Plasticidad cerebral del córtex visual

FACULTAD DE MEDICINA Máster en Rehabilitación Visual MEMORIA TRABAJO FIN DE MÁSTER TITULADO Plasticidad cerebral del córtex visual Presentado por Salvador Solano Molina Tutelado por: Rubén Cuadrado Asensio En Valladolid a 22 de junio de 2019 Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual I ÍNDICE ÍNDICE ........................................................................................................................... I GLOSARIO DE ABREVIATURAS ..................................................................................... III RESUMEN .................................................................................................................... IV 1 INTRODUCCIÓN ......................................................................................................1 1.1 Baja visión por DMAE, ACV y otras patologías .............................................................2 1.2 Etiología ....................................................................................................................2 1.3 Epidemiología ............................................................................................................3 1.4 Factores de riesgo ......................................................................................................4 1.5 Características Clínicas ...............................................................................................6 1.6 Consecuencias. Visión con baja visión. ........................................................................6 1.7 Tratamiento mediante rehabilitación visual ................................................................6 2 OBJETIVOS ..............................................................................................................7 3 MATERIAL Y MÉTODO .............................................................................................8 3.1 Criterios de inclusión..................................................................................................8 3.2 Criterios de exclusión .................................................................................................8 4 RESULTADOS ........................................................................................................ 10 4.1 PLASTICIDAD CEREBRAL ........................................................................................... 12 4.1.1 Métodos y técnicas usadas en los experimentos para estudiar la plasticidad cerebral .................................................................................................................................................... 15 4.1.2 Estudio de la plasticidad cerebral para el diseño y ejecución de los tratamientos rehabilitación visual ................................................................................................................................. 20 4.1.3 Uso de la plasticidad cerebral para el diseño y ejecución de los tratamientos rehabilitación visual ................................................................................................................................. 24 5 DISCUSIÓN ........................................................................................................... 28 6 CONCLUSIONES .................................................................................................... 30 7 BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................................... 31 TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina II Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual III GLOSARIO DE ABREVIATURAS ACV Accidente Cerebro-Vascular AIT Accidente Isquémico Transitorio AV Agudeza Visual BV Baja visión BOLD Nivel de oxígeno dependiente en sangre (Blood Oxygen Level Dependent) DMAE Degeneración Macular Asociada a la Edad DNN Red Neuronal Profunda (Deep Neural Network) DPMM Modelo Dinámico de Supervisión del Rendimiento (Dinamic PerformanceMonitoring Model) EEG Electroencefalograma EPR Epitelio Pigmentario de la Retina fMRI Imagen por Resonancia Magnética Funcional (Functional Magnetic Resonance Imaging) LPZ Proyección de la Zona Lesionada (Lesion Projection Zone) MAIA Prueba de Integridad Macular (Macular Integrity Assesment) MAP Perimetría Adaptativa Multilínea (Multiline Adaptative Perimetry) MoE Mezcla de Expertos (Mixture of Experts) OCT Tomografía de Coherencia Óptica (Optical Coherence Tomography) OMS Organización Mundial de la Salud PL Aprendizaje Perceptivo (Perceptive Learning) PRL Locus Preferido Retiniano (Preferred Retinal Locus) RM Resonancia Magnética RV Rehabilitación Visual SEM Modelo de Ecuación Estructural (Structural Equation Modeling) TC Tomografía Computerizada tDCS Estimulación Transcraneal con Corriente Directa (Transcraneal Direct Currect Stimulation) TFM Trabajo Fin de Máster TMS Estimulación Magnética Transcraneal (Transcraneal Magnetic Stimulation) TV Televisión VPL Aprendizaje visual perceptivo (Visual Perceptive Learning) TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina IV RESUMEN Nuestro cerebro ofrece muchas posibilidades, muchas más de las que creemos. La plasticidad cerebral es una de ellas y conforme avanza la ciencia médica se va descubriendo el abanico de oportunidades que presenta. En este trabajo se pretende hacer un pequeño repaso a