La relación entre mente y cerebro ha evolucionado desde el clásico dualismo hasta los conocimientos actuales que ponen de manifiesto que las funciones mentales son el resultado de la actividad cerebral. Este cambio de paradigma, junto con los recientes avances en diferentes técnicas de neuroimagen, ha dado lugar a una novedosa concepción del funcionamiento cerebral en términos de conectividad estructural y funcional. El objetivo del presente trabajo es describir la relación entre conectividad, lesión cerebral, plasticidad cerebral y recuperación funcional.
DesarrolloSi la función cerebral surge de la organización en red del cerebro como un todo, la disfunción cerebral se puede producir por una alteración en la conexión de estas redes. Así, a partir del modelo conectivista, los trastornos cognitivos y del comportamiento que aparecen tras una afección cerebral se describen como consecuencia de una alteración en la organización funcional de las redes cerebrales. Sin embargo, la pérdida de funciones puede ser recuperada gracias a la capacidad de los circuitos de ser dinámicos y versátiles. La plasticidad cerebral permite una reorganización funcional que llevará a una recuperación, espontánea o potenciada con terapia cognitiva, después de algún tipo de enfermedad cerebral.
ConclusionesEl conocimiento de la conectividad y la plasticidad cerebrales proporciona una nueva perspectiva desde la que entender el funcionamiento cerebral en condiciones normales, los mecanismos del daño cerebral y los de la recuperación funcional, constituyendo las bases para el desarrollo de la terapia cognitiva.
Our conception of the mind-brain relationship has evolved from the traditional idea of dualism to current evidence that mental functions result from brain activity. This paradigm shift, combined with recent advances in neuroimaging, has led to a novel definition of brain functioning in terms of structural and functional connectivity. The purpose of this literature review is to describe the relationship between connectivity, brain lesions, cerebral plasticity, and functional recovery.
DevelopmentAssuming that brain function results from the organisation of the entire brain in networks, brain dysfunction would be a consequence of altered brain network connectivity. According to this approach, cognitive and behavioural impairment following brain damage result from disrupted functional organisation of brain networks. However, the dynamic and versatile nature of these circuits makes recovering brain function possible. Cerebral plasticity allows for functional reorganisation leading to recovery, whether spontaneous or resulting from cognitive therapy, after brain disease.
ConclusionsCurrent knowledge of brain connectivity and cerebral plasticity provides new insights into normal brain functioning, the mechanisms of brain damage, and functional recovery, which in turn serve as the foundations of cognitive therapy.
Durante muchos años, la mente ha sido considerada una entidad separada del cerebro, en una concepción dualista que tuvo a su máximo exponente en René Descartes (siglo xvii), permaneciendo por mucho tiempo como un elemento fundamental de la cultura occidental. Posteriormente, el desarrollo de la neurociencia y la tecnología llevó al nacimiento de una nueva visión según la cual la mente es el resultado de los procesos que ocurren en el cerebro. A partir de este nuevo postulado, surge la necesidad de conocer cómo el cerebro puede funcionar para dar como resultado un sistema tan complejo como es la «mente», pues como ya hemos manifestado en otras ocasiones, «puede haber cerebro sin mente, pero no hay mente sin cerebro» (E. Díez Tejedor). Las teorías localizacionistas plantearon que cada parte del cerebro es responsable de una determinada función; en esta organización, una lesión cerebral localizada dañaría de manera selectiva algunos procesos cognitivos; sin embargo, en estos mapas cerebrales quedaban excluidas muchas funciones que clásicamente habían sido atribuidas al concepto de mente, como son el comportamiento, la personalidad, el humor y la afectividad. Aunque ya existía constancia de que determinadas lesiones cerebrales podían producir alteraciones del comportamiento, la descripción del famoso caso de Phineas Gage, a mediados del siglo xix, abrió paso al estudio de las bases biológicas en las que se sustentan procesos mentales como la gestión de las emociones y la toma de decisiones1. Superada la teoría localizacionista, se entiende que el cerebro funciona mediante circuitos complejos, interconectados entre sí, en los que participa la corteza cerebral y la sustancia blanca.
Por otro lado, es conocido desde hace mucho tiempo que el cerebro es capaz de modularse en respuesta a determinados estímulos; ya cuando Ramón y Cajal enunció que «todo hombre puede ser, si se lo propone, escultor de su propio cerebro» sin duda hacía referencia a la plasticidad cerebral, aunque tuvieron que transcurrir varias décadas para descubrir que el cerebro, tras el nacimiento, no solo tiene esta capacidad, sino que también puede formar nuevas células nerviosas, aspecto que él cuestionó.
