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NEUROCIENCIA COGNITIVA AVANZADA Semestre Octubre 2018 – Febrero 2019 Prueba de Evaluación Continua - PEC 2

NEUROCIENCIA COGNITIVA AVANZADA

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Presentación y objetivos

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Enunciado de la PEC 2

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Materiales

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Criterios de evaluación

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Formato de entrega

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Fecha límite de entrega

Presentación y objetivos Esta Prueba de Evaluación Continua 2 (PEC2) permite guiar el proceso de estudio, comprensión y evaluación de los contenidos correspondientes a los Capítulos 3 y 4 pertenecientes a la Sección 1 (Introducción a la neurociencia cognitiva) del manual de referencia: Redolar, D. (Ed.) (2014). Neurociencia Cognitiva. Madrid: Editorial médica Panamericana. A lo largo de esta prueba te iremos planteando situaciones hipotéticas que tendrás que responder en base a los contenidos estudiados. Recuerda que esta PEC ha de realizarse de manera individual y que no se trata de reproducir literalmente parte del material, si no de desarrollar y argumentar tus respuestas. El objetivo general es evaluar los conocimientos adquiridos en esta segunda parte de la asignatura de Neurociencia Cognitiva Avanzada.

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Enunciado de la PEC PREGUNTA 1. (3 puntos) La empresa S.B.A.K. ha desarrollado un videojuego para mejorar la memoria a corto plazo de personas mayores. La empresa contrata al equipo pluridisciplinar en el que trabajas para estudiar si, efectivamente, el entrenamiento cognitivo intensivo con este videojuego ralentiza el deterioro asociado al proceso de envejecimiento normal de las regiones cerebrales encargadas de crear nuevas memorias y consolidarlas. Para ello, decidís realizar una prueba de memoria a corto plazo y adquirir imágenes cerebrales mediante Resonancia Magnética en un grupo de 100 personas mayores de 60 años que acuden a un centro de psicoestimulación cognitiva. La mitad de ellas juega al videojuego una hora al día durante 6 meses, y la otra mitad se mantiene con sus actividades habituales. Finalizada la fase de intervención cognitiva (entrenamiento con el videojuego), volvéis a evaluar la memoria y a adquirir las imágenes cerebrales en ambos grupos. Teniendo en cuenta lo estudiado en los Capítulos 3 y 4, responde a las siguientes preguntas: 1.1. Si el videojuego ayudase a ralentizar el deterioro asociado al proceso de envejecimiento normal de las regiones cerebrales encargadas de crear nuevas memorias y consolidarlas ¿Qué región anatómica esperaríamos que mostrase menor deterioro en el grupo que recibió la intervención cognitiva respecto al que no la recibió? Justifica tu respuesta. Indica además cuáles son las principales vías de comunicación de esta región (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios). Capítulo 3, páginas 87-88. Se espera que el alumno/a haga referencia al hipocampo (formación hipocampal), que funcionalmente se ha relacionado con los procesos de formación, consolidación y almacenamiento de la memoria y, por tanto, con los procesos de aprendizaje. Además podría mencionar que los datos disponibles sugieren que la pérdida de neuronas en el hipocampo se relaciona con la pérdida de memoria asociada al envejecimiento normal. En cuanto a la anatomía del hipocampo el/la alumno/a podría mencionar que es una porción de corteza con una forma curvilínea, localizada en el interior del lóbulo temporal medial con tres zonas diferenciadas en las secciones coronales: circunvolución dentada, hipocampo u asta de Ammón y subículo. En cuanto a las vías de comunicación, deberá referir que la formación hipocampal recibe gran número de conexiones de la corteza entorrinal, que por su parte recibe numerosa información de diferentes áreas corticales. La formación hipocampal también recibiría información del área septal y del hipotálamo a través del fórnix principal vía eferente de la formación hipocampal. Ésta proyecta a través del fórnix al área septal, núcleo anterior del tálamo,