los problemas de los pacientes que se tratan en las unidades de rehabilitación visual (RV), como son la degeneración macular asociada a la edad (DMAE), accidentes cerebrovasculares (ACV), retinopatías, etc., su prevalencia, etiología y epidemiología. Se ha intentado hacer un acercamiento modesto al amplio campo de la plasticidad cerebral. La literatura científica existente en forma de artículos es muy extensa, y en muchos casos compleja de asimilar y resumir. Entran en juego muchos factores a la hora de poder evaluar qué es la plasticidad cerebral: los mecanismos que la activan y modulan, cuándo y cómo se presenta, así como qué podemos esperar de ella. Sus autores reflejan en las publicaciones la actualidad de las técnicas y modelos que permiten estudiar e interpretar los resultados de los experimentos llevados a cabo. Existen muchos modelos y técnicas, pero no nos debe extrañar, al ser la plasticidad cerebral una materia de actualidad que genera acalorados debates en la comunidad científica. Existen claves que pueden ayudar a comprender mejor hacia qué dirección debemos de dirigirnos en nuestra formación continua como profesionales de la RV. La producción científica al respecto es rica y variada, se presentan muchos métodos y técnicas. En el campo de la plasticidad cerebral existen muchos enfoques a la hora de abordar el entrenamiento visual de los pacientes, cada científico elabora sus propios métodos, o usa los que ya están creados, con sus propias baterías de estímulos o tareas; así como también con su propia forma de evaluación. Diversos autores coinciden en algunas técnicas, las cuáles parecen ser fáciles de aplicar y que ofrecen resultados satisfactorios. Otros son más arriesgados y proponen el uso de técnicas más novedosas aun a riesgo de errar en los resultados a largo plazo, aunque en un campo como es el de la plasticidad cerebral no se pueden dar cosas por sentado. Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual V Aunque no todos se dirigen en la misma dirección, sí son importantes los descubrimientos y avances que van haciendo. Unos son más fáciles de aplicar en la práctica diaria y otros requieren mayor complejidad y por tanto son difícilmente reproducibles fuera de un laboratorio. Como punto final es, necesario recalcar que todos los autores implicados parecen coincidir en tener una visión responsable y optimista al respecto del uso de la plasticidad cerebral en los tratamientos de RV, ya que en algunos casos se ve lo laborioso que resulta el llevar a cabo los experimentos con pacientes, así como la paciencia que deben de tener para procesar, analizar y mostrar los resultados de la forma más rigurosa posible. Palabras Clave [plasticidad cerebral], [aprendizaje perceptivo], [DMAE], [córtex visual], [rehabilitación visual] TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 6 - Genética: - Patologías: Las patologías que afectan a la circulación sanguínea pueden aumentar el riesgo. 1.5 Características Clínicas Como se ha descrito previamente, la DMAE puede ser seca o atrófica, o húmeda o exudativa. En ambos casos será necesario realizar pruebas complementarias (retinografía, angiografía, tomografía óptica de coherencia (optical coherence tomography, OCT)), para poder analizar los signos clínicos que presentan. Dichas técnicas son imprescindibles para el diagnóstico y seguimiento de la patología pues permiten valorar la eficacia del tratamiento, así como la expansión o empeoramiento de la patología. Además, como se verá más adelante, estas técnicas nos ayudarán de cara al posterior tratamiento de RV. En el caso de los ACV los signos clínicos se analizan con la ayuda de la tomografía computarizada (TC), la angiografía, así como también una resonancia magnética (RM). Además, la exploración física previa por parte del médico es vital incluso antes de realizar las pruebas complementarias anteriormente citadas. 1.6 Consecuencias. Visión con baja visión. La DMAE y los ACV limitan la función visual, bien a nivel de la retina o a nivel cerebral, respectivamente. Esta limitación será proporcional al nivel de afectación de la patología. Aún siendo patologías muy diferentes, dependiendo de en qué parte del sistema visual se esté actuando habrá mayores posibilidades de éxito en tratar las consecuencias. 1.7 Tratamiento mediante rehabilitación visual Una vez determinado el diagnóstico de la patología y cómo ésta afecta al sistema visual (en qué grado y a qué nivel), se podrá pasar a la parte de la RV para elaborar un tratamiento adecuado y personalizado para cada paciente. Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 7 2 OBJETIVOS 1. Recopilar y analizar, mediante revisión bibliográfica, los estudios existentes referentes a la plasticidad cerebral del córtex visual. 2. Describir qué pruebas e indicadores podemos estudiar para conocer la existencia y naturaleza de la plasticidad cerebral. 3. Determinar la importancia de la capacidad de la plasticidad cerebral para el campo de la RV. 4. Analizar la causalidad de la actuación de la plasticidad cerebral para dirigirla y aplicarla a los tratamientos de RV. TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 8 3 MATERIAL Y MÉTODO El método seguido en este trabajo ha sido la modalidad de revisión bibliográfica. Para la recopilación de la información se ha acudido a la red Internet usando páginas web como: PubMed, artículos científicos de páginas web, Wikipedia y libros de autores en formato PDF. El procedimiento para la búsqueda de información ha sido mediante la inserción de las palabras clave deseadas en el buscador de la página PubMed, siendo el formato: “palabra_clave1 palabra_clave2”, “palabra_clave1” + “palabra_clave2”, así como con tres, cuatro o cinco palabras clave. 