Contribucion del cerebelo_a_los_procesos_cognitivos[1]

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Contribucion del cerebelo_a_los_procesos_cognitivos[1]

  1. 1. TRASTORNOS DEL NEURODESARROLLO Contribución del cerebelo a los procesos cognitivos S. Hernández-Muela, F. Mulas, L. Mattos THE CONTRIBUTION OF THE CEREBELLUM TO COGNITIVE PROCESSES Summary. Introduction. Apart from its functions involving control over movement, the cerebellum is also related to learning motor sequences and, according to the experimental and clinical evidence we will examine, to cognitive and learning processes that do not exclusively involve motor activity. Development. The cerebrocerebellar connections act as a vehicle for the afferent information from the sensory-motor cortex, prefrontal cortex, the frontal regions responsible for (expressive) language, parietal cortex, superior colliculus and superior temporal cortex, returning efferences to similar areas that are responsible for attention, visuospatial perception, memory and the regulation of executive and emotional functions. It plays a role in the preparation and anticipation of motor responses, according to sequences experienced previously depending on the information received from the surroundings, thus anticipating the physiological state for carrying out perceptual motor or cognitive tasks. A number of experimental neuroimaging studies, as well as the discovery of a new cell in the neuronal population of the cerebellum, relate the cerebellum to cognitive processing. Conclusions. Clinical observation of patients with cerebellar lesion or dysfunction, which are related to a deficit in the cognitive functions, suggests a model with which to understand these mechanisms. Long-lasting depression is considered to be the learning mechanism in the cerebellum and is intimately related to the mechanisms involved in neuronal plasticity and in memory. [REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-64] Key words. Attention. Cerebellum. Cognition. Language. Learning. Long-term depression. Memory. Motor sequences. Neuro- imaging. Sequential learning.INTRODUCCIÓN Así pues, considerarlo un mero controlador de la producciónDesde un punto de vista clásico estudiamos el cerebelo como un motora del córtex es sin duda minimizar su potencial. Analiza-centro de coordinación, ajuste y corrección de la respuesta mo- remos los principales estudios de investigación que en la últimatora generada en el córtex motor, en este sentido recibe informa- década han sugerido un papel del cerebelo en los procesos cog-ción que centraliza y procesa a través de las aferencias vestibu- nitivos, y posteriormente haremos inferencia sobre el mismo alocerebelosas, espinocerebelosas y cerebrocerebelares, así co- partir de las observaciones realizadas en pacientes con patolo-mo del córtex cingulado, hipotálamo posterior y núcleos de la gía focal o predominantemente cerebelosa.base, confiriendo sustrato anatomofisiológico a funciones comoel equilibrio y el control de movimientos, control en la ejecu-ción de movimientos de los miembros, mantenimiento de la SUSTRATO ANATOMOFISIOLÓGICOpostura y tono muscular. PARA EL ROL COGNITIVO DEL CEREBELO Además ha sido relacionado con el aprendizaje de patrones Conocemos el importante volumen de población neuronal y elo secuencias motoras, considerando inicialmente su implica- extraordinario alcance de las conexiones cerebelares. Teniendoción únicamente en la fase inicial del aprendizaje, perdiendo re- en cuenta que si desdoblamos el córtex cerebelar obtenemoslevancia su papel conforme, a través de la experiencia, se auto- una superficie similar al córtex cerebral, no en vano podemosmatiza la respuesta. sospechar que su papel es mucho más amplio que el control de Sin embargo, la tendencia en la última década es relacionar- la esfera motora.lo con procesos cognitivos y de aprendizaje no exclusivamente Si consideramos las aferencias al cerebelo (Fig. 1), la vía ce-motor, en base a la evidencia experimental aportada por las téc- rebrocerebelar parece ser la candidata para vehiculizar la infor-nicas de neuroimagen, y clínica, por el estudio del efecto de mación en relación a la función cognitiva. En este sentido ellesiones cerebelosas focales o patología predominantemente ce- cerebelo recibe aferencias de córtex sensoriomotor, de la corte-rebelosa sobre los procesos cognitivos y que posteriormente za prefrontal dorsolateral y medial, de las regiones frontalesanalizaremos. Esta visión viene apoyada por evidencias anato- encargadas del lenguaje (expresivo), de las regiones corticalesmofisiológicas como la extraordinaria densidad de población parietales superior, inferior y posterior, del colículo superior yneuronal del cerebelo, que representa más de la mitad de la del córtex temporal superior. Posteriormente y a través del tála-población neuronal total del cerebro, por otra parte la riqueza, mo devuelve eferencias a similares áreas (Fig. 2). Si traducimosextensión y naturaleza de las conexiones eferentes del cerebelo funcionalmente estas conexiones, el cerebelo se comporta comoy por último la evolución del tamaño del núcleo dentado cerebe- un centro de procesamiento de información que llega a través deloso de forma paralela al de la corteza cerebral en los homíni- conexiones bidireccionales desde regiones encargadas de lados, es decir en relación con la adquisición de patrones de fun- atención, la percepción visuoespacial, la memoria y de la regu-cionamiento complejos en relación con la actividad cognitiva. lación de funciones ejecutivas y emocionales. Esta extensa conexión entre córtex y cerebelo sobretodo enAceptado: 30.01.05. regiones prefrontales dorsolaterales, avala su papel en relaciónInstituto Valenciano de Neurología Pediátrica (INVANEP). Valencia, España. con el mantenimiento de la memoria de trabajo, la resolución deCorrespondencia: Dra. Sara Hernández. Instituto Valenciano de Neurolo- problemas y las funciones ejecutivas y no puede ser casualgía Pediátrica (INVANEP). Artes Gráficas, 23, bajo. E-46010 Valencia. puesto que el mantenimiento de estas sinapsis se potencia porE-mail: sarahmuela@hotmail.com uso. Estos datos anatómicos tienen sus limitaciones, porque no© 2005, REVISTA DE NEUROLOGÍA está definido exactamente el enlace entre las eferencias cerebe-REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-S64 S57