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cuerpos mamilares del hipotálamo y a diferentes núcleos del tronco y formación reticular. 1.2. Si vuestro objetivo fuese comprobar que la pérdida de sustancia gris en el cerebro, propia del proceso de envejecimiento normal, se ralentiza en el grupo que recibió la intervención cognitiva en comparación con el grupo que no la recibió: 1.2.1 ¿Qué tipo de imágenes de Resonancia Magnética deberíais utilizar y por qué? Para responder deberás tener en cuenta los diferentes tipos de imagen que se presentan en la figura 4-11 de la página 122 (Capítulo 4) del material (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios). Capítulo 4, página 122. Se espera que el/la alumno/a responda que el tipo de imágenes serán de Resonancia Magnética estructural potenciadas en T1, ya que informan sobre la anatomía y permiten la detección de cambios morfológicos, mientras que las imágenes en T2 aportarían información sobre la fisiopatología, siendo más útiles en la localización de lesiones en el SNC. Tampoco serían idóneas en este caso imágenes de densidad protónica, ya que obtendrían un bajo contraste entre sustancia gris y blanca. 1.2.2. ¿Qué procedimiento nos permitiría comparar los cambios morfométricos atribuibles a la intervención cognitiva? ¿Qué pasos tendrían que llevarse a cabo sobre las imágenes morfométricas? ¿Qué tipo de información puede obtenerse mediante su procesamiento y análisis? (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios). Capítulo 4, páginas 123-124. Se espera que el alumno/a mencione que el procedimiento que permite comparar los cambios morfométricos que se producen en ambos grupos es la “Morfometría basada en vóxeles”. Para emplear este procedimiento se necesitan imágenes de Resonancia Magnética con alta resolución. Los pasos necesarios para procesar estar imágenes serían: (1) segmentación (procedimiento por el que se separa la sustancia gris, la sustancia blanca y el líquido cefalorraquídeo) y (2) normalización (deformando la imagen del cerebro hasta situarla en un tamaño estándar, como el MNI (Montreal Neurological Institute) utilizado por la mayoría de investigadores. El tipo de información que se puede obtener mediante este procedimiento es la concentración o volumen de sustancia gris a nivel regional (vóxeles). Esta es la información que se introduce en los análisis estadísticos para comparar si la pérdida de concentración o volumen en cada vóxel de la imagen cerebral es menor en el grupo que recibió la intervención cognitiva frente al que no lo la recibió.

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PREGUNTA 2. (2 puntos) Eres un/a especialista clínico que participa en un proyecto de investigación sobre la efectividad de la Estimulación Magnética Transcraneal (EMT) para el tratamiento de la depresión. A tu consulta acude R.L.T, al que recientemente le han diagnosticado un Trastorno de Estrés Postraumático a raíz de un devastador incendio que se produjo en su lugar de residencia. Actualmente se encuentra constantemente alerta y nervioso y no puede dejar de pensar en lo ocurrido. Además, dice ‘sentirse triste la mayor parte del tiempo’ y ‘sin ganas de vivir’. Su miedo constante le ha hecho alejarse de sus amigos y familia y dejar de lado las actividades que antes le parecían placenteras. R.L.T desea entrar en el programa de EMT para el tratamiento de sus síntomas depresivos, pero antes de dar su consentimiento para la participación en el estudio, desea que le aclares algunas dudas sobre su trastorno y las características del tratamiento. 2.1. R.L.T. te pregunta ¿Qué puede haber pasado en mi cerebro durante el incendio para que ahora me encuentre así? Teniendo en cuenta los conocimientos adquiridos en el Capítulo 3 debes explicarle el funcionamiento de los sistemas implicados en la respuesta al estrés, los cuáles parecen estar hiperactivados en personas con este trastorno. (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios) Capítulo 3, página 69, Figura 3-1. Se espera que el/la alumno/a haga referencia a la interacción de los sistemas neuroendocrino (eje hipotálamo-hipófisosuprarrenal) y sistema nervioso autónomo (SNA) en respuesta al estrés. También que mencione los siguientes términos: núcleo paraventricular del hipotálamo o núcleo del tracto solitario; las siguientes hormonas: corticotropina (CRH), arginina vasopresina (AVP) y adrenocorticotropa (ADTH); glucocorticoides y glándula suprarrenal; núcleo paraventricular del hipotálamo; médula de la glándula suprarrenal; adrenalina y noradrenalina y sistema nervioso simpático. 2.2 R.L.T. desea saber cómo será el procedimiento de la EMT y si existen estudios que demuestren su efectividad para el tratamiento de la depresión. Justifica tu respuesta teniendo en cuenta los conocimientos adquiridos en el Capítulo 4 y el contenido complementario “Aplicación de la EMT para el tratamiento de la depresión” (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios) Capítulo 4, página 138. Se espera que el/la alumno/a explique la lógica subyacente a la EMT (recuadro sombreado en verde de la página 138) y mencione brevemente los elementos necesarios para el procedimiento de EMT y cómo se utilizan (Figura 4-32). Específicamente, deberá explicarle a R.L.T.