3.1 Criterios de inclusión Los criterios que se siguieron a la hora de seleccionar los artículos han sido: - Artículos que trataban sobre la plasticidad cerebral centrada en la zona del córtex visual. - Aquellos que, aunque no se centraban en la zona del córtex visual, sí que trataban los mecanismos que entran en juego en otras zonas para que se pueda producir dicha capacidad. - Los que trataban sobre posibles métodos y técnicas para poder poner en funcionamiento la plasticidad cerebral que conduce a la recuperación de la función perdida, se trate o no sobre del sentido de la visión. - Los artículos que han basado sus investigaciones en humanos (aunque algunos reflejan, de forma complementaria, resultados en animales). - Antigüedad de hasta 5 años. Se han incluido otros que tienen hasta 10 años y excepcionalmente uno de hace 14 años, por su gran afinidad con el tema. - Selección individual de autores que centran sus investigaciones en la plasticidad del córtex visual cerebral. 3.2 Criterios de exclusión - Artículos solo de experimentos en animales. Se ha considerado que dada la Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 9 temática hay suficientes estudios realizados con humanos. - Artículos densos y específicos, centrados en conceptos teóricos y básicos, poco relacionados con la aplicación en rehabilitación visual. - Artículos centrados en la biología más que en los mecanismos funcionales cerebrales. - Artículos que son muy similares en contenido y que no aportan más luz sobre el tema. TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 10 4 RESULTADOS Se encontraron los siguientes resultados en la búsqueda: 1º “cortical plasticity” -> 1669 artículos. 2º “visual cortical plasticity” -> 116 artículos. De los más relacionados con nuestro tema, se selecciona el siguiente: Seitz AR (2013). Cognitive Neuroscience: Targeting Neuroplasticity with Neural Decoding and Biofeedback. Current Biology. 23(5),R210-2 3º “visual cortical” + “visual perception” -> 558 resultados. Se selcciona el siguiente artículo: Minamisawa G, Funayama K, Matsumoto N, Matsuki N and Ikegaya Y (2017). Flashing Lights Induce Prolonged Distortions in Visual Cortical Responses and Visual Perception. eNeuro. 4(3). 4º “neural plasticity” -> 4814 resultados. Son demasiados y en los primeros 200 resultados no veo nada que me resulte interesante así que pruebo con otras palabras clave. 5º “neural development” + “networks” -> 240 resultados. Se seleccionó el que parece más interesante: Dick AS, Solodkin A and Small SL (2010). Neural development of networks for audiovisual speech comprehension. Brain and language. 114(2),101-14. 6º “visual cortical mechanism” -> 3331 resultados. De los más recientes, se seleccionó el siguiente: Salomão RC, Martins ICVDS, Risuenho BBO, Guimarães DL, Silveira LCL, Ventura DF, Souza GS (2019). Visual evoked cortical potential elicited by pseudoisochromatic stimulus. Documenta Ophthalmologica. 138(1),43-54. 7º “perceptual learning” -> 1798 resultados. Se refina la búsqueda con un tercer término: “modeling”. 8º “perceptual learning” + “modeling” -> 37 resultados. Se seleccionó: Wenliang LK and Seitz AR (2018). Deep Neural Networks for Modeling Visual Perceptual Learning. Journal of Neuroscience. 38(27),6028-6044. Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 11 9º “neurological repair” + “after stroke” -> Un único resultado: Small SL, Buccino G and Solodkin A (2013). Brain repair after stroke--a novel neurological model. Natural Reviews: Neurology. 9(12),698-707. 10º “visual córtex” + “gap” -> 190 resultados. Se seleccionó: Cottereau BR, McKee SP and Norcia AM. (2012). Bridging the gap: global disparity processing in the human visual córtex. Journal of Neurophisiology. 107(9),2421-9. 11º “brain plasticity visual rehabilitation” -> 86 resultados. Se seleccionaron: Legge GE, Chung STL (2016). Low Vision and Plasticity: Implications for Rehabilitation. Annual review of vision science. 2,321-43. Cheung SH, Legge GE (2005). Functional and cortical adaptations to central vision loss. Visual Neuroscience. 22(2):187-201. En la búsqueda por autores específicos en esta área: 1º Seitz AR[Author]” -> 82 artículos de este autor y se seleccionaron: Maniglia M and Seitz AR (2018). A New Look at Visual System Plasticity. Trends in cognitive sciences. 23(2),82-83. Deveay J, Ozer DJ and Seitz AR (2014). Improved vision and on-field performance in baseball through perceptual learning. Current Biology. 24(4),R146-7. Seitz AR (2017). Perceptual learning. Current Biology. 27(13),R631-6. Sotiropoulos G, Seitz AR and Seriès P (2018). Performance-monitoring integrated reweighting model of perceptual learning. Vision Research. 152,17-39. Sotiropoulos G, Seitz AR and Seriès P (2014). Contrast dependency and prior expectations in human speed perception. Vision Research. 97,16-23. Seitz AR (2018). A New Framework of Design and Continuous Evaluation to Improve Brain Training. Journal of cognitive Enhancement. 