Corteza prefrontal

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En la anatomía del cerebro de los mamíferos, la corteza prefrontal (CPF) cubre la parte frontal del lóbulo frontal de la corteza cerebral. El PFC contiene las áreas de Brodmann BA8, BA9, BA10, BA11, BA12, BA13, BA14, BA24, BA25, BA32, BA44, BA45, BA46 y BA47.

Se considera que la actividad básica de esta región del cerebro es la orquestación de pensamientos y acciones de acuerdo con metas internas. Muchos autores han indicado un vínculo integral entre la voluntad de vivir de una persona, la personalidad y las funciones de la corteza prefrontal.

Esta región del cerebro se ha implicado en funciones ejecutivas, como la planificación, la toma de decisiones, la memoria a corto plazo, la expresión de la personalidad, la moderación del comportamiento social y el control de ciertos aspectos del habla y el lenguaje. La función ejecutiva se relaciona con las habilidades para diferenciar entre pensamientos en conflicto, determinar lo bueno y lo malo, lo mejor y lo mejor, lo mismo y lo diferente, las consecuencias futuras de las actividades actuales, trabajar hacia una meta definida, la predicción de resultados, la expectativa basada en acciones y el "control" social. (la capacidad de reprimir impulsos que, si no se reprimen, podrían conducir a resultados socialmente inaceptables).

La corteza frontal apoya el aprendizaje de reglas concretas. Más regiones anteriores a lo largo del eje rostro-caudal de la corteza frontal apoyan el aprendizaje de reglas en niveles más altos de abstracción.

Desde 2010, la neurociencia ha demostrado que la corteza prefrontal del cerebro humano no alcanza su punto máximo cognitivo hasta los 25 años en la mayoría de las personas, extendiendo la adolescencia más allá de la pubertad. Esto es significativamente más tarde que el resto del cerebro. Estudios limitados han sugerido que un trauma infantil severo puede afectar este desarrollo.

Estructura

Definición

Hay tres formas posibles de definir la corteza prefrontal:

Corteza frontal granular

La corteza prefrontal se ha definido en base a la citoarquitectónica por la presencia de una capa cortical granular IV. No está del todo claro quién utilizó por primera vez este criterio. Muchos de los primeros investigadores citoarquitectónicos restringieron el uso del término prefrontal a una región mucho más pequeña de la corteza que incluye el gyrus rectus y el gyrus rostralis (Campbell, 1905; GE Smith, 1907; Brodmann, 1909; von Economo y Koskinas, 1925). En 1935, sin embargo, Jacobsen utilizó el término prefrontal para distinguir las áreas prefrontales granulares de las áreas motoras y premotoras agranulares. En términos de áreas de Brodmann, la corteza prefrontal tradicionalmente incluye las áreas 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 24, 25, 32, 44, 45, 46 y 47; sin embargo, no todas estas áreas son estrictamente granular: 44 es disgranular, caudal 11 y orbital 47 son agranulares.El principal problema con esta definición es que funciona bien solo en primates pero no en no primates, ya que estos últimos carecen de una capa granular IV.

Zona de proyección

Definir la corteza prefrontal como la zona de proyección del núcleo mediodorsal del tálamo se basa en el trabajo de Rose y Woolsey, quienes demostraron que este núcleo se proyecta a las partes anterior y ventral del cerebro en los no primates; sin embargo, Rose y Woolsey denominaron esta proyección zona "orbitofrontal". Parece que fue Akert quien, por primera vez en 1964, sugirió explícitamente que este criterio podría usarse para definir homólogos de la corteza prefrontal en primates y no primates. Esto permitió el establecimiento de homologías a pesar de la falta de una corteza frontal granular en los no primates.

