La reasignación cortical , también conocida como reorganización cortical , es el proceso por el cual un mapa cortical existente se ve afectado por un estímulo que da como resultado la creación de un mapa cortical "nuevo". Cada parte del cuerpo está conectada a un área correspondiente en el cerebro que crea un mapa cortical . Cuando sucede algo que interrumpe los mapas corticales , como una amputación o un cambio en las características neuronales, el mapa deja de ser relevante. La parte del cerebro que está a cargo de la extremidad amputada o del cambio neuronal estará dominada por regiones corticales adyacentes que aún reciben información, creando así un área reasignada. [1]La reasignación puede ocurrir en el sistema sensorial o motor. El mecanismo de cada sistema puede ser bastante diferente. [2] La reasignación cortical en el sistema somatosensorial ocurre cuando ha habido una disminución en la entrada sensorial al cerebro debido a la desaferenciación o amputación, así como un aumento de la entrada sensorial en un área del cerebro. [1] La reasignación del sistema motor recibe una retroalimentación más limitada que puede ser difícil de interpretar.
Historia
Localización
Wilder Penfield , neurocirujano, fue uno de los primeros en mapear los mapas corticales del cerebro humano. [3] Al realizar cirugías cerebrales en pacientes conscientes, Penfield tocaba el mapa cerebral sensorial o motor del paciente, ubicado en la corteza cerebral , con una sonda eléctrica para determinar si un paciente podía notar una sensación o movimiento específico en un área en particular. en su cuerpo. Penfield también descubrió que los mapas sensoriales o motores eran topográficos; las áreas del cuerpo adyacentes entre sí probablemente serían adyacentes en los mapas corticales. [3]
Debido al trabajo de Penfield, la comunidad científica concluyó que el cerebro debe ser fijo e inmutable porque un área específica del cerebro corresponde a un punto particular del cuerpo. Sin embargo, esta conclusión fue desafiada por Michael Merzenich , a quien muchos llaman "el investigador líder mundial en plasticidad cerebral ". [3]
Plasticidad
En 1968, Merzenich y dos neurocirujanos, Ron Paul y Herbert Goodman, llevaron a cabo un experimento para determinar los efectos en el cerebro después de que un gran haz de nervios periféricos en las manos de monos adolescentes fueran cortados y comenzaran a regenerarse nuevamente. [3] [4] [5] Sabían que el sistema nervioso periférico podía regenerarse a sí mismo y, a veces, durante ese proceso, las neuronas se "reconectaban" por accidente. Estos 'cables' se conectarían accidentalmente a un axón diferente, estimulando el nervio equivocado. Esto resultó en una sensación de "localización falsa"; cuando se tocaba al paciente en un área específica del cuerpo, ese toque se sentía realmente en una parte del cuerpo diferente a la esperada.
Para comprender mejor este fenómeno en el cerebro, utilizaron microelectrodos para hacer un micromapa del mapa cortical de la mano del mono. Los nervios periféricos se cortaron y cosieron juntos para observar la evidencia de que los 'alambres' de los axones se cruzaban durante la regeneración. Después de siete meses, el mapa cortical de las manos de los monos fue reasignado y se encontró que el mapa parecía ser esencialmente normal, sin "cruces de cables" como se esperaba. Llegaron a la conclusión de que si un mapa cortical podía "normalizarse" a sí mismo cuando se estimulaba con una entrada irregular, el cerebro adulto debía ser plástico .
