Corteza orbitofrontal
La corteza orbitofrontal (OFC) es una región de la corteza prefrontal en los lóbulos frontales del cerebro que participa en el proceso cognitivo de la toma de decisiones. En primates no humanos consta de las áreas de asociación de la corteza, área 11, 12 y 13 de Brodmann; en humanos consta del área de Brodmann 10, 11 y 47.
La OFC está funcionalmente relacionada con la corteza prefrontal ventromedial. Por tanto, la región se distingue por las distintas conexiones neuronales y las distintas funciones que realiza. Se define como la parte de la corteza prefrontal que recibe proyecciones del núcleo dorsal medial del tálamo y se cree que representa la emoción, el gusto, el olfato y la recompensa en la toma de decisiones. Recibe su nombre por su posición inmediatamente encima de las órbitas en las que se encuentran los ojos. Se ha encontrado una considerable variabilidad individual en la OFC de los humanos. Un área relacionada se encuentra en los roedores.
Estructura
La OFC se divide en múltiples regiones amplias que se distinguen por su citoarquitectura, incluyendo el área de Brodmann 47/12, el área de Brodmann 11, el área de Brodmann 14, el área de Brodmann 13 y el área de Brodmann 10. Cuatro circunvoluciones están divididas por un complejo de surcos que la mayoría frecuentemente se parece a una "H" o una "K" patrón. Extendiéndose a lo largo del eje rostro-caudal, dos surcos, el lateral y el orbitario, generalmente están conectados por el surco orbitario transversal, que se extiende a lo largo de un eje medial-lateral. Más medialmente, la circunvolución orbitaria medial está separada de la circunvolución recta por el surco olfatorio. Anteriormente, tanto la circunvolución orbitaria medial como la parte medial de la circunvolución orbitaria medial constan del área 11 (m) y, posteriormente, el área 14. La circunvolución orbitaria posterior consta principalmente del área 13 y está bordeada medial y lateralmente por las extremidades anteriores de los surcos orbitarios medial y lateral. El área 11 constituye una gran parte de la OFC e involucra tanto las partes laterales de la circunvolución orbitaria medial como la circunvolución orbitaria anterior. La circunvolución orbitaria lateral se compone principalmente del área 47/12. La mayor parte de la OFC es granular, aunque las partes caudales del área 13 y 14 son agranulares. Estas regiones caudales, que a veces incluyen partes de la corteza insular, responden principalmente a señales sensoriales no procesadas.
Conexiones
La conectividad de la OFC varía algo a lo largo del eje rostral-caudal. La OFC caudal está más interconectada con las regiones sensoriales y, en particular, recibe información directa de la corteza piriforme. La OFC caudal también es la más interconectada con la amígdala. Rostralmente, la OFC recibe menos proyecciones sensoriales directas y está menos conectada con la amígdala, pero está interconectada con la corteza prefrontal lateral y el parahipocampo. La conectividad de la OFC también se ha conceptualizado como compuesta por dos redes; una red orbital compuesta por la mayor parte de las partes centrales de la OFC, incluida la mayor parte de las áreas 47/12, 13 y 11; una red medial compuesta por las regiones más medial y caudolateral de la OFC, así como las áreas 24, 25 y 32 de la corteza prefrontal medial. Las redes medial y orbital a veces se denominan "red visceromotora"; y la "red sensorial", respectivamente.
Aferentes
La OFC recibe proyecciones de múltiples modalidades sensoriales. La corteza olfativa primaria, la corteza gustativa, la corteza somatosensorial secundaria y la circunvolución temporal superior e inferior (que transmiten información visual) se proyectan a la OFC. La evidencia de entradas auditivas es débil, aunque algunas neuronas responden a estímulos auditivos, lo que indica que puede existir una proyección indirecta. La OFC también recibe información del núcleo dorsal medial, la corteza insular, la corteza entorrinal, la corteza perirrinal, el hipotálamo y la amígdala.
