BASES NEUROANATÓMICAS DE LA ATENCIÓN ORIGINAL
Bases neuroanatómicas de la atención mediante PET- 15O: el papel de la corteza prefrontal prefrontal y parietal en los procesos voluntarios N. Ojeda a, F. Ortuño a, P. López a, J. Arbizu b, J. Martí-Climent b, S. Cervera-E Cervera-Enguix nguix a NEUROANATOMICAL BASES BASES OF ATTENTION BY MEANS MEANS OF PET- 15O: THE ROLE OF THE PREFRONTAL AND PARIETAL CORTEX IN CONTROLLED PROCESSES Summary. Aim. The aim of this study was to investigate the changes in the cerebral blood flow that took place in normal subjects during an auditory attention paradigm which included automatic and controlled processing components. Method. Participants consisted in 10 normal subjects who were submitted to medical, neuropsychological and neuroimaging evaluation. PET was used to carry out an exploration of each subject in the four experimental conditions: basal, listening to clicks (A), counting while listening to clicks (C+A) and counting without listening to clicks (C). Results. During the condition involving counting while listening to clicks (automatic processing) the subjects displayed a significant increase in the activation of the bilateral precentral convolutions, left dorsolateral prefrontal prefronta l cortex (DLPFC), left inferior and superior frontal convolutions, left supplementary motor area and the left superior and inferior temporal convolution. During the condition involving counting without listening to clicks (controlled processing), the subjects activated the right precentral convolution, bilateral DLPFC, the right supplementary motor area, anterior cingulate and right inferior parietal convolution. Discussion. The results obtained support the suggestion that regions such as the DLPFC DLPFC and the inferior parietal convolution play a part in attentional tasks in which the subject is required to make an effort to carry out the controlled processing of information. [REV NEUROL 2002; 35: 501-7] Key words. Attention. Cingulate. Controlled and automatic processing. Neuropsychology. Parietal lobe. PET. Prefrontal cortex.
INTRODUCCIÓN El interés por la atención como función cognitiva se ha recuperado en los últimos años debido, en parte, a la contribución realizada desde la Neuropsicología. La importancia de la atención como función cognitiva se une a su relevancia como proceso básico, subyacente y necesario para que el resto de procesos cognitivos superiores se desarrollen eficazmente. Las clasificaciones actuales planteadas desde la Neuropsicología [1,2] nos muestran una función, que lejos de aparecer como simple, presenta una gran heterogeneidad desde el punto de vista de la modalidad sensorial de procesamiento (p. ej., atención visual frente a auditiva), del grado de dificultad de la tarea (p. ej., el número de estímulos atendidos) y de su concomitancia con otros procesos cognitivos (p. ej., memoria de trabajo) o variables externas al sujeto (p. ej., evitar interferencias) [3,4]. En los últimos años, la atención también se ha definido como ‘función cerebral superior’ [5] en relación con la proliferación de estudios de neuroimagen sobre las bases neuroanatómicas de los procesos cognitivos. Los resultados de los estudios funcionales de la atención han revelado que, tanto por el número de estructuras que participan, como por los networks implicados, las bases neuroanatómicas de la atención tampoco son simples. Entre las Recibido:15.03.02.Acept Recibido: Aceptado adotras revis revisión ión extern externaa sin modif modificacio icaciones: nes:30.07.02. a Departamento de Psiquiatría y Psicología Médica. b Departamento de Medicina Nuclear. Clínica Universitaria. Facultad de Medicina. Universidad de Navarra. Pamplona, Navarra, España. Correspondencia: Dra. Natalia Ojeda del Pozo. Departamento de Psiquiatría y Psicología Médica. Clínica Universitaria. Facultad de Medicina. Universidad de Navarra. Avda. Pío XII, 36. E-31080 Pamplona, Navarra. Fax: +34 948 296 500. E-mail:
[email protected] Agradecimientos. Este proyecto proyecto se ha financiado gracias a la beca concedida por el Plan de Investigación de la Universidad de Navarra Navarra (PIUNA), (PIUNA), otorgada al profesor S. Cervera Enguix, y la beca concedida por el Departamento de Educación, Universidades e Investigación del Gobierno Vasco, otorgada a la Dra. N. Ojeda del Pozo. 2002 , REVISTA DE NEUROLOGÍA
regiones mencionadas con mayor frecuencia en estudios de neuroimagen se encuentran los lóbulos frontales, el tálamo, el cíngulo y los ganglios basales [2,5]. También se ha aludido a la diferenciación funcional entre varios sistemas atencionales, y a la posible existencia de un correlato neuroanatómico para cada uno de ellos [1,5-7]. Una de las clasificaciones de la atención más valorada es la diferenciación entre procesos voluntarios (controlados) o involuntarios (automáticos) [8]. Según Posner y Snyder [9], un proceso automático es aquel que no requiere ni intencionalidad ni esfuerzo consciente por parte del sujeto, y no interfiere en otros procesos simultáneos. La automaticidad de un proceso depende en gran medida de la práctica, de manera que, a mayor práctica, el proceso se ejecuta con mayor velocidad. En otras palabras, un proceso automático es más rápido, y su inhibición es más dificultosa que la