Cerebro y envejecimiento

La lectura Nº 10 es un estudio sobre el desarrollo cerebral durante el envejecimiento y su relación con el desarrollo de la funciones cognitivas. En él se propone una teoría sobre el envejecimiento (TAEC) que permite explicar cómo es posible que las indudables pérdidas y deterioros en mecanismos básicos de la cognición, que se producen con el paso de la edad. Esta teoría del andamiaje postula que, además de las redes neuronales específicas encargadas de la realización de diversas tareas, con el envejecimiento el propio cerebro recluta otras redes neuronales que sirven de apoyo en la realización de esas tareas.

PARK Y REUTER-LORENZ. EL CEREBRO ADAPTATIVO: ENVEJECIMIENTO Y ANDAMIAJE NEUROCOGNITIVO. Denise C. Park and Patricia Reuter-Lorenz, (2009). Annual Review of Psychology 60,173–96. Traducción: Juan Antonio García Madruga

Cohen (2003). En el 2050 habrá más adultos mayores (26%) que niños menores de 15 años (alrededor del 16% de la población), en los países desarrollados ricos.

El envejecimiento de la población representa tanto una oportunidad como una amenaza para la sociedad. La oportunidad proviene de la enorme reserva de capital humano y experiencia que representan los ciudadanos mayores; la amenaza surge del hecho desconcertante de que en la actualidad casi el 50% de los ancianos de 85 años o más sufren demencia (en especial, enfermedad de Alzheimer), lo que supone un alto coste para los individuos y familias afectadas, así como para los limitados recursos médicos disponibles, y del futuro de las pensiones mejor ni hablamos ???.

Nuestro conocimiento sobre los cambios comportamentales que con la edad se producen en la cognición ha aumentado de forma muy importante y en los últimos años la llegada de las herramientas de neuroimagen ha llevado a un asombroso incremento en lo que sabemos sobre el envejecimiento y la mente. Después de revisar el amplio rango de datos que examinan la relación del cerebro y la conducta con la edad, creemos que este corpus de datos sugiere que el cerebro es un órgano dinámico que busca mantener un equilibrio homeostático en la función cognitiva. Con la edad desciende el número de receptores dopaminérgicos; muchas estructuras cerebrales se contraen en términos de volumen; la materia blanca se hace menos densa; y los cerebros de los individuos, incluso aquéllos con alta actividad intelectual, se caracterizan frecuentemente por la existencia de placas y marañas neurofibrilares destructivas. Sostenemos que el cerebro responde a estos daños cerebrales mediante una continua reorganización y reparación funcional que conduce a un soporte autogenerado de la función cognitiva. Llamamos a este modelo adaptativo homeostático del envejecimiento la teoría del andamiaje del envejecimiento y la cognición.