Eferentes
La corteza orbitofrontal está conectada recíprocamente con las cortezas perirrinal y entorrinal, la amígdala, el hipotálamo y partes del lóbulo temporal medial. Además de estas salidas, la OFC también proyecta al cuerpo estriado, incluido el núcleo accumbens, el núcleo caudado y el putamen ventral, así como a regiones del mesencéfalo que incluyen el área gris periacueductal y tegmental ventral. La OFC ingresa a la sinapsis de la amígdala en múltiples objetivos, incluidas dos vías sólidas hacia la amígdala basolateral y las células intercaladas de la amígdala, así como una proyección directa más débil al núcleo central de la amígdala.
Función
Se han atribuido múltiples funciones a la OFC, incluida la mediación de respuestas específicas del contexto, la codificación de contingencias de manera flexible, la codificación de valores, la codificación de valores inferidos, la inhibición de respuestas, el aprendizaje de cambios en contingencias, la evaluación emocional, la alteración de la conducta a través de marcadores somáticos y la conducción social. comportamiento y representación de espacios de estados. Si bien la mayoría de estas teorías explican ciertos aspectos de las observaciones electrofisiológicas y los cambios de comportamiento relacionados con las lesiones, a menudo no explican otros hallazgos o se contradicen con ellos. Una propuesta que explica la variedad de funciones de la OFC es que la OFC codifica espacios de estado, o la configuración discreta de características internas y externas asociadas con una situación y sus contingencias. Por ejemplo, la propuesta de que la OFC codifica el valor económico puede ser un reflejo de la Valor del estado de la tarea de codificación OFC. La representación de los estados de tarea también podría explicar la propuesta de que la OFC actúe como un mapa flexible de contingencias, ya que un cambio en el estado de tarea permitiría la codificación de nuevas contingencias en un estado, con la preservación de las antiguas contingencias en un estado separado, permitiendo cambiar contingencias cuando el antiguo estado de la tarea vuelve a ser relevante. La representación de los estados de las tareas está respaldada por evidencia electrofisiológica que demuestra que la OFC responde a una amplia gama de características de las tareas y es capaz de reasignarse rápidamente durante los cambios de contingencia. La representación de los estados de las tareas puede influir en el comportamiento a través de múltiples mecanismos potenciales. Por ejemplo, la OFC es necesaria para que las neuronas del área tegmental ventral (VTA) produzcan un error de predicción de recompensa dopaminérgica, y la OFC puede codificar expectativas para el cálculo de los RPE en el VTA.
Se han atribuido funciones específicas a subregiones de la OFC. Se ha propuesto que la OFC lateral refleje el valor de elección potencial, permitiendo errores de predicción ficticios (contrafactuales) para mediar potencialmente en el cambio de opciones durante la reversión, la extinción y la devaluación. La activación optogenética del LOFC mejora los objetivos dirigidos al comportamiento habitual, reflejando posiblemente una mayor sensibilidad a posibles elecciones y, por tanto, un mayor cambio. Por otra parte, se ha propuesto que el mOFC refleje un valor subjetivo relativo. En roedores, se ha atribuido una función similar al mOFC, que codifica el valor de la acción de forma gradual, mientras que se ha propuesto que el IOFC codifica características sensoriales específicas de los resultados. También se ha propuesto que el LOFC codifique asociaciones de resultados de estímulos, que luego se comparan por valor en el MOFC. El metanálisis de estudios de neuroimagen en humanos revela que existe un gradiente de valencia medial-lateral, donde la OFC medial responde con mayor frecuencia a la recompensa y la OFC lateral responde con mayor frecuencia al castigo. También se encontró un gradiente de abstracción posterior-anterior, con la OFC posterior respondiendo a recompensas más simples y la OFC anterior respondiendo más a recompensas abstractas. Se informaron resultados similares en un metanálisis de estudios sobre recompensas primarias versus secundarias.
La OFC y la amígdala basolateral (BLA) están altamente interconectadas y su conectividad es necesaria para las tareas de devaluación. El daño al BLA o al OFC antes, pero solo al OFC después de la devaluación, afecta el desempeño. Mientras que el BLA sólo responde a señales que predicen resultados destacados de forma gradual de acuerdo con el valor, el OFC responde tanto al valor como a los atributos sensoriales específicos de las asociaciones señal-resultado. Mientras que las neuronas OFC que, en las primeras etapas del aprendizaje, responden a la recepción de resultados normalmente transfieren su respuesta a la aparición de señales que predicen el resultado, el daño al BLA perjudica esta forma de aprendizaje.
