Fundamentos de Neuropsicología Cognitiva: Desarrollo, Percepción, Atención y Memoria

Neurodesarrollo y Plasticidad Cerebral

Procesos Fundamentales del Neurodesarrollo

Neurogénesis: El nacimiento y proliferación de nuevas neuronas.
Sinaptogénesis: La formación masiva de conexiones sinápticas entre neuronas.
Poda Sináptica: La eliminación selectiva de sinapsis no utilizadas, optimizando las redes neuronales. Este proceso es crucial y está guiado por la experiencia.

Períodos Sensibles

Los Períodos Sensibles son ventanas críticas durante el desarrollo en las que el cerebro es particularmente receptivo a ciertas experiencias, lo que permite moldear funciones específicas de manera óptima.

Maduración Cortical por Etapas

La maduración de la corteza cerebral ocurre en «olas» secuenciales:

Corteza Sensorial: Aproximadamente a los 3 meses de edad.
Corteza Parietal/Temporal: Entre 1 y 2 años de edad.
Corteza Prefrontal: Desde los 2-3.5 años hasta la adultez, implicada en funciones ejecutivas complejas.

Principio de Construcción Jerárquica

Las habilidades simples sirven como base fundamental para la construcción de habilidades cognitivas más complejas.

Plasticidad Cerebral

La plasticidad es la capacidad del cerebro para cambiar y adaptarse. Se manifiesta en dos formas principales:

Plasticidad Funcional: Reasignación de funciones a diferentes áreas cerebrales tras una lesión o nueva experiencia.
Plasticidad Estructural: Cambios físicos en la estructura cerebral, incluyendo la Potenciación a Largo Plazo (LTP), la Depresión a Largo Plazo (LTD) y la neurogénesis.

Impacto del Estrés Tóxico en el Cerebro

El estrés tóxico, caracterizado por niveles crónicos elevados de cortisol, tiene efectos perjudiciales en el neurodesarrollo y la función cerebral:

Disminución de las conexiones neuronales en el hipocampo y la corteza prefrontal (PFC).
Aumento de la actividad y tamaño de la amígdala, asociada con el procesamiento emocional y el miedo.

Percepción Sensorial y Procesamiento de la Información

Definición de Percepción

La percepción es el resultado de la integración de la información sensorial con la experiencia previa y las expectativas del individuo.

Procesamiento Dual de la Percepción

La percepción implica un procesamiento bidireccional:

Procesamiento Bottom-Up (Ascendente): Dirigido por el estímulo, desde los receptores sensoriales hacia el cerebro.
Procesamiento Top-Down (Descendente): Influenciado por las expectativas, conocimientos previos y metas del individuo, modificando la interpretación de la información sensorial.

El Experimento de las Expectativas (Rothbart y Birrell)

Este experimento clásico demostró cómo la información previa y las expectativas pueden modificar significativamente la percepción de rostros, resaltando la influencia del procesamiento top-down.

Sistemas Sensoriales: Codificación de Estímulos

Los receptores sensoriales codifican las características de los estímulos de la siguiente manera:

Intensidad: Codificada por la frecuencia de disparo de los potenciales de acción (a mayor intensidad, más disparos).
Duración: Reflejada por la adaptación lenta o rápida de los receptores al estímulo.
Discriminación: Mejorada por mecanismos como la inhibición lateral, que agudiza el contraste entre estímulos.

Transducción Sensorial: La Conversión de Energía

La transducción es el proceso fundamental mediante el cual un estímulo físico o químico se transforma en un impulso nervioso (señal eléctrica) que el cerebro puede interpretar.

Ejemplo: En la visión, los fotones de luz son transformados en señales eléctricas por los fotorreceptores de la retina.

Tipos de Receptores Sensoriales y sus Estímulos

Visual: Receptores (fotorreceptores) sensibles a la energía electromagnética (luz).
Auditivo: Receptores sensibles a las ondas sonoras (vibraciones del aire).
Olfativo: Receptores sensibles a las sustancias químicas presentes en el aire.
Gustativo: Receptores sensibles a las sustancias químicas disueltas en la saliva.
Somatosensorial: Receptores sensibles a la presión, vibración, temperatura, dolor y propiocepción.

Vías Sensoriales: Jerarquía de Procesamiento

La información sensorial sigue una ruta jerárquica en el cerebro:

Receptor → Tálamo (excepto olfato) → Corteza Sensorial Primaria → Áreas de Asociación Unimodal → Áreas de Asociación Multimodal.