  2. 2. S. HERNÁNDEZ-MUELA, ET ALFigura 1. Esquema de las principales aferencias al cerebelo. Figura 2. Áreas funcionales de las cuales procede la información que ve- hiculizan las conexiones cerebrocerebelares.lo-tálamo-áreas corticales específicamente dedicadas a funcio-nes cognitivas. Sin embargo en un intento de demostrar la exis-tencia de estas conexiones, los doctores Frank Middleton yPeter Strick, del Centro de Ciencias de la Salud de la Universi-dad Estatal de Nueva York, en Syracuse, realizaron un experi-mento para demostrar la existencia de las eferencias de losnúcleos basales hacia zonas netamente cognoscitivas de la cor-teza cerebral. Para ello inyectaron virus de herpes simple tipo 1en el área 46 de la corteza prefrontal de primates. Se eligió estazona por ser netamente cognoscitiva, asociada con los procesosde memoria espacial, evocaciones transitorias y planeación decomportamiento, y por no poseer funciones motoras conocidas.Gracias a la facilidad del virus para transportarse en formaretrógrada por los axones, pudieron determinar de dónde recibía Figura 3. Esquema del modelo de respuesta interna de funcionamientoaferencias la zona cortical estudiada. Lo que observaron Mid- cerebeloso aplicado a funciones del dominio motor.dleton y Strick fue que el virus se encontraba en la zona ventraldel núcleo dentado cerebeloso contralateral y en el área medialdel globo pálido ipsilateral y era posible identificar una trayec-toria que hacía escala en el tálamo. El hallazgo es consistentecon la observación clínica de alteraciones cognoscitivas enpacientes con enfermedades que comprometen tales estructuras.Así, a diferencia de lo que comúnmente podría creerse, quedademostrado que no sólo el neocórtex interviene en los procesoscognoscitivos. Para ello es necesario que ‘estructuras antiguas’del cerebro se encuentren indemnes [1]. Se sabe que el núcleo dentado participa en la adquisición ydiscriminación sensorial, no en el movimiento por sí mismo, loque explica su mayor activación durante la manipulación activade objetos, que durante la manipulación automática de los mis-mos. Se postula que el cerebelo enlaza o liga el contexto senso- Figura 4. Esquema del modelo de respuesta interna de funcionamientorial y propioceptivo a las respuestas motoras ejerciendo un con- cerebeloso aplicado a funciones cognitivas.trol sobre las mismas, en base al manejo de información senso-rial de alta calidad. La teoría es que esto mismo fuese lo quehiciera en el contexto del aprendizaje con respuestas cognitivas. cerebelo la creación de un modelo interno de respuesta, concep-Del mismo modo que tiene un papel en la preparación y antici- to sobre el que volveremos más adelante y acerca del cual sepación de respuestas motoras, según secuencias motoras experi- postula una localización en regiones cercanas a la cisura poste-mentadas con anterioridad en función de la información recibi- rior y superior de forma bilateral.da del medio, así es capaz de identificar secuencias, predecir el Estudios histológicos apoyan la existencia de un sustratosubsiguiente comportamiento y preparar el estado fisiológico anatomofisiológico para las funciones cognitivas del cerebelo.para la realización de tareas perceptivomotoras o cognitivas Recientemente ha sido aislada en el cerebelo un nuevo y exclu-(Figs. 3 y 4). La experiencia a través de la memoria induce en el sivo tipo celular, la célula en cepillo o brush cell [2] que se haS58 REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-S64
  3. 3. TRASTORNOS DEL NEURODESARROLLO ción mayor del núcleo dentado en cerebelo lateral, que la tarea simple de mover fichas sobre la mesa, aumento de activación que representa por tanto el proceso cognitivo de programación y reconstrucción visuoespacial, más allá del mero acontecimiento motor [3]. Otra de las primeras evidencias de la activación cerebelosa en procesos puramente cognitivos la presentaron Petersen et al en 1989 [4], estudiando mediante PET la activación metabólica ce- rebelosa durante la generación y expresión en voz alta de los ver- bos que evocaban estímulos visuales o auditivos frente a la tarea de repetir verbos o leerlos de forma automática. La tarea cogniti- va de generar verbos producía la activación del cerebelo en región lateral derecha, a diferencia de la activación en zonas más mediales producida por ambas tareas que compartían únicamen-Figura 5. Esquema funcional de la citoarquitectura cerebelosa. te la ejecución motora del lenguaje. La intervención del cerebelo en el output motor del habla ya era conocida, pero estos hallaz-descrito como posible responsable del papel del cerebelo en gos experimentales demuestran su participación en procesos defunciones como el aprendizaje, la memoria y en general su acti- articulación encubierta y en la generación de palabras.vidad cognitiva. Se encuentran en mayor densidad en el vermis Mediante estudios de neuroimagen funcional, Jueptner et alen la capa granular por debajo de las células de Purkinje. Se describieron la activación de los núcleos profundos del cerebelocaracterizan por tener una única dendrita con apéndices a modo en relación con la realización de tareas no motoras, de reconoci-de cepillo que le dan el nombre y porque dan lugar a llamativas miento táctil y discriminación [5].formaciones sinápticas con las fibras musgosas, células de Gol- Es más, otros investigadores han mostrado