria (18, 19) Corteza visual primaria (17) LEER

22 Para la repetición es necesaria la conexión entre el área de Wernicke y la de BrocaREPETIR Broca Corteza motora Wernicke Corteza auditiva

23 Puede hablar y comprender pero no repetirEn la afasia de conducción está lesionado el fascículo arcuato que conecta el área de Broca con la de Wernicke Fascículo arcuato Área de Broca Área de Wernicke Puede hablar y comprender pero no repetir

24 El área de Broca analiza la relación de unas palabras con otrasEn la afasia de Broca también hay algún trastorno en la comprensión “El chico come la manzana roja” come manzana chico roja ? “La chica persigue al chico alto” chico persigue chica alto El área de Broca analiza la relación de unas palabras con otras

25 Cuando llega al “it” ya no sabe a qué se refiereEl área de Broca participa en la memoria a corto plazo verbal “John was finally kissed by Louise” Sí detecta cuál es incorrecta “John was finally kissed Louise” “The woman is outside, isn’t she” No detecta cuál es incorrecta “The woman is outside, isn’t it” Cuando llega al “it” ya no sabe a qué se refiere

26 Parte de la dificultad articulatoria en la afasia de Broca puede deberse a que suele estar afectada la ínsula ÍNSULA

27 Identificación verbal Puede copiar el objeto pero no decir su nombreEl significado de las palabras no se encuentra únicamente en el área de Wernicke Copia del paciente Identificación verbal modelo En las lesiones de la corteza inferotemporal hay déficits en el identificación verbal de las imágenes Puede copiar el objeto pero no decir su nombre Farah MJ Visual agnosia; disorders of object recognition and what they tell us about normal vision Cambridge MQ, MIT press, 1990

28 Algunas lesiones en la corteza temporal o en la corteza motora producen déficits en la obtención de categorías específicas de palabras sin afectar a otras (afasia anómica) Personas individuales Animales Herramientas

29 afasia transcortical sensorialEl área de Wernicke asocia el sonido de las palabras con los conceptos Las lesiones que desconectan el área de Wernicke de las áreas donde se almacena el significado de las palabras producen afasia transcortical sensorial Área de Wernicke afasia transcortical sensorial Se altera la comprensión y el significado del habla pero la repetición está intacta

30 El lenguaje está controlado principalmente por el hemisferio izquierdo del cerebrosignificado lógica cálculo DERECHO entonación contenido emocional sentido musical percepción visuoespacial

31 El ejecutivo central coordina a los otros componentes de la memoria de trabajoTransfiere información de y hacia los dos componentes de la memoria de trabajo Recupera información de la memoria a largo plazo y envía información a esta para su almacenamiento Dirige la atención hacia un componente u otro de la memoria de trabajo

32 AZUL AZUL ROJO VERDE AMARILLO ROJO AZUL VERDE “azul” “rojo”El ejecutivo central dirige la atención hacia un componente u otro de la memoria de trabajo Test de Stroop AZUL ROJO VERDE AMARILLO ROJO AZUL VERDE “azul” Atención al circuito fonológico AZUL Atención al “cuaderno” visuoespacial “rojo” Este test resulta más difícil cuando hay una lesión prefrontal dorsolateral

33 Corteza parietal posteriorLa actividad de las neuronas en otras regiones de la corteza se correlaciona con la atención Corteza parietal posterior Estimulo visual no interesante Estimulo visual interesante Recordando estimulo interesante

34 La actividad de las neuronas en la corteza parietal se correlaciona con la atención tanto si está mirando al punto atendido como si no Sin atender al estímulo Mirando de reojo al estímulo Tocar el estímulo sin mirarlo Corteza parietal posterior estímulo estímulo estímulo Wurtz et al., Brain mechanisms of visual attention Sci Am 246: , 1982

35 Las lesiones en la corteza parietal posterior producen el síndrome de inatención contralateralCOPIA DEL PACIENTE MODELO Visual Copian solo la mitad de un dibujo Auditiva No prestan atención a los estímulos contralaterales Somatosensorial Hemisomatognosia: No prestan atención a la mitad de su cuerpo Memoria Cuando describen de memoria una escena describen solo la mitad Bloom and Lazerson Brain, Mind and Behaviour 2 ed p 300 New York, Freeman.