2(1),78-87. Steven M.Thurman et Al. (2018). Multi-line Adaptive Perimetry (MAP): A New Procedure for Quantifying Visual Field Integrity for Rapid Assessment of Macular Diseases. Translational vision science & technology. 7(5),28. 2º Maniglia M[Author] Se selecciona por colaborar con Seitz AR-> 23 artículos. TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 12 Se seleccionaron los siguientes: Maniglia M, Cottereau BR, Soler V and Trotter Y (2016). Rehabilitation Approaches in Macular Degeneration Patiens. Frontiers in systems euroscience. 27(10),107. Maniglia M, Soler V, Cottereau B and Trotter Y (2018). Spontaneus and traininginduced cortical plasticity in MD patiens: Hint from lateral masking. Scientifics reports. 8(1),90. 4.1 PLASTICIDAD CEREBRAL La plasticidad cerebral, como capacidad inherente al ser humano, está presente a lo largo de toda la vida, dependiendo mucho de la edad que se tenga, así como de cuando apareció la discapacidad visual. El grado y forma de actuación de la plasticidad cerebral cambia conforme vamos cumpliendo años, como describieron Dick, Solodkin y Small, (2010) en su estudio sobre las redes neuronales implicadas en el proceso de la percepción y procesamiento auditivo y audiovisual. Según los resultados obtenidos tras caracterizar los cambios en las interacciones neuronales mediante la fMRI y el análisis estadístico de Modelado de Ecuación Estructural (Structural Equation Modeling, SEM) vieron que el funcionamiento del cerebro adulto difiere en algunos aspectos con el del niño. Un dato de esto es que, durante la interacción de un adulto con otras personas mediante el habla, el cerebro del adulto está más influenciado por la información visual percibida durante el habla con la otra persona (lectura de labios, gestos, posturas, etc.) que en el cerebro del niño. Conforme más expuesto se esté a la experiencia perceptual con el lenguaje (así como en la propia emisión del lenguaje) mayor será esta influencia. Según el Dick, et al. (2010), dicha influencia aumenta conforme el niño va creciendo debido a que va adquiriendo experiencia perceptiva con el paso de los años. Se observa la importancia de la experiencia vivida en el desarrollo cerebral, y que será muy importante el haber adquirido la suficiente antes de sufrir una discapacidad visual, o después. Por tanto, su sistema cerebral va madurando e integrando más información procedente de otros sentidos para el procesamiento perceptivo y así poder obtener una respuesta adecuada para interaccionar con éxito con el medio que le rodea. Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 13 Figura 1. Imagen fMRI de las regiones cerebrales activadas durante la interacción con habla en niños y adultos. (Seitz, 2017). En este mismo artículo se señala que en personas con problemas auditivos, como es el caso concreto de los pacientes con implantes cocleares, se ha demostrado como la plasticidad cerebral juega un papel importante; cabe recordar que también es crucial el hecho de que la discapacidad haya aparecido antes o después de los 7 años. Esto hace que la influencia de la percepción visual en la comprensión del habla se haya visto acelerada para poder obtener una buena integración y comprensión cerebral de la conversación con la otra persona, sobre todo en pacientes con buena inteligibilidad a la hora de hablar en la cual la influencia es todavía mayor. Por tanto, se demuestra que existe una relación entre la propia comprensión audiovisual, que mejora con los años gracias a la plasticidad cerebral, y las interacciones de las regiones cerebrales implicadas que se activan durante el proceso del habla con otra persona, tanto en la percepción del habla como en la propia que se produce. Éste es un mecanismo adaptativo que nos ayuda a poder utilizar todo nuestro potencial para poder sobrevivir en el medio que nos rodea, aunque se vayan presentando dificultades de tipo funcional. Así pues, viendo la importancia que tiene la edad del paciente en la aparición de la discapacidad visual comenzamos detallando que tenemos varios hitos de TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 14 maduración en nuestra capacidad visual, que influye de manera directa en nuestra plasticidad cerebral y en qué podemos esperar de ella: hasta los 6 o 7 años se desarrolla la capacidad de la agudeza visual y de sensibilidad al contraste, y ya en la adolescencia la percepción facial en todo su ámbito (Legge y Chung, 2016). La plasticidad cerebral tiene naturaleza dual, es decir, que tiene dos formas generales de actuar. Para unos casos ha ido activando el solapamiento de funciones provenientes de otros sentidos y favoreciendo cambios a nivel del córtex visual, que es la zona de interés en la que nos centramos. y para otros casos dichas zonas las ha mantenido acotadas para los otros sentidos, no dejando que las neuronas de dentro del córtex visual se vean activadas por otros estímulos que no sean los provenientes del sentido de la vista. Para ayudarnos a aclarar este punto, el que llamamos de la naturaleza dual de la plasticidad cerebral, vamos a clasificar a las personas que tienen baja visión en dos grandes grupos de personas: a) Estado de la plasticidad cerebral en personas con problemas visuales adquiridos antes de los 7 años de edad Como se ha visto antes, si