Mecanismos conductuales del envejecimiento cognitivo

Jennings y Jacoby (1993). Han demostrado que algunas diferencias evolutivas en la memoria son debidas a deterioros en procesos controlados, no automáticos, que producen un empeoramiento en la memoria explícita pero mantienen una memoria relativamente buena de la idea general o de los estímulos considerados familiares.
Lindenberger y Baltes (1994). Presentaron evidencias convincentes que demuestran que las medidas de audición y agudeza visual son predictores importantes de la actuación de una muestra de adultos mayores en una amplia gama de tareas cognitivas.
Chalfonte y Johnson (1996); Hashtroudi et al. (1989). Han mostrado que los deterioros de memoria relacionados con la edad se caracterizan por una pobre memoria de la fuente (momento y lugar en que se produce el hecho) y otros detalles contextuales asociados con la información objetivo.
Salthouse (1991, 1996). Ha sostenido en forma convincente que la velocidad perceptiva (medida por la tasa a la que los individuos pueden realizar juicios «igual/diferente» sobre formas simples, matrices de puntos, o cadenas de letras o dígitos) es una habilidad cognitiva básica y fundamental que da cuenta de casi toda la varianza relacionada con la edad en una amplia gama de tareas cognitivas. También ha reunido una evidencia considerable a favor de esta posición en un impresionante programa de investigación que abarca miles de sujetos y muy diversos y creativos enfoques metodológicos.
Moscovitch y Winocur (1992); West (1996). Los deterioros relacionados con la edad pueden ser comprendidos adecuadamente en términos de una gama de mecanismos que muestran grados variados de vulnerabilidad en los diferentes individuos e incluyen la velocidad, la memoria operativa, la inhibición y el control cognitivo.
Baltes y Lindenberger (1997). Encontraron que en los adultos jóvenes (60 o menos años de edad) no había relación entre función sensorial y medidas de la cognición, lo que indicaba que habilidades que eran independientes en los adultos jóvenes se convertían en interrelacionadas en la vejez. Postularon que «la conexión relacionada con la edad entre el funcionamiento sensorial e intelectual puede reflejar el envejecimiento cerebral»; y además sugirieron que «los sistemas visual y auditorio evolucionan como poderosos reguladores de la actuación intelectual en los individuos mayores y muy ancianos (debido a) procesos comunes de indiferenciación inducidos por la edad». Mientras que los adultos jóvenes emplean mecanismos específicos para tareas diferentes, la indiferenciación en los adultos mayores conduce a un deterioro con la edad en la especialización.
Park et al. (1996, 2002); Wingfield et al. (1988). Un segundo enfoque importante en el estudio del envejecimiento cognitivo proviene de la evidencia de que la memoria operativa decrece con la edad y que, junto con la velocidad, interviene en la varianza relacionada con la edad en una amplia variedad de conductas cognitivas.
Dodson y Schacter (2002); Koutstaal y Schachter (1997); Norman y Schacter (1997). Han demostrado que en el envejecimiento la memoria se basa en la idea general, lo que la hace altamente susceptible a las distorsiones y falsos recuerdos.
Park et al. (2002). En un amplio conjunto de pruebas de una muestra de adultos entre 20 y 89 años de edad, tomaron datos en tres medidas de velocidad perceptiva, dos medidas de memoria operativa viso-espacial, y dos medidas de memoria operativa verbal. Además, los sujetos completaron pruebas de recuerdo verbal y viso-espacial, así como tres pruebas diferentes de vocabulario. Los resultados muestran claramente que existen graduales deterioros relacionados con la edad en los mecanismos cognitivos de velocidad, memoria operativa y memoria a largo-plazo, que comienzan durante la juventud. Sólo la habilidad verbal, que es más una estimación de conocimiento acumulado que un mecanismo cognitivo, está protegido de los cambios con la edad.
Daniels et al. (2006). Existe un apoyo considerable a la idea de que en ausencia de soporte ambiental o instrucción explícita, los adultos mayores se involucran menos en procesos controlados como las operaciones de conexión y el procesamiento mediante elaboración que facilitan la memoria y el recuerdo.
Hasher y Zacks (1988), Hasher et al. (2007). La memoria operativa, que incluye tanto el mantenimiento a corto-plazo como la manipulación y procesamiento activo de la información, está implicada de forma prominente en una tercera perspectiva sobre el envejecimiento cognitivo en la que se resalta el deterioro en los procesos de control ejecutivo, concretamente la función ejecutiva.

A medida que aumenta la edad, muchos aspectos del procesamiento de la información se hacen menos eficientes, entre los que se incluyen la velocidad de procesamiento, la capacidad de memoria operativa, la función inhibitoria y la memoria a largo-plazo. Al mismo tiempo, otros aspectos de la función cognitiva como la memoria implícita y el conocimiento almacenado parecen estar protegidos y son relativamente resistentes al envejecimiento cognitivo.

Un importante desafío para los investigadores en envejecimiento cognitivo ha sido comprender las causas de los deterioros relacionados con la edad en la función cognitiva. Enfoques:

  • El enfoque general utilizado ha sido aislar mecanismos específicos y después determinar si el mecanismo en cuestión puede dar cuenta de una amplia mayoría de la varianza relacionada con la edad en un conjunto diverso de medidas cognitivas.
  • Un segundo enfoque importante en el estudio del envejecimiento cognitivo proviene de la evidencia de que la memoria operativa decrece con la edad y que, junto con la velocidad, interviene en la varianza relacionada con la edad en una amplia variedad de conductas cognitivas.
  • En un tercer enfoque sobre el envejecimiento cognitivo se resalta el deterioro en los procesos de control ejecutivo, concretamente la función ejecutiva.