36 La atención puede estar dirigida endógenamente (top-down) o exógenamente (down-up)Busque la “o” roja x o TOP-DOWN atención endógena, activa y voluntaria PERCEPCIÓN La atención se dirige al estímulo llamativo x o BOTTOM-UP atención exógena, pasiva y refleja

37 La corteza prefrontal dirige la atención actuando sobre otras regiones de la corteza (atención endógena o “top-down”, sistema anterior) Atención top-down parietal

38 La atención exógena (down-up) está controlada por el colículo superior y el núcleo pulvinar (sistema posterior) pulvinar parietal Atención down-up Vía dorsal geniculado lateral V1 x o Vía ventral Colículo superior

39 El sistema anterior o posterior activa en la corteza parietal el lugar del mapa al que se dirige la atención Colículo superior pulvinar SISTEMA POSTERIOR parietal Corteza prefrontal SISTEMA ANTERIOR

40 La corteza prefrontal recibe conexiones del sistema mesocortical dopaminérgicoSISTEMA DOPAMINÉRGICO estriado Sustancia negra Corteza prefrontal Área ventral tegmental Sustancia negra

41 La dopamina permite que las neuronas piramidales de la corteza prefrontal respondan con una descarga mantenida después de un estímulo Corteza prefrontal glutamato dopamina Seamans et al, Synaptic basis of persistent activity in prefrontal cortex Cereb Cortex 13: , 2003

42 El efecto de la dopamina sobre las neuronas de la corteza prefrontal es complicadoHay receptores D1 y D2 y ambos tienen efectos excitadores e inhibidores Seamans et al, The principal features and mechanisms of dopamine modulation in the prefrontal cortex Progress in Neurobiology 74 (2004) 1–57

43 Actividad en la corteza Actividad en la cortezaLos receptores D1 estabilizan la actividad de la corteza prefrontal Predominio D1 Memoria de trabajo Actividad en la corteza estímulo Predominio D2 Actividad en la corteza estímulo

44 Considerando muchas opciones Perseverando en una opciónLos receptores D1 estabilizan la actividad de la corteza prefrontal Predominio D2. Muchos estímulos producen activación pero es débil y transitoria Considerando muchas opciones Predominio D1. Bloquea el acceso de los impulsos a la corteza, pero si uno es lo bastante intenso produce actividad mantenida Perseverando en una opción Seamans et al, Bidirec-tional dopamine modulation of GABAergic inhibition in prefrontal cortical pyramidal neurons J Neurosci 21: , 2001

45 En la esquizofrenia parece haber una alteración de la dopamina en la corteza prefrontalLa hiperactividad de los receptores D2 produciría los síntomas positivos Alucinaciones Intrusión de pensamientos Delusión (atribuye significado a estímulos irrelevantes) La hiperactividad de los receptores D1 produciría los síntomas negativos Pensamientos y acciones estereotipadas

46 Estímulo locus ceruleusLa noradrenalina tiene efecto estimulador (receptores α1) e inhibidor (receptores β) Respuesta de una neurona de la corteza piriforme a un estímulo olfatorio Estímulo locus ceruleus Estímulo olfatorio Sin estímulo locus cerluleus Con estímulo locus cerluleus SISTEMA NORADRENÉRGICO Sustancia negra Sara SJ. The locus coeruleus and noradrenergic modulation of cognition Nature Reviews Neuroscience 2009, 10:211 Locus ceruleus x o x o Aumenta la relación señal-ruido o

47 La dopamina controla el acceso de los estímulos a la corteza, y la noradrenalina mejora la relación señal-ruido Sistema anterior de la atención Sistema posterior de la atención Corteza prefrontal pulvinar La noradrenalina aumenta la relación señal-ruido inhibiendo la descarga basal Colículo superior La dopamina controla las entradas al sistema de atención anterior inhibiendo los receptores para el glutamato mediante receptores D1 Locus ceruleus Área ventral tegmental

48 La serotonina amortigua los efectos de la dopamina y la noradrenalinaSISTEMA SEROTONÉRGICO Sustancia negra Núcleos del rafe Disminución de la impulsividad y motivación Satisfacción

49 Regulación del comportamientoLa corteza prefrontal dirige el comportamiento actuando sobre la corteza motora, en colaboración con los ganglios basales y el cerebelo Corteza motora Regulación del comportamiento Ganglios basales cerebelo

50 Corteza prefrontal dorsolateral Corteza orbitofrontalA través de la corteza orbitofrontal y ventromedial las emociones influyen en las decisiones y la elaboración de planes Corteza prefrontal dorsolateral Corteza ventromedial Corteza orbitofrontal

