Corteza prefrontal

Existen tres formas posibles de definir la corteza prefrontal:

• Como la corteza frontal granular.
• Como la zona de proyección del núcleo mediodorsal del tálamo.
• Como la parte de la corteza frontal cuya estimulación eléctrica no provoca movimientos.

Partes de la corteza prefrontal

La corteza prefrontal ha sido definida con base en la citoarquitectura cerebral por la presencia de una capa granular (la capa cortical IV). No está completamente claro quién fue el primero en utilizar este criterio. Muchos de los investigadores pioneros en citoarquitectura de la corteza cerebral restringieron el término «prefrontal» a una región mucho más pequeña de la corteza que incluía la circunvolución recta y la circunvolución rostral (Alfred Walter Campbell, 1905; Grafton Elliot Smith, 1907; Korbinian Brodmann, 1909; Constantin von Economo y Georg N. Koskinas, 1925). No obstante, en 1935, Carlyle F. Jacobsen utilizó el término «prefrontal» para diferenciar las áreas prefrontales granulares de las áreas no granulares motora y premotora.[5]

Prefrontal. Con áreas de Brodmann.

En la terminología de áreas de Brodmann, la corteza prefrontal incluye tradicionalmente las áreas 8, 9, 10, 11, 44, 45, 46, y 47 (no obstante, no todas estas áreas son estrictamente granulares, como las áreas 44, 11 y 47).[6] El principal problema que afecta a esta definición es que sólo es válida en primates, ya que los no primates no disponen de una capa IV granular.[7]

La definición de la corteza prefrontal como la zona de proyección de los núcleos mediodorsales del tálamo se basa en el trabajo de Rose y Woolsey,[8] que demostraron que estos núcleos se proyectan hacia las zonas anterior y ventral del cerebro en animales no primates. No obstante, Rose y Woolsey denominaron a esta zona de proyección como zona orbitofrontal. Parece que fue Akert quien, en 1964, sugirió por primera vez explícitamente que este criterio podría ser utilizado para definir las zonas homólogas a la corteza prefrontal en primates y no primates.[9] Esto permite el establecimiento de homologías, a pesar de la carencia de la capa granular en los animales no primates. Esta definición de corteza prefrontal como zona de proyección sigue estando ampliamente aceptada en la actualidad,[10] aunque su utilidad ha sido puesta en tela de juicio.[6][11] Existen estudios actuales que han mostrado que las proyecciones del núcleo mediodorsal del tálamo no están restringidas a la corteza frontal granular en los primates. Por ello, se ha propuesto una definición de la corteza prefrontal como la región de la corteza cerebral que mantiene unas conexiones recíprocas con los núcleos mediodorsales más fuertes que con cualquier otro núcleo talámico.[7] No obstante, Uylings et al.[7] reconocen que incluso con la aplicación de este criterio, resulta difícil definir inequívocamente la corteza prefrontal.

Una tercera definición de la corteza prefrontal es como aquella área de la corteza frontal cuya estimulación eléctrica no provoca movimientos observables. Por ejemplo, en el año 1890, David Ferrier[12] utilizó el término en este sentido. Un problema con esta definición es que existen zonas cuya estimulación no produce movimientos tanto en las áreas granulares como en las no granulares de la corteza frontal.[6]

El término prefrontal como una descripción de una parte del cerebro parece haber sido introducido por Richard Owen en 1868.[5] Para este autor, el área prefrontal estaba limitada a la parte más anterior del lóbulo frontal (aproximadamente, la zona correspondiente al polo frontal). Se ha hipotetizado que la elección de este término se basó en el hueso prefrontal, presente en la mayoría de los anfibios y reptiles.[5]

La corteza prefrontal está fuertemente interconectada con gran parte del cerebro. Se encuentran abundantes conexiones con otras regiones corticales y subcorticales. La corteza prefrontal dorsal está especialmente interconectada con regiones cerebrales implicadas en procesos como la atención, la cognición y la acción,[13] mientras que la corteza prefrontal ventral se interconecta con regiones implicadas en la emoción.[14] La corteza prefrontal también recibe información de los sistemas de arousal del tronco del encéfalo, y su función es particularmente dependiente de su ambiente neuroquímico.[15] Así, existe una coordinación entre el grado de arousal o activación general, y el estado mental.[16]