La disfunción inhibitoria con la edad está en el origen de la falta general de regulación atencional y da cuenta de los déficits relacionados con la edad en otros dominios cognitivos como en el cambio de tarea (task switching), la competición entre respuestas y la supresión de respuestas. Concepciones teóricas adicionales sobre el envejecimiento han resaltado la distinción entre procesamiento automático y esforzado/controlado, especialmente en relación a los cambios relacionados con la edad en mecanismos específicos de la memoria.

Mientras que los adultos jóvenes emplean mecanismos específicos para tareas diferentes, la indiferenciación en los adultos mayores conduce a un deterioro con la edad en la especialización. La indiferenciación puede ser considerada desde el punto de vista mecánico como una disminución en la especificidad neuronal y, por tanto, una ampliación de las curvas de ajuste neuronal como las que se producen en una región concreta que responde selectivamente en los adultos jóvenes corresponderán a una gama más amplia de estímulos en los adultos mayores. El concepto de indiferenciación es particularmente importante porque permite realizar predicciones relativamente específicas sobre la función neuronal basadas en datos conductuales y proporciona una conexión poderosa entre las teorías del envejecimiento cognitivo basadas en la conducta y las basadas en el cerebro.

Los deterioros relacionados con la edad pueden ser comprendidos adecuadamente en términos de una gama de mecanismos que muestran grados variados de vulnerabilidad en los diferentes individuos e incluyen la velocidad, la memoria operativa, la inhibición y el control cognitivo .Aunque estos mecanismos pueden ser todos categorizados como procesos ejecutivos, otros orígenes del deterioro, como la indiferenciación de las funciones cognitivas, deben ser consideradas. Es improbable que cualquier proceso simple o mecanismo unitario pueda explicar en su totalidad los déficits relacionados con la edad en todos los individuos.

El envejecimiento y la estructura del cerebro

Li et al. (2001). Sugieren que la pérdida de los receptores dopaminérgicos es responsable de muchos de los efectos del envejecimiento cognitivo. Existe apoyo a este supuesto que proviene tanto de la simulación computacional, como de trabajos realizados con imágenes cerebrales. Todos estos datos sugieren que los receptores dopaminérgicos juegan un importante papel en, al menos, algunos aspectos del envejecimiento cognitivo. Si los receptores son el factor principal, o incluso único, en la explicación del envejecimiento cognitivo es algo que necesita investigación adicional.
Salat et al. (2002); Tisserand et al. (2000). Relaciones directas entre la disminución de las medidas estructurales del cerebro y de las funciones cognitivas no siempre han sido observadas.
Resnick y colegas (2003). Mostraron evidencias sobre el deterioro en las materias gris y blanca durante un período tan breve como dos años en adultos mayores de 59 años de muy buena salud, en los que aparecían en los córtex frontales y parietales disminuciones mayores que en los temporales y occipitales. Además del adelgazamiento y la contracción volumétrica (de la materia gris), los estudios han medido también las características de la materia blanca, que está compuesta por haces de axones que circulan por debajo de las estructuras corticales del cerebro. De manera global, los datos sobre la materia blanca, de acuerdo con los datos volumétricos, presentan un claro patrón de disminución con la edad, en particular en las áreas frontales. Los cambios en la materia blanca han sido a menudo considerados como candidatos para ser la base del enlentecimiento de la conducta con la edad, ya que una disminución en la integridad de algunos tramos de materia blanca señala un descenso con la edad en la eficiencia del sistema de transmisión de la información.

Cuando estuvieron disponibles las herramientas de neuroimágenes, uno de los primeros enfoques para el estudio del envejecimiento consistió en utilizar imágenes de resonancia magnética (IRM) para determinar las diferencias con la edad en el tamaño de las estructuras cerebrales, normalmente mediante la medida del volumen de la estructura. Con esa herramienta encontraron evidencias sobre el deterioro en las materias gris y blanca.

Otra técnica consiste en medir el número de receptores de dopamina en el cerebro. Los receptores dopaminérgicos del cerebro son fundamentales para la cognición porque juegan un papel importante en la regulación de la atención y la modulación de la respuesta a los estímulos. Parece que la pérdida de los receptores dopaminérgicos es responsable de muchos de los efectos del envejecimiento cognitivo.