la implicacióngi y células en grano. Las aferencias excitatorias provienen de del cerebelo en la imaginación motora, utilizando la rotaciónnúcleos vestibulares y ganglio vestibular a través de las fibras mental de figuras para emparejar objetos, algunos de los cualesmusgosas glutaminérgicas en mayor medida y en menor por- estaban rotados y otros no. La rotación mental, como demostra-centaje colinérgicas, mientras que las aferencias inhibitorias ron, se puede separar de la codificación, comparación y juicio yprovienen de las células de Golgi. Las eferencias de las células produce un incremento en la actividad metabólica evidenciadaen cepillo son fundamentalmente a los núcleos vestibulares, en por PET en el cerebelo de forma más llamativa que en cualquierlos que puede hacer sinapsis de forma directa. Este descubri- otra región del córtex. Esta se localizó en vermis superior, nú-miento además de otras implicaciones, en opinión de los auto- cleos profundos y áreas laterales de ambos hemisferios de for-res puede suponer la aceptación de la existencia de nuevos mo- ma más intensa en hemisferio cerebeloso derecho. [6]delos de circuitos cerebelosos, siendo la corteza cerebelosa En cuanto a los procesos mnésicos, ya se tenía conocimien-ejemplo de convergencia y divergencia de estímulos, donde se to de la participación del cerebelo en la memoria implícita, poramplifica y expande el impulso transmitido por una neurona a ejemplo en el condicionamiento clásico de tareas simples (refle-miles de ellas. Por otra parte supone la confirmación de la exis- jo palpebral, reflejo vestibuloocular), en las cuales se implicatencia de módulos funcionales en el cerebelo controlados por tanto el cerebelo como los núcleos cerebelosos profundos nú-estas neuronas, demostrables por tecnicas inmunohistoquímicas cleo interpositus y flóculo [7]. También se ha descrito su activa-e imprescindibles para la cada vez más amplia gama de funcio- ción durante el procesamiento del lenguaje en ausencia de des-nes cognitivas que se asignan al cerebelo (Fig. 5). arrollo de su componente motor (habla) [8]. En este trabajo se Si analizamos la unidad morfofuncional cerebelosa simpli- demuestra la intervención del cerebelo en tareas que implican laficada en el esquema 5 y nos hacemos una composición de utilización de memoria operativa verbal, como el reconocimien-cómo a lo largo de a extensión de la corteza cerebelosa, se van to de palabras y aprendizaje de lista de palabras, durante lassecuencialmente activando las protagonistas de cada unidad cuales se evidencia un aumento de actividad en área motorafuncional (célula de Purkinje), y que la respuesta elaborada y suplementaria, en opérculo frontal izquierdo y en el cerebeloemitida con variaciones y ajustes en función del tiempo, tanto para tareas de memoria operativa verbal, y no visual o espacial,en cuanto a monitorización de la ejecución a cargo de la corteza salvo cuando el estímulo es verbalizable (reconocimiento demotora como en control, regulación y anticipación en tareas caras por ejemplo) por lo que se considera a estos circuitoscognitivas, entendemos la capacidad del cerebelo para otorgar como sustrato neural de la articulación encubierta, lo que deno-temporalidad a las acciones y las tareas cognitivas, como más minan ‘circuito de habla interior’. Desmond et al, en 1997 [6],adelante desarrollaremos. describieron la activación de vermis y hemisferios cerebelosos además de extensas áreas corticales en el aprendizaje de una lis- ta de palabras, de forma más intensa a más palabras a memori-EVIDENCIAS ACERCA DE LA zar. Estos investigadores demostraron la activación cerebelosaFUNCIÓN COGNITIVA DEL CEREBELO selectiva durante la resolución de problemas y la ejecución deResumen de estudios de neuroimagen tareas con memoria de trabajo [9] permitiendo una aproxima-que han servido de evidencia ción localizadora de función diferente para tareas motoras yLos datos de la resonancia magnética funcional (RMf) han ve- cognitivas. La distribución lobular de la activación funcional delnido proporcionando pruebas de la activación del cerebelo late- cerebelo fue registrada por RMf durante la realización de tareasral en actividades cognitivas. Strick et al ya demostraron en de memoria de trabajo verbal y comparativamente con la de1983 que la resolución de un rompecabezas implica una activa- movimiento de dedos. El movimiento de dedos en la mano de-REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-S64 S59
  4. 4. S. HERNÁNDEZ-MUELA, ET ALrecha produjo una activación ipsilateral intensa en zonas media- ma más llamativa en los trenes de aprendizaje y claramenteles. Para las tareas de memoria de trabajo, los sujetos debían diferente de la generada por el movimiento de ojos y manosmemorizar letras presentadas visualmente. Para valorar los cuando el aprendizaje ya ha tenido lugar. Todos estos estudiosaspectos motores verbales del ensayo en ausencia de memoria afianzan la idea sugerida por estudios neurofisiológicos reali-de trabajo, se les pidió a los sujetos que leyeran repetidamente zados en primates, acerca de la activación de áreas diferenteslas letras a una velocidad similar a la producción interna de las en relación a tareas diferentes. Las regiones cercanas a la fisu-mismas. Para ambas tareas se activaron regiones superiores de ra reciben aferencias de fibras paralelas desde el córtex premo-los hemisferios cerebelares de forma bilateral y zonas posterio- tor y de asociación, su activación predominantemente unilate-res del vermis y ésta activación fue más intensa a mayor núme- ral en paleocerebelo está en relación con la actividad motoraro de letras memorizadas. En contraste, el hemisferio cerebelar del lado ipsilateral. Sin embargo, la activación bilateral, comoderecho en su región inferior, mostró activación únicamente ocurre en la tarea que estamos analizando en este caso, puededurante