La corteza orbitofrontal posterior (pOFC) está conectada a la amígdala a través de múltiples vías, que son capaces de regular hacia arriba y hacia abajo la actividad del sistema nervioso autónomo. La evidencia provisional sugiere que el neuromodulador dopamina desempeña un papel en la mediación del equilibrio entre las vías inhibidora y excitadora, con un estado alto de dopamina que impulsa la actividad autónoma.
Se ha sugerido que la OFC medial participa en la creación de asociaciones estímulo-recompensa y en el refuerzo de la conducta, mientras que la OFC lateral participa en las asociaciones estímulo-resultado y en la evaluación y posiblemente la reversión de la conducta. La actividad en el OFC lateral se encuentra, por ejemplo, cuando los sujetos codifican nuevas expectativas sobre el castigo y la represalia social.
Se ha descubierto que la OFC medio anterior rastrea consistentemente el placer subjetivo en estudios de neuroimagen. Se ha descubierto un punto de acceso hedónico en la OFC anterior, que es capaz de mejorar la respuesta de agrado a la sacarosa. La OFC también es capaz de sesgar las respuestas afectivas inducidas por el antagonismo del ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiónico (AMPA) en el núcleo accumbens hacia respuestas apetitivas.
La OFC es capaz de modular el comportamiento agresivo a través de proyecciones a interneuronas en la amígdala que inhiben las proyecciones glutaminérgicas al hipotálamo ventromedial.
Electrofisiología
Las neuronas de la OFC responden tanto a reforzadores primarios como a señales que predicen recompensas en múltiples dominios sensoriales. La evidencia de las respuestas a estímulos visuales, gustativos, somatosensoriales y olfativos es sólida, pero la evidencia de las respuestas auditivas es más débil. En un subconjunto de neuronas OFC, las respuestas neuronales a las recompensas o a las señales de recompensa están moduladas por la preferencia individual y por estados motivacionales internos como el hambre. Una fracción de las neuronas que responden a señales sensoriales que predicen una recompensa son selectivas para la recompensa y exhiben un comportamiento inverso cuando se intercambian las relaciones entre las señales y los resultados. Las neuronas de la OFC también muestran respuestas ante la ausencia de una recompensa y un castigo esperados. Otra población de neuronas muestra respuestas a estímulos nuevos y puede "recordar" estímulos familiares hasta por un día.
Durante las tareas de recompensa con señales o de recompensa instrumental con señales, las neuronas de la OFC exhiben tres patrones generales de activación; disparar en respuesta a señales; disparar antes de recibir la recompensa; disparar en respuesta al recibo de recompensa. A diferencia de la corteza prefrontal medial y el cuerpo estriado, las neuronas OFC no exhiben activación mediada por el movimiento. Sin embargo, sus respuestas predictivas de recompensa están determinadas por la atención: al cambiar la atención entre dos alternativas, la misma población de OFC representará positivamente el valor de un elemento actualmente atendido, pero negativamente el valor del elemento desatendido. La codificación de la magnitud de la recompensa también es flexible y tiene en cuenta los valores relativos de las recompensas presentes.
Humanos
La OFC humana se encuentra entre las regiones menos comprendidas del cerebro humano. Se ha propuesto que la OFC participe en la integración sensorial, en la representación del valor afectivo de los reforzadores y en la toma de decisiones y las expectativas. En particular, la OFC parece ser importante para señalar las recompensas/castigos esperados de una acción dados los detalles particulares de una situación. Al hacer esto, el cerebro es capaz de comparar la recompensa/castigo esperado con la entrega real de la recompensa/castigo, lo que hace que la OFC sea fundamental para el aprendizaje adaptativo. Esto está respaldado por investigaciones en humanos, primates no humanos y roedores.
