Irene León Estrada

Índice: Desarrollo cognitivo: redes funcionales Desarrollo típico y atípico Arquitectura cerebral funcional global Cambios en las interacciones cortico-subcortical Reconfiguración de las redes funcionales Aparición de circuitos funcionales segregados Hiper- e hipoconectividad funcional: TND

Desarrollo cognitivo desde la perspectiva de las redes funcionales Comprender la función cerebral:  conocimiento de las interacciones dinámicas entre las regiones cerebrales que maduran con la edad y que dan lugar a los sistemas cognitivos.

Desarrollo cognitivo desde la perspectiva de las redes funcionales Lenguaje, razonamiento, control cognitivo Desarrollo cerebral y aprendizaje  a lo largo de los primeros 20 años Análisis de las redes cerebrales: Definir el desarrollo cerebral Entender los procesos de maduración dinámicos  Cómo se desarrollan las redes funcionales. Desarrollo típico/atípico.

Desarrollo cognitivo desde la perspectiva de las redes cerebrales funcionales > Gran parte de las psicopatologías tienen su origen en la infancia o la adolescencia: Autismo  infancia temprana TDAH y trastornos de ansiedad  infancia media Trastorno bipolar, esquizofrenia y depresión  al final de la adolescencia Cambio de paradigma

2. Descripción de redes cerebrales en el desarrollo típico y atípico Métodos computacionales: Describir las etapas y los procesos del desarrollo 2. Comprender cómo estos cambios influyen en el procesamiento de la información durante el desarrollo del cerebro. arquitectura cerebral funcional global redes neurocognitivas circuitos funcionales específicos (áreas)

2. Descripción de redes cerebrales en el desarrollo típico y atípico a) Volumen de sustancia gris Cambios heterogéneos y en distintos momentos en la sustancia gris y en la sustancia blanca Cambios: volumen cerebral total, volumen de áreas cerebrales, el grosor de la corteza y en la densidad de la sustancia gris regional y global

2. Descripción de redes cerebrales en el desarrollo típico y atípico b) Avances en las técnicas/análisis de neuroimagen: *Sustancia blanca Facilita la conectividad neuronal entre regiones lejanas Patrón de cambio más extenso que en sustancia gris La fuerza de las conexiones *Sustancia gris Cambios locales en el grosor: patrón de cambio global coordinado *Poda sináptica local *Cambios microestructurales en la sustancia blanca *La fuerza de los tractos de la sustancia blanca de largo alcance

2. Descripción de redes cerebrales en el desarrollo típico y atípico Medidas de conectividad del estado de reposo intrínseco.  Conectividad funcional intrínseca basada en la sincronización espontánea entre 2 o más áreas (fMRI), 3 análisis: Correlación parcial de múltiples ROI De componentes independientes de todo el cerebro, que identifica nodos espaciales con un perfil temporal común 3. De regresión: semilla ROI

3. La arquitectura cerebral funcional global en el desarrollo La teoría de grafos En el desarrollo temprano: organización “small-world”, no aleatoria. -Una red en la que los nodos se encuentra agrupados y con distancias cortas entre ellos. A los 7 años, similar a los 19-22 años.

3. La arquitectura cerebral funcional global en el desarrollo La teoría de grafos 2. Centros nerviosos corticales y las redes asociadas se localizan en áreas sensoriales primarias y motoras. Con la edad: cambio hacia la corteza cingulada posterior y la ínsula.

3. La arquitectura cerebral funcional global en el desarrollo La teoría de grafos 3. Los niños tienen una organización jerárquica diferente de las redes cerebrales funcionales.

3. La arquitectura cerebral funcional global en el desarrollo La teoría de grafos 4. El desarrollo de la conectividad cerebral a largo alcance: > un debilitamiento de las conexiones de corto alcance. > un fortalecimiento de las de largo alcance desde la infancia media a la adultez. Segregación Integración

3. La arquitectura cerebral funcional global en el desarrollo La teoría de grafos La conectividad cerebral funcional de largo alcance experimenta una reestructuración a lo largo del desarrollo y contribuye al desarrollo de funciones cognitivas.

3. La arquitectura cerebral funcional global en el desarrollo La teoría de grafos Ventaja: gran aportación acerca de la arquitectura del cerebro durante el desarrollo y la identificación de centros clave en el desarrollo típico/atípico. Desventaja: no relaciona la maduración de sistemas cerebrales específicos con el aprendizaje y el desarrollo cognitivo.

4. Cambios en las interacciones cortico-subcortical en el desarrollo  La dinámica del cableado en áreas subcorticales muestran destacados cambios en el desarrollo.  Excepción en la reconfiguración de las conexiones subcortical-cortical.