bien es importante el estado madurativo de las estructuras visuales funcionales, lo es mucho más el nivel madurativo a nivel del córtex visual que es donde realmente se procesa la información visual. No solamente basta con que se forme y desarrolle adecuadamente la estructura que cumple la función, sino que también es necesario el que alcance el desarrollo madurativo a nivel de experiencia ambiental: como se procesa e integra la información, y como el sistema va aprendiendo conforme interacciona a lo largo del tiempo con el medio que le rodea. Es decir, el haber podido alcanzar todo su potencial gracias a haber estado expuesto a las experiencias propias de la vida. Para estos casos las soluciones que puede ofrecer la ciencia son más limitadas a día de hoy, pues la plasticidad cerebral ha activado el solapamiento de funciones ante la inexistencia de estímulos visuales, o de estímulos de calidad. Legge y Chung (2016) describieron que, p.ej. dado el caso, en la zona V1 y en la V2 del córtex visual, pueden alojarse funciones propias de otros sentidos como lo son el de la audición y el del tacto; neuronas que inicialmente se ocupaban de Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 15 procesar señales propias del sentido de la vista han pasado a procesar señales del sentido de la audición y el tacto. La explicación es que la plasticidad cerebral ha ampliado la zona de neuronas encargadas de procesar las señales haciendo que las limítrofes y sus contiguas, en cascada, participen de la función para darle mayor protagonismo y poder suplir la falta de percepción de información visual. A fin de cuentas, el cerebro necesita recibir y procesar información procedente de los sentidos para poder interactuar con el medio que le rodea y para ello recurre a todos los mecanismos que tenga a su alcance. b) Estado de la plasticidad cerebral en personas con problemas visuales adquiridos después de los 7 años de edad Para el segundo grupo, las personas que padecen alguna patología que les provoca baja visión, la plasticidad cerebral según Legge y Chung, (2016) actúa de otra manera. Hace mantener las funciones visuales inalterables en el córtex visual, es decir, que, ante la percepción de estímulos de baja calidad, como puede ser la existencia de cataratas, o la inexistencia de los mismos en alguna zona del córtex visual (por DMAE, ACV, etc.) la zona se mantiene acotada y no se ve solapada por las regiones cerebrales limítrofes. Esto hace que, p.ej., en las personas que sufren cataratas el tratamiento quirúrgico sea una opción bastante exitosa pues, aunque éstas se han ido desarrollando con el paso del tiempo en la edad adulta al retirarlas de forma quirúrgica la visión se recupera en la mayoría de los casos y con bastante AV. 4.1.1 Métodos y técnicas usadas en los experimentos para estudiar la plasticidad cerebral En los experimentos que se han llevado a cabo es preciso el poder contar con herramientas de evaluación para cuantificar y estudiar los resultados obtenidos en los experimentos, para su control y seguimiento a lo largo del tiempo, lo que llamamos estudios longitudinales. La plasticidad cerebral va ligada al aprendizaje visual perceptivo (Visual perceptive learning, VPL); es importante, por tanto, conocer ésta para saber cómo actúa la primera. Seitz (2017) describió TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 22 junto con la técnica fMRI. Las conexiones de las redes o circuitos neuronales procesan mejor la información en el córtex visual conforme más especializados están los circuitos como se puede ver en el estudio de Cottereau, McKee y Norcia, (2012). Según los resultados obtenidos con electroencefalograma (EEG) de Alta Densidad, a mayor especialización del circuito mejor será la sensibilidad al cálculo de la diferencia de la disparidad del estímulo y, además, se pueden tener diferentes grados de especialización del circuito dependiendo de en la zona que se encuentre V1, V2, V3, etc.; recordemos la distribución de las zonas en la figura 3. Maniglia y Seitz, (2018b) describieron que, en los ratones, el aprendizaje asociativo de las neuronas en V1, que es la zona cerebral que procesa los estímulos procedentes de la fóvea, ayuda a que éstas puedan producir una respuesta más eficiente al estímulo con la implicación de menor número de ellas; mayor eficiencia. Esto es interesante desde el punto de vista de la maduración de las redes neuronales, pues conforme van cogiendo experiencia, el sistema va mejorando su eficiencia. Otro dato interesante que aporta Maniglia y Seitz, (2018b) es que, según los experimentos analizados de otros estudios llevados a cabo en monos, la reorganización neuronal llevada a cabo por los mecanismos de plasticidad cerebral suele ser más exitosa en las zonas corticales A1 (audición) y S1 (tacto) que para V1 (visión). Parece ser que uno de los motivos podría ser debido a la complejidad de la tarea, a mayor complejidad mayor nivel de plasticidad cerebral empleamos. El segundo motivo es que cuando trabajamos la visión de forma habitual y normal, no solamente estamos trabajando la fóvea, siendo el campo receptivo para el estímulo menor y cuya correspondencia cerebral es V1, sino que trabajamos el resto de la retina haciendo que el esfuerzo llevado a cabo por la fóvea sea menor y por tanto menor la intensidad y complejidad del