FONDECYT 1181295

Modulación del control cognitivo proactivo a través del entrenamiento oscilatorio prefrontal

Los seres humanos poseen capacidades cognitivas unicas que nos permiten una gran flexibilidad conductual. Un aspecto clave para estos logros ha sido el desarrollo y la complejizacion de los mecanismos de aprendizaje y control cognitivo. El estudio de los mecanismos neurobiologicos que subyacen a estos procesos es de vital importancia, no solo porque sustenta gran parte de nuestra compleja vida moderna, sino porque tambien alternaciones en estas habilidades generan importantes trastornos en la calidad de vida en muchos pacientes que sufre enfermedades neurologicas y psiquiatricas. Estos mecanismos se pueden dividir en procesos de control/aprendizaje reactivos y proactivos. Los mecanismos reactivos involucran el aprendizaje por refuerzo que guía y adapta las conductas en curso.

Desde un punto de vista neurobiologico, se ha visto que en estos mecanismos participan areas prefrontales mediales que  se asocian a actividad oscilatoria neural en rango theta. Por otra parte, los mecanismos proactivos han surgido recientemente en la evolucion de los primates, e involucran:
(i) Anticiparse a posibles cambios ambientales

(ii) Evaluar el grado de evidencia que apoyaría la realizacion de cursos de accion alternativos (distintos a la estrategia conductual en ejecucion).

Existe evidencia proveniente de resonancia magnetica funcional (fMRI) y electroencefalografía (EEG) que muestra que en este proceso de control proactivo participan areas prefrontales laterales. A pesar de la amplia evidencia que relaciona la actividad oscilatoria theta prefrontal medial en procesos reactivos, solo recientemente se ha explorado la actividad oscilatoria en procesos proactivos. Así, el aumento de la evidencia o de las claves ambientales que señalan la próxima necesidad de control cognitivo o de la necesidad de cambios a un curso de acción alternativo, se correlaciona con un aumento de la actividad oscilatoria en rango theta en regiones prefrontales laterales.

Sin embargo, no existe, a nuestro conocimiento, evidencia causal de la participación de la actividad oscilatoria prefrontal lateral en procesos de control cognitivo proactivo. Establecer estas relaciones causales permite esclarecer los mecanismos neurobiológicos del control cognitivo proactivo y posibilita diseñar intervenciones para mejorar estos procesos en pacientes con alteraciones cognitivas. Investigaciones recientes han mostrado que es posible, mediante estimulación cerebral no invasiva, entrenar actividad oscilatoria cerebral en rango theta, y que este entrenamiento oscilatorio impacta en los procesos cognitivos subyacentes.

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Experimento de TMS en neustro Lab

En el presente proyecto se testearán las siguientes hipotesis:
(i) los procesos de control cognitivo proactivos, que sustentan la adaptación conductual a ambientes cambiantes, reclutan la actividad oscilatoria en rango theta de cortezas prefrontales laterales y

(ii) que esta actividad oscilatoria theta participa causalmente en los mecanismos de control cognitivo proactivo, siendo susceptibles de ser modulada mediante estimulación cerebral no invasiva que genera entrenamiento oscilatorio.

El diseño de la investigacion consta de dos grupos de sujetos sanos en dos fases experimentales.

En la fase I, al primer grupo (n=50) se les realizará fMRI mientras realizan dos tareas que involucran control proactivo. En una de las tareas, los sujetos deben anticiparse a estímulos conflictivos (MSIT modificado). En la otra tarea, los sujetos deben evaluar set de conductas alternativas, distintas a las que están en ejecución (Tarea de inferencia contrafactual). Mediante estas tareas se identificarán las regiones del área prefrontal lateral que participan en estos procesos.

Luego, en la fase II se realizará una prueba similar que involucra anticiparse a la llegada de estímulos conflictivos (Go-Nogo modificado), mientras se realiza un registro EEG y estimulación magnética transcraneal (TMS). La TMS se realizará en algunos bloques para generar un entrenamiento oscilatorio en rango theta, mientras que en otros bloques se realizará una estimulación no oscilatoria aleatoria o una estimulación simulada. Al segundo grupo (n=50), de manera similar, en la fase I se les realizará un registro EEG con dos tareas que involucran control proactivo: Go-Nogo y tarea de inferencia contrafactual. Luego, los sujetos en la fase II realizarán la tarea de inferencia contrafactual mientras se les realiza una estimulación eléctrica cerebral con corriente alterna (tACS) en rango theta. Aleatoriamente, algunos sujetos recibirán estimulación real (n=25) y otros sujetos estimulación simulada (n=25). En conjunto, en la Fase I se espera identificar la actividad prefrontal lateral relacionada al control cognitivo proactivo (metabólica y oscilatoria). En la Fase II (entrenamiento oscilatorio theta TMS y tACS) esperamos generen un aumento de los indicadores conductuales de control cognitivo proactivo, así como un incremento oscilatorio theta en el análisis relacionado a estímulos (TMS) y en la actividad de reposo post tarea (tACS). Estos resultados establecerían una relación causal entre actividad oscilatoria theta prefrontal y el control cognitivo proactivo, y abrirán la posibilidad de diseñar intervenciones para mejorar estos procesos en pacientes neuropsiquiátricos con alteraciones cognitivas.