51 La corteza orbitofrontal indica el valor subjetivo de una recompensa esperadaSe le anuncia cuál va ser la recompensa anuncio recompensa Mayor activación cuando la recompensa que espera es su comida preferida (las pasas) ESPERA Se entrega la recompensa anunciada Tremblay and Schulz Relative reward preference in primate orbitofrontal cortex Nature 398: , 1999

52 Corteza orbitofrontalLa corteza orbitofrontal suprime las emociones negativas (miedo y rabia) amígdala Corteza orbitofrontal SUPRESIÓN …no consiste en no tener miedo, sino en sentirlo y aún así continuar adelante

53 Sigue haciendo jugadas malas aunque le hacen perderLa corteza ventromedial evalúa las consecuencias de las acciones según experiencias anteriores Ventromedial Jugadas buenas Jugadas malas normal Lesión ventromedial IOWA GAMBLING TEST Sigue haciendo jugadas malas aunque le hacen perder Bechara et al., Insensitivity of future consquences following damage to human prefrontal cortex. Cognition 50: 7-15, 1994

54 Mediante la corteza ventromedial las normas sociales y morales influyen en las decisionesRecompensa inmediata Empatía Compasión Responsabilidad ventromedial

55 Las cortezas orbitofrontal y ventromedial favorecen distinto tipo de comportamientoatrevido desinhibido VENTROMEDIAL tímido inhibido

56 Las funciones ejecutivas de la corteza prefrontal incluyen distintos aspectosFUNCIÓN EJECUTIVA ACCIÓN Monitorizar y regular las propias acciones ACTIVACIÓN organizar, priorizar e inicial la acción MEMORIA Mantener y manejar la información en la memoria de trabajo Almacenar y recuperar en la memoria a largo plazo ATENCIÓN Dirigir, mantener y cambiar el foco de atención EMOCIÓN Modular las emociones y controlar la frustración ESFUERZO Perseverar en el esfuerzo

57 Sistema “por defecto” DMNPor el contrario, el sistema “por defecto” (default mode network, DMN) está activo cuando el cerebro no está concentrado en una tarea (dejar vagar el pensamiento) Sustancia negra Prefrontal medial Cingular posterior Temporal medial Sistema “por defecto” DMN Parietal inferior Autoconciencia Creatividad Recordar el pasado Imaginar el futuro

58 CIRCUITO DE ASIGNACIÓN DE RELEVANCIALa ínsula y la corteza cingular anterior desplazan la activación al circuito ejecutivo Parietal inferior Sustancia negra Prefrontal medial Cingular posterior Temporal medial CIRCUITO “POR DEFECTO” tálamo Cingular anterior Ínsula CIRCUITO DE ASIGNACIÓN DE RELEVANCIA prefrontal dorsolateral orbitofrontal Parietal posterior CIRCUITO EJECUTIVO

59 Las lesiones de la corteza prefrontal producen un cuadro característicoPhineas P. Gage ( ) “The equilibrium or balance, so to speak, between his intellectual faculties and animal propensities, seems to have been destroyed. He is fitful, irreverent, indulging at times in the grossest profanity (which was not previously his custom), manifesting but little deference for his fellows, impatient of restraint or advice when it conflicts with his desires, at times pertinaciously obstinate, yet capricious and vacillating, devising many plans of future operations, which are no sooner arranged than they are abandoned in turn for others appearing more feasible. A child in his intellectual capacity and manifestations, he has the animal passions of a strong man. Previous to his injury, although untrained in the schools, he possessed a well-balanced mind, and was looked upon by those who knew him as a shrewd, smart businessman, very energetic and persistent in executing all his plans of operation. In this regard his mind was radically changed, so decidedly that his friends and acquaintances said he was "no longer Gage“ (Dr. John M. Harlow)

60 Las lesiones de la corteza prefrontal producen un cuadro característicoSÍNDROME PREFRONTAL Falta de atención, se distrae fácilmente Falta de pensamiento abstracto (interpretación literal de proverbios) Perseveración incapacidad de cambiar de línea de pensamiento o de acción. (Wisconsin Card Sorting Test ) SI AFECTA A LA REGIÓN DORSOLATERAL (síndrome desejecutivo) Abulia, apatía, indiferencia Pérdida de habilidad de planear tareas Escasa memoria de trabajo SI AFECTA A LA REGIÓN ORBITOFRONTAL O VENTROMEDIAL (síndrome orbital) Desinhibición Incapacidad de apreciar las consecuencias de sus actos Impulsividad Labilidad emocional, euforia pueril Sustancia negra