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que el procedimiento de EMT implica la emisión de un potente campo magnético a determinada frecuencia en las zonas cerebrales en las que se pretende inhibir o activar la actividad eléctrica de los grupos de neuronas de la región estimulada. Para ello, se utiliza una bobina de estimulación [(A) en la Figura 4-32] y un aparato de estimulación [(B) en la Figura 4-32]. La bobina de estimulación (unidad de capacitadores) se coloca en el cuero cabelludo cerca de la zona que se pretende estimular emitiendo un pulso/campo magnético. El/la alumno/a podría mencionar que este pulso magnético no causa dolor. También podría mencionar que la intensidad, frecuencia y duración el pulso magnético es controlada, mediante un ordenador, por el aparato de estimulación o unidad central. En cuanto a los estudios sobre la efectividad de la EMT, se espera que el/la alumno/a mencione la evidencia empírica incluida en el material complementario sugerido para este tema (https://www.jove.com/pdf/2345/jove-protocol-2345-theneurostar-tms-device-conducting-fda-approved-protocol-for). Se espera que, cómo mínimo, mencione que tras 4-6 semanas de aplicación de esta técnica sobre la corteza dorsolateral prefrontal izquierda se produce una reducción significativa de los síntomas depresivos en los pacientes tratados.

PREGUNTA 3. (3 puntos) Te han invitado a participar en el programa ‘Cuarto Milenio’ como especialista en la neurobiología de la conducta antisocial. El programa está dedicado a la historia del famoso asesino en serie Ted Bundy. Concretamente, participas en una sección del programa titulada ‘¿Qué ocurre en la mente de un psicópata?’. En tu caso, debes hablar sobre el funcionamiento cerebral de los psicópatas. Recurres a los conocimientos adquiridos en los Capítulos 3 y 4 para responder a las siguientes preguntas que te hace el presentador: 3.1. ¿Existe alguna región del cerebro que se haya relacionado sistemáticamente con la conducta antisocial y la psicopatía? Para responder a esta pregunta aportas el punto de vista del daño cerebral adquirido, presentando el famoso caso de Phineas Gage, un obrero de ferrocarriles al que accidentalmente una barra de metal le atravesó el cráneo. Muestras las siguientes imágenes y comentas que, después del accidente, la personalidad de Phineas cambió radicalmente. Pasó de ser una persona mesurada cordial y bondadosa a una persona con mal genio, fácil de irritar, dada a los insultos, con propensión al derroche y con una visión muy cortoplacista de la vida. Era, en general, una persona impaciente e irreverente, que se dejaba llevar por deseos fruto de un capricho y que pensaba poco en los demás. En resumen, tenía serias dificultades para inhibir conductas no deseables socialmente.

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A partir de este ejemplo y de las imágenes mostradas debes explicar (1) cuál es la región anatómica de la corteza cerebral lesionada, (2) cuáles son sus subdivisiones anatómicas, (3) cuáles son las funciones atribuidas a estas regiones que explicarían el cambio de personalidad de Phineas Gage (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios). ** Dado que el caso de Phineas Gage ha sido ampliamente estudiado, hay muchas referencias sobre él en internet. Si para responder a esta pregunta se usa información no incluida en el material de referencia de la asignatura, será necesario citar la fuente.

Capítulo 3, páginas 99-102. Se espera que el/la alumno/a mencione el lóbulo frontal y, en concreto, la corteza prefrontal. En cuanto a las subdivisiones anatómicas, el/la alumno/a podría mencionar las tres grandes regiones anatómicas en las que se subdivide la corteza prefrontal: la corteza prefrontal dorsolateral, la corteza prefrontal orbital (inferior) y la corteza frontal medial. En cuanto a las funciones de la corteza prefrontal para explicar el caso de Phineas Gage, se espera que el alumno mencione que la corteza prefrontal es la encargada de inhibir el comportamiento socialmente no deseado, así como de planificación mental y el control ejecutivo de las conductas. El/la alumno/a también podría mencionar que esta región juega un importante rol en el discernimiento entre factores emocionales y factores racionales a la hora de resolver dilemas morales. 3.2. ¿Existe alguna forma de saber si las lesiones en determinadas regiones tienen siempre la misma consecuencia conductual? Antes de responder esta pregunta, primero aclaras que para establecer relaciones causales habría que recurrir al método experimental, es decir, deberíamos poder manipular en el laboratorio el lugar y gravedad de la lesión. Por razones éticas evidentes eso es imposible en humanos, de ahí que este método lesional se use sólo en animales. Explica brevemente cuáles son y en qué consisten los procedimientos más habituales de lesión experimental (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios).