de un proceso controlado. Un proceso automático se desencadena generalmente por estimulación externa, más que por la actividad interna del sujeto, y ejerce un papel fundamental al facilitar la adaptación al medio exterior. Por ello, los procesos automáticos forman parte fundamental de las actividades cognitivas y no cognitivas de la vida diaria [10]. En cambio, los procesos voluntarios necesitan de la intencionalidad y de un esfuerzo cognitivo interno muy superior por parte del sujeto; exigen focalizar la atención hacia los estímulos y, en general, interfieren en otros procesos cognitivos para la resolución de una situación no sobreaprendida o novedosa. Los estudios de neuroimagen funcional han empleado diferentes modalidades sensoriales, si bien predominan aquellos que incorporan tareas de naturaleza visual para explorar las bases anatómicas de la atención [11-14]. La disparidad de regiones que se han relacionado con estos procesos depende en gran medida de la metodología (SPECT, PET, RMf) y de las caracter ísticas estimulares empleadas (p. ej., estímulos auditivos, verbales, externos o internos al sujeto). Con el empleo de PET-H 215O durante la realización de tareas de atención sostenida o vigilancia, tanto en la modalidad visual como en la somatosensorial, Pardo et al [11]
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N. OJEDA, ET AL
evidenciaron la participación de la corteza parietal superior y de la región prefrontal en ambas variedades sensoriales de atención en sujetos sanos. Con una tecnología de neuroimagen similar, autores como Grady et al, en 1997 [15], o Halpern et al, en 1999 [16], aludieron a la notable contribución de la circunvolución temporal superior y de la corteza frontal durante la atención a estímulos auditivos. Por su parte, Benedict et al destacaron un aumento significativo del flujo sanguíneo cerebral (FSC) en las regiones frontales anteriores y en el cíngulo anterior también durante la realización de tareas auditivas [17]. A pesar de las diferencias metodológicas, una revisión conjunta de los estudios que han empleado PET-H 215O para medir los cambios de FSC durante la activación cerebral muestra que la mayoría de los autores utilizan paradigmas de atención sostenida, y a lo sumo, diferencian y especifican la modalidad sensorial empleada (p. ej., visual frente a auditiva) [15,16,18-21]. El análisis detenido de estos estudios y los paradigmas estimulares empleados ponen de relieve la falta de una diferenciación conceptual entre tareas de atención voluntaria y automática. Por otra parte, la mayoría de estos estudios utilizan paradigmas experimentales que suponen la participación simultánea de procesos atencionales y otros procesos cognitivos, entre ellos la memoria de trabajo, la memoria semántica, el lenguaje, el razonamiento abstracto, etc. Por ello, resulta difícil establecer una relación directa entre la participación de las regiones corticales específicas y un esfuerzo cognitivo determinado [22]. En este estudio los autores pretendieron verificar, mediante PET-15O, los cambios en FSC ocurridos durante la realización de tareas de atención automática y voluntaria con el empleo de un modelo de estimulación auditiva. Todo ello a través de tareas simples, tanto desde el punto de vista de la naturaleza de la estimulación empleada como de las tareas demandadas a los sujetos. Los autores prestaron especial dedicación al diseño y selec ción de las tareas y a la posibilidad de aislar diferentes componentes cognitivos para poder controlarlos durante el análisis de tar eas cognitivas más complejas. SUJETOS Y MÉTODOS Sujetos
Los participantes fueron 10 sujetos voluntarios sanos. Se excluyeron durante el proceso de selección personas con antecedentes de enfermedad médica relevante, historia de abuso de sustancias, historia personal o familiar directa de enfermedad psiquiátrica o que afectase al SNC, y presencia de procesos que condicionasen una capacidad auditiva disminuida. Igualmente, se excluyeron sujetos cuyo rendimiento intelectual medio estimado fuese igual o inferior a 85. Los sujetos seleccionados se sometieron a un estudio médico general, que incluyó evaluación psicopatológica y neuropsicológica y exploración mediante PET. La muestra resultante fueron 10 sujetos diestros (preferencia manual evaluada con el cuestionario de Annett): siete varones y tres mujeres con una edad media de 26 años (límites 18-37). Todos habían completado una media de 13 años de estudios académicos. El coeficiente intelectual (CI) medio estimado (según el índice Barona) fue de 110. Todos los sujetos firmaron un consentimiento informado. Diseño experimental
El diseño del estudio consistió en la aplicación de cuatro condiciones experimentales a todos los sujetos. Durante cada una de las condiciones se adquiría una imagen de PET del individuo. Las cuatro condiciones experimentales fueron las mismas para cada sujeto: 1. Condición basal de reposo; 2. Estimulación auditiva (A); 3. Contar con estimulación auditiva (C+A), y 4. Contar sin estimulación auditiva (C). La estimulación auditiva se administraba a los sujetos bilateralmente, desde un estimulador auditivo (modelo Grass S10CTCM) a través de auriculares, y consistía en series de clics con una intensidad de 90 dB y una frecuencia de 1 Hz.
