¿Qué es "eso" de la red cerebral "por defecto"?

En 2008 Randy Buckner, Jessica Andrews-Hanna y Daniel Schacter publicaron un extenso e importante artículo acerca de los principales puntos de la red cerebral "por defecto". Veamos qué mencionan los autores en esta revisión. Debido a la extensión e importancia de la misma, utilizaremos varias entradas para poderla cubrir adecuadamente (Ver Parte II; ver Parte III).

Introducción

Una observación común en la investigación en neuroimágenes del cerebro es que un conjunto de regiones cerebrales -la red por defecto- se activa cuando a los sujetos se les deja pensar en sí mismos sin ser interrumpidos (Shulman et al. 1997, Mazoyer et al. 2001, Raichle et al. 2001), en eventos futuros, o cuando se les permite considerar los pensamientos y perspectivas de otra gente (Buckner & Caroll, 2007).

Historia

Buckner et al. primero presentan un recorrido histórico a través de cómo surgió el concepto de la red cerebral por defecto. Veamos.

Los datos relevantes sobre esta red por defecto fueron adquiridos gracias a la práctica común de usar el estado de reposo u otras condiciones pasivas como control experimental.

Ya desde finales del siglo XIX se sabía que la actividad mental modulaba el flujo de sangre local (James, 1890). Sin embargo, no fue sino hasta 1955 cuando Louis Sokoloff y colaboradores se preguntaron si el metabolismo cerebral cambiaba cuando uno pasaba de un estado tranquilo de descanso a un estado de resolver un problema aritmético difícil. Ellos encontraron que el metabolismo permanecía constante. Según eso, dedujeron que el estado de reposo contiene actividad cerebral persistente, tan vigorosa como aquella cuando los individuos resuelven problemas matemáticos administrados externamente.

Años más tarde, David Ingvar (1974, 1979, 1985) observó que la actividad frontal alcanzaba altos niveles durante los estados de reposo. Ingvar propuso que el patrón "hiperfrontal" de actividad correspondía a la "mentalización consciente, no dirigida, espontánea, al 'trabajo del cerebro', el cual llevamos a cabo cuando somos dejados solos y no interrumpidos" (Ingvar, 1974).

A mediados de los años noventa, los registros imaginológicos de la actividad cerebral del estado de reposo fueron con frecuencia adquiridos a lo largo de los estudios como una condición control de comparación y los investigadores comenzaron rutinariamente a notar regiones cerebrales más activas en las condiciones de reposo que en las tareas activas con objetivo -lo que en ese momento se refirió como "desactivación" (ya que la condición con objetivo mostraba "activaciones"). Las "desactivaciones" estaban presentes, y con frecuencia mostraban un efecto robusto, en los estudios tempranos con PET (siglas del inglés Positron Emission Tomography; tomografía por emisión de positrones).

Andreasen y colaboradores (1995) tuvieron la hipótesis de que la memoria autobiográfica (el objetivo experimental de su estudio) inherentemente implicaba a la cognición internamente dirigida, como la cognición espontánea que ocurre durante los estados de "reposo". Por esta razón, ellos estudiaron el reposo y las tareas de memoria en referencia a una tercera condición que no implicaba ni reposo ni memoria episódica. Los resultados fueron que regiones cerebrales similares estuvieron implicadas durante el reposo y durante la tarea de memoria. Entonces, Andreasen et al. (1995) concluyeron que el estado de reposo "es, de hecho, bastante vigoroso y consiste de una combinación de recuerdos pasados libremente alcanzados, planes futuros y otros pensamientos y experiencias personales". La actividad cerebral que ellos observaron durante la actividad cerebral del estado de reposo tuvo que ver con regiones prefrontales de la línea media, así como un patrón posterior distinto (cíngulo posterior y corteza del retro-esplenio).

A partir de distintos meta-análisis (uno de Shulman et al., 1997 y otro de Mazoyer et al., 2001) acerca de las desactivaciones inducidas por la tarea, que buscaba determinar explícitamente si habían o no regiones cerebrales comunes activas durante los estados mentales (pasivos) no dirigidos, se reveló un patrón de regiones cerebrales increíblemente consistente que estuvieron más activas durante condiciones pasivas de la tarea que durante numerosas condiciones de la tarea que tenían un objetivo (desde dominios verbales a no verbales y en condiciones tanto visuales como auditivas).