la tarea de memoria de trabajo. indicar que las regiones activadas son relevantes en el aprendi- En cuanto a memoria no verbal, Kim et al [10] demuestran zaje de nuevas secuencias motoras o de procesamiento cogni-un aumento en la activación cerebelosa en tareas de reconoci- tivo que se activan de forma más intensa en la fase de adquisi-miento en general no dependiente del estímulo, ya sean pala- ción del aprendizaje, pero que siguen activadas una vez entre-bras o caras. nado el sujeto cuando vuelve a realizar la secuencia, expresión Más allá de la evidencia de que interviene en procesos cog- de la memoria en la que participa el cerebelo mediante la cre-nitivos, estas y otras investigaciones, sugieren una localización ación de modelos internos de respuesta para función cognitiva,de esta actividad, al menos de forma somera, dentro de cerebe- independientes de la activación uni e ipsilateral del cerebelolo. Previamente a lo descrito por Desmond en 1997 en relación en relación al dominio motor (modelo interno de respuestaa la localización de las tareas de memoria de trabajo frente a motora).tareas motoras puras anteriormente citado, en 1994 Kim et al Otra gran contribución de la evidencia experimental a dilu-[11] realizan un estudio con RMf durante la realización de dos cidar el papel cognitivo del cerebelo es la relación con la aten-tareas; la primera de ellas, visuomotora pura, consistía en tras- ción que establecieron el grupo de Allen et al en 1997 [14] y elpasar una serie de clavijas de unos agujeros a otros situados al intento de localizar esta función en determinada región del mis-otro lado de un tablero; la segunda de ellas consiste en igual- mo. Estudiaron la imagen generada en RMf durante la realiza-mente trasladar las clavijas e insertarlas pero sustituyendo ción de tres tipos de tareas: la primera, de atención visual duran-otras de diferente color que ocupan los agujeros, siguiendo te la cual el individuo contaba interiormente las veces que apa-unas reglas preestablecidas. Los investigadores evidencian que recía el estímulo predeterminado como target por característi-durante la realización tanto de la tarea visuomotora simple, cas de forma y color. La segunda tarea era exclusivamente mo-como durante la tarea visuomotora que requiere planificación tora (movimientos repetitivos de mano derecha); y en tercery monitoreo, se activa una zona del núcleo dentado, pero de lugar una tarea de asociación de estímulo visual a un determina-forma bilateral y mucho más intensa (tres o cuatro veces supe- do movimiento con la mano. Los resultados arrojaron luz sobrerior), en el caso de la segunda tarea dependiente de procesa- la organización morfofuncional cerebelosa. Para la atenciónmiento cognitivo. Esta zona del núcleo dentado es diferente de visual se activaron regiones posteriores del córtex cerebelar, lala implicada en el control del movimiento ocular y de extremi- activación motora se localizó en zonas más anteriores.dades, como posteriormente también describieron Imamizu et En relación a la organización morfofuncional y a pesar deal [12]. Estos investigadores demostraron mediante RMf, la las limitaciones de la investigación en este campo por el mo-implicación del cerebelo en el aprendizaje de las tareas cogni- mento, sí sabemos que el cerebelo no es una estructura homogé-tivas y motoras, dando importancia al cerebelo en términos de nea. Existe evidencia experimental de diferente activación en elmemoria, lo que dio paso a la teoría acerca de la existencia de cerebelo según la tarea, la actuación a nivel motor estaría locali-modelos internos de respuesta. Existían previamente estudios zada en el paleocerebelo anterior (parte filogenéticamente másque demostraban un aumento en el flujo sanguíneo en cerebe- antigua), mientras que la actividad atencional no motora y laslo y por tanto en la actividad del mismo, durante la fase inicial tareas cognitivas se encontrarían reguladas por el neocerebelodel aprendizaje tanto de tareas motoras como cognitivas [13]. lateral, propio y de aparición filogenética posterior, de los pri-Esto inicialmente llevó a pensar que el cerebelo estaba impli- mates superiores y humanos [15] (Tabla I).cado únicamente en la fase inicial del aprendizaje de tareas sinintervenir en forma alguna de memoria. Sin embargo, Imami- Modelos patológicos de disfunciónzu et al, mediante RMf, analizan la imagen generada por dos cerebelosa y trastorno cognitivotipos de tareas la manipulación de un ratón de ordenador con- La observación clínica nos permite estudiar a pacientes con le-vencional cuya respuesta en la pantalla tenemos automatizada siones cerebelosas que sorprenden por presentar déficit no mo-en relación al movimiento manual, y un ratón modificado que tores en dominios como el lenguaje y la detección de errores, nogenera otro tipo de movimiento del cursor en pantalla y por esperados a priori.tanto debe aprenderse por entrenamiento. Los investigadores El patrón de déficit de los pacientes con lesión cerebelosa esalternan las sesiones de manejo del ratón convencional y las suficientemente característico como para conformar un síndro-sesiones en las que se produce un aprendizaje sobre el funcio- me al que se ha denominado Cognitive-Affective syndrome (CCAnamiento del nuevo ratón. Si sustraemos la actividad motora syndrome). Se define por la existencia de trastorno en las fun-de ambas tareas, que es la misma, lo que resta es la actividad ciones ejecutivas, la cognición espacial, el lenguaje y la regula-cognitiva de aprendizaje, representación, procesamiento vi- ción emocional del comportamiento. Aparecen cambios bruscossuoespacial, etc. Logran demostrar que inicialmente se activan de humor, pasividad, frialdad afectiva, conducta inapropiada y aregiones extensas cercanas a la fisura posterior superior de for- nivel cognitivo dificultades en la planificación de tareas, impo-S60 REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-S64