La definición de zona de proyección sigue siendo ampliamente aceptada hoy en día (por ejemplo, Fuster), aunque se ha cuestionado su utilidad. Los estudios modernos de rastreo de tractos han demostrado que las proyecciones del núcleo mediodorsal del tálamo no están restringidas a la corteza frontal granular en primates. Como resultado, se sugirió definir la corteza prefrontal como la región de la corteza que tiene conexiones recíprocas más fuertes con el núcleo mediodorsal que con cualquier otro núcleo talámico. Uylings et al. reconozca, sin embargo, que incluso con la aplicación de este criterio, podría ser bastante difícil definir la corteza prefrontal de manera inequívoca.

Área eléctricamente silenciosa de la corteza frontal

Una tercera definición de la corteza prefrontal es el área de la corteza frontal cuya estimulación eléctrica no conduce a movimientos observables. Por ejemplo, en 1890 David Ferrier usó el término en este sentido. Una complicación con esta definición es que la corteza frontal eléctricamente "silenciosa" incluye áreas granulares y no granulares.

Subdivisiones

Según Striedter, la PFC de los humanos se puede delinear en dos regiones funcional, morfológica y evolutivamente diferentes: la PFC ventromedial (vmPFC) que consiste en la corteza prefrontal ventral y la corteza prefrontal medial presentes en todos los mamíferos, y la corteza prefrontal lateral (LPFC), que consiste en la corteza prefrontal dorsolateral y la corteza prefrontal ventrolateral, presente solo en primates.

El LPFC contiene las áreas de Brodmann BA8, BA9, BA10, BA45, BA46 y BA47. Algunos investigadores también incluyen BA44. El vmPFC contiene las áreas de Brodmann BA12, BA25, BA32, BA33, BA24, BA11, BA13 y BA14.

La siguiente tabla muestra diferentes formas de subdividir partes de la corteza prefrontal humana según las áreas de Brodmann.

8910464547441225323324111314
lateralventromedial
dorsolateralventrolateralmedioventral

Interconexiones

La corteza prefrontal está altamente interconectada con gran parte del cerebro, incluidas extensas conexiones con otros sitios corticales, subcorticales y del tronco encefálico. La corteza prefrontal dorsal está especialmente interconectada con las regiones del cerebro involucradas con la atención, la cognición y la acción, mientras que la corteza prefrontal ventral se interconecta con las regiones del cerebro involucradas con la emoción. La corteza prefrontal también recibe información de los sistemas de excitación del tronco encefálico y su función depende particularmente de su entorno neuroquímico. Por lo tanto, existe una coordinación entre nuestro estado de excitación y nuestro estado mental. La interacción entre la corteza prefrontal y el sistema socioemocional del cerebro es relevante para el desarrollo de los adolescentes, tal como lo propone el Modelo de Sistemas Duales.

La corteza prefrontal medial se ha implicado en la generación del sueño de ondas lentas (SWS), y la atrofia prefrontal se ha relacionado con disminuciones en SWS. La atrofia prefrontal ocurre naturalmente a medida que las personas envejecen, y se ha demostrado que los adultos mayores experimentan deficiencias en la consolidación de la memoria a medida que se degradan sus cortezas prefrontales mediales. En monos, se ha encontrado una atrofia significativa como resultado de la medicación psiquiátrica neuroléptica o antipsicótica.En los adultos mayores, en lugar de transferirse y almacenarse en la neocorteza durante SWS, los recuerdos comienzan a permanecer en el hipocampo donde fueron codificados, como lo demuestra el aumento de la activación del hipocampo en comparación con los adultos más jóvenes durante las tareas de recuerdo, cuando los sujetos aprendieron asociaciones de palabras, durmieron, y luego se les pidió que recordaran las palabras aprendidas.

La corteza prefrontal ventrolateral (VLPFC) se ha implicado en varios aspectos de la producción del habla y la comprensión del lenguaje. El VLPFC está ricamente conectado a varias regiones del cerebro, incluido el lóbulo temporal lateral y medial, la corteza temporal superior, la corteza infertemporal, la corteza perirrinal y la corteza parahipocampal. Estas áreas del cerebro están implicadas en la recuperación y consolidación de la memoria, el procesamiento del lenguaje y la asociación de emociones. Estas conexiones permiten que el VLPFC medie en la recuperación de la memoria explícita e implícita y la integre con el estímulo del lenguaje para ayudar a planificar un discurso coherente. En otras palabras, elegir las palabras correctas y mantenerse "en el tema" durante la conversación proviene del VLPFC.