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Condición 1: reposo Durante esta condición los sujetos se encontraban tumbados en una camilla. Las instrucciones que recibieron eran las de no realizar ninguna actividad física ni mental. Se les pedía asimismo que mantuviesen los ojos abiertos y que fijasen su mirada en el techo vacío de una habitación poco iluminada. La influencia de ruido exterior u otras variables ambientales se mantuvo a un mínimo. Condición 2: estimulación auditiva (A) Los sujetos escuchaban los clics administrados a una frecuencia constante de uno por segundo. Condición 3: contar con estimulación auditiva (C+A) Los sujetos oían los clics –al igual que en la condición 1– y adicionalmente se les pedía que contasen mentalmente el número total de clics escuchados. Condición 4: contar sin estimulación auditiva (C) En esta ocasión, sin la ayuda externa de los clics, los sujetos debían contar mentalmente de uno en uno, a una frecuencia similar a la de la estimulación auditiva que habían recibido previamente. Durante las condiciones de contar, la capacidad de los sujetos para realizar esta actividad adecuadamente fue comprobada por un examinador externo, quien, coincidiendo con el fin de la adquisición de imágenes de PET (2 min), preguntaba al sujeto el número total de clics oídos (condición 3) y de números contados (condición 4). El examinador cronometraba el tiempo transcurrido mientras el sujeto contaba. PET
La PET cerebral se realizó en el Servicio de Medicina Nuclear de la Clínica Universitaria. La duración media del estudio fue de una hora, aunque hubo oscilaciones entre 45 minutos y una hora y media. Las pruebas se llevaron a cabo con un dispositivo ECAT EXAT HR+ (Siemens/CTI, Knoxville, TN), que obtiene 63 planos paralelos sobre un campo de visión de 15,2 cm. En el procedimiento se fijó la cabeza de cada sujeto con una cinta semielástica que se ajustaba en cada caso. Se comprobaba la posición cefálica a través de unas líneas guía de tipo láser. Durante toda la sesión de PET el sujeto permanecía en la misma posición y se pedía que evitase realizar cualquier tipo de movimiento. Varios examinadores comprobaban por observación externa la ausencia de movimientos. Antes de la inyección del 15O se realizó una tomografía de transmisión para cada sujeto, que duraba unos 20 minutos de promedio. Se inició la estimulación auditiva 20 segundos antes de la inyección. Para la última condición, en la que no existían estímulos auditivos, se pidió al sujeto que comenzase a contar y se esperaban 20 segundos hasta la inyección del 15O. A cada sujeto se le inyectaron 10-12 mCi de H 215O, disueltos en 5-7 mL de suero salino en cada condición. Cuando el recuento radioactivo alcanzaba un dintel de 100 Kcuentas/segundo, se iniciaba automáticamente la adquisición de imágenes, 20 segundos después de la inyección, y se mantenía durante 60 segundos. Los datos adquiridos se reconstruyeron en modo 3D (tabiques retirados). Las imágenes de PET de cada sujeto se centraron (izquierda-derecha), se alinearon verticalmente para corregir los posibles movimientos en el plano transversal y coronal, y se corregistraban una con otra para corregir los imperceptibles movimientos de cabeza durante la realización de la PET (AIR) [23]. Se llevó a cabo un proceso de alineación matemático del resto de imágenes de PET con relación a la primera exploración (AIR). Estos procesos permitían centrar las imágenes y orientarlas en el mismo sistema de coordenadas para su procesamiento posterior. Análisis de los datos
El análisis estadístico de los resultados se realizó mediante el programa Statistical Parametric Mapping (SPM99) [24] en MATLAB (Mathworks Inc. Sherborn, Massachusets, EE.UU.). Los volúmenes se normalizaron espacialmente empleando la transformación lineal para corregir la variabilidad individual entre sujetos y transformaba cada cerebro al espacio de referencia del atlas de Talairach y Tournoux [25]. A continuación, se realizó un proceso de filtrado de los escáneres a 12 mm con un filtro gaussiano tridimensional, para suprimir el ruido y minimizar los errores de la normalización al aumentar la sensibilidad de la señal. Las diferencias de actividad global para cada sujeto y entre sujetos se corrigieron mediante el procedimiento proportional scaling, en una base de voxel por voxel, con las cuentas globales como covariable y la actividad regional entre sujetos para cada tarea como efecto de tratamien-
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BASES NEUROANATÓMICAS DE LA ATENCIÓN Resumen del rendimiento de los sujetos en las pruebas neuropsicológicas.
Tabla III.
Función cognitiva
Prueba neuropsicológica
Media rendimiento sujetos±DE
Región
Hemis- Área de Coordenadas Índice ferio Brodmann Talairach Z
Rendimiento intelectual
Vocabulario-WAIS III
51±5,7
Área motora primaria
Dcho.