En este artículo vamos a revisar alguno de los aspectos de la enfermedad cerebral y sus relaciones con la conectividad y la plasticidad, así como de los fundamentos de la terapia cognitiva apoyada en estas funciones.
Conectividad y enfermedad cerebralEl cerebro humano es una compleja red de regiones interconectadas estructural y funcionalmente, de modo que la función cerebral surge de la organización en red del cerebro como un todo. Por tanto, una lesión cerebral puede producir un déficit funcional siguiendo 2 mecanismos básicos: disfunción cortical local en el área de la lesión y lejana espacialmente, debida a la interrupción de la conexión entre áreas.
La investigación de los circuitos y las redes que conforman la complejísima organización de este órgano nos está permitiendo aproximarnos de forma más precisa a la estructuración de los procesos cognitivos superiores, además de su implicación en diversas enfermedades neurológicas, hasta el punto de que actualmente se conoce que los déficits asociados a trastornos como la enfermedad de Alzheimer, la esclerosis múltiple, el daño cerebral traumático (DCT), la esquizofrenia, la depresión, el autismo, etc., se acompañan de alteraciones en la conectividad cerebral.
En el caso de la enfermedad de Alzheimer se observa una disminución en la densidad de las espinas dendríticas de las células piramidales corticales y cambios estructurales en circuitos inhibitorios que conllevan una desconexión entre diferentes regiones cerebrales, tales como el cíngulo posterior y el hipocampo. Estos cambios pueden ser detectados en etapas prodrómicas de la enfermedad y se correlacionan con el grado de afectación cognitiva en fases posteriores2; además, el avance del proceso neurodegenerativo conlleva una disminución de la conectividad de la red neural por defecto, producida por la precipitación del péptido β-amiloide3, de modo que, incluso en pacientes con deterioro cognitivo leve, se ha encontrado una reducción de la conectividad respecto a controles4.
En pacientes con esclerosis múltiple, tanto los déficits cognitivos como las alteraciones emocionales y del comportamiento se han relacionado con la interrupción de extensas redes cerebrales5,6; además, la aplicación de las técnicas de neuroimagen funcional ha permitido demostrar la presencia de alteraciones en los patrones de activación cerebral y de conectividad funcional7,8. Más recientemente, la introducción de la teoría de grafos ha revelado que en estos pacientes se producen cambios estructurales en la topología de las redes, lo que provoca un deterioro de la arquitectura de «pequeño mundo» (small world)9 y, como consecuencia, una transmisión menos eficiente de la información, por lo que sus redes cerebrales presentarían una significativa disminución de su eficiencia10.
Otra enfermedad en la que se ha constatado un trastorno de la conectividad es la esquizofrenia, donde subyace una alteración de la conexión funcional entre las distintas regiones cerebrales11,12, con una alteración de este patrón entre los distintos nodos de la red por defecto, en concreto, entre la corteza frontal medial y el precúneo, regiones clave de esa red13,14, y también en circuitos frontoparietales y frontoestriatotemporales15,16.
En pacientes con trastornos del espectro autista también se ha descrito una sincronización alterada en diferentes redes cerebrales, siendo los primeros hallazgos reportados por Just et al.17, que emplearon una tarea de comprensión de oraciones, encontrando una reducida conectividad funcional entre diferentes áreas cerebrales (subconectividad) que ha sido comprobada por múltiples estudios con RM funcional18–20; sin embargo, hay hallazgos que evidencian que el déficit de conectividad funcional ocurre también en reposo21–24.
El DCT también comporta una interrupción de las redes neurales, lo que produce importantes trastornos cognitivos y alteraciones del comportamiento, de modo que el daño axonal difuso que produce afecta a los tractos de sustancia blanca que conectan los nodos de las redes cerebrales altamente distribuidas25, siendo las más estudiadas la red por defecto y la red de saliencia, observando que tras un DCT se produce una interacción anormal entre estas 2 redes26,27; en concreto, el grado de lesión en la red de saliencia que conecta la ínsula anterior derecha, el área presuplementaria y la corteza cingulada dorsal anterior parece predecir el funcionamiento en la red por defecto. Estos resultados apoyan que la integridad estructural de la red de saliencia es necesaria para un funcionamiento eficiente en la red por defecto y que un fallo en la coordinación entre las 2 redes puede producir la aparición de trastornos relacionados con el control inhibitorio28.
Este nuevo tipo de enfoque basado en la conectividad abre nuevas perspectivas para entender los mecanismos subyacentes a los déficits que aparecen después de una afección cerebral, y también los cambios que se producen en la conectividad en el proceso de recuperación.