estímulo que llega a V1. El VPL o el PL orientado a la visión es capaz de provocar la reorganización de las redes neuronales, pero debemos de saber que ésta no se produce, así porque sí, sino que entra en juego el término que llamamos “especificidad”, el cual hace alusión a que el VPL será más sensible cuanto más específico sea el estímulo o tarea. Tradicionalmente se ha situado a la entrada del córtex visual, donde la información retinotópica está mejor preservada, pero los experimentos Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 23 de Sotiropoulos, Seitz y Seriès, (2018) demostraron que hay otras zonas en donde también se produce. Sotiropoulos et al., (2018) coincidieron con Seitz (2017) en cuanto a la “especificidad”, señalando que “tradicionalmente se ha pensado que el PL es altamente específico a las propiedades del estímulo, de la tarea y de la posición retinotópica” (Sotiropoulos et al., 2018). Efectivamente esto ha sido así durante mucho tiempo, pero que esa visión está cambiando, a la vista de las evidencias (p.ej. la especificidad retinotópica durante el entrenamiento puede disminuir si utilizamos varios estímulos cortos en vez de uno largo), con el paso del tiempo y la actuación del PL con las redes neuronales. Esta actuación lo denomina “transferencia de aprendizaje” de unas zonas a otras, bajo varios parámetros en determinadas circunstancias. Un ejemplo de ello visto en este artículo es el paradigma del doble entrenamiento: si estamos entrenando la discriminación al contraste en una localización y de forma intercalada entrenamos, p.ej. con una tarea de discriminación de la orientación en una segunda localización, veremos que en esa segunda localización se transfirieron las mejoras aprendidas de la primera localización. Sotiropoulos et al., (2018) describieron varios modelos para poder estudiar mejor la especificidad del PL, que marcará la directriz de lo que tendremos que tener en cuenta a la hora de diseñar y ejecutar los tratamientos de RV. Estos modelos tienen en cuenta la contribución individual de las zonas V1 y V4, a los cuales llama “expertos”, en base a unos criterios: uno es el Modelo Dinámico de Supervisión del Rendimiento (Dinamic Performance-Monitoring Model, DPMM) el cual nos permite entender mejor los mecanismos de transferencia del aprendizaje, como por ejemplo por qué se da el caso anterior (la disminución de especificidad retinotópica si usamos varios estímulos cortos en vez de uno individual más largo). El concepto del modelo DPMM, a grandes rasgos, es que el sistema de unidad de decisión de alto nivel (la decisión final que toma el PL) tiene en cuenta las zonas, o expertos, V1 (zona retinotópica) y V4 (zona no retinotópica) de manera ponderada, haciendo que el rendimiento de V4 aumente conforme aumenta el rendimiento del sistema en conjunto; a V4 lo tiene como subsistema. Con esto queremos explicar el porqué del peso de V4 en la especificidad y por tanto en el PL si la zona V4 es no retinotópica. Es decir, el peso que tiene este TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 24 subsistema en la decisión del sistema perceptual. Dice literalmente en el artículo que en el modelo DPMM este criterio es “un intercambio entre la invarianza de la ubicación retinotópica del aprendizaje y del rendimiento” (Sotiropoulos et al,. 2018). El segundo modelo trata sobre la mezcla de expertos (Mixture of experts, MoE), en el cual el criterio es basado puramente en el rendimiento de las zonas V1 y V4. Aún así, ambos modelos presentan limitaciones, como en el caso de utilizar estímulos de contraste o en el uso de estímulos en determinado orden (que se da en una secuencia, pero no en la contraria). Sotiropoulos, Seitz y Seriès, (2014), estudiaron la hipótesis del cerebro Bayesiano con el cual se intenta dar explicación a varios casos. Uno de ellos es el “Efecto Thompson”: para un mismo sujeto una pelota que lleve la misma velocidad a éste le parecerá que va más rápido cuando la imagen de la pelota tenga mayor contraste. Concluyeron que “el cerebro representa las expectativas previas y las probabilidades de entrada sensorial y las combina en distribuciones posteriores, de acuerdo con la regla de Bayes” (Sotiropoulos, Seitz y Seriès, 2014). 4.1.3 Uso de la plasticidad cerebral para el diseño y ejecución de los tratamientos rehabilitación visual En este apartado se describirán qué mecanismos y técnicas debemos de poner en marcha para usar la plasticidad cerebral a favor de nuestros pacientes con deficiencia visual asociada a DMAE, ACV, y demás patologías que afectan al sistema visual. Según Small, Buccino y Solodkin, (2013), los mecanismos de reparación neurológicos en el paciente que ha sufrido un ACV implican la plasticidad cerebral de las neuronas y de sus circuitos. Señalan que es un fenómeno sináptico estimulo-dependiente y que por tanto necesitará de ambas intervenciones, la de la plasticidad cerebral y la comportamental (entrenamiento mediante estímulos), para volver a reorganizar los circuitos cerebrales. Los mecanismos de curación o restauración a los que hacen mención Small et al., (2013), que son los que nos interesan, se pueden llegar a conseguir mediante dos vías: restauración directa (los circuitos dañados son restaurados de forma biológica), y la restauración indirecta (los circuitos neuronales adyacentes