Atención
CPT tiempo reacción
420,81±65,4
CPT índice global
3,711±4,3
Stroop-P
113,9±6,6
Stroop-C
71,70±12,9
Stroop-interferencia
2,37±5,2
BTA letras
9,4±0,52
BTA números
9±1,5
Dígitos (directo)-WAIS III
11,7±2,5
Dígitos (inverso)-WAIS III
8,4±2,7
Dígitos (tot al)-WAIS III
20,1±5
Trail Making Test-A
27,8±8,93
Trail Making Test-B
52,10±12,25
Tabla I.
(tiempo en segundos) (tiempo en segundos)
Regiones cerebrales que presentan aumento significativo en las condiciones que incluyen tareas de contar.
Izdo.
4
(50, –8, 38)
5,13
6
(60, 6, 18)
4,62
6
(–62, 2, 20)
4,40
(22, 14, 6)
4,73
Putamen
Dcho.
Área motora suplementaria
Izdo.
6
(–8, 6, 62)
4,40
Dcho.
6
(6, –2, 68)
4,27
Cíngulo anterior
Izdo.
32
(–12, 14, 46)
4,06
Cerebelo
Izdo.
(–38, –68, –26) 4,26 (–48, –78, –24) 3,68
C. parietal inferior
Frontal dorsolateral
Dcho.
40
(58, –44, 50)
4,06
(50, –46, 40)
3,61
Izdo.
40
(–50, –52, 46) 3,59
Dcho.
10
(30, 48, 20)
4,18
Izdo.
9
(–36, 50, 26)
3,74
Izda.
20
N total= 10.
C. temporal inferior
Regiones cerebrales que presentan aumentos significativos de FSCr durante las condiciones que incluyen estimulación auditiva, comparado con las condiciones que no presentan estimulación auditiva.
procesamiento auditivo, debido a la participación de estas funciones en las condiciones experimentales del estudio. La batería incluía: el subtest dígitos de la WAIS-III, el Continuous Performance Test (CPT), el test de Stroop, el test breve de atención (BTA), la prueba de fluidez y generación verbalCowall Oral Control (FAS) y el test de clasificación de tarjetas de Wisconsin. Se administró asimismo el subtest de vocabulario de la WAIS-III para calcular una estimación del funcionamiento intelectual general de los sujetos mediante la fórmula del índice Barona. El CI estimado para cada uno de los sujetos fue superior a 95. Los resultados obtenidos en cada prueba se sitúan dentro de los límites normales (Tabla I).
Tabla II.
Región
Hemisferio
Área de Coordenadas Brodmann Talairach
Índice Z
Circunvolución temporal
Izdo.
41
(–38, –28, 12)
4,26
Transversa
Dcho.
41
(36, –20, 0)
3,58
C. temporal superior
Izdo.
22
(–58, –42, 12)
4
36
(–26, 0, –32)
3,34
Dcho.
22
(60, –20, 8)
3,47
Cíngulo posterior
Dcho.
31
(8, –46, 40)
3,8
C. parietal superior
Izdo.
7
(26, –54, –72)
3,72
C. temporal media
Dcho.
21
(70, -40, 4)
3,15
Cerebelo
Izdo.
(–26, –84, –36) 3,18
to. Se usó el proportional scaling para la comparación entre condiciones, que se estudiaron en cada sujeto. Las comparaciones de las medias para cada condición se realizaron con el test ‘t’ en una base de voxel por voxel. Los valores resultantes constituían un mapa cerebral de activaciones significativas, según el programa SPM99. El nivel de probabilidad alfa se fijó en 0,01 (sin corregir para múltiples comparaciones).
RESULTADOS Rendimiento cognitivo
Se administró a los sujetos una batería de pruebas neuropsicológicas para obtener una estimación de su rendimiento en diferentes áreas cognitivas. Estas pruebas se centraron en medidas de atención, memoria de trabajo y
Resultados de la PET
Para el análisis de la activación cerebral correspondiente al procesamiento auditivo se realizó una comparación entre las condiciones en las que se producía una estimulación auditiva (A y C+A) y las condiciones en las que no se producía (es decir, reposo y C). Los resultados de la comparación revelaron niveles de activación significativos en la circunvolución temporal transversal bilateral (mayor en el hemisferio izquierdo). Se observó activación también de la corteza temporal superior (AB 22), cerebelo derecho y cíngulo posterior (Figura). La tabla II presenta los valores específicos de la Z para cada región cerebral, donde se obtuvieron cambios significativos en FSC regional (FSCr) para esta comparación y sus correspondientes coordenadas en el espacio estereotáxico y en las áreas de Brodmann. Con objeto de analizar la activación relacionada con la tarea de contar, las condiciones que no requerían contar los clics (es decir, reposo y A) se emplearon como condiciones de referencia para aquellas que sí demandaban al sujeto contar el número de estímulos auditivos (es decir, C+A y C). La tabla III recoge los valores Z, las coordenadas y las áreas de Brodmann para las regiones donde los cambios en activación resultaron significativos. Como se aprecia, se produjeron incrementos significativos de activación en áreas corticales motoras (corteza motora primaria y corteza motora suplementaria), ganglios basales y cerebelo. También se registró una activación adicional en la corteza cingulado anterior, región frontal dorsolateral y corteza parietal inferior. Posteriormente se compararon la condición de contar oyendo (C+A) y la condición de oír (A), para determinar las regiones cerebrales implicadas durante la realización de tareas que requieren un procesamiento automático. La comparación destaca niveles de activación significativos en la corteza
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(–78, –34, –18) 3,89
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N. OJEDA, ET AL Regiones cerebrales que presentan aumento significativo de FSCr durante la condición de contar con estimulación auditiva (C+A), comparado con estimulación auditiva (A).