4. Cambios en las interacciones cortico-subcortical en el desarrollo -sensorial -atencional -mnésico -emocional -motivacional * Existe un patrón de cambios heterogéneo en los diferentes sistemas funcionales: * Orden: 1º áreas subcorticales, luego áreas sensoriales primarias, paralímbicas, límbicas y de asociación. Cambios cruciales en los Ganglios de la base*

4. Cambios en las interacciones cortico-subcortical en el desarrollo La poda que sucede a nivel neuronal, también se observa a nivel de sistemas, Contribuye a reconfigurar y a equilibrar la conectividad subcortical en el cerebro en desarrollo. En niños con autismo y TDAH: alteraciones en la conectividad subcortical-cortical.

5. Reconfiguración de las redes cerebrales funcionales en el desarrollo  Alrededor de 20 redes funcionales independientes -Red saliencia atencional (SN) Orientación de la atención, facilitación conducta dirigida a un objetivo. -Sistema ejecutivo central frontoparietal (CEN) wm, toma de decisiones, juicios morales -Red neuronal por defecto (DMN) Memoria autobiográfica, actividad mental autorreferencial  Se observan a los 2 años, y siguen desarrollo durante infancia y adolescencia.

Conectividad funcional más débil entre las redes: 5. Reconfiguración de las redes cerebrales funcionales en el desarrollo En niños: Conectividad funcional más débil entre las redes: --la ínsula anterior y la corteza cingulada anterior (SN) --la corteza cingulada posterior y la corteza prefrontal ventromedial (entre SN y CEN) --la ínsula anterior y la corteza cingulada posterior (entre SN y DMN) Ínsula como centro de señal débil Maduración funcional de las vías en las ínsula anterior: proceso crítico

5. Reconfiguración de las redes cerebrales funcionales en el desarrollo ¿Cómo los patrones de conectividad a lo largo de los diferentes sistemas funcionales se encuentran afectados en niños con TND? - Déficits en el enganche o desenganche de las redes SN, CEN, DMN y otras redes neurocognitivas  clave en TND y trastornos psiquiátricos - Conectividad atípica en múltiples sistemas cerebrales

6. Aparición de circuitos funcionales segregados durante el desarrollo -Análisis de la huella de conectividad de distintos núcleos anatómicos: Información acerca del desarrollo de circuitos funcionales. -Ejemplo: amígdala. -El grueso de la estructura: 5 años -Desarrollo prolongado: cambios maduración del procesamiento emocional

6. Aparición de circuitos funcionales segregados durante el desarrollo Núcleo basolateral  en la percepción, evaluación y regulación de estímulos salientes. Muchas proyecciones hacia regiones corticales Núcleo centromedial  control de la expresión de respuestas de miedo. Proyecciones a áreas subcorticales: tálamo, hipotálamo, estriado, tronco cerebral y cerebelo. Conectividad diferente en niños y adultos. En niños: -- mayor solapamiento de redes y disociaciones más débiles -- mayor conectividad entre los 2 núcleos

6. Aparición de circuitos funcionales segregados durante el desarrollo Patrón de maduración: cómo la segregación de circuitos locales facilita el desarrollo de circuitos de largo alcance.  La maduración alterada podría tener implicación en el circuito anormal en depresión y trastornos de ansiedad.

7. Hiper- e hipoconectividad funcional y las bases fisiológicas de los TND Autismo y TDAH existe un complejo perfil de hipo e hiperactividad. Alteraciones en la expresión de neurotransmisores excitatorios e inhibitorios. Deterioro en la migración neuronal puede alterar las propiedades del circuito (autismo).

7. Hiper- e hipoconectividad funcional y las bases fisiológicas de los TND *Las fluctuaciones en el equilibrio excitación-inhibición durante el desarrollo *fMRI no detecta los procesos de excitación e inhibición en circuitos locales, Necesarios: modelos animales / métodos computacionales Patrón de hiper e hipoconectividad en desarrollo (típico/atípico)

CONCLUSIONES Estudios Teoría de Grafos  conectividad  eje anatómico maduro: 2 años  características topográficas de la arquitectura funcional global: 8 años  la conectividad funcional de largo alcance: + años, hacia una organización jerárquica y la formación de centros nerviosos –hubs- en la corteza heteromodal.

3. Cambios en la conectividad subcortical-cortical. CONCLUSIONES 2. Durante el desarrollo: aumento de la segregación funcional y la integración. A distintos niveles: - arquitectura global - sistemas funcionales - núcleos individuales 3. Cambios en la conectividad subcortical-cortical. 4. Proceso dinámico de hiperconectividad seguido de poda.

CONCLUSIONES 5. Reconfiguración durante el desarrollo. 6. Cambios en las propiedades de circuitos locales y en el relativo equilibrio entre excitación-inhibición en circuitos locales. TDN.

FUTURAS INVESTIGACIONES Incrementar los tamaños de la muestra  Incrementar la potencia de los análisis estadísticos  Replicabilidad Los principios del desarrollo cerebral funcional

Gracias por vuestra atención