Plasticidad y reparación cerebralEl hecho de que el funcionamiento cerebral se base en redes presenta una importante ventaja, ya que concede al cerebro las características de ser plástico y cambiante. Hace más de medio siglo Hebb29 planteó que las conexiones neuronales corticales pueden ser remodeladas por nuestra experiencia; desde entonces, la plasticidad en la corteza cerebral se ha estudiado en profundidad tanto en el aprendizaje30 como en respuesta a lesiones cerebrales31. Considerando la existencia de redes funcionales, la reorganización de la misma posibilitaría la recuperación funcional del cerebro; por tanto, el fenómeno de la plasticidad cerebral es una característica que, unida a la organización en red y la conectividad, permite que se pongan en marcha los cambios adecuados que lleven al sistema a una reparación después de algún tipo de daño32.
En las lesiones cerebrales la plasticidad se expresa de formas diversas, desde modificaciones funcionales de estructuras ya existentes hasta la formación por crecimiento y proliferación de nuevas estructuras y neuronas33; de este modo, el cerebro busca sus propias vías de reparación, iniciando una cascada de eventos regenerativos, mediante la creación de sinapsis (sinaptogénesis) en zonas perilesionales, y de neurogénesis a partir de la zona subgranular del giro dentado y el área subventricular34. Las células producidas en los nichos neurogénicos son capaces de migrar hacia el tejido lesionado guiadas por la presencia de determinadas proteínas y factores quimiotácticos35. Además, determinados factores tróficos median los procesos de regeneración de células y fibras, como son el factor neurotrófico derivado del cerebro (conocido como BDNF), la neuropsina (relacionada con el crecimiento neural) y las moléculas Nogo-A y Lingo (que inhiben el crecimiento de las fibras nerviosas).
La plasticidad cerebral como base de la terapia cognitiva y del comportamientoDesde el inicio de la lesión cerebral se desencadenan mecanismos de plasticidad que permiten cierta reparación y recuperación espontánea, que tiene un límite, siendo más evidente en los primeros 3 a 6 meses después del daño; a partir de aquí, la recuperación continúa durante varios años, pero la curva es «negativamente acelerada», lo que significa que a medida que transcurre más tiempo, más difícil va a ser observar cambios. La terapia cognitiva y del comportamiento se ha propuesto como una de las posibles intervenciones no farmacológicas capaces de potenciar la recuperación.
La terapia cognitiva consiste en actuar sobre las alteraciones producidas tras un daño cerebral, con el objetivo de restaurar o compensar la función alterada36, mejorando las capacidades del paciente y favoreciendo su reincorporación a las actividades laborales y cotidianas (fig. 1).
El estudio de la eficacia de esta terapia es una cuestión compleja, pero los datos disponibles aportan hechos suficientes para recomendar determinados tipos de intervenciones para la rehabilitación de los problemas de la atención, la velocidad en el procesamiento de información, la memoria y el lenguaje37,38.
Así, varios trabajos con RM funcional muestran evidencias de una reorganización cerebral asociada a la recuperación después de una lesión39, pero no reflejan la cooperación de las áreas limítrofes a la lesión o incluso lejanas en el cerebro. Por otra parte, la remodelación asociada a la recuperación afecta también a la sustancia blanca40, por lo que es más adecuado considerar los cambios que se verifican en la interacción entre diferentes áreas del cerebro y no solo las modificaciones locales en los patrones de activación funcional41. Dicho de otra forma, el funcionamiento cerebral en términos de redes neurales ayuda a entender mejor la relación existente entre la plasticidad observable y los mecanismos de la recuperación. En este sentido, hay estudios con magnetoencefalografía en pacientes con DCT en los que se observa un aumento de la conectividad cerebral tras la realización de un programa intensivo de terapia cognitiva42.
Por otra parte, en pacientes con ictus, estudios realizados con RM funcional observan un aumento de la conectividad en regiones funcionalmente relacionadas con el hipocampo en el grupo sometido a terapia cognitiva asistida por ordenador durante 3 meses43.
Algo parecido ocurre en los pacientes con esclerosis múltiple, donde se encontró un aumento de la conectividad funcional en estado de reposo en las cortezas cingulada anterior y parietal inferior tras 8 semanas con el mismo método44.
ConclusiónEl cerebro es un órgano que funciona de forma holística, mediante una extensa red de circuitos que son responsables de todos los procesos sensitivomotores, vegetativos y mentales. El conocimiento de la conectividad y la plasticidad cerebral proporciona una nueva perspectiva desde la que abordar el funcionamiento cerebral y su enfermedad, así como los mecanismos de reparación y recuperación que constituyen las bases para el desarrollo de terapias cognitivas y del comportamiento.
Conflicto de interesesLos autores declaran no tener ningún conflicto de intereses.
Agradecemos a la Dra. Frank García la lectura crítica del artículo y sus correcciones.