Tabla V. Regiones cerebrales que presentan aumento significativo de FSCr
Región
Hemis- Área de Coordenadas Índice ferio Brodmann Talairach Z
Región
Hemis- Área de Coordenadas Índice ferio Brodmann Talairach Z
Área motora primaria
Izdo.
Circunvolución parietal
Izdo.
Tabla IV.
Dcho.
Circunvolución temporal
Izdo.
6
(–54, 0, 42)
3,60
(–54, 0, 22)
3,43
4
(56, –2, 0)
3,54
6
(54, 2, 46)
3,40
20
Inferior
(–70, –36, –14) 3,52 (–58, –16, –40) 3,05
Prefrontal dorsolateral
Izdo.
10
(–34, 54, 28)
3,43
C. frontal inferior
Izdo.
44
(–28, 12, 24)
3,40
C. frontal superior
Izdo.
6
(–14, 18, 70)
Área motora suplementaria Izdo.
6 22
C. temporal superior
Izdo.
durante la condición de contar sin oír (C), comparado con la condición contar oyendo (C+A).
Dcho.
Frontal dorsolateral
Dcho. Izdo.
40
(–36, –52, 36) 3,88
7
(–34, –60, 44) 3,48
40
(44, –62, 46)
3,82
7
(24, –62, 40)
3,09
9
(48, 32, 26)
3,66
10
(–44, 56, 2)
3,04
(24, 16, 4)
3,66
32
(–10, 22, 28)
3,54
(36, –10, 40)
3,18
(54, 14, 0)
3,11
Ínsula
Dcho.
3,34
Cíngulo anterior
Izdo.
(–4, 8, 62)
3,33
Área motora primaria
Dcho.
4
(–54, 2, 0)
3,02
C. frontal inferior
Dcho.
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motora bilateral (AB 4 y 6), corteza prefrontal dorsolateral (CPFDL) izquierda (AB 10), circunvolución frontal inferior izquierda (AB 44), circunvolución frontal superior izquierda (AB 6), circunvolución temporal inferior izquierda (AB 20) y temporal superior izquierda (AB 22) (Tabla IV). En la tabla V se presentan los resultados de la comparación entre la condición C (contar sin estimulación auditiva) y la condición de C+A (contar oyendo), sustracción mediante la cual se pretendían identificar las regiones activadas durante los procesos que requieren un procesamiento voluntario. Se aprecia una activación significativa de la corteza parietal inferior bilateral (AB 40, 7), CPFDL (AB 9, 10), cíngulo anterior (AB 32), ínsula y área motora primaria derecha (AB 4).