Trastornos psiquiátricos
La corteza orbitofrontal ha sido implicada en el trastorno límite de la personalidad, la esquizofrenia, el trastorno depresivo mayor, el trastorno bipolar, el trastorno obsesivo-compulsivo, la adicción, el trastorno de estrés postraumático, el autismo y el trastorno de pánico. Aunque los estudios de neuroimagen han proporcionado evidencia de disfunción en una amplia variedad de trastornos psiquiátricos, la naturaleza enigmática del papel de los OFC en el comportamiento complica la comprensión de su papel en la fisiopatología de los trastornos psiquiátricos. Se desconoce la función de la OFC, pero sus conexiones anatómicas con el cuerpo estriado ventral, la amígdala, el hipotálamo, el hipocampo y el gris periacueductal apoyan un papel en la mediación de conductas relacionadas con la recompensa y el miedo.
Trastorno obsesivo compulsivo
Los metaanálisis de estudios de neuroimagen en el TOC informan hiperactividad en áreas generalmente consideradas parte del segmento orbitofrontal del bucle cortico-ganglio basal-tálamo-cortical, como el núcleo caudado, el tálamo y la corteza orbitofrontal. Se ha propuesto que el TOC refleja un circuito de retroalimentación positiva debido a la excitación mutua de la OFC y las estructuras subcorticales. Si bien la OFC suele estar hiperactiva durante las tareas de provocación de síntomas, las tareas cognitivas suelen provocar hipoactividad de la OFC; esto puede reflejar una distinción entre tareas emocionales y no emocionales, OFC lateral y medial, o simplemente metodologías inconsistentes.
Adicción
Los modelos animales y las manipulaciones de células específicas en relación con el comportamiento de búsqueda de drogas implican una disfunción de la OFC en la adicción. Los trastornos por uso de sustancias están asociados con una variedad de déficits relacionados con el comportamiento flexible dirigido a objetivos y la toma de decisiones. Estos déficits se superponen con los síntomas relacionados con las lesiones de OFC y también se asocian con una reducción de la materia gris orbitofrontal, hipometabolismo en estado de reposo y actividad atenuada de la OFC durante tareas que implican la toma de decisiones o el comportamiento dirigido a objetivos. En contraste con el estado de reposo y la actividad relacionada con la toma de decisiones, las señales asociadas con las drogas evocan una intensa actividad de OFC que se correlaciona con el deseo. Los estudios con roedores también demuestran que las proyecciones de 10FC a BLA son necesarias para el restablecimiento de la autoadministración inducida por señales. Todos estos hallazgos son congruentes con el papel que desempeña la OFC en la codificación de los resultados asociados con ciertos estímulos. La progresión hacia el abuso compulsivo de sustancias puede reflejar un cambio entre la toma de decisiones basada en modelos, donde un modelo interno de resultados futuros guía las decisiones, al modelo de aprendizaje libre, donde las decisiones se basan en la historia de refuerzo. El aprendizaje basado en modelos involucra la OFC y es flexible y está dirigido a objetivos, mientras que el aprendizaje libre de modelos es más rígido; ya que el cambio hacia un comportamiento más libre de modelos debido a una disfunción en la OFC, como la producida por el uso indebido de drogas, podría ser la base de los hábitos de búsqueda de drogas.
Trastornos del comportamiento
El trastorno de conducta se asocia tanto con anomalías estructurales como funcionales durante las tareas afectivas. Se han observado anomalías en la estructura, actividad y conectividad funcional de la OFC en asociación con la agresión.
Trastornos afectivos
Los estudios de neuroimagen han encontrado anomalías en la OFC en el TDM y el trastorno bipolar. De acuerdo con el gradiente medial/recompensa y lateral/castigo encontrado en los estudios de neuroimagen, algunos estudios de neuroimagen han observado una actividad elevada de la OFC lateral en la depresión, así como una interconectividad reducida de la OFC medial y una interconectividad mejorada en la OFC lateral. Se ha observado con frecuencia hipoactividad de la OFC lateral en el trastorno bipolar, en particular durante los episodios maníacos.