Función

Función ejecutiva

Los estudios originales de Fuster y de Goldman-Rakic ​​enfatizaron la capacidad fundamental de la corteza prefrontal para representar información que no se encuentra actualmente en el entorno, y el papel central de esta función en la creación del "cuaderno de dibujo mental". Goldman-Rakic ​​habló de cómo este conocimiento representacional se utilizó para guiar inteligentemente el pensamiento, la acción y la emoción, incluida la inhibición de pensamientos, distracciones, acciones y sentimientos inapropiados. De esta manera, la memoria de trabajo puede verse como fundamental para la atención y la inhibición del comportamiento. Fuster habla de cómo esta habilidad prefrontal permite la boda del pasado con el futuro, permitiendo asociaciones tanto transtemporales como intermodales en la creación de ciclos de percepción-acción dirigidos a objetivos.Esta capacidad de representación subyace a todas las demás funciones ejecutivas superiores.

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 o activación de alto nivel que mejora las activaciones dirigidas a un objetivo e inhibe las activaciones irrelevantes. Este mecanismo de filtrado permite el control ejecutivo en varios niveles de procesamiento, incluida la selección, el mantenimiento, la actualización y el redireccionamiento de activaciones. También se ha utilizado para explicar la regulación emocional.

Miller y Cohen propusieron una Teoría Integrativa de la Función de la Corteza Prefrontal, que surge del trabajo original de Goldman-Rakic ​​y Fuster. Los dos teorizan que “el control cognitivo surge del mantenimiento activo de patrones de actividad en la corteza prefrontal que representa objetivos y medios para alcanzarlos. Proporcionan señales de sesgo a otras estructuras cerebrales cuyo efecto neto es guiar el flujo de actividad a lo largo de vías neuronales que establecen los mapas adecuados entre entradas, estados internos y salidas necesarias para realizar una tarea determinada”. En esencia, los dos teorizan que la corteza prefrontal guía las entradas y conexiones, lo que permite el control cognitivo de nuestras acciones.

La corteza prefrontal tiene una importancia significativa cuando se necesita un procesamiento de arriba hacia abajo. El procesamiento de arriba hacia abajo, por definición, es cuando el comportamiento está guiado por estados o intenciones internas. Según los dos, “El PFC es fundamental en situaciones en las que las asignaciones entre entradas sensoriales, pensamientos y acciones están débilmente establecidas en relación con otras existentes o están cambiando rápidamente”.Un ejemplo de esto se puede representar en la Prueba de clasificación de tarjetas de Wisconsin (WCST). A los sujetos que participan en esta tarea se les indica que clasifiquen las tarjetas de acuerdo con la forma, el color o la cantidad de símbolos que aparecen en ellas. La idea es que cualquier tarjeta dada se puede asociar con una serie de acciones y no funcionará un solo mapeo de estímulo-respuesta. Los sujetos humanos con daño de PFC pueden clasificar la tarjeta en las tareas simples iniciales, pero no pueden hacerlo a medida que cambian las reglas de clasificación.

Miller y Cohen concluyen que las implicaciones de su teoría pueden explicar el papel que tiene el PFC en la orientación del control de las acciones cognitivas. En las propias palabras de los investigadores, afirman que, "dependiendo de su objetivo de influencia, las representaciones en el PFC pueden funcionar de diversas formas como plantillas, reglas u objetivos atencionales al proporcionar señales de sesgo de arriba hacia abajo a otras partes del cerebro que guían el flujo de actividad a lo largo de las vías necesarias para realizar una tarea”.

Los datos experimentales indican un papel de la corteza prefrontal en la mediación de la fisiología normal del sueño, los sueños y los fenómenos de privación del sueño.

