El estudio de Alzheimer vincula la triada de las áreas cerebrales con la cognición

Xiuming Zhang, National University of Singapore, used with permission.
Los escáneres cerebrales de pacientes con enfermedad de Alzheimer y otros en riesgo de padecer el trastorno condujeron a la identificación de tres patrones de factores de atrofia, creados utilizando modelos matemáticos. Con base en la pérdida de volumen de materia gris en estas tres áreas principales del cerebro, los investigadores han identificado una correlación entre los patrones de atrofia y los síntomas específicos de Alzheimer que ocurren en varios pacientes.
Fuente: Xiuming Zhang, Universidad Nacional de Singapur, utilizada con permiso.

Un nuevo estudio publicado hoy en línea en Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias informa que los distintos patrones de atrofia en tres áreas cerebrales diferentes (cortical, subcortical o temporal) podrían ayudar a explicar cómo se manifiesta la pérdida de diversas capacidades cognitivas en pacientes diagnosticados con Alzheimer. enfermedad (AD).

Para este estudio, un equipo de investigadores del Hospital General de Massachusetts (MGH) en la Facultad de Medicina de Harvard y la Universidad Nacional de Singapur (NUS) utilizaron modelos matemáticos para determinar cómo varias regiones cerebrales, algunas de las cuales no están relacionadas con la cognición, pueden afectar habilidades cognitivas.

Life Science Databases/Wikimedia Common
Cerebelo (latín para "pequeño cerebro") en rojo es un área cerebral subcortical.
Fuente: Bases de datos de Life Science / Común de Wikimedia

Como ejemplo, el establecimiento médico ha considerado históricamente que el cerebelo (en latín, "pequeño cerebro") es responsable únicamente de actividades "no pensantes", como la coordinación muscular fina. Esta nueva investigación sugiere que el cerebelo puede, de hecho, desempeñar un papel importante en la función cognitiva o la degeneración de la función ejecutiva y la memoria. 1.

En una declaración al Hospital General de Massachusetts, Thomas Yeo, Profesor Asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de NUS y el Laboratorio MGH de Neuroimagen Computacional, dijo:

"La gravedad de los síntomas y la neurodegeneración pueden variar ampliamente entre los pacientes en la enfermedad de Alzheimer. Nuestro trabajo muestra que los participantes en este estudio presentan al menos tres patrones de atrofia (cortical, temporal o subcortical) asociados con la variabilidad en el deterioro cognitivo no solo en pacientes diagnosticados con Alzheimer sino también en personas con deterioro cognitivo leve o cognitivamente normales pero están en riesgo de Alzheimer ".

La investigación de Yeo se centra en el desarrollo de algoritmos de aprendizaje automático para el análisis a gran escala de datos de imágenes cerebrales complejas y de alta dimensión. Estos modelos matemáticos computacionales permiten a los investigadores caracterizar cómo varios sistemas cerebrales apoyan la cognición.

Para este estudio reciente, Yeo y sus colegas analizaron los datos que se recopilaron como parte de la Iniciativa de Neuroimagen de la Enfermedad de Alzheimer (ADNI). El estudio incluyó un total de 379 participantes: 188 habían sido diagnosticados con la enfermedad de Alzheimer, 147 con deterioro cognitivo leve y 43 sin deterioro cognitivo, pero con un mayor riesgo de placas beta amiloideas que están asociadas con el desarrollo de la enfermedad de Alzheimer.

Como primer paso para crear modelos matemáticos, el equipo de investigación analizó los datos de las imágenes estructurales MRI iniciales. Estas neuroimágenes ayudaron a estimar la probabilidad de que la atrofia en una región cerebral específica estuviera relacionada con cambios específicos en la función ejecutiva y la memoria. Según la ubicación de los factores de atrofia, los investigadores determinaron una correlación asociada con una combinación de tres patrones de atrofia diferentes.

Tres patrones de atrofia y áreas cerebrales asociadas con la enfermedad de Alzheimer

  1. Cortical: que indica atrofia a lo largo de la corteza cerebral (áreas del cerebro en el cerebro , latín para "cerebro").
  2. Subcortical : que indica atrofia en el cerebelo, el cuerpo estriado y el tálamo. (Áreas del cerebro en la base del cerebro).
  3. Temporal: indica la atrofia de la corteza temporal medial, el hipocampo y la amígdala (áreas del cerebro en el lóbulo cortical detrás de las orejas).

Las tres áreas del cerebro se asociaron con la función ejecutiva y la disminución de la memoria en todo el espectro clínico. El factor cortical estuvo más fuertemente asociado con la disminución de la función ejecutiva. El factor temporal mostró la asociación más fuerte con la memoria. El factor subcortical se asoció con la disminución más lenta tanto de la función ejecutiva como de la memoria. Estos hallazgos sugieren que los distintos patrones de atrofia cerebral se pueden vincular a diversos dominios cognitivos.

Life Science Databases/Wikimedia Common
Cerebro (latín para "cerebro") alberga la corteza cerebral y las regiones cerebrales corticales.
Fuente: Bases de datos de Life Science / Común de Wikimedia

Como es siempre el caso, el análisis de la mecánica cerebral de cualquier enfermedad o trastorno neurológico ayuda a identificar cómo los cambios en la estructura del cerebro o la conectividad funcional están vinculados a habilidades cognitivas específicas.