Este experimento ayudó a inspirar el cuestionamiento de la "verdad" científica de que el cerebro adulto está fijo y no puede continuar cambiando fuera del período crítico , especialmente por Merzenich. Más adelante en su carrera, Merzenich realizó un experimento que destacó la existencia de reasignación cortical y neuroplasticidad. Merzenich y su colega neurocientífico, Jon Kaas , cortaron el nervio mediano de la mano de un mono, que transmite sensación en el medio de la mano, para ver cómo se vería el mapa del nervio mediano cuando se cortaran todas las entradas después de un período de dos meses. [6] Cuando se reasignó la mano, se descubrió que cuando se tocaba el centro de la mano no se producía actividad en la ubicación del nervio mediano. Pero cuando se tocaron los lados de la mano del mono, se encontró actividad en la ubicación del nervio mediano en el mapa. Esto significaba que se había producido una reasignación cortical en el nervio mediano; los nervios que se correlacionaban con la parte exterior de la mano del mono se habían reasignado para hacerse cargo del "espacio cortical" que ahora estaba disponible debido a la desconexión del nervio mediano. [3] [6]
Sistema sensorial
La reasignación del sistema sensorial puede potencialmente autoorganizarse debido a la estructura espacio-temporal de la entrada. [2] Esto significa que la ubicación y el momento de la entrada es fundamental para la reasignación en el sistema sensorial. Un estudio de Gregg Recanzone demuestra esto al ver si un mono puede distinguir entre un estímulo de vibraciones de alta y baja frecuencia, entregado a la punta de su dedo en una ubicación fija. Con el tiempo, el mono mejoró en la identificación de las diferencias en la frecuencia de vibración. Cuando se mapeó el dedo, se encontró que el mapa estaba degradado y sin refinar. Debido a que los estímulos se realizaron en una ubicación fija, todo se excitó y, por lo tanto, se seleccionó, lo que resultó en un mapa burdo. El experimento se realizó de nuevo, excepto que la ubicación de las vibraciones altas y bajas se varió en diferentes partes de la yema del dedo del mono. Como antes, el mono mejoró con el tiempo. Cuando se reasignó el dedo del mono, se descubrió que el mapa burdo de antes había sido reemplazado por un elegante mapa de la yema del dedo que mostraba todos los diferentes lugares donde se había producido la estimulación en diferentes ubicaciones de la yema del dedo. [7] Este estudio mostró que durante un período de tiempo, un mapa podría ser creado a partir de un estímulo localizado y luego alterado por un estímulo variable de ubicación.
Sistema motor
La reasignación del sistema motor, en comparación con la reasignación del sistema sensorial, recibe una retroalimentación más limitada que puede ser difícil de interpretar. [2] Al mirar los mapas del sistema motor, se encuentra que la última vía para que ocurra el movimiento en la corteza motora en realidad no activa los músculos directamente, sino que provoca una disminución de la actividad de las neuronas motoras. Esto significa que existe la posibilidad de que la reasignación en la corteza motora pueda provenir de cambios en el tronco del encéfalo y la médula espinal, ubicaciones en las que es difícil experimentar debido al difícil acceso. [2]
Un estudio realizado por Anke Karl ayuda a demostrar por qué el sistema motor puede depender del sistema sensorial en lo que respecta a la reasignación cortical. El estudio encontró una fuerte conexión entre la reasignación cortical motora y somatosensorial después de la amputación y el dolor del miembro fantasma. El estudio asumió que la reorganización de la corteza somatosensorial puede afectar la plasticidad en el sistema motor porque la estimulación de la corteza somatosensorial provoca una potenciación a largo plazo en la corteza motora. El estudio concluyó que la reorganización de la corteza motora solo puede ser subsidiaria de los cambios corticales en la corteza somatosensorial. [8] Esto ayuda a respaldar por qué la retroalimentación al sistema motor es limitada y difícil de determinar para la reasignación cortical.
Solicitud
La reasignación cortical ayuda a las personas a recuperar la función después de una lesión.
Miembros fantasmas
Las extremidades fantasmas son sensaciones que sienten las personas amputadas que les hacen sentir que su extremidad amputada todavía está allí. [9] A veces, los amputados pueden experimentar dolor en sus miembros fantasmas; esto se llama dolor del miembro fantasma (PLP) .