son usados para suplir las Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 25 funciones del circuito original). La restauración de los circuitos para recobrar las funciones perdidas, en este caso la función visual, no solamente depende de los factores biológicos endógenos del paciente sino también de los estímulos exógenos; recordemos que la plasticidad cerebral se activa y modula por los estímulos que proceden del exterior. Para poder llegar al estado pre-ACV el paciente ha necesitado años de experiencia, para poder recuperar la función necesitará otra cantidad similar de años. Esto quiere decir que no solamente basta con restaurar las conexiones neuronales perdidas, sino que será preciso que las mismas se vean sometidas al mismo nivel de experiencia que a las que pretenden sustituir, pues la experiencia a lo largo de los años ha ido modelando el funcionamiento de los circuitos cerebrales. Además, el tipo de estímulo y/o tareas llevadas a cabo en los entrenamientos influenciarán de forma directa en el grado de modificación de los circuitos neuronales. Por tanto, para poder ayudar al sistema cerebral a restaurar los circuitos cerebrales de forma indirecta, necesitaremos una terapia rehabilitadora a medida (con estímulos a medida o bien una intervención comportamental a medida) que pueda modular y activar la VPL haciendo que otros circuitos ayuden a restaurar los que deseamos. En base a Small et al., (2013), la terapia a medida se podría elaborar con la fMRI, biomarcadores y con medidas neurofisiológicas del paciente. De esta manera se iría monitorizando y autoajustando la terapia conforme se fuese ejecutando a lo largo del tiempo. Además, señalaban el sistema cerebral de neuronas espejo que tenemos ayudaría a que los circuitos del sistema neuronal se reactivaran por imitación de las personas que tenemos a nuestro alrededor cuando realizasen las mismas tareas, aunque en el caso de la visión tiene menos trascendencia). El rendimiento visual es sabido que se puede mejorar, como concluyeron Deveay, Ozer y Seitz, (2014) en su estudio, donde publicaron los resultados obtenidos en los jugadores de un equipo de béisbol, sin problemas visuales), después de haber sido sometidos a entrenamiento con diversos sets de estímulos visuales. Estos mejoraron su rendimiento visual binocular en el campo de béisbol (acertando a batear la bola en más ocasiones). Con ello podemos ver como el entrenamiento perceptual mejora de forma sustancial el rendimiento visual. TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 26 Para Seitz (2018), la mejora del entrenamiento cerebral en aspectos tales como la visión, audición, atención y control cognitivo, memoria, etc., puede alterar los procesos cerebrales fundamentales beneficiando al paciente que lo realiza en sus actividades diarias. Existe controversia al respecto en saber cómo evaluar correctamente las mejoras que se dan gracias a ese entrenamiento (Seitz, 2018), porque aún habiendo múltiples métodos de evaluación disponibles estos deberían de ser fidedignos, válidos y trasladables al mundo real, que es el que nos interesa como profesionales de la RV. Estos aspectos no se cumplen al cien por cien, p.ej. el hecho de que el resultado no sea reproducible. Existen trabajos en ese sentido como en el de Simons et al. (2016), que intenta darnos recomendaciones de cómo deberían de ser los métodos que evaluasen los resultados del entrenamiento cerebral en la RV: doble ciego, aleatorización, tamaños muestrales grandes, parámetros de evaluación múltiples y variados, uso de diferentes métodos estadísticos, etc). Para que un tratamiento de RV tenga éxito es necesario tener herramientas de evaluación y seguimiento adecuadas para poder ir corroborando la buena ejecución, ir viendo cómo se van cumpliendo los objetivos e ir consolidando los resultados. Otros modelos de evaluación van encaminados hacia el uso de diseños basados en la evidencia del resultado donde el desafío de la prueba está individualizado y va ajustando la dificultad del mismo en base a las respuestas obtenidas sobre la marcha para encontrar el umbral de rendimiento (como los test computarizados que podemos usar en nuestros gabinetes de RV, que se pueden ir auto modificando sobre la marcha). Otra forma de evaluación que recomienda Seitz (2018) es la evaluación continua, pues de este modo el paciente se siente con menos estrés y más cómodo sin saber que está siendo evaluado. Además, se dispondrá de más resultados para comparar y estudiar, y de esta forma hacer el seguimiento al tratamiento de RV que estamos ejecutando con el paciente. Maniglia, Cottereau, Soler y Trotter, (2016) estudiaron el uso del PL en los tratamientos de RV de pacientes con DMAE. Describieron la posibilidad de usar de forma conjunta al entrenamiento del PL el uso de la técnica de estimulación eléctrica cerebral (estimulación magnética Transcraneal (Transcraneal Magnetic Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 27 Stimulation, TMS) y estimulación transcraneal con corriente directa (Transcraneal Direct Currect Stimulation, tDCS). Según los resultados obtenidos en diferentes estudios con el uso ambas técnicas son bastante prometedores, pues consiguen resultados de forma mucho más rápida y estable en el tiempo. Maniglia et al., (2018a) estudiaron la plasticidad cerebral en pacientes