En general, la función cognitiva sufre un deterioro a lo largo del ciclo vital que es paralelo a la disminución del volumen cerebral, de los receptores de la dopamina y de la integridad de la materia blanca. Al mismo tiempo, relaciones directas entre la disminución de las medidas estructurales del cerebro y de las funciones cognitivas no siempre han sido observadas, y cuando han sido observadas lo han sido de magnitud modesta. La mayor intensidad de la materia blanca parece tener más significación que el volumen total del cerebro, pero el conocimiento acerca de la estructura del cerebro no explica en su totalidad la varianza relacionada con la edad en la función cognitiva.

Imágenes funcionales y perspectivas sobre el envejecimiento de la mente

Bilateralidad prefrontal
Los primeros estudios, que se centraron en la memoria operativa verbal (Reuter-Lorenz et al., 2000) y en la memoria verbal a largo-plazo (Cabeza et al.,1997, Grady et al., 1999), mostraron evidencias de actividad prefrontal izquierda en los adultos jóvenes, mientras que en los adultos mayores había una activación en ambas áreas prefrontales izquierda y derecha.. Esta activación bilateral parecía sugerir que para llevar a cabo una tarea que era focal (unilateral) en los adultos jóvenes, el cerebro envejecido trabajaba de forma más intensa y se veía involucrado en un proceso más distribuido, compensatorio.
Morcom et al. (2003). Mostraron evidencias de una mayor bilateralidad en los adultos mayores comparados con los jóvenes durante la codificación de palabras que eran recordadas posteriormente.
Cabeza et al. (2004). Confirmaron un patrón compartido de incremento en la bilateralidad frontal y disminución de la activación en el hipocampo en adultos mayores durante la realización de tareas de atención, memoria operativa, y memoria a largo plazo, lo que muestra el carácter global de este patrón.
Gutchess et al. (2005). Un estudio sobre los efectos posteriores en la memoria de la codificación de imágenes en adultos jóvenes y mayores mostró una más alta activación de áreas del parahipocampo en los adultos jóvenes en el procesamiento de imágenes que fueron correctamente recordadas, en comparación con los ancianos. Por el contrario, los adultos mayores mostraron una más alta activación frontal media para los ítems que fueron correctamente recordados. De esta manera, el incremento de la activación frontal estaba asociado únicamente en los adultos mayores con el recuerdo. Además, para los adultos mayores los altos niveles de activación frontal inferior estaban asociados con bajos niveles de activación del parahipocampo, lo que sugería que la más alta activación frontal pudiera tener una función compensatoria de la disminuida activación mediotemporal [hipocampo].
Persson et al. (2006). Estudio longitudinal que evidencia a favor de la interpretación compensatoria de la bilateralidad relacionada con la edad. Estos autores demostraron que los individuos más viejos que mostraban una mayor contracción durante un período de diez años en el volumen del hipocampo tenían un peor recuerdo, pero también mostraban una mayor activación adicional en el córtex prefrontal derecho. Por tanto, los individuos que sufrían mayores deterioros de memoria y daños neuronales también mostraban una mayor activación prefrontal extra.

Las técnicas de imágenes funcionales (IRMf o TEP, con los estudios más recientes realizados mediante IRMf) ha sido enormemente informativa y ha permitido desarrollar una visión mucho más compleja del envejecimiento mental de la que existía antes de la aparición de esta técnica. Uno de los más notables rasgos de los datos funcionales es la asombrosa discontinuidad que existe entre el patrón de activación neuronal en los adultos jóvenes y mayores. Los datos conductuales y estructurales sugieren que se podría esperar un deterioro con la edad en la actividad neuronal, congruente con los deterioros existentes en las estructuras neuronales y en las conductas cognitivas. De forma bastante sorprendente, los primeros estudios, que se centraron en la memoria operativa verbal y en la memoria verbal a largo-plazo mostraron evidencias de actividad prefrontal izquierda en los adultos jóvenes, mientras que en los adultos mayores había una activación en ambas áreas prefrontales izquierda y derecha. Un segundo hallazgo clave es que la sobreactivación que se produce en las regiones prefrontales ha sido ligado específicamente en los adultos mayores a mejoras en la memoria. En particular, un estudio sobre los efectos posteriores en la memoria de la codificación de imágenes en adultos jóvenes y mayores mostró una más alta activación de áreas del parahipocampo en los adultos jóvenes en el procesamiento de imágenes que fueron correctamente recordadas, en comparación con los ancianos. Por el contrario, los adultos mayores mostraron una más alta activación frontal media para los ítems que fueron correctamente recordados. De esta manera, el incremento de la activación frontal estaba asociado únicamente en los adultos mayores con el recuerdo. Además, para los adultos mayores los altos niveles de activación frontal inferior estaban asociados con bajos niveles de activación del parahipocampo, lo que sugería que la más alta activación frontal pudiera tener una función compensatoria de la disminuida activación mediotemporal [hipocampo].