Ejemplo de Procesamiento Visual

La imagen que llega a la retina está invertida.
Cada ojo capta una imagen ligeramente distinta.
La corteza visual integra estas imágenes para formar una percepción coherente y tridimensional.

Flujo General de la Información Sensorial

Estímulo → Receptor → Generación de Potencial de Acción → Sistema Nervioso Central (procesamiento jerárquico).

Rutas Visuales Especializadas

Ruta Dorsal: Conocida como la ruta del «dónde», se proyecta hacia el lóbulo parietal y está implicada en la localización espacial y el movimiento.
Ruta Ventral: Conocida como la ruta del «qué», se proyecta hacia el lóbulo temporal y está implicada en el reconocimiento de objetos y rostros.

Particularidad del Sistema Olfativo

El sistema olfativo es único porque la información sensorial no pasa por el tálamo antes de llegar a la corteza. Las neuronas bipolares en el epitelio olfatorio son los receptores primarios. La transducción olfativa implica la unión de una molécula odorante a un receptor, desencadenando una cascada enzimática.

Transducción Sensorial Detallada

La transducción sensorial es la conversión de la energía del estímulo en un impulso nervioso, un proceso que ocurre en los receptores sensoriales.

Elementos Comunes en la Transducción

Cambio en la permeabilidad de la membrana del receptor.
Generación de una despolarización (potencial excitatorio) o hiperpolarización (potencial inhibitorio).
Modificación de la frecuencia de disparo de los potenciales de acción, que codifica la intensidad del estímulo.

Transducción Específica por Sentido

Visual:
- Estímulo: Luz (fotones).
- Receptores: Conos y bastones en la retina.
- Proceso: Los fotones causan una hiperpolarización en los fotorreceptores, que luego transmiten la señal a las células ganglionares. El nervio óptico lleva la información a la corteza occipital.
Auditivo:
- Estímulo: Ondas sonoras (vibración del aire).
- Receptores: Células ciliadas en la cóclea del oído interno.
- Proceso: La vibración de la membrana basilar despolariza las células ciliadas, liberando neurotransmisores que activan el nervio auditivo, el cual proyecta a la corteza auditiva primaria (A1).
Olfativo:
- Estímulo: Moléculas odorantes en el aire.
- Receptores: Neuronas bipolares en el epitelio olfatorio.
- Proceso: La unión de una molécula odorante a su receptor desencadena una cascada enzimática que lleva a la despolarización. El nervio olfatorio proyecta directamente al bulbo olfativo, sin pasar por el tálamo.
Gustativo:
- Estímulo: Moléculas químicas disueltas en la saliva.
- Receptores: Células gustativas (no neuronales) en las papilas gustativas.
- Proceso: La despolarización de las células gustativas estimula neuronas aferentes que proyectan al núcleo del tracto solitario, luego al tálamo y finalmente a la ínsula (corteza gustativa).
Somatosensorial:
- Estímulo: Presión, vibración, temperatura, dolor.
- Receptores: Mecanorreceptores, termorreceptores, nociceptores en la piel y tejidos.
- Proceso: La deformación de la membrana del receptor o la activación por temperatura/químicos causa despolarización. La señal viaja por nervios periféricos a la médula espinal y luego al tálamo.

Principios Comunes de los Sistemas Sensoriales

Todos los sistemas inician la codificación en sus receptores, transformando la energía del estímulo en señales neuronales.
Codifican la intensidad, duración y localización del estímulo.
Involucran tanto procesamiento bottom-up (dirigido por el estímulo) como top-down (influenciado por el contexto y las expectativas).

Atención y Procesos Cognitivos

Definición de Atención

La atención es un mecanismo cognitivo fundamental que permite la selección y priorización de información sensorial y mental, facilitando el control ejecutivo de la conducta.

Tipos de Atención

Atención Selectiva: Capacidad para filtrar estímulos irrelevantes y enfocarse en los relevantes.
Atención Dividida: Habilidad para atender a múltiples tareas simultáneamente, aunque con capacidad limitada.
Atención Sostenida: Mantenimiento de un estado de alerta y concentración a lo largo del tiempo.

Procesos Atencionales

Procesos Controlados: Requieren recursos cognitivos significativos, son lentos y conscientes.
Procesos Automatizados: Rápidos, eficientes y se ejecutan sin esfuerzo consciente.