con DMAE. Como se observa en algunos estudios, hay pacientes en los que se produce una reorganización cortical en la proyección de la zona lesionada (Lesion Projection Zone, LPZ) para obtener un nuevo locus retiniano preferencial (Preferred retinal locus, PRL), aunque también hay otros pacientes en los que no se da. Se dan casos en los que el paciente desarrolla varios PRL, utilizando uno para algunas actividades, como la lectura, y otro para otras, como ver la TV. Además, señalan que gracias a la plasticidad cerebral se consiguen mejoras sensitivas en el paciente, aumento en la velocidad de lectura y en el contraste, y que además éstas perduren después del entrenamiento. TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 28 5 DISCUSIÓN A lo largo de la revisión bibliográfica de los artículos se ha podido comprobar como los resultados de los autores van en diferentes direcciones. Esto es semilla para que el tema de la plasticidad cerebral genere un importante debate en la comunidad científica. Conforme van pasando los años se va disponiendo de mayores recursos para poder estudiar el cerebro. Tecnologías tales como la fMRI ayudan enormemente a la exploración del cerebro y nos permite un acercamiento al conocimiento del mismo. Científicos de todo el mundo, que han participado en los artículos revisados en éste TFM, aún así, dan cuenta que en muchos casos los resultados obtenidos no son concluyentes. En unos casos debido a que las herramientas o test de los que se disponía no permitieron asegurar una correcta evaluación de los parámetros que se pretendían examinar, y en otros casos debido a que los sujetos objeto de estudio, o las condiciones en las que se evaluaron a los mismos, no fueron los más adecuados. La informática juega un papel muy importante en la evaluación de los resultados mediante los modelos computacionales. En muchos de los artículos se critica el uso de unos métodos u otros pareciendo que no logren ponerse de acuerdo para poder avanzar todos juntos en la misma dirección. La producción científica debería de ser más colaborativa de lo que parece ser, es decir, colaborar más para poder resolver las incógnitas que no nos permiten avanzar en el conocimiento del cerebro. Se debería lograr poner en común el conocimiento y bagaje para poder estandarizar modelos y técnicas, que no hubiese tantas y no fuese tan complicado el extrapolar los resultados de unas a otras. La crítica debería ser constructiva, pues investigar en un campo tan complicado como el de la plasticidad cerebral no es tarea baladí. Aún así, sería necesario que en los laboratorios se pudiese contar con la más puntera tecnología computacional para poder poner en marcha los modelos computacionales que tanto ayudan de cara a predecir variables y resultados en la investigación con pacientes reales, los cuales son complicados de reclutar para los estudios. Adicionalmente, se debería de concienciar más a la población acerca de la importancia que tiene el colaborar como pacientes en los experimentos científicos, Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 29 pues de sus resultados y conocimiento nos beneficiamos todos como sociedad. Queremos que los científicos nos resuelvan nuestros problemas visuales, pero estos, no con poca dificultad, pueden poner en marcha sus investigaciones en pacientes reales. Los profesionales de la RV deberíamos de estar más formados en las últimas técnicas y conocimientos científicos para poder aplicarlos en los tratamientos de RV que diseñamos para nuestros pacientes con baja visión. TFM: Plasticidad cerebral del córtex visual Salvador Solano Molina 30 6 CONCLUSIONES Los estudios revisados, de los últimos 10 años, en materia de plasticidad cerebral del córtex visual nos permiten vislumbrar un futuro esperanzador en el campo de la RV. Las pruebas e indicadores más apropiados para conocer la naturaleza de la plasticidad cerebral son la fMRI, la MAP, la tDCS y la TMS así como el uso de los modelos matemáticos estadísticos e informáticos. El cerebro permite, en caso de privación sensorial, reasignar áreas del mismo para potenciar otros sentidos, asi como también la reasignación de zonas retinianas para la localización de un nuevo LPZ. La tDCS y la TMS son las técnicas de vanguardia para la activación de la plasticidad cerebral. Se puede conseguir reactivar zonas cerebrales del córtex visual adormecidas por falta de estimulación retiniana para que las mismas se puedan volver a usar. Los profesionales de ciencias de la visión podrán servirse de los avances y uso que los neurólogos hagan de la misma para conseguir mejorar la tasa de éxito en los tratamientos de RV de los pacientes. Salvador Solano Molina TFM: Plasticidad cerebral del cortex visual 31 7 BIBLIOGRAFÍA - Cheung, S.H. y Legge, G.E. (2005). Functional and cortical adaptations to central vision loss. Vision Neuroscience. 22(2),187-201. - Cottereau, B.R., McKee, S.P. y Norcia, A.M. (2012). Bridging the gap: global disparity processing in the human visual córtex. Journal Neurophisiology. 107(9),2421-9. - Deveay, J., Ozer, D.J. y Seitz, A.R. (2014). Improved vision and on-field performance in baseball through perceptual learning. Current Biology. 24(4),R146-7. - Díaz-Guzmán, J., Egido, J., Abilleira, S., Barberá, G. y Gabriel, R. (2007). 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