Estudios posteriores confirmaron un patrón compartido de incremento en la bilateralidad frontal y disminución de la activación en el hipocampo en adultos mayores durante la realización de tareas de atención, memoria operativa, y memoria a largo plazo, lo que muestra el carácter global de este patrón. Muchos investigadores y modelos han descrito este incremento en la activación neuronal adicional asociada a la edad, especialmente en áreas prefrontales como «compensatoria» y han sugerido que muestra un cerebro adaptativo que se reorganiza y responde funcionalmente al envejecimiento neuronal, una perspectiva del envejecimiento que habría sido altamente improbable lograr a partir únicamente de datos comportamentales.

La teoría del andamiaje sobre el envejecimiento cognitivo

Mitchell et al. (2002). Existe poca duda de que la extensión del deterioro cognitivo y estructural es sustancial. Sin embargo, la gente continúa funcionando notablemente bien incluso en la edad avanzada, y lo hace así incluso cuando presentan importantes patologías como ha sido descubierto mediante autopsia.

La teoría del andamiaje sobre el envejecimiento cognitivo (TAEC) postula que la conducta se mantiene con la edad a un nivel relativamente alto, a pesar de los desafíos neurológicos y el deterioro funcional, debido a la continua implicación del andamiaje compensatorio, los patrones de activación cerebral que incluyen tanto redes deterioradas como los circuitos neuronales compensatorios asociados para enfrentarse a las demandas de la tarea. La evidencia generalizada en la literatura sobre imágenes funcionales del cerebro sobre una mayor activación bilateral y una sobre activación de las áreas frontales en los ancianos refleja la implicación del «andamiaje compensatorio».

El Andamiaje es una propiedad habitual, dinámica, del cerebro adaptativo

Petersen et al. (1998); Church et al. (2008). Para adquirir una nueva destreza, un conjunto inicial de circuitos neuronales debe ser reclutado y desarrollado de forma que proporcione la estructura para la ejecución de la tarea en los estadios tempranos de la adquisición de la destreza.
Petersen et al. (1998). Observaron que las regiones que proporcionaban andamiaje en los estadios iniciales de práctica continúan siendo mínimamente activas aunque el control de la tarea haya sido asumido por regiones más específicas. Esto sugiere que el andamiaje inicial puede permanecer disponible como circuitos secundarios, funcionalmente listos, que pueden ser reclutados cuando la ejecución tiene lugar en condiciones de desafío.

El andamiaje es un proceso que caracteriza la dinámica neuronal a lo largo del ciclo vital. No es únicamente la respuesta del cerebro al envejecimiento normal; es la respuesta normal al desafío. El concepto de andamiaje ha sido utilizado para explicar la respuesta del cerebro a la adquisición de nuevas destrezas en los adultos jóvenes. A medida que se produce el aprendizaje, la ejecución requiere menos esfuerzo y con suficiente práctica se convierte en sobreaprendida. En este estadio de sobreaprendizaje, los circuitos han cambiado de una red amplia y dispersa a unos circuitos específicos, ajustados y óptimos de regiones cerebrales que están funcionalmente interconectadas para lograr un procesamiento y almacenamiento eficiente.

El córtex prefrontal es una ubicación principal del andamiaje
Cabeza (2002). En el cerebro envejecido, el andamiaje reside ampliamente en el córtex prefrontal. Puede existir flexibilidad en otras áreas también, y esto es un asunto relevante para ser explorado. De forma no sorprendente, como se ha revisado anteriormente, los circuitos prefrontales aparecen en forma destacable en la sobreactivación relacionada con la edad. De hecho, la evidencia inicial que condujo a los modelos compensatorios de la activación frontal, estaba centrada en las regiones inferior, lateral y rostral del córtex prefrontal.