Investigación
Imágenes
Utilizar imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI) para obtener imágenes de la OFC humana es un desafío, porque esta región del cerebro está cerca de los senos nasales llenos de aire. Esto significa que pueden producirse errores de artefactos en el procesamiento de la señal, provocando, por ejemplo, distorsiones geométricas que son comunes cuando se utilizan imágenes ecoplanares (EPI) con intensidades de campo magnético más altas. Por lo tanto, se recomienda tener especial cuidado para obtener una buena señal de la corteza orbitofrontal, y se han ideado una serie de estrategias, como el ajuste automático en campos magnéticos estáticos de alta intensidad.
Roedores
En roedores, la OFC es completamente agranular o disgranular. La OFC se divide en regiones ventrolateral (VLO), lateral (LO), medial (MO) y dorsolateral (DLO). Utilizando técnicas muy específicas para manipular circuitos, como la optogenética, la OFC ha estado implicada en comportamientos similares al TOC y en la capacidad de utilizar variables latentes en tareas de toma de decisiones.
Importancia clínica
Daño
La destrucción de la OFC a través de una lesión cerebral adquirida generalmente conduce a un patrón de comportamiento desinhibido. Los ejemplos incluyen decir malas palabras en exceso, hipersexualidad, mala interacción social, juego compulsivo, uso de drogas (incluido alcohol y tabaco) y poca capacidad de empatía. Se cree que el comportamiento desinhibido de los pacientes con algunas formas de demencia frontotemporal es causado por la degeneración de la OFC.
Disrupción
Cuando se interrumpen las conexiones OFC, pueden surgir una serie de consecuencias cognitivas, conductuales y emocionales. Las investigaciones respaldan que los principales trastornos asociados con la desregulación de la conectividad/circuitos OFC se centran en la toma de decisiones, la regulación de las emociones, el control impulsivo y las expectativas de recompensa. Un reciente estudio multimodal de neuroimagen humana muestra que la conectividad estructural y funcional alterada de la OFC con las estructuras límbicas subcorticales (p. ej., amígdala o hipocampo) y otras regiones frontales (p. ej., corteza prefrontal dorsal o corteza cingulada anterior) se correlaciona con un afecto anormal de la OFC ( ej., miedo) procesamiento en adultos clínicamente ansiosos.
Una extensión clara de los problemas con la toma de decisiones es la adicción a las drogas/dependencia de sustancias, que puede resultar de la interrupción del circuito estriato-tálamo-orbitofrontal. El trastorno por déficit de atención con hiperactividad (TDAH) también se ha implicado en la disfunción de los circuitos neuronales de recompensa que controlan la motivación, la recompensa y la impulsividad, incluidos los sistemas OFC. Otros trastornos del funcionamiento ejecutivo y del control de los impulsos pueden verse afectados por la desregulación del circuito OFC, como el trastorno obsesivo-compulsivo y la tricotilomanía.
Algunas demencias también están asociadas con interrupciones de la conectividad OFC. La variante conductual de la demencia frontotemporal se asocia con patrones de atrofia neural de las fibras de proyección de materia blanca y gris involucradas con la conectividad OFC. Finalmente, algunas investigaciones sugieren que las etapas posteriores de la enfermedad de Alzheimer se ven afectadas por una conectividad alterada de los sistemas OFC.
Epilepsia orbitofrontal
La epilepsia orbitofrontal es rara, pero ocurre. La presentación de la epilepsia OFC es bastante diversa, aunque las características comunes incluyen síntomas relacionados con el sueño, automatismos y síntomas hipermotores. Una revisión informó que las auras generalmente no eran comunes o inespecíficas, mientras que otra informó que la epilepsia OFC estaba asociada con auras que involucraban fenómenos somatosensoriales y miedo.
Evaluación
Prueba de discriminación visual
La prueba de discriminación visual tiene dos componentes. En el primer componente, "aprendizaje inverso", a los participantes se les presenta una de dos imágenes, A y B. Aprenden que serán recompensados si presionan un botón cuando se muestra la imagen A, pero serán castigados si presionan un botón cuando se muestra la imagen A. presione el botón cuando se muestre la imagen B. Una vez que se ha establecido esta regla, la regla se intercambia. En otras palabras, ahora es correcto presionar el botón para la imagen B, no para la imagen A. La mayoría de los participantes sanos se dan cuenta de esta inversión de reglas casi de inmediato, pero los pacientes con daño OFC continúan respondiendo al patrón original de refuerzo, aunque están ahora siendo castigado por perseverar en ello. Rolls et al. señaló que este patrón de comportamiento es particularmente inusual dado que los pacientes informaron que entendían la regla.