Al analizar y pensar en los atributos de otros individuos, la corteza prefrontal medial se activa, sin embargo, no se activa al contemplar las características de los objetos inanimados.

Los estudios que utilizan fMRI han demostrado que la corteza prefrontal medial (mPFC), específicamente la corteza prefrontal medial anterior (amPFC), puede modular el comportamiento de mímica. Los neurocientíficos sugieren que el priming social influye en la actividad y el procesamiento en amPFC, y que esta área de la corteza prefrontal modula las respuestas y el comportamiento de mímica.

Recientemente, los investigadores han utilizado técnicas de neuroimagen para descubrir que, junto con los ganglios basales, la corteza prefrontal está involucrada en el aprendizaje de ejemplos, que es parte de la teoría ejemplar, una de las tres formas principales en que nuestra mente clasifica las cosas. La teoría ejemplar establece que categorizamos los juicios comparándolos con una experiencia pasada similar dentro de nuestros recuerdos almacenados.

Un metanálisis de 2014 realizado por la profesora Nicole P.Yuan de la Universidad de Arizona encontró que un mayor volumen de la corteza prefrontal y un mayor grosor de la corteza PFC estaban asociados con un mejor desempeño ejecutivo.

Atención y memoria

Una teoría ampliamente aceptada sobre la función de la corteza prefrontal del cerebro es que sirve como almacén de memoria a corto plazo. Esta idea fue formulada por primera vez por Jacobsen, quien informó en 1936 que el daño a la corteza prefrontal de los primates causaba déficits en la memoria a corto plazo. Karl Pribram y colegas (1952) identificaron la parte de la corteza prefrontal responsable de este déficit como el área 46, también conocida como corteza prefrontal dorsolateral (dlPFC). Más recientemente, Goldman-Rakic ​​y colegas (1993) evocaron la pérdida de memoria a corto plazo en regiones localizadas del espacio mediante la inactivación temporal de porciones de la dlPFC.Una vez que Alan Baddeley (1986) estableció el concepto de memoria de trabajo (véase también el modelo de memoria de trabajo de Baddeley) en la neurociencia contemporánea, estos descubrimientos neuropsicológicos contribuyeron a la teoría de que la corteza prefrontal implementa la memoria de trabajo y, en algunas formulaciones extremas, solo funciona. memoria.En la década de 1990, esta teoría tuvo muchos seguidores y se convirtió en la teoría predominante de la función de PF, especialmente para primates no humanos. El concepto de memoria de trabajo utilizado por los defensores de esta teoría se centró principalmente en el mantenimiento a corto plazo de la información y menos en la manipulación o el seguimiento de dicha información o en el uso de esa información para tomar decisiones. De acuerdo con la idea de que la corteza prefrontal funciona predominantemente en la memoria de mantenimiento, la actividad del período de retraso en el PF a menudo se ha interpretado como un rastro de memoria. (La frase "actividad del período de demora" se aplica a la actividad neuronal que sigue a la presentación transitoria de una señal de instrucción y persiste hasta una señal posterior de "ir" o "disparar").

Para explorar interpretaciones alternativas de la actividad del período de retraso en la corteza prefrontal, Lebedev et al. (2004) investigaron las tasas de descarga de neuronas prefrontales individuales cuando los monos atendieron a un estímulo que marcaba un lugar mientras recordaban un lugar diferente sin marcar.Ambos lugares sirvieron como objetivos potenciales de un movimiento ocular sacádico. Aunque la tarea exigía mucho de la memoria a corto plazo, la mayor proporción de neuronas prefrontales representaban ubicaciones atendidas, no recordadas. Estos hallazgos mostraron que las funciones de la memoria a corto plazo no pueden explicar toda, o incluso la mayoría, la actividad del período de retraso en la parte explorada de la corteza prefrontal. Los autores sugirieron que la actividad prefrontal durante el período de retraso contribuye más al proceso de selección atencional (y atención selectiva) que al almacenamiento de la memoria.

Producción del habla y lenguaje.