hasta las secciones más posteriores del lóbulo temporal. Estos hallazgos nos llevan a concluir que en la c ondición de atención a estímulos auditivos se produce una mayor activación de las áreas de asociación temporales, en comparación con la escucha simple de los estímulos, en que hay un predominio de activación en el área auditiva primaria [15,21]. El incremento de activación de las áreas de asociación auditiva durante el proceso de atención automático es compatible con la idea de que estas áreas son más sensibles al efecto atencional que el área auditiva primaria. Procesos de atención controlada
DISCUSIÓN Los resultados obtenidos en este estudio confirman la participación de varias regiones cerebrales en diferentes tareas de atención. La participación de la región cingular en todas las condiciones analizadas enfatiza la contribución de esta r egión en tareas de atención, tanto durante tareas de carácter voluntario como automático. Los resultados también sugieren la contribución diferencial de regiones como la corteza motora, putamen y cerebelo, por una parte, y de la CPFDL y parietal inferior, por otra, cuando se lleva a cabo un análisis independiente de tareas automáticas y de tareas que exigen un esfuerzo cognitivo superior (procesamiento controlado), respectivamente. Procesos de atención automática
La mayor parte del conocimiento que poseemos acerca de la atención auditiva se basa en estudios de potenciales provocados auditivos. Algunas investigaciones recientes han aplicado la metodología de la PET y de la RMf para estudiar las regiones cerebrales implicadas en la atención auditiva. Los resultados de nuestro estudio, que muestran la activación significativa de las circunvoluciones temporal superior e inferior en la condición de contar los estímulos auditivos, coinciden con los hallazgos de un estudio de atención auditiva mediante PET-H215O [21]. Tzourio et al, en un paradigma de estimulación auditiva similar, encontraron un incremento de la activación en la circunvolución temporal superior, que se extendía desde la circunvolución transversa de Heschl
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Tanto en la condición de contar oyendo como en la de contar sin oír se produjo un aumento de activación en la CPFDL, circunvolución precentral y área motora suplementaria. Sin embargo, al comparar las condiciones, observamos un predominio de activación de las tres regiones mencionadas en la condición de contar sin oír, es decir, en los procesos en los que se requiere mayor esfuerzo atencional. La participación de la CPFDL es mayor en nuestro estudio en las sustracciones en las que se aislan componentes de control atencional (procesamiento controlado) y se requiere de la participación de la memoria de trabajo para recordar la frecuencia de los estímulos. Son diversos los estudios que implican a la CPFDL en la realización de tareas atencionales controladas o bajo control voluntario [26,27]. La función de la corteza prefrontal se ha descrito en términos coloquiales como ‘de planificación’ o ‘regulación e integración de la conducta’ [28]. Es indudable que se requiere una mayor precisión a la hora de diferenciar los componentes específicos de estas funciones superiores para poder precisar la contribución de la corteza prefrontal en cada una de ellas. La ejecución de tareas habituales parece requerir fundamentalmente de áreas posteriores del cerebro, mientras que la planificación y ejecución de tareas cognitivas más complejas requeriría de la interacción entre las regiones prefrontales y las áreas cerebrales posteriores [29]. En el momento actual se desconoce si los componentes cognitivos relacionados con la corteza prefrontal se asientan en subregiones frontales diferentes o si, por el contrario, se trata de propiedades de un único sistema. Los estudios de activación cognitiva junto con técnicas de neuroimagen funcional, como la PET, permiten com-
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monitorizaba su frecuencia temporal [35]. La participación de la CPFDL era máxima cuando se producían variaciones en la longitud del intervalo temporal que tenían que generar los sujetos, y se encontraron diferencias correlativas de activación en esta área. El procesamiento temporal de estímulos se ha asociado a activación tanto en la CPFDL como en la circunvolución parietal inferior, lo que sugiere una relación entre ambas estructuras ante el requerimiento de una estimación temporal [36]. La activación de la circunvolución precentral y del área motora suplementaria, consideradas desde un punto de vista neurofisiológico como áreas motoras en las condiciones de nuestro estudio y que incluían tanto la atención automática como la atención voluntaria, nos plantea la existencia de un componente funcional en estas regiones que no sea exclusivamente motor. La explicación más obvia ante este hecho es la posibilidad de movimientos del sujeto durante el estudio. La aplicación de un fijador en la cabeza para evitar desviaciones en el posicionamiento, así como la comprobación periódica, a lo largo de la exploración mediante PET, de la coincidenFigura. Regiones con aumento significativo de FSCr durante la condición de contar con estimulación cia en la localización entre las líneas guía láser auditiva, comparado con contar sin estimulación auditiva, en sujetos sanos. y las líneas trazadas sobre el rostro del sujeto, aseguraron la ausencia de movimientos duprobar estas hipótesis. Frith et al [26] encontraron un incremento de rante la exploración. Además, un investigador vigilaba externamente FSCr de la CPFDL en la realización de tareas que implicaban una los posibles movimientos que se podían llevar a cabo con los dedos respuesta voluntaria por parte del sujeto, en contraposición con de las manos o cualquier otra región del cuerpo. Algunos autores han otras tareas en las que la respuesta podría considerarse automática, explicado el aumento de actividad de la corteza precentral en estudios al condicionarse por un estímulo externo. Para ello, utilizaron un de atención auditiva en términos de un reflejo cortical en áreas motoparadigma que incluía tanto una tarea de emisión de palabras por ras, premotoras y de campo visual de los movimientos, consistentes parte del sujeto como una tarea de repetición de las palabras que un en sacadas oculares durante la estimulación auditiva [21,37]. Adeexaminador pronunciaba en voz alta, y un segundo paradigma de más, otros autores como Mesulam, han considerado la circunvolurespuesta motora en el que se diferenciaba entre una elección volun- ción precentral derecha como parte de un circuito atencional anterior, taria del movimiento por parte del sujeto y una elección predetermi- entre otras razones por la evidencia de que una lesión en la corteza nada por el examinador. Este hallazgo condujo a Frith et al [26] a prefrontal, en el cíngulo o en la corteza precentral puede producir un proponer una asociación entre la CPFDL y determinados aspectos síndrome de negligencia, en particular si las lesiones se localizan en neuropsicológicos