El andamiaje puede ser entendido como los circuitos que proveen un soporte suplementario, complementario y, en algunos casos, una vía alternativa de lograr una respuesta conductual o un propósito cognitivo. Una vez desarrollado, el córtex prefrontal es la estructura más versátil del cerebro. La evidencia inicial que condujo a los modelos compensatorios de la activación frontal, estaba centrada en las regiones inferior, lateral y rostral del córtex prefrontal.

El andamiaje es una respuesta neurocognitiva al desafío
Banich (1998). Demostró que, a medida que aumenta la complejidad de la tarea, los adultos jóvenes se involucran en un procesamiento que se hace crecientemente bilateral.
Reuter-Lorenz et al. (1999). Los adultos mayores también muestran patrones de actividad neurocognitiva bilateral, pero con niveles más bajos de demanda de la tarea. De esta forma, la respuesta del cerebro al desafío extrínseco (demandas de tarea altas en los adultos jóvenes) se parece a su respuesta al desafío intrínseco (envejecimiento).
Drummond et al. (2004). Las alteraciones intrínsecas pueden ser pasajeras, como en los estados de privación del sueño, o permanentes como en el caso del envejecimiento biológico.

Los desafíos al sistema neurológico pueden ser extrínsecos, como cuando el cerebro se enfrenta con demandas de tarea nuevas, imprevistas o de niveles aumentados. Pero el desafío puede ser también intrínseco, como cuando los circuitos neuronales son alterados metabólica o estructuralmente. Las alteraciones intrínsecas pueden ser pasajeras, como en los estados de privación del sueño, o permanentes como en el caso del envejecimiento biológico. Dado que los circuitos implicados en el andamiaje no son totalmente arbitrarios, existen semejanzas en la respuesta cerebral a los diversos tipos de desafío.

Variabilidad individual y factores que promueven el andamiaje

Las causas del envejecimiento cognitivo son multifactoriales y los individuos varían tanto en la magnitud del deterioro, como en la cantidad de andamiaje protector que puede ser comprometido. Mayores grados de envejecimiento estructural o funcional puede ser debidos a la susceptibilidad genética, a ciertas enfermedades (p. ej., hipertensión), experiencias adversas (p. ej., quimioterapia) o edad avanzada. Un andamiaje más efectivo puede ser el resultado de un mejor estado de forma física, de la estimulación cognitiva o de otros factores que promuevan la actividad de andamiaje.

El andamiaje es promovido por el entrenamiento y la actividad cognitiva

Existe abundante evidencia en la literatura animal que sugiere que los cambios en las estructuras corticales pueden ocurrir como resultado de desafíos externos, asimismo una creciente evidencia sugiere que los humanos desarrollan andamios como resultado de experiencias estimulantes.

Conclusión

  • El modelo TAEC integra el impacto del envejecimiento biológico y la experiencia para dar cuenta de la reorganización neuronal que ocurre en la ancianidad.
  • El modelo TAEC invoca un mecanismo de andamiaje como base para la comprensión del envejecimiento neurocognitivo.
  • El modelo TAEC sitúa el envejecimiento cognitivo dentro del contexto de la plasticidad y el desafío.
  • El modelo TAEC aúna la posibilidad de plasticidad que posee el cerebro durante toda la vida con su habilidad para adaptarse a su propio envejecimiento.
  • En el modelo TAEC hay muchas cuestiones que permanecen sin responder y que algunos aspectos del modelo son bastante especulativos.
  • El modelo TAEC proporciona un amplio marco integrador para el entendimiento de las relaciones de los cambios estructurales y funcionales del cerebro, en combinación con las experiencias vitales, para la comprensión los niveles de la función cognitiva en la vejez.

REFERENCIAS

  • Delval, J., 2021. Lecturas de psicología del desarrollo I 1ª ed., 11ª reimp., Madrid: Universidad Nacional de Educación a Distancia.
  • PARK Y REUTER-LORENZ. EL CEREBRO ADAPTATIVO: ENVEJECIMIENTO Y ANDAMIAJE NEUROCOGNITIVO. Denise C. Park and Patricia Reuter-Lorenz, (2009). Annual Review of Psychology 60,173–96. Traducción: Juan Antonio García Madruga

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