Varias áreas de la corteza prefrontal se han implicado en una multitud de funciones críticas relacionadas con la producción del habla, la comprensión del lenguaje y la planificación de respuestas antes de hablar. La neurociencia cognitiva ha demostrado que la corteza prefrontal ventrolateral izquierda es vital en el procesamiento de palabras y oraciones.

Se ha descubierto que la corteza prefrontal derecha es responsable de coordinar la recuperación de la memoria explícita para su uso en el habla, mientras que la desactivación de la izquierda es responsable de mediar en la recuperación de la memoria implícita para su uso en la generación de verbos. El recuerdo deteriorado de los sustantivos (memoria explícita) se ve afectado en algunos pacientes amnésicos con cortezas prefrontales izquierdas dañadas, pero la generación de verbos permanece intacta debido a su dependencia de la desactivación prefrontal izquierda.

Muchos investigadores ahora incluyen BA45 en la corteza prefrontal porque junto con BA44 forma un área del lóbulo frontal llamada área de Broca. El área de Broca es ampliamente considerada como el área de salida de la vía de producción del lenguaje en el cerebro (a diferencia del área de Wernicke en el lóbulo temporal medio, que se considera el área de entrada del lenguaje). Se ha demostrado que BA45 está implicado en la recuperación de conocimiento semántico relevante para ser utilizado en conversaciones/habla. La corteza prefrontal lateral derecha (RLPFC) está implicada en la planificación de comportamientos complejos y, junto con BA45 bilateral, actúan para mantener el enfoque y la coherencia durante la producción del habla.Sin embargo, se ha demostrado que el BA45 izquierdo se activa significativamente mientras se mantiene la coherencia del habla en los jóvenes. Se ha demostrado que las personas mayores reclutan al BA45 correcto más que sus contrapartes más jóvenes. Esto se alinea con la evidencia de la disminución de la lateralización en otros sistemas cerebrales durante el envejecimiento.

Además, se ha demostrado que este aumento en la actividad de BA45 y RLPFC en combinación con BA47 en pacientes mayores contribuye a las "expresiones fuera del tema". El área BA47 en la corteza prefrontal está implicada en la recuperación "impulsada por estímulos" de conocimientos menos importantes que los necesarios para contribuir a una conversación. En otras palabras, se ha demostrado que la activación elevada de BA47 junto con la actividad alterada en BA45 y el RLPFC más amplio contribuyen a la inclusión de información menos relevante y patrones de habla conversacional tangencial irrelevantes en sujetos mayores.

Significación clínica

En las últimas décadas, los sistemas de imágenes cerebrales se han utilizado para determinar los volúmenes de las regiones cerebrales y los enlaces nerviosos. Varios estudios han indicado que se observa una reducción del volumen y de las interconexiones de los lóbulos frontales con otras regiones del cerebro en pacientes diagnosticados con trastornos mentales a los que se prescriben antipsicóticos potentes; aquellos sujetos a factores estresantes repetidos; aquellos que consumen en exceso materiales sexualmente explícitos; suicidios; los encarcelados; criminales; sociópatas; los afectados por envenenamiento por plomo; y usuarios masculinos diarios de cannabis (solo 13 personas fueron analizadas). Se cree que al menos algunas de las habilidades humanas para sentir culpa o remordimiento y para interpretar la realidad dependen de una corteza prefrontal que funcione bien.El neurocircuito avanzado y la función de autorregulación de la corteza prefrontal humana también se asocian con una mayor sensibilidad en los humanos, ya que la corteza prefrontal en los humanos ocupa un porcentaje mucho mayor del cerebro que en cualquier otro animal. Y se teoriza que, a medida que el tamaño del cerebro se ha triplicado durante cinco millones de años de evolución humana, la corteza prefrontal se ha multiplicado por seis.

Una revisión de las funciones ejecutivas en personas sanas que hacen ejercicio observó que las mitades izquierda y derecha de la corteza prefrontal, que está dividida por la fisura longitudinal medial, parecen estar más interconectadas en respuesta al ejercicio aeróbico constante. Dos revisiones de la investigación de neuroimagen estructural indican que se producen mejoras notables en el volumen de materia gris prefrontal e hipocampal en adultos sanos que realizan ejercicio de intensidad media durante varios meses.