de la voluntariedad en la acción (willed action). el hemisferio derecho [38]. Esta idea es coherente con la propuesta de Por otra parte, la relación entre la CPFDL y la memoria de Watson et al, quienes han definido una variante de la atención denotrabajo se ha descrito extensamente en estudios previos de PET minada atención motora, que consistiría en un estado mental con [18,30,31]. El concepto de memoria de trabajo introducido por contenido proposicional que nos permite actuar sobre los estímulos Baddeley [32] se entiende como parte de un sistema atencional atendidos [39], e implica la existencia de un componente mental de que permite almacenar información para poder llevar a cabo una la atención, al elaborar un plan de acción en función de los estímulos acción voluntaria. Este término tiene mucho en común con el recibidos. Esta atención motora o intencional requeriría de la particisistema atencional supervisor propuesto posteriormente por Sha- pación de los sistemas premotor lateral (AB 6) y premotor medial llice [33]. En este sentido, el esfuerzo de mantener mentalmente (área motora suplementaria, cíngulo) para organizar la conducta proel recuento a un ritmo calculado –de uno por segundo–, puede positiva [40]. La activación precentral en todas las condiciones de entenderse en términos de memoria de trabajo. El procesamiento nuestro estudio –salvo en las exclusivamente auditivas– añade evitemporal de los estímulos se ha relacionado en la bibliografía con dencia a la posible asociación entre la circunvolución precentral y el diversas estructuras cerebrales, y en particular con la corteza pre- área motora suplementaria, y la atención asociada al hecho de contar frontal. Un estudio reciente, llevado a cabo por Onoe et al [34] con mentalmente. Adicionalmente, la activación de regiones que clásica Macaca mulatta,enfatiza los hallazgos de cambios de FSCr en la mente se habían considerado como funcionalmente motoras en estuCPFDL, parietal inferior, ganglios basales y cíngulo, mientras dios de neuroimagen, al aplicar paradigmas de activación cognitiva, realizaban tareas de percepción y procesamiento temporal. La nos conduce a plantear la posible diversidad funcional de dichas reimportancia de la CPFDL también se ha puesto de manifiesto en giones. El área motora suplementaria se ha relacionado con la ejecuestudios de generación aleatoria de números, a la vez que se ción de tareas que requieren de la memoria de trabajo [41]. En un
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estudio reciente se ha puesto de manifiesto la implicación del área motora suplementaria en el proceso de atención a un estímulo sensorial, con independencia de las características particulares del estímulo [42]. Otras áreas corticales, como la corteza premotora lateral y el surco intraparietal anterior izquierdo, participarían junto al área motora suplementaria en la atención a los estímulos sensoriales. La participación del cíngulo, tanto en el proceso de contar oyendo como en el de contar sin oír, sugiere una estrecha relación entre el cíngulo y la atención sostenida, requerida en ambas tareas [2]. Sin embargo, existe una mayor activación de la región cingular en aquellas tareas que implican procesamiento voluntario. En estudios que combinan neuropsicología y neuroimagen [11,43], se ha encontrado una implicación del cíngulo en operaciones en las que interviene la atención sostenida y selectiva [44]. La activación cingular anterior durante tareas atencionales auditivas ha sido documentada por Tzourio et al [21]. El estudio de Benedict et al [17] sobre atención auditiva en sujetos sanos mediante PETH215O mostró igualmente un incremento de actividad en el cíngulo anterior. Además, se ha observado una asociación entre la activación cingular anterior y el tiempo de reacción de los sujetos, relación que ha permitido sugerir un papel central del cíngulo anterior en la velocidad de reacción en tareas sencillas que implican un paradigma de tiempo de reacción [45]. Otro hallazgo relevante en nuestro estudio es la activación de la circunvolución parietal inferior exclusivamente en aquellos procesos que requerían de la a tención voluntaria. En un estudio de atención auditiva mediante PET-H215O se encontró una activación de la circunvolución parietal inferior izquierda durante la condición de atención a los estímulos auditivos [17]. Se ha propuesto que las áreas prefrontales estarían vinculadas a aspectos internos del individuo, como la motivación, mientras que la región parietal posterior guardaría relación con aspectos externos del individuo, como el ambiente [46]. Este enfoque de las rela ciones frontoparietales [38] puede explicar cómo las alteraciones prefrontales pueden provocar un exceso de atención al mundo exterior y producirse un distanciamiento del mundo intrapsíqui-
co. En contraste, las lesiones parietales pueden provocar una anulación del mundo exterior y quizás una refocalización de la atención hacia aspectos intrapsíquicos, incluso cuando están en conflicto con la realidad exterior [38]. Los estudios de neuropsicología y neuroimagen han enfatizado la relación entre la atención, la memoria de trabajo y la corteza parietal. Se piensa que la corteza parietal actúa coordinadamente con la corteza prefrontal y el cíngulo dentro de un circuito atencional, como se ha sugerido en un estudio con monos [40] y en un estudio de PET en humanos [47]. Son múltiples los estudios que se refieren al cíngulo como la principal eferencia de la circunvolución parietal inferior [4850]. En nuestro estudio encontramos la participación de la circunvolución parietal posterior bilateral en las tareas que implican un procesamiento voluntario. Por otra parte, se ha descrito en varios estudios de PET la participación de la corteza parietal inferior durante tareas que requerían una estimación temporal [51]. El estudio de Onoe et al [34] implica a la corteza parietal inferior, CPFDL, ganglios basales y cíngulo en tareas de estimación temporal, dato muy consecuente con nuestros hallazgos en la condición de procesamiento controlado. Por lo tanto, las alteraciones en los lóbulos parietales originan una disrupción sustancial de los mecanismos atencionales, tanto en monos como en humanos [40,47,52,53]. Por otra parte, la CPFDL y la corteza parietal posterior –que incluye tanto a la circunvolución parietal superior como a la inferior– se conectan recíprocamente y ambas emiten conexiones a numerosas regiones corticales y subcorticales similares [54]. Nuestros resultados sugieren la implicación diferencial de regiones cerebrales en tareas atencionales, en función de su naturaleza automática o voluntaria en individuos sanos. En relación con estos últimos, sugerimos la participación singular de regiones corticales como la CPFDL, cíngulo y parietal inferior. E stas regiones podrían relacionarse entre sí y constituir una red de conexiones nerviosas o network funcionalmente activa en tareas que requieren la participación de los aspectos controlados o voluntarios de la atención en la normalidad.