Se considera que el dolor del miembro fantasma se debe a la reorganización cortical funcional, a veces denominada plasticidad desadaptativa , de la corteza sensoriomotora primaria. El ajuste de esta reorganización cortical tiene el potencial de ayudar a aliviar la PLP. [10] Un estudio enseñó a los amputados durante un período de dos semanas a identificar diferentes patrones de estímulos eléctricos que se aplican a su muñón para ayudar a reducir su PLP. Se encontró que el entrenamiento redujo el PLP en los pacientes y revirtió la reorganización cortical que había ocurrido previamente. [10]
Sin embargo, un estudio reciente de Tamar R. Makin sugiere que en lugar de que el PLP sea causado por una plasticidad desadaptativa, en realidad puede ser inducido por dolor. [11] La hipótesis de la plasticidad desadaptativa sugiere que una vez que se pierde la entrada aferente de una amputación, las áreas corticales que bordean la misma área de amputación comenzarán a invadir y apoderarse del área, afectando la corteza sensoriomotora primaria, pareciendo causar PLP. Makin ahora argumenta que el PLP crónico en realidad puede ser 'desencadenado' por "entradas nociceptivas de abajo hacia arriba o entradas de arriba hacia abajo de áreas del cerebro relacionadas con el dolor" y que los mapas corticales de la amputación permanecen intactos mientras que la "conectividad interregional" es distorsionado. [11]
Carrera
Los mecanismos implicados en la recuperación del accidente cerebrovascular reflejan los relacionados con la plasticidad cerebral. Tim H. Murphy lo describe como: "Los mecanismos de recuperación de un accidente cerebrovascular se basan en cambios estructurales y funcionales en los circuitos cerebrales que tienen una estrecha relación funcional con los circuitos afectados por el accidente cerebrovascular". [12]
La neuroplasticidad después de un accidente cerebrovascular está habilitada por nuevos circuitos estructurales y funcionales que se forman a través de la reasignación cortical. Un derrame cerebral ocurre cuando no hay suficiente flujo sanguíneo al cerebro, lo que causa un daño neurológico debilitante. El tejido que rodea el infarto (área dañada por accidente cerebrovascular) tiene un flujo sanguíneo reducido y se llama penumbra . Aunque las dendritas en la penumbra han sido dañadas debido al accidente cerebrovascular, pueden recuperarse durante la restauración del flujo sanguíneo (reperfusión) si se hace dentro de unas horas o unos días después del accidente cerebrovascular debido a la sensibilidad del tiempo. Debido a la reperfusión en la corteza del peri-infarto (que se encuentra junto al infarto), las neuronas pueden ayudar con la remodelación estructural y funcional activa después del accidente cerebrovascular. [12]
La reasignación cortical depende de la actividad y es competitiva. Las regiones del peri-infarto en recuperación que tienen circuitos defectuosos compiten con el tejido sano por el espacio del mapa cortical. Un in vivo estudio realizado por Murphy se realizó utilizando ratones para ayudar a identificar la secuencia y la cinética de la reasignación cortical peri-infarto después del accidente cerebrovascular. El estudio mostró que ocho semanas después de que ocurriera un derrame cerebral en la corteza sensorial de la extremidad anterior de un ratón, la porción 'sobreviviente' pudo transmitir rápidamente señales sensoriales mejoradas a la corteza motora, lo que resultó en la reasignación de la función sensorial. El ratón que experimentó un accidente cerebrovascular había reasignado respuestas que duraron más y se extendieron más lejos de la corteza motora que las del control. Esto significa que la recuperación de las funciones sensoriomotoras después del accidente cerebrovascular y la remodelación de la corteza sugiere cambios en la difusión temporal y espacial de la información sensorial. [12]
Un modelo para la recuperación del accidente cerebrovascular sugerido por Murphy implica comenzar con los mecanismos homeostáticos (las neuronas reciben la cantidad adecuada de entrada sináptica) al comienzo de la recuperación del accidente cerebrovascular. Esto reiniciará la actividad en las áreas afectadas por accidentes cerebrovasculares a través de cambios estructurales y funcionales del circuito. La plasticidad sináptica dependiente de la actividad puede fortalecer y refinar los circuitos cuando se salva parte de los circuitos sensoriales y motores. Las regiones del cerebro con función parcial pueden recuperar sus circuitos en unos pocos días o semanas mediante la reasignación. [12]
La reasignación cortical después de un accidente cerebrovascular es comparable al desarrollo cerebral inicial. Por ejemplo, la reasignación que se produce en la recuperación motora después de un accidente cerebrovascular es similar a que un bebé aprenda patrones de movimiento hábiles. Aunque se trata de información muy importante sobre el desarrollo de planes de recuperación para pacientes con accidente cerebrovascular, es importante tener en cuenta que el circuito de un paciente con accidente cerebrovascular es bastante diferente al de un cerebro en desarrollo y podría ser menos receptivo. [12]
Ver también
- Michael M. Merzenich
Referencias
- ^ a b Sterr, A .; Muller MM; Elbert T .; Rockstroh B .; Pantev C .; Taub E. (1 de junio de 1998). "Correlaciones perceptuales de cambios en la representación cortical de los dedos en lectores ciegos de Braille multifinger" . Revista de neurociencia . 18 (11): 4417–4423. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.18-11-04417.1998 . PMC 6792812 . PMID 9592118 .
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Otras lecturas
- Doidge, MD, Norman (2007). El cerebro que se cambia a sí mismo . Grupo de pingüinos . págs. 45–92.