La amplia generalidad del patrón de la actividad de reposo a lo largo de tan diversos estudios reforzó la intrigante posibilidad de que un conjunto común de procesos cognitivos fuera usado espontáneamente durante los estados pasivos de la tarea. 

Por eso, un tema dominante en el campo durante la década previa ha sido cómo definir una condición de base apropiada para los estudios de neuroimagen. Richard Frackowiak resumió esta importante y amplia preocupación en que: "encontrar un estado de libre desarrollo o aun un estado donde te estás fijando en una cruz pero soñando con cualquier cosa que te guste, un estado "control" es, a mi manera de ver, bastante equivocado" (Frackowiak 1991).

Raichle et al. (2001) y Gusnard & Raichle (2001) consideraron las implicaciones teóricas y empíricas de definir los estados basales y de qué podría representar el patrón de actividad en la red por defecto. Un importante entendimiento fue que las regiones de la corteza prefrontal medial (CPFm) identificadas consistentemente como parte de la red por defecto están asociadas con el procesamiento auto-referencial [todo lo que tenga que ver con nosotros mismos].

La red cerebral por defecto fue identificada originalmente en un meta-análisis (Shulman et al., 1997) que buscaba definir las regiones cerebrales más activas en tareas pasivas en comparación con tareas activas ("desactivación inducida por la tarea"). 

La red por defecto se define como un sistema cerebral que contiene un conjunto de áreas cerebrales que interactúan entre sí y que están estrechamente conectadas funcionalmente y distinta de otros sistemas dentro del cerebro. Incluye:

• corteza prefrontal ventromedial (CPFvm)
• corteza cingular posterior (CCP)/corteza del retro-esplenio
• lobulillo parietal inferior
• corteza temporal lateral (aunque pobremente caracterizada)
• CPF dorsomedial (CPFdm)
• Formación hipocampal: área entorrinal

Anatomía de la red por defecto

La red cerebral por defecto se caracterizó inicialmente a través de paradigmas en bloque. Dentro de estos paradigmas, las épocas [o bloques en donde se presenta una serie del mismo estímulo] extendidas de tareas activas y pasivas eran comparadas unas con otras. Durante estas épocas, la actividad cerebral fue promediada por bloques de múltiples ensayos secuenciales.

Visualmente, la red por defecto definida con base en datos relacionados a eventos [otro paradigma de fMRI, más rápido que el que es en bloque] es altamente similar a aquella reportada previamente con datos en bloque. Entonces, la actividad diferencial en la red por defecto entre estados pasivos y activos de la tarea puede emerger rápidamente en un orden de segundos o menos.

Los patrones de actividad espontánea, al parecer, reflejan conectividad anatómica directa e indirecta (Vincent et al. 2007).

El análisis de conectividad funcional es particularmente informativo ya que proporciona un medio para evaluar las localizaciones de las regiones cerebrales interactuantes dentro de la red por defecto, en una manera que es independiente de la desactivación inducida por la tarea.

Una observación posterior importante a partir de los análisis de actividad intrínseca es que la red por defecto incluye al hipocampo y áreas adyacentes en el lóbulo temporal medial que están asociadas con el funcionamiento de memoria episódica (Greicius et al. 2004).

¿Existe convergencia entre estas tres aproximaciones distintas para definir la anatomía de la red por defecto, descrita arriba (conectividad anatómica, conectividad funcional y análisis de actividad intrínseca)? La convergencia revela que la red por defecto comprende un conjunto distribuido de regiones que incluye la corteza de asociación y excluye a la corteza sensorial y motora. En particular, la CPFm, la CCP/corteza del retroesplenio y el lobulillo parietal inferior muestran casi convergencia total a lo largo de numerosos conjuntos de datos.

En un nivel más amplio, emerge un principio importante a partir de la consideración de estos detalles anatómicos: la red por defecto no está hecha de un sistema cerebral unitario monosinápticamente conectado. En cambio, la arquitectura refleja una serie de subsistemas interconectados que convergen en "nudos" (o puntos centrales) claves -en particular la CCP- que se encuentran conectados con el sistema de memoria del lóbulo temporal medial.

(Continúa mañana)