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BASES NEUROANATÓMICAS DE LA ATENCIÓN MEDIANTE PET-15O: EL PAPEL DE LA CORTEZA PREFRONTAL Y PARIETAL EN LOS PROCESOS VOLUNTARIOS Resumen. Objetivo. Investigar los cambios en el flujo sanguíneo cerebral ocurridos en sujetos sanos mediante PET, durante un paradigma de atención auditiva que incluye componentes automáticos y voluntarios de procesamiento. Sujetos y métodos. Participaron 10 sujetos sanos, que se sometieron a una evaluación médica, neuropsicológica y de neuroimagen. Para cada sujeto se realizó una exploración de PET en las cuatro condiciones experimentales: basal, oír clics (A), contar oyendo los clics (C+A) y contar sin oír clics (C). Resultados. Durante la condición de contar oyendo los clics (procesamiento automático), los sujetos presentaron aumento significativo de la activación de las circunvoluciones precentral bilateral, corteza prefrontal dorsolateral (CPFDL) izquierda, circunvoluciones frontal izquierda superior e inferior, área motora suplementaria izquierda y circunvolución temporal izquierda superior e inferior. Durante la condición de contar sin oír los clics ( procesamiento voluntario), los sujetos activaron la circunvolución precentral derecha, la CPFDL bilateral, el área motora suplementaria derecha, el cíngulo anterior y la circunvolución parietal inferior derecha. Conclusión. Los resultados obtenidos apoyan la contribución de regiones como la CPFDL y la circunvolución parietal inferior en tareas atencionales que requieren un esfuezo de procesamiento voluntario de la información por parte del sujeto. [REV NEUROL 2002; 35: 501-7] Palabras clave. Atención. Cíngulo. Corteza prefrontal. Lóbulo parietal. Neuropsicología. PET. Procesamiento voluntario y automático.
BASES NEUROANATÓMICAS DA ATENÇÃO POR PET-15O: O PAPEL DO CÓRTEX PRÉ-FRONTAL E PARIETAL EM PROCESSOS VOLUNTÁRIOS Resumo. Objectivo. O objectivo do estudo é investigar as alterações no fluxo sanguíneo cerebral ocorridas em indivíduos normais, através de PET, durante um paradigma de atenção auditiva que inclui componentes automáticos e controlados de processamento. Sujeitos e métodos. Participaram 10 indivíduos normais, que se submeteram a uma avaliação médica, neuropsicológica e de neuroimagem. Para cada indivíduo realizou-se um exame de PET nas quatro condições experimentais: basal, ouvir cliques (A), contar ouvindo os cliques (C+A) e contar sem ouvir os cliques (C). Resultados. Durante a condição de contar ouvindo os cliques (processamento automático), os indivíduos apresentaram aumento significativo da activação das circunvoluções pré-central bilateral, córtex pré-frontal dorsolateral (CPFDL) esquerdo, circunvoluções frontal esquerda superior e inferior, área motora suplementar esquerda e circunvolução temporal esquerda superior e inferior. Durante a condição de contar sem ouvir os cliques (processamento controlado), os indivíduos activaram a circunvolução pré-central direita, CPFDL bilateral, área motora suplementar direita, cingular anterior e a circunvolução parietal inferior direita. Discussão. Os resultados obtidos apoiam o contributo de regiões como o CPFDL e a circunvolução parietal inferior em tarefas atencionais nas quais se requer do indivíduo um esforço de processamento controlado da informação. [REV NEUROL 2002; 35: 501-7] Palavras chave. Atenção. Cingular. Córtex pré-frontal. Lobo parietal. Neuropsicologia. PET. Processamento controlado e automático.
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