Por ejemplo, en 1848, Phineas Gage sufrió un accidente en el que una varilla de hierro perforó su corteza orbitofrontal (OFC) en los lóbulos frontales. Antes de sus lesiones cerebrales, se sabía que Gage era un hombre agradable y de voz suave que vivía según las reglas de la sociedad. Después de su accidente, Gage se convirtió en un inconformista desinhibido y, a menudo, temperamental, que prestaba poca atención a las reglas de la sociedad y podía ser adversario. Vivió hasta 1860, pero después del incidente de la barra de hierro, su personalidad se vio tan alterada que sus amigos y familiares se refirieron a él como "ya no es Gage". El vínculo directo entre el daño OFC y los cambios de personalidad en Gage ayudó a los investigadores a identificar la función de esta región del cerebro en particular.

Así como los neurocientíficos identificaron el papel de varios lóbulos en el cerebro durante el siglo XX, la próxima frontera en la neurociencia durante el siglo XXI será mapear cómo interactúan unas con otras las "microzonas" en todo el cerebro. El descubrimiento de cómo diversas combinaciones de atrofia cerebral en tres áreas del cerebro están relacionadas con el Alzheimer ayuda a avanzar en nuestra comprensión de cómo los cambios en el volumen de la sustancia gris en diferentes regiones cerebrales afectan aspectos específicos de la cognición.

"Dismetria del pensamiento" hipotetiza que las regiones subcorticales desempeñan un papel en la cognición

En este sentido, Jeremy Schmahmann (también del Hospital General de Massachusetts) cree que el cerebelo posterior podría ocupar un lugar central en el futuro en función de su importante papel en nuestra evolución humana y los hallazgos de su unidad de ataxia MGH. El lóbulo posterior se ha expandido exponencialmente en nuestra evolución reciente. De hecho, solo la corteza prefrontal ha crecido más rápidamente que el cerebelo posterior durante nuestra evolución.

Schmahmann tiene una hipótesis que él llama "Dismetria del Pensamiento", que es una teoría según la cual el cerebelo puede afinar nuestros pensamientos al igual que ajusta nuestros movimientos musculares. Desarrolló esta teoría después de estudiar múltiples pacientes con daño al cerebelo y observar un patrón de déficits en los dominios cognitivos de la función ejecutiva, la cognición espacial y el lenguaje. La nueva investigación de sus colegas en el laboratorio de neuroimagen computacional en MGH, afirma que las regiones subcorticales (incluido el cerebelo) juegan un papel en la función ejecutiva y la memoria.

En un estudio de 2010, Schmahmann y sus colegas de MGH acuñaron el término síndrome cognitivo-cognitivo cerebeloso (CCAS) que también se conoce como "síndrome de Schmahmann". El CCAS está representado por deficiencias de la función ejecutiva que incluyen problemas de planificación, cambio de configuración, razonamiento abstracto, fluidez verbal y memoria de trabajo. Los síntomas de CCAS son la perseverancia, la distracción y la falta de atención, todos correlacionados con las lesiones, el daño o la atrofia del cerebelo.

Curiosamente, el análisis de escáneres cerebrales en el estudio reciente de Yeo et al. indicó que varios patrones de factores de atrofia dos años después de las exploraciones iniciales fueron persistentes en una amplia gama de individuos. La mayoría de los participantes, incluidos aquellos con deterioro cognitivo leve y cognitivamente normal, mostraron niveles de más de un área del cerebro que se había atrofiado.

Regiones cerebrales temporales en rojo.
Fuente: Bases de datos de Life Science / Común de Wikimedia

"La mayoría de los estudios previos se centraron en pacientes ya diagnosticados, pero pudimos establecer patrones de atrofia distintos no solo en pacientes diagnosticados sino también en participantes en riesgo que tenían un deterioro leve o eran cognitivamente normales al comienzo del estudio", dice Yeo. "Eso es importante porque la cascada neurodegenerativa que conduce al Alzheimer comienza años, posiblemente décadas, antes del diagnóstico. Así que comprender los diferentes patrones de atrofia entre individuos en riesgo es bastante valioso ".

La investigación futura explorará cómo varias regiones cerebrales impactan otros trastornos neurológicos

Se necesita más investigación para comprender mejor cómo los patrones específicos de atrofia están relacionados con la distribución de amiloide y tau y para identificar el mecanismo exacto a través del cual estos cambios afectan las capacidades cognitivas específicas. En su declaración a MGH, Yeo concluyó:

"Estudios previos suponían que un individuo solo puede expresar un patrón neurodegenerativo único, que es altamente restrictivo ya que en cualquier persona de edad podría haber múltiples factores patológicos sucediendo al mismo tiempo, como deterioro vascular junto con las placas amiloides y los nudos tau que están directamente asociados con el Alzheimer. Por lo tanto, se podría esperar que los individuos que se ven afectados por patologías múltiples coexistentes exhiban múltiples patrones de atrofia ".

Thomas Yeo enfatiza que el mismo tipo de modelado matemático utilizado para analizar los datos de neuroimagen en este estudio sobre el Alzheimer se puede utilizar para deconstruir el papel que desempeñan diversas regiones del cerebro en otros trastornos neurológicos. Las investigaciones futuras explorarán cómo una variedad de síntomas clínicos y patrones de volumen de materia gris se manifiestan en otros trastornos cerebrales como la enfermedad de Parkinson, la esquizofrenia y el autismo. ¡Manténganse al tanto!

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