Sistemas Atencionales (Modelo de Posner y Petersen)

Este modelo propone tres redes atencionales distintas, cada una asociada con estructuras cerebrales y neurotransmisores específicos:

Sistema de Alerta: Implicado en el mantenimiento del nivel de activación y vigilancia. Asociado con el Locus Coeruleus y la Noradrenalina.
Sistema de Orientación: Responsable de dirigir la atención hacia estímulos específicos en el espacio o sobre objetos. Asociado con el lóbulo parietal y la Acetilcolina.
Sistema Ejecutivo: Involucrado en el control de conflictos, la planificación y la toma de decisiones. Asociado con la corteza prefrontal dorsolateral y la Dopamina.

Paradigmas Clásicos en el Estudio de la Atención

Test de Stroop: Evalúa la capacidad de inhibir respuestas automáticas. Los tiempos de reacción (TR) aumentan significativamente en condiciones incongruentes.
Test de Flancos (Eriksen Flanker Task): Mide la atención ejecutiva y el control inhibitorio, evaluando la interferencia de estímulos distractores.
Paradigma de Posner (Cueing Task): Evalúa la orientación de la atención. Los TR disminuyen en condiciones donde la señal es válida (predice correctamente la ubicación del estímulo).

Tiempos de Reacción (TR) como Medida Atencional

Los TR son una medida de la rapidez con la que un individuo procesa información y ejecuta una respuesta.
Un aumento en los TR indica mayor dificultad de la tarea, mayor conflicto cognitivo o menor automatización del proceso.

Procesamiento Atencional: Bottom-Up y Top-Down

Atención Bottom-Up (Exógena): Dirigida automáticamente por las características salientes del estímulo (ej., un sonido fuerte).
Atención Top-Down (Endógena): Dirigida voluntariamente por las metas, intenciones o expectativas del individuo.

Neuroimagen y Potenciales Relacionados con Eventos (ERP) en Atención

fMRI (Resonancia Magnética Funcional): Permite identificar las áreas cerebrales activadas durante tareas atencionales.
ERP (Potenciales Relacionados con Eventos): Miden la actividad eléctrica cerebral en respuesta a estímulos específicos.
- N200: Componente negativo que se asocia con la detección de conflicto cognitivo (ej., en el Test de Stroop).
- P300: Componente positivo que refleja el procesamiento de estímulos relevantes o inesperados.

Errores Atencionales

Un filtro atencional defectuoso puede llevar a errores perceptivos o de acción, al no procesar adecuadamente la información relevante o al ser distraído por estímulos irrelevantes.

Neurobiología de los Sistemas Atencionales

La Atención desde una Perspectiva Neurobiológica

La atención es un mecanismo cerebral complejo que permite seleccionar la información más relevante del entorno y del propio organismo, regulando la conducta en función de metas internas, expectativas o la saliencia de los estímulos.

Los Tres Sistemas Atencionales Clave y sus Bases Neuronales

Sistema de Alerta:
- Función: Mantenimiento del nivel general de activación y vigilancia.
- Tipos:
  - Alerta Tónica: Vigilancia sostenida a largo plazo.
  - Alerta Fásica: Respuesta rápida y transitoria a señales de advertencia.
- Estructuras y Neurotransmisores Clave: Principalmente el Locus Coeruleus y el neurotransmisor Noradrenalina.
Sistema de Orientación:
- Función: Focalización de la atención hacia un punto específico en el espacio o un objeto.
- Modalidades: Puede ser top-down (endógena, voluntaria) o bottom-up (exógena, automática).
- Estructuras y Neurotransmisores Clave: Involucra el lóbulo parietal, los colículos superiores y el neurotransmisor Acetilcolina.
Sistema Ejecutivo:
- Función: Control de conflictos, resolución de problemas, planificación y toma de decisiones. Es crucial para la atención controlada.
- Ejemplos de Tareas: Activo en paradigmas como el Test de Stroop y el Test de Flancos.
- Estructuras y Neurotransmisores Clave: La corteza prefrontal dorsolateral, la corteza cingulada anterior y el neurotransmisor Dopamina.