Investigadores de la Universidad de Misuri, estudiaron el motivo del aumento desmesurado de la corteza prefrontal, en comparación con el de otras especies, y sugieren que existe un factor clave para que esto se haya producido: un proceso de presión demográfica. Los investigadores afirman que, a medida que aumentaba el número de personas en la sociedad y sus interacciones, mayor era el tamaño del cerebro. Otros investigadores postulan que el desarrollo de la capacidad de manipular a los demás (o el engaño táctico) fue importante para la evolución del cerebro.[17]

Posiblemente, el primer caso documentado sobre la función de la corteza prefrontal es el de Phineas Gage, cuyo lóbulo frontal fue destrozado cuando accidentalmente su cabeza fue atravesada por una barra de hierro en el año 1848. A pesar de que Gage conservó sus capacidades memorísticas, el habla y las habilidades motoras, su personalidad cambió radicalmente: se convirtió en una persona irritable, de fuerte temperamento e impaciente -características que no había manifestado antes de su accidente-, de forma que sus amigos manifestaron que no parecía tratarse de la misma persona. A pesar de que siempre había sido considerado como un trabajador eficiente y competente, nunca más fue capaz de completar adecuadamente sus tareas laborales. No obstante, un análisis cuidadoso de las pruebas muestran que las descripciones de los cambios en la personalidad de Gage descritos por amigos y familiares son exagerados en comparación con las descripciones realizadas por el médico de Gage. Así, se observa que los cambios descritos años después de su muerte son mucho más acentuados que los que se habían descrito mientras Gage aún vivía.[18][19]

Otros estudios posteriores realizados con pacientes afectados de daños prefrontales han mostrado que los pacientes verbalizan correctamente cuáles serían las respuestas sociales más apropiadas bajo determinadas circunstancias. No obstante, durante su vida cotidiana, prefieren ejecutar conductas que conlleven una gratificación inmediata a pesar de saber que las consecuencias a largo plazo serán negativas.

La interpretación de estos datos indican que en la corteza prefrontal no sólo se encuentran las habilidades de comparar y comprender las consecuencias futuras del comportamiento, sino que también controla la capacidad mental de demorar una gratificación inmediata en aras de lograr una gratificación mayor a largo plazo. Esta capacidad para esperar hasta obtener una recompensa es una de las claves que definen el funcionamiento óptimo de la función ejecutiva en el cerebro humano.

Existe abundante investigación encaminada a mejorar la comprensión del papel de la corteza prefrontal en los trastornos neurológicos. Muchos trastornos, como la esquizofrenia, el trastorno bipolar o el trastorno por déficit de atención con hiperactividad, han sido relacionados con una disfunción de la corteza prefrontal, por lo que se trata de un área cerebral que presenta un foco potencial para el tratamiento de este tipo de desórdenes. Se han comenzado a realizar ensayos clínicos con ciertos fármacos que han mostrado una mejora de la función de la corteza prefrontal, como la guanfacina, un agonista adrenérgico que actúa sobre los receptores alfa 2. El canal HCN, uno de los principales objetivos de este fármaco, es una de las áreas recientemente investigadas por los estudios farmacológicos relacionados con la corteza prefrontal.[20]

La teoría de la interferencia puede dividirse en tres subtipos: proactiva, retroactiva y de salida. La interferencia proactiva se relacionó con la corteza prefrontal ventrolateral y la corteza prefrontal anterior izquierda usando la tarea de los estímulos sonda recientes.[21] La interferencia retroactiva se ha relacionado con la corteza prefrontal ventral anterior mediante estudios con magnetoelectroencefalografía que estudiaban la relación entre la interferencia retroactiva y la memoria de trabajo en adultos de edad avanzada. Estos trabajos hallaron que los adultos de entre 55 y 67 años mostraban una menor actividad magnética en su corteza prefrontal que la reflejada por los sujetos del grupo control.[22]

En las últimas décadas se han utilizado técnicas de neuroimagen para determinar el volumen y las conexiones nerviosas de las diferentes regiones cerebrales. Varios estudios han indicado que se observa un escaso volumen y un reducido número de interconexiones entre los lóbulos frontales y otras regiones cerebrales en pacientes afectados por trastorno por déficit de atención con hiperactividad, esquizofrenia, depresión, trastorno bipolar, situaciones de estrés elevado,[23] víctimas de suicidio,[24] criminales encarcelados, sociópatas, víctimas de envenenamiento,[25] y drogadictos. Se cree que al menos algunas de las capacidades humanas para sentir culpa o remordimientos, y para interpretar la realidad están relacionadas con la corteza prefrontal.[26] También está ampliamente aceptado el hecho de que el tamaño y el número de conexiones en la corteza prefrontal están directamente relacionados con la capacidad de experimentar emociones.

