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neurociencia cognitiva del desarrollo

La neurociencia cognitiva del desarrollo es un campo científico interdisciplinario dedicado a comprender los procesos psicológicos y sus bases neurológicas en el organismo en de...

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La neurociencia cognitiva del desarrollo es un campo científico interdisciplinario dedicado a comprender los procesos psicológicos y sus bases neurológicas en el organismo en desarrollo. Examina cómo cambia la mente a medida que los niños crecen, las interrelaciones entre este proceso y el desarrollo cerebral, así como las influencias ambientales y biológicas en la mente y el cerebro en desarrollo.

La neurociencia cognitiva del desarrollo se encuentra en los límites de la neurociencia ( neurociencia conductual , sistémica y cognitiva ), la psicología ( psicología del desarrollo , cognitiva y bioconductual/ fisiológica ), la ciencia del desarrollo (que incluye sociología , antropología y biología , además de psicología y neurociencia), la ciencia cognitiva (que incluye informática , filosofía , sistemas dinámicos y lingüística , además de psicología), e incluso incluye el desarrollo socioemocional y los aspectos del desarrollo de la neurociencia social y la neurociencia afectiva .

La interfaz científica entre la neurociencia cognitiva y el desarrollo humano ha suscitado un considerable interés en los últimos años, ya que los avances tecnológicos permiten mapear en detalle los cambios en la estructura cerebral que tienen lugar durante el desarrollo. La neurociencia cognitiva del desarrollo se solapa en cierta medida con campos como la psicología del desarrollo , la neuropsicología del desarrollo , la psicopatología del desarrollo y la neurociencia del desarrollo , pero también se distingue de cada uno de ellos. La neurociencia cognitiva del desarrollo se ocupa de las bases cerebrales de los fenómenos que estudian los psicólogos del desarrollo. La neuropsicología del desarrollo y la psicopatología del desarrollo se dedican principalmente al estudio de pacientes, mientras que la neurociencia cognitiva del desarrollo se ocupa del estudio del desarrollo típico y atípico. La neurociencia del desarrollo se dedica por completo al estudio de los procesos de desarrollo en el cerebro, principalmente durante el período prenatal. La neurociencia cognitiva del desarrollo, por otro lado, se ocupa de las interrelaciones entre el desarrollo psicológico y biológico. Los neurocientíficos cognitivos del desarrollo estudian el desarrollo cerebral y el desarrollo cognitivo, social y emocional desde el período prenatal hasta la edad adulta. [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

Más recientemente, la neurociencia cognitiva del desarrollo se interesa en el papel de los genes en el desarrollo y la cognición. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] Por lo tanto, la neurociencia cognitiva del desarrollo puede arrojar luz sobre los debates naturaleza versus crianza, así como sobre las teorías del constructivismo y el neuroconstructivismo . La investigación en neurociencia cognitiva del desarrollo proporciona datos que alternativamente se combinan, aclaran, desafían y provocan revisiones en las teorías del desarrollo, cognitivas y neurocientíficas. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]

Orígenes de la disciplina

Participants at The Development and Neural Bases of Higher Cognitive Functions, Sugarloaf Conference Center, Philadelphia, Pennsylvania, 20–24 May 1989
Participants as seen in the photo above: 1. Susan Rose, 2. Judy DeLoache, 3. William Overman, 4. Nathan Fox, 5. Kathryn Boyer, 6. Gerry Stefanatos, 7. Arthur Shimamura, 8. Nora Newcombe, 9. Stuart Zola-Morgan, 10. Judy Chasin, 11. Teresa Pantzer, 12. Barbara Malamut, 13. Adele Diamond, 14. Norman Krasnegor, 15. Marie Perri, 16. Jim Cummings, 17. Linda Acredolo, 18. Keith Nelson, 19. Barry Stein, 20. Rachel Clifton, 21. Richard Nakaniura, 22. Jackson Beatty, 23. Joseph Fagan, 24. Suzanne Craft, 25. Lewis Lipsitt, 26. Eric Knudsen, 27. Wendell Jeffrey, 28. Jonathan Cohen, 29. Joaquin Fuster, 30. Andrew Meltzoff, 31. Daniel Schacter, 32. Phillip Best, 33. Mark Stanton, 34. Douglas Frost, 35. Carolyn Rovee-Collier, 36. Paul Solomon, 37. Claire Kopp, 38. Lynn Nadel, 39. Helen Neville, 40. Emilie Marcus, 41. Richard Thompson, 42. Paula Tallal, 43. Robbie Case, 44. Henry Roediger III, 45. James Ranck Jr., 46. Ruth Colwill, 47. H. G. J. M. Kuypers, 48. Jocelyne Bachevalier, 49. Michael Noetzel, 50. Janet Werker, 51. Mike Richardson, 52. W. Stuart Millar, 53. Steven Keele, 54. Jean Mandler

El origen de la disciplina de la neurociencia cognitiva del desarrollo se remonta a una conferencia celebrada en Filadelfia en 1989, cofinanciada por el NICHD y el NIMH y organizada por Adele Diamond, que dio inicio al diálogo entre psicólogos del desarrollo, científicos cognitivos y neurocientíficos. Para superar las diferencias de comunicación, se invitó a investigadores