  5. 5. TRASTORNOS DEL NEURODESARROLLOTabla I. Conocimientos actuales en cuanto a distribución topográfica de cundarios a una defectuosa replicación de las células granulareslas funciones cognitivas del cerebelo en base a las diferentes investiga- y un retraso en la arborización de las dendritas.ciones basadas en activación de áreas durante la realización de tareas,evidenciada por neuroimagen funcional. En el síndrome de Williams también se ha descrito la asocia- ción con displasias cerebelosas como la malformación de Arnold-Regiones cercanas a fisura Creación de modelos Chiari 1, que puede ser sintomática con siringomielia. La anoma-posterosuperior a nivel lateral internos de respuesta lía del desarrollo se caracteriza microscópicamente por un au-Región lateral derecha Procesamiento lingüístico mento en la densidad celular, pero con parámetros de neurodispo- y generación de palabras nibilidad reducidos a tenor de los hallazgos en RM con espectros-Hemisferio cerebelar derecho, Memoria de trabajo copia de niveles de N-acetil-aspartato disminuidos. [19]región inferior Sin embargo no analizaremos este tipo de patologías que engloban el cerebelo por la dificultad en separar la afectaciónNúcleo dentado Procesamiento cognitivo (planificación y monitorizaación) cerebelosa de la del resto del encéfalo. Por su especial interés comentaremos tres patologías, ex-Fisura posterior superior bilateral Aprendizaje cluyendo encefalopatías degenerativas globales por la dificul-Regiones posteriores Atención visual tad para atribuir los síntomas observados únicamente al cerebe- lo (síndrome de Down, síndrome X frágil, encefalopatía alco- hólica, enfermedades neurodegenerativas, Duchenne...) ysibilidad para cambiar las características de la actividad (rigidez), observando las limitaciones que en el momento actual tenemosdisminución de razonamiento abstracto, fallo en la memoria de en cuanto a su conocimiento a pesar de los avances en las in-trabajo y disminución en la capacidad de aprendizaje de procesos vestigaciones en neurociencias. Por tanto, sin dogmatizar alo tareas asociativas. Al considerar este síndrome, estamos atribu- respecto, intentaremos analizar algunos datos que relacionan elyendo al cerebelo un papel relevante en proporcionar medios o trastorno del espectro autista, el trastorno por déficit de aten-vías de aprendizaje de respuestas motoras y cognitivas específi- ción e hiperactividad con el cerebelo, además de las repercu-cas o dependientes de contexto y que además en ambos casos siones cognitivas de las lesiones cerebelosas aisladas.tenderían a automatizarse con la experiencia [16]. El grupo de trabajo de Drepper et al analiza un grupo de 9 Trastorno del espectro autista (TEA)pacientes con ataxia cerebelar idiopática y lo compara con un Las anomalías descritas en el niño autista son que el cerebelogrupo control de 10 sujetos sanos contrastados por edad, inteli- la amígdala y el hipocampo que inicialmente tiene una morfo-gencia, memoria visual, sexo y nivel educacional. Los sujetos logía normal, permanecen con un patrón infantil sin evolucio-desarrollan unos test neuropsicológicos buscando estudiar el nar al modelo adulto con sus conexiones y vías cerebelosas.papel del cerebelo en el aprendizaje cognitivo en tareas de aso- Se trata de una anomalía del neurodesarrollo de forma queciación y encuentran un déficit específico en esta área. Concre- existe una disminución en las células de Purkinje y en menortamente se les instaba aprender la asociación entre seis parejas grado de las células ganglionares, y anomalías de la oliva bul-de colores y números, mediante ensayo-error [17]. Otros auto- bar y de los núcleos cerebelosos, que resultan en una persis-res con anterioridad [18] habían demostrado el trastorno en el tencia del circuito arcaico olivodentado que normalmente des-aprendizaje de tareas asociativas entre un estímulo visual y la aparecería a las 30 semanas de gestación. Estas alteracionesrealización de uno u otro movimiento, pero en este caso se tra- son constantes en los cerebros estudiados de pacientes conta de un problema cognitivo puro, sin traducción motora o con autismo primario, sin causas inflamatorias, degenerativas omínima traducción motora (pulsar un botón u otro situados destructivas implicadas. El tamaño cerebelar no es por sí mis-muy cerca). mo característico, ya que se ha descrito tanto un aumento del Como conclusión, según se desprende de todos estos estudios mismo como disminución del volumen de algunos lóbulospodemos decir que la lesión o disfunción aislada del cerebelo cerebelosos, más bien estaría en relación con el grado de retra-conlleva un déficit neurocognitivo consistente en la dificultad so mental concomitante [19].para el aprendizaje de tareas asociativas por fallo en el estableci- El neocerebelo juega un papel fundamental en la coordina-miento del enlace entre dos partes de la información o fallo en la ción de la atención y el estado de alerta. Courchesne et alpreparación del input sensorial para futuros procesos asociativos. [20,21], en estudios realizados en 1994 en una población de Además de la lesión cerebelar pura y aislada, que ofrece un niños autistas, concluyeron que el desarrollo anómalo del cere-modelo único para el estudio de las implicaciones cognitivas del belo en los niños autistas hace que el niño sea incapaz de ajus-cerebelo, existen algunas patologías en las que de algún modo tar el foco de atención para seguir los cambios rápidos de lasestá afectado el cerebelo y presentan trastornos neurocogniti- señales verbales, gestuales y posturales en las que se funda-vos, que a pesar de en muchas ocasiones no responder a una dis- menta la comunicación a nivel social. Estudiaron un grupo defunción exclusivamente cerebelar, sí inducen a sospechar el pacientes autistas, niños y adultos, y