Paradigmas Experimentales Fundamentales en Neurociencia de la Atención

Paradigma de Posner: Utiliza tiempos de reacción (TR) para medir la eficiencia de la orientación atencional. Las señales válidas (que predicen correctamente el objetivo) resultan en TR más bajos, mientras que las inválidas los aumentan.
Test de Stroop: Demuestra la dificultad de inhibir respuestas automáticas. Los TR son significativamente más altos cuando el color de la palabra es incongruente con su significado.
Test de Flancos (Eriksen Flanker Task): Mide la capacidad de control ejecutivo e inhibición de la interferencia de estímulos distractores.

Neurotransmisores Clave en los Sistemas Atencionales

Noradrenalina: Fundamental para el sistema de Alerta.
Acetilcolina: Crucial para el sistema de Orientación.
Dopamina: Esencial para el sistema Ejecutivo.

Memoria: Codificación, Almacenamiento y Recuperación

Definición de Memoria

La memoria es el proceso cognitivo que permite la codificación, el almacenamiento y la posterior recuperación de información y experiencias.

Modelos Cognitivos de la Memoria

1. Modelo Modal o Multialmacén (Atkinson y Shiffrin)

Propone una secuencia de almacenes de memoria:

Memoria Sensorial: Retiene brevemente la información sensorial bruta.
Memoria a Corto Plazo (MCP): Almacén de capacidad limitada y duración breve, donde la información se mantiene activa.
Memoria a Largo Plazo (MLP): Almacén de capacidad ilimitada y duración estable y duradera.

2. Modelo de Memoria de Trabajo (Baddeley y Hitch)

Una visión más dinámica de la MCP, que la concibe como un sistema activo para manipular información:

Ejecutivo Central: Componente supervisor que controla y coordina los subsistemas.
Bucle Fonológico: Almacena y manipula información verbal.
Agenda Visuoespacial: Almacena y manipula información visual y espacial.
Buffer Episódico: Integra información de los otros subsistemas y de la MLP, creando representaciones multisensoriales coherentes.

3. Modelo de Niveles de Procesamiento (Craik y Lockhart)

Sugiere que la profundidad con la que se procesa la información influye directamente en la probabilidad de su recuerdo:

Un procesamiento más profundo (semántico, significativo) conduce a un mejor recuerdo que un procesamiento superficial (estructural, fonológico).
Niveles de procesamiento: superficial → intermedio → profundo.

La Curva del Olvido (Ebbinghaus)

Demuestra que la mayor parte del olvido ocurre poco después del aprendizaje. Los repasos espaciados son cruciales para una consolidación duradera de la memoria.

Aprendizaje Significativo vs. Repetición Mecánica

El aprendizaje significativo, que conecta la nueva información con conocimientos previos, es considerablemente más efectivo para la retención a largo plazo que la simple repetición mecánica.

Taxonomía de la Memoria a Largo Plazo

Memoria Declarativa (Explícita)

Memoria de hechos y eventos que pueden ser conscientemente recordados y verbalizados.

Memoria Episódica: Recuerdos de experiencias personales específicas (qué, cuándo, dónde).
Memoria Semántica: Conocimiento general del mundo, hechos, conceptos y vocabulario.

Ambos tipos de memoria declarativa dependen en gran medida de la integridad del hipocampo para su codificación y consolidación.

Memoria No Declarativa (Implícita)

Memoria de habilidades y hábitos que se expresan a través del rendimiento, sin necesidad de recuerdo consciente.

Memoria Procedimental: Habilidades motoras y cognitivas (ej., andar en bicicleta). Involucra los ganglios basales y el cerebelo.
Priming: Facilitación en el procesamiento de un estímulo por haber sido expuesto previamente a él, sin necesidad de recuerdo consciente.
Condicionamiento Clásico/Instrumental: Aprendizaje asociativo de respuestas a estímulos o consecuencias.
Habituación y Sensibilización: Formas simples de aprendizaje no asociativo.

Bases Neurobiológicas de la Memoria

Hipocampo: Esencial para la codificación y consolidación de nuevas memorias declarativas.
Amígdala: Juega un papel crucial en la formación y recuperación de memorias emocionales.
Corteza Cerebral: Se considera el sitio de almacenamiento definitivo de las memorias a largo plazo, distribuidas en diversas áreas corticales.

Aprendizaje y Automatización: Cambios en la Actividad Cerebral

Al inicio del aprendizaje de una nueva tarea, se observa una mayor actividad en áreas corticales.
A medida que la tarea se automatiza, la actividad tiende a desplazarse hacia estructuras subcorticales, indicando una mayor eficiencia y menor demanda de recursos conscientes.