El segundo componente de la prueba es la "extinción". Nuevamente, los participantes aprenden a presionar el botón de la imagen A pero no de la imagen B. Sin embargo, esta vez, en lugar de que las reglas se inviertan, la regla cambia por completo. Ahora el participante será castigado por presionar el botón en respuesta a cualquiera imagen. La respuesta correcta es no presionar el botón en absoluto, pero a las personas con disfunción OFC les resulta difícil resistir la tentación de presionar el botón a pesar de ser castigadas por ello.
Tarea de juego de Iowa
La tarea de juego de Iowa, una simulación de la toma de decisiones en la vida real, se utiliza ampliamente en la investigación de la cognición y las emociones. A los participantes se les presentan cuatro barajas de cartas virtuales en una pantalla de computadora. Se les dice que cada vez que eligen una carta pueden ganar algo de dinero del juego. Se les dice que el objetivo del juego es ganar la mayor cantidad de dinero posible. Sin embargo, de vez en cuando, cuando eligen una tarjeta, pierden algo de dinero. La tarea debe ser opaca, es decir, los participantes no deben elaborar conscientemente la regla, sino que deben elegir tarjetas en función de su "reacción visceral". Dos de los mazos son "malos mazos", lo que significa que, durante un tiempo suficientemente largo, sufrirán una pérdida neta; los otros dos mazos son "buenos mazos"; y obtendrá una ganancia neta con el tiempo.
La mayoría de los participantes sanos prueban cartas de cada mazo y, después de unas 40 o 50 selecciones, son bastante buenos apegándose a los buenos mazos. Los pacientes con disfunción OFC, sin embargo, continúan perseverando con los mazos malos, a veces incluso sabiendo que están perdiendo dinero en general. La medición simultánea de la respuesta galvánica de la piel muestra que los participantes sanos muestran una sensación de "estrés" durante su vida. reacción al pasar sobre los mazos malos después de sólo 10 intentos, mucho antes de la sensación consciente de que los mazos son malos. Por el contrario, los pacientes con disfunción OFC nunca desarrollan esta reacción fisiológica ante un castigo inminente. Bechara y sus colegas explican esto en términos de la hipótesis del marcador somático. La tarea de juego de Iowa está siendo utilizada actualmente por varios grupos de investigación que utilizan fMRI para investigar qué regiones del cerebro se activan mediante la tarea en voluntarios sanos, así como en grupos clínicos con afecciones como esquizofrenia y trastorno obsesivo compulsivo.
La prueba del paso en falso es una serie de viñetas que relatan una ocasión social durante la cual alguien dijo algo que no debería haberse dicho, o un suceso incómodo. La tarea del participante es identificar lo que se dijo que fue incómodo, por qué fue incómodo, cómo se habrían sentido las personas en reacción al paso en falso y a una pregunta de control factual. Aunque inicialmente se diseñó para su uso en personas dentro del espectro del autismo, la prueba también es sensible para pacientes con disfunción OFC, que no pueden juzgar cuándo ha sucedido algo socialmente incómodo a pesar de que parecen entender la historia perfectamente bien.
Imágenes adicionales
Giro orbital mostrado en rojo.
Superficie medial de corteza cerebral - giro
Superficie basal de cerebrum. Giro orbital mostrado en rojo.
Corteza orbital lateral
Corteza orbital medial, vista de rebanada interior.
Visualización 3D de la corteza orbitofrontal en un cerebro humano promedio
Corteza orbitofrontal destacada en verde en imágenes coronales T1 MRI
Corteza orbitofrontal destacada en verde sobre imágenes de resonancia sagittal T1
Corteza orbitofrontal destacada en verde sobre imágenes transversales T1 MRI