Una revisión de neuroimagen funcional de las prácticas basadas en la meditación sugirió que practicar la atención plena mejora la activación prefrontal, que se observó que se correlaciona con un mayor bienestar y una reducción de la ansiedad, aunque se necesitan estudios de cohortes para solidificar mejor esta teoría.

Los tratamientos con medicamentos contra el cáncer a menudo son tóxicos para las células del cerebro, lo que provoca pérdida de memoria y disfunción cognitiva que puede persistir mucho después del período de exposición. Tal condición se conoce como quimiocerebro. Para determinar la base de esta condición, los ratones fueron tratados con el agente quimioterapéutico mitomicina C. En la corteza prefrontal, este tratamiento resultó en un aumento del daño oxidativo del ADN 8-oxodG, una disminución en la enzima OGG1 que normalmente repara dicho daño. y alteraciones epigenéticas.

La ingesta crónica de alcohol conduce a alteraciones persistentes en la función cerebral, incluida la alteración de la capacidad de toma de decisiones. Se ha demostrado que la corteza prefrontal de los alcohólicos crónicos es vulnerable al daño oxidativo del ADN y a la muerte de las células neuronales.

Historia

Quizás el caso seminal en la función de la corteza prefrontal es el de Phineas Gage, cuyo lóbulo frontal izquierdo fue destruido cuando una gran barra de hierro le atravesó la cabeza en un accidente de 1848. La presentación estándar es que, aunque Gage mantuvo la memoria, el habla y las habilidades motoras normales, su personalidad cambió radicalmente: se volvió irritable, irascible e impaciente, características que antes no mostraba, por lo que sus amigos lo describieron como "ya no es Gage". "; y, mientras que antes había sido un trabajador capaz y eficiente, después no pudo completar.Sin embargo, un análisis cuidadoso de la evidencia primaria muestra que las descripciones de los cambios psicológicos de Gage generalmente se exageran cuando se comparan con la descripción dada por el médico de Gage, la característica más sorprendente es que los cambios descritos años después de la muerte de Gage son mucho más dramáticos que cualquier cosa reportada mientras estaba vivo..

Estudios posteriores en pacientes con lesiones prefrontales han demostrado que los pacientes verbalizaban cuáles serían las respuestas sociales más adecuadas en determinadas circunstancias. Sin embargo, cuando realmente actuaban, perseguían un comportamiento dirigido a la gratificación inmediata, a pesar de saber que los resultados a largo plazo serían contraproducentes.

La interpretación de estos datos indica que no solo las habilidades de comparación y comprensión de los posibles resultados se albergan en la corteza prefrontal, sino que la corteza prefrontal (cuando funciona correctamente) controla la opción mental de retrasar la gratificación inmediata para obtener una gratificación mejor o más gratificante a largo plazo. resultado. Esta capacidad de esperar una recompensa es una de las piezas clave que definen la función ejecutiva óptima del cerebro humano.

Hay mucha investigación actual dedicada a comprender el papel de la corteza prefrontal en los trastornos neurológicos. Se han iniciado ensayos clínicos con ciertos medicamentos que han demostrado mejorar la función de la corteza prefrontal, incluida la guanfacina, que actúa a través del receptor adrenérgico alfa-2A. Un objetivo posterior de este fármaco, el canal HCN, es una de las áreas de exploración más recientes en la farmacología de la corteza prefrontal.

Etimología

El término "prefrontal" para describir una parte del cerebro parece haber sido introducido por Richard Owen en 1868. Para él, el área prefrontal estaba restringida a la parte más anterior del lóbulo frontal (que corresponde aproximadamente al polo frontal). Se ha planteado la hipótesis de que su elección del término se basó en el hueso prefrontal presente en la mayoría de los anfibios y reptiles.

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