Los estudios originales de Fuster y de Goldman-Rakic hicieron hincapié en la capacidad fundamental de la corteza prefrontal para representar la información que no se encuentra presente en el medio ambiente en un momento dado, y el papel decisivo de esta función en la creación de un «bloc de notas mental». Los trabajos de Goldman-Rakic describen el modo en que este conocimiento representacional puede ser usado para guiar de forma inteligente los pensamientos, las acciones y las emociones, formando parte de este proceso la capacidad de inhibir los pensamientos, acciones y sensaciones que se consideran inapropiados.[27] De este modo, la memoria de trabajo puede ser entendida como parte fundamental del proceso de atención e inhibición comportamental. Fuster habló sobre cómo esta capacidad prefrontal permite unir pasado y futuro, posibilitando la realización de asociaciones a través del tiempo y de la modalidad sensorial para establecer ciclos de acción-percepción encaminados a la obtención de metas concretas.[28] Esta capacidad representativa constituye la base del resto de funciones ejecutivas de mayor nivel.

Shimamura propuso la teoría del filtrado Dinámico para describir el papel de la corteza prefrontal en las funciones ejecutivas. Se presume que la corteza prefrontal actúa como un mecanismo de filtrado de alto nivel que favorece las activaciones orientadas a metas e inhibe las activaciones que pueden resultan irrelevantes o distractoras. Este mecanismo de filtrado establece un control ejecutivo a distintos niveles de procesamiento (selección, mantenimiento, actualización y redireccionamiento de activaciones). Este mecanismo también ha sido utilizado para explicar la regulación emocional.[29]

Miller y Cohen propusieron una teoría integrativa del funcionamiento de la corteza prefrontal que se deriva de los trabajos originales de Goldman-Rakic y Fuster. Ambos teorizaban que el control cognitivo surge del mantenimiento activo de patrones de actividad en la corteza prefrontal dirigidos a crear representaciones de las metas a alcanzar y los medios necesarios para lograrlo. Así, la corteza prefrontal proporcionaría señales a otras estructuras cerebrales para guiar el flujo de actividad a lo largo de las rutas neuronales, estableciendo un mapeado neuronal apropiado a partir de la información entrante, los estados internos y las necesidades de respuesta para ejecutar una tarea determinada.[30] En síntesis, según esta teoría integrativa, la corteza prefrontal guía la información entrante y las conexiones que posibilitan el control cognitivo de las acciones.

La corteza prefrontal adquiere una importancia significativa cuando se requiere la puesta en marcha de un procesamiento «de arriba a abajo». Esto tiene lugar cuando la conducta está guiada por estados internos o intenciones. De acuerdo con Miller y Cohen, la corteza prefrontal es vital en aquellas situaciones en las que el mapeado de las rutas de activación formado entre la información sensorial entrante, los pensamientos y las acciones, está débilmente establecido en comparación con otros mapeados existentes.[30] Puede encontrarse un ejemplo de esto en el Test de Clasificación de Cartas de Wisconsin. Los sujetos participantes de esta tarea deben clasificar las cartas en función de su forma, color o número de símbolos que contienen. Cualquier carta puede asociarse con un número de acciones diferentes (en función de bajo qué criterio se decida clasificar la carta), por lo que no puede existir un único mapeado de respuesta ante ese estímulo. Los participantes con daños en la corteza prefrontal son capaces de clasificar las cartas en las primeras tareas de clasificación, pero cuando las reglas se complican, introduciéndose nuevos criterios posibles de clasificación, se muestran incapaces de completar la tarea correctamente.

Miller y Cohen concluyen que las implicaciones de su teoría pueden explicar en qué medida la corteza prefrontal es responsable del guiado de las acciones cognitivas. En palabras de los propios investigadores, «dependiendo del objetivo, las representaciones formadas en la corteza prefrontal pueden funcionar como plantillas atencionales, reglas, o metas a alcanzar, enviando señales a otras áreas cerebrales a través de un proceso “de arriba a abajo” que guían el flujo de actividad a través de las rutas necesarias para ejecutar una tarea».[30]

• Corteza cerebral
• Función ejecutiva (neuropsicología)
• Corteza prefrontal dorsomedial

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