los contrastaron con unpapel que el cerebelo puede estar desarrollando en relación con grupo de pacientes con lesiones cerebelosas focales. Ambosla cognición, el aprendizaje no motor, el lenguaje, la memoria y grupos de sujetos mostraron una alteración en la capacidad dela regulación del comportamiento y las emociones. Por ejemplo realizar cambios voluntarios rápidos y precisos en el foco aten-en el déficit de cinc está descrito un patrón característico de dis- cional, con lo que perdían la secuencia, pareciendo quedarfunción cerebelosa. El cinc es un importante elemento traza en ‘enganchados’ en cualquiera de los estímulos intermedios. Sincerebelo y en general importante para el desarrollo neurológico. embargo realizaban bien la tarea si se les daba el tiempo sufi-Está implicado en el mantenimiento de la estabilidad del ADN y ciente. Podemos entender que si el niño autista no puede con-el ARN y su déficit origina trastornos de memoria, trastornos trolar ni dirigir específicamente de forma precisa y rápida sucognitivos, de comportamiento y de respuesta emocional, se- foco atencional e ir variándolo en adecuación al contexto, ne-REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-S64 S61
  6. 6. S. HERNÁNDEZ-MUELA, ET ALcesariamente va a fracasar en el desarrollo de sus habilidadessociales y de comunicación pues no pueden seguir ni adaptarsea la velocidad con la que percibimos, entendemos y responde-mos a una multitud de señales sociales (miradas, posturas, ges-tos, palabras...). El niño autista quedará, por su inhabilidad,‘enganchado’ en alguno de estos estímulos en función de suintensidad o por la propia rigidez del niño, sin percibir su sig-nificado, el lugar que ocupa en la secuencia de estímulos ofre-cidos y el contexto global que le permitirían comunicarse ysociabilizarse. No capta la importancia relativa de los estímu-los para construir un marco con significado, su lento procesa-miento sólo le permite quedarse retenido, con la atención blo-queada en algún estímulo que para el resto de personas careceabsolutamente de valor en el marco de comunicación que estáteniendo lugar. Figura 6. Esquema de las conexiones del cerebelo con la corteza pre- frontal, circuito que sirve de sustrato neuroanatómico para entender laTrastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH) disfunción en el trastorno por déficit de atención e hiperactividad (TDAH).Otra evidencia del papel que desempeña el cerebelo en losmecanismos de control atencional, la encontramos en el TDAH.Se ha descrito la implicación de la zona prefrontal, del cerebelo APRENDIZAJE EN EL CEREBELO Y FENÓMENOy de los núcleos de la base, y ha podido confirmarse por méto- DE DEPRESIÓN A LARGO PLAZO (LTD)dos neuropsicológicos, que señalan a estas estructuras en rela- A pesar de que aún son desconocidos los mecanismos celularesción con los procesos de regularización de la atención y el con- y moleculares del aprendizaje y de la memoria, se acepta quetrol de las respuestas automáticas (impulsos). estos procesos se relacionan en alto grado con fenómenos de Mediante neuroimagen se ha descrito un menor tamaño del plasticidad neuronal. Sabemos que la estructura de las neuronasvermis cerebeloso (lóbulos 8, 9 y 10) con conservación del vo- y del sistema nervioso están determinados genéticamente y que,lumen promedio del resto del órgano. Se interpreta como una además, su desarrollo puede ser modificado por otros factoresinvolución retrógrada a partir de la disfunción de los circuitos distintos, epigenéticos, como es la influencia de otras células ycerebelo-tálamo prefrontales (Fig. 6), lo que relaciona el vermis sus conexiones y por requerimientos ambientales. Decimos quecomo coprocesador que potencia en rapidez y eficiencia la aten- el sistema nervioso es plástico ya que, en efecto, puede modifi-ción y las funciones ejecutivas, por su acción moduladora sobre car su estructura y acciones. Uno de los niveles funcionalessistemas superiores [22]. donde la plasticidad se muestra en forma indiscutida, es el si- náptico. Dos fenómenos son considerados expresión importanteLesiones cerebelosas aisladas de la plasticidad sináptica: la potenciación duradera o a largoEl análisis de las dificultades cognitivas que presentan los pa- plazo –LTP (long term potentiation)– y la depresión duradera ociente que sufren lesiones cerebelosas aisladas, constituye un a largo plazo –LTD (long term depression)–.buen modelo para entender la implicación funcional del cerebe- La LTP se expresa como un aumento persistente de la res-lo. Los pacientes con lesión cerebelosa fracasan en el intento de puesta sináptica, reforzada por la repetición o el uso a través derealizar movimientos regulares por falta de ritmo, regularidad las sinapsis glutaminérgcas que en última instancia promueveen la fuerza y duración de las diferentes fases del movimiento. cambios estructurales. El estudio de la LTP ha despertado espe-El fallo se encuentra tanto en anomalías en la ejecución misma, cial interés no sólo como una de las principales expresiones decomo en la programación y planificación de movimientos o plasticidad, sino que también por su relación, abordable experi-tareas seriadas y temporalmente secuenciadas. Contribuyen a mentalmente, con el aprendizaje y la memoria [23].ello varias circunstancias, como la dificultad para percibir el La LTD también es un fenómeno sináptico que se describiótiempo transcurrido y, para hacerse una representación de la primero en el hipocampo y después en otras regiones del siste-velocidad, que son expresión de la incapacidad para el ajuste ma nervioso. La LTD es considerada como el mecanismo detemporal que no se limita a tareas motoras. Como ya podemos aprendizaje en el cerebelo y, como un proceso de inversión de laafirmar tras todo lo analizado con anterioridad, esta última fun- LTP, en el hipocampo y en la corteza cerebral, donde ejerce