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Capítulo 4, páginas 137-138. Se espera que el/la alumno/a mencione los cuatro tipos de técnicas de lesión más frecuentes (mecánicas, electrolíticas, de bloqueo y químicas) y en qué consisten. El/la alumno/a podría también mencionar las técnicas basadas en la manipulación genética como método lesional desde una perspectiva molecular. 3.3. Si pudiéramos tener acceso al cerebro de un asesino en serie como Ted Bundy después de su muerte, y quisiéramos estudiar el volumen o cantidad de neuronas de las mismas regiones lesionadas en el caso de Phineas Gage ¿Qué tipo de técnicas deberían usarse? Para responder a esta pregunta describe los procedimientos que utilizarías para realizar un conteo de las células y calcular su volumen (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios). Capítulo 4, páginas 119. Se espera que el/la alumno/a haga referencia a las técnicas de conteo estereológicas. Estas técnicas permiten análisis cuantitativos y morfométricos que pueden implicar desde estimaciones del número de neuronas, células gliales o sinapsis encontradas en una región cerebral (por ejemplo, la corteza prefrontal) o el cálculo de su volumen, tamaño de las propias células nerviosas, sus prolongaciones y sinapsis u otros elementos subcelulares. Específicamente, las técnicas del disector o fraccionador óptico permiten estimar el número de neuronas contenidas en la región especificada. Para el cálculo del volumen se puede aplicar el llamado principio de Cavalieri, que permite obtener estimaciones no sesgadas del volumen de determinada región de interés a partir del área ocupada por la misma.

PREGUNTA 4. (2 puntos) En la sobremesa de una cena familiar alguien comenta que ha comenzado a leer un libro titulado “Por qué los hombres no escuchan y las mujeres no entienden los mapas”. Todos saben que estás cursando un Máster de Neuropsicología y que estás preparando el examen de Neurociencia Cognitiva, de ahí que te pregunten si esa afirmación tiene alguna base científica. Buscas en tu móvil un estudio que has leído recientemente en el que se maneja la hipótesis de que la ventaja de los hombres en capacidades espaciales se debe a su mayor conectividad intra-hemisférica, mientras que la ventaja de las mujeres en capacidades verbales se debe a su mayor conectividad inter-hemisférica. Le muestras a todos la siguiente figura del estudio en la que se ilustran estas diferencias de sexo en conectividad cerebral (**conexiones azules: hombres mayor conectividad que mujeres; conexiones naranjas: mujeres mayor conectividad que hombres):

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Referencia: Ingalhalikar, M., Smith, A., Parker, D., Satterthwaite, T. D., Elliott, M. A., Ruparel, K., ... & Verma, R. (2014). Sex differences in the structural connectome of the human brain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111(2), 823-828.

Teniendo en cuenta lo estudiado en el Capítulo 4, responde a las siguientes preguntas que hacen tus familiares: 4.1. ¿Cómo se pueden estudiar las diferencias de conectividad cerebral entre hombres y mujeres? Para responder esta pregunta, primero explicas que las diferentes regiones cerebrales se conectan entre sí anatómicamente a través de los tractos axonales y que las técnicas modernas de neuroimagen son de gran utilidad para obtener estimaciones de tales tractos in vivo. Explica brevemente (1) qué tipo de imágenes deberían obtenerse mediante Resonancia Magnética para poder comparar la conectividad entre hombres y mujeres y qué información contienen estas imágenes; y (2) qué procedimientos o técnicas se utilizan para procesarlas y obtener información sobre la integridad de la materia blanca y la conectividad entre regiones (1 punto. Máximo 1500 caracteres con espacios). Capítulo 4, páginas 123-125. Se espera que el alumno/a mencione que para contrastar esta hipótesis se necesitan imágenes de difusión por Resonancia Magnética, las cuales son sensibles al movimiento de las moléculas de agua en el cerebro. También deberá mencionar las imágenes de tensor de difusión (DTI), un tipo especial de técnica de difusión que permite estudiar la direccionalidad y magnitud de la difusión del agua, aportando información sobre la integridad de la materia blanca en cada vóxel del cerebro. El alumno/a puede mencionar el procedimiento de análisis denominado imágenes por espectro de difusión (DSI). También podría mencionar que se pueden aplicar procedimientos de morformetría basada en vóxeles para detectar qué conexiones del cerebro se han deteriorado más en las personas mayores que no han entrenado respecto a las que sí han entrenado. Finalmente, el alumno/a deberá mencionar que la tractografía sería una técnica

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útil para estudiar la conectividad entre regiones cerebrales. Esta técnica parte de la información sobre la direccionalidad de la difusión del agua contenida en las imágenes de tensor de difusión (DTI) para reconstruir las fibras de materia blanca y los grandes tractos que conectan unas regiones cerebrales con otras. 4.2. ¿Existe alguna forma de saber qué partes del cerebro se activan cuando estamos intentando seguir las instrucciones del GPS? Para responder a esta pregunta debes (1) mencionar la técnica específica de Resonancia Magnética que permite estudiar cuáles son las áreas cerebrales que se encuentran activadas en asociación a una tarea específica; (2) mencionar los mecanismos biológicos en los que se basa la técnica y las comparaciones necesarias para obte...