asíción queda alterada cuando la lesión tiene lugar en el cerebelo a un control retrógrado.nivel lateral, mientras que los problemas meramente ejecutivos Las células de Purkinje presentan dos tipos de potencialesen la respuesta motora derivan de lesiones más mediales. de acción: espigas simples, producidas por las fibras paralelas, Prats et al [19] presentaron dos casos clínicos en los que y espigas complejas producidas por las fibras trepadoras. Trashabía una afectación exclusivamente cerebelar (meduloblasto- una espiga compleja disminuye la eficacia de las sinapsis de lasma y agenesia completa) que desarrollaron un perfil similar de fibras paralelas, y se reduce la frecuencia de las espigas sim-disminución de rendimiento escolar y capacidad intelectual jun- ples. Este fenómeno se denomina depresión a largo plazo (LTD)to con un fracaso más llamativo en la realización de rompecabe- y parece representar la base del aprendizaje motor.zas, historietas y cubos. Estas observaciones coinciden con lo Las células de Purkinje tienen conexiones inhibidoras ga-descrito a nivel experimental y que hemos analizado, puesto bérgicas sobre los núcleos profundos. Mientras se está apren-que el trastorno cognitivo más representativo es el que concier- diendo un movimiento nuevo se producen frecuentes espigasne a la planificación, ejecución y monitorización de tareas se- complejas en las células de Purkinje. Esto produce depresión acuenciales y aquellas de tipo asociativo. largo plazo (LTD), por lo que una vez que el movimiento se haS62 REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-S64
  7. 7. TRASTORNOS DEL NEURODESARROLLOTabla II. Resumen de las funciones cognitivas atribuidas actualmente al su conjunto los datos procedentes de la observación clínica delcerebelo a través de diversas investigaciones. Se presentan en orden cro- déficit en este área, de pacientes con lesiones cerebelosas, juntonológico en relación con los investigadores que las describieron. con los datos anatómicos y de neuroimagen, se ha propuesto unProgramación y reconstrucción visuoespacial Strick 1983 rol modulador del cerebelo en varios procesos lingüísticos no motores como son la memoria de trabajo, la recuperación léxi-Generación de verbos Petersen 1989 ca, la sintaxis y la asociación semántica. Su intervención comoProcesamiento del lenguaje Fiez 1997 director y regulador del foco atencional en relación con la varia- ble tiempo, lo hace un protagonista indiscutible en patologíasMemoria operativa verbal Fiez 1997 del neurodesarrollo como el TEA y el TDAH. ProbablementeAtención Allen 1997 en los próximos años asistamos a nuevos descubrimientos que al respecto, nos ayudarán a entender y a manejar mejor estasMemoria de trabajo Desmond 1997 patologías complejas del desarrollo neuropsicológico.Reconocimiento táctil y discriminación Jueptner 1998 Finalmente, el cerebelo es el temporizador que tanto a nivel motor como cognitivo, ordena temporalmente las acciones paraMemoria no verbal Kim 1999 construir secuencias, y esto es particularmente importante en laAprendizaje de tareas asociativas Drepper 1999 programación, planificación, ejecución y monitoreo de proce- sos cognitivos como la resolución de problemas, tareas de aso-Creación de modelos internos de respuesta Imamizu 2000 ciación, etc. El cerebelo está relacionando con los procesos de temporalización interna tanto a nivel motor (capacidad de con- trolar y regular los patrones temporales de movimiento), como aaprendido disminuye la frecuencia de las espigas simples. Pues- nivel cognitivoperceptivo (habilidad para juzgar la velocidad deto que las células de Purkinje inhiben a los núcleos profundos, un estímulo en movimiento, programación de tareas secuencia-la disminución de las espigas simples produce una mayor acti- les o predicción/estimación de la duración de los propias metasvidad de los núcleos profundos y de las vías motoras es decir o proyectos). Este ‘temporalizador’ interno estaría localizado enuna facilitación de circuitos ya establecidos por aprendizaje y los hemisferios laterales, en contraste con la estructura claveque ahora se someten a menor grado de control cerebeloso. para el dominio motor en el que interviene el cerebelo y que se encuentran en zonas mediales cercanas al vermis. Quedan por resolver sin embargo cuestiones como qué rolQUÉ SABEMOS Y QUÉ NOS FALTA POR SABER desempeña con exactitud a nivel cognitivo, si éste es un papel uni-En base a lo comentado podemos considerar que el cerebelo tario o interviene en múltiples operaciones cognitivas a nivel glo-cumple una función reguladora del tono y los movimientos, con bal. En cuanto a la localización morfofuncional a pesar de lasimportantes implicaciones en el aprendizaje de tareas motoras y aproximaciones que se han hecho, no sabemos con certeza si po-no motoras, interviniendo activamente en procesos complejos de demos localizar y en tal caso dónde localizar las denominadas uni-orden cognitivo como el lenguaje, la memoria de trabajo, el razo- dades morfofuncionales en el cerebelo. Los resultados obtenidosnamiento visuoespacial y la atención selectiva, de forma que con neuroimagen funcional durante la realización de tareas queactuaría como procesador capaz de adecuar las respuestas de comprenden un componente de procesamiento cognitivo y com-diversa naturaleza a la información del ambiente, anticipar la res- ponente motor, se basan en la hipotética capacidad de obtener, porpuesta y el estado cerebral interno, para adaptar las respuestas y sustracción de lo motor, la representación del proceso cognitivodar fluidez a los complejos procesos cognitivos (Tabla II). El puro y esta metodología tiene sus limitaciones. La localización decerebelo lateral es especialmente importante para el aprendizaje dichas unidades morfofuncionales en el cerebelo, facilitaría lade tareas tanto motoras como cognitivas en las que se desarrollan tarea de encontrar una relación entre una patología circunscrita arespuestas hábiles en base a su repetición. El núcleo dentado des- una zona del mismo y un determinado déficit cognitivo.empeña un papel relevante en la adquisición y procesamiento de El cerebelo está tomando progresivamente mayor relevanciala información sensitiva para tareas que requieren juicios espacia- en cuanto a su contribución a los procesos neurocognitivos yles y temporales complejos, imprescindibles para la programa- probablemente en un futuro cercano las líneas de investigaciónción de acciones motoras complejas y tareas secuenciales. permitan comprender más y mejor sobre el funcionamiento de En cuanto a su papel en la esfera del lenguaje, tomando en los mismos y su contribución al procesamiento cerebral global. BIBLIOGRAFÍA 1. Middleton FA, Strick PL. Anatomical evidence for cerebellar and basal 6. Nieto-Barco A, Wollman-Engeby T, Barroso-Ribal J. Cerebelo y pro- ganglio involvement in higher cognitive function. Science 1994; 266: cesos cognitivos. Anales de Psicología 2004; 20: 205-21. 458-61. 7. 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  8. 8. S. HERNÁNDEZ-MUELA, ET AL11. Kim SG, Ugurbil K, Strick PL. Activation of cerebellar outputs nucle- learning in patients with isolated degenerative cerebellar disease. Brain us during cognitive processing. Science 1994; 265: 949-51. 1999; 122: 87-97.12. Imamizu H, Myauchi S, Tamada T, Sasaki Y, Takino R, Pütz B, et al 18. Canavan AG, Sprengelmeyer R, Diener HC, Hömberg V. Conditional Human cerebellar activity reflecting an acquired internal model of a associative learning is impaired in cerebellar disease in humans. Behav new tool. Nature 2000; 403: 13. Neurosci 1993; 107: 748-56.13. Flament D. Ellermann JM, Kim SG, Ugurbil K, Ebner T. Functional 19. Prats JM, Velasco F, García-Nieto ML. Cerebelo y cognición. Rev magnetic resonance imaging of cerebellar activation during the learn- Neurol Clin 2000; 1: 62-7. ing of a visuomotor dissociation task. Hum Brain Mapp 1996; 4: 20. Courchesne E, Townsend J, Akshoomoff NA, Saitoh O, Yeung-Cour- 210-26. chesne R, Lincoln AJ, et al. 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Non motor associative Neurol 2004; 38 (Supl 1): S58-68.CONTRIBUCIÓN DEL CEREBELO CONTRIBUIÇÃO DO CEREBELOA LOS PROCESOS COGNITIVOS PARA OS PROCESSOS COGNITIVOSResumen. Introducción. El cerebelo, más allá de las funciones de Resumo. Introdução. O cerebelo, para além funções de controlo docontrol del movimiento, está relacionado con el aprendizaje de movimento, está relacionado com a aprendizagem de sequênciassecuencias motoras, y según la evidencia experimental y clínica que motoras, e segundo a evidência experimental e clínica que analisa-analizaremos, con procesos cognitivos y de aprendizaje no exclusi- remos, com processos cognitivos e de aprendizagem não exclusiva-vamente motor. Desarrollo. Las conexiones cerebrocerebelares ve- mente motora. Desenvolvimento. As conexões cerebrocerebelosashiculizan la información aferente desde el córtex sensoriomotor, veiculam a informação aferente desde o córtex sensório-motor,corteza prefrontal, regiones frontales encargadas del lenguaje (ex- córtex pré-frontal, regiões frontais encarregues da linguagem (ex-presivo), corteza parietal, colículo superior y córtex temporal supe- pressiva), córtex parietal, colículo superior e córtex temporal supe-rior, devolviendo eferencias a similares áreas, encargadas de la rior, devolvendo eferências às áreas similares, encarregues daatención, la percepción visuoespacial, la memoria y la regulación atenção, da percepção visuo-espacial, da memória e da regulaçãode funciones ejecutivas y emocionales. Tiene un papel en la prepa- de funções executivas e emocionais. Tem um papel na preparação eración y anticipación de respuestas motoras, según secuencias antecipação de respostas motoras, segundo sequências experimen-experimentadas con anterioridad en función de la información reci- tadas anteriormente em função da informação recebida do meio,bida del medio, anticipando el estado fisiológico para la realiza- antecipando o estado fisiológico para a realização de tarefas per-ción de tareas perceptivomotoras o cognitivas. Numerosos estudios ceptivo-motoras ou cognitivas. Numerosos estudos experimentais,experimentales, de neuroimagen, así como el hallazgo de una nue- de imagem neurológica, assim como a descoberta de uma novava célula en la población neuronal cerebelosa, relacionan el cere- célula na população neuronal cerebelosa, relacionam o cerebelobelo con el procesamiento cognitivo. Conclusiones. La observación com o processamento cognitivo. Conclusões. A observação clínicaclínica de pacientes con lesión o disfunción cerebelosa, relaciona- de doentes com lesão ou disfunção cerebelosa, relacionadas comdos con déficit en funciones cognitivas, proponen un modelo para défice nas funções cognitivas, propõem um modelo para compreen-comprender estos mecanismos. La depresión duradera es conside- der estes mecanismos. A depressão duradoura é considerada comorada como el mecanismo de aprendizaje en el cerebelo, íntimamen- o mecanismo de aprendizagem no cerebelo, intimamente relaciona-te relacionado con los mecanismos de plasticidad neuronal y la do com os mecanismos de plasticidade neuronal e a memória.memoria. [REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S-57-64] [REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S-57-64]Palabras clave. Aprendizaje. Aprendizaje secuencial. Atención. Ce- Palavras chave. Aprendizagem. Aprendizagem sequencial. Atenção.rebelo. Cognición. Depresión a largo plazo. Lenguaje. Memoria. Cerebelo. Conhecimento. Depressão a longo prazo. Imagens neu-Neuroimagen. Secuencias motoras. rológicas. Linguagem. Memória. Sequências motoras.S64 REV NEUROL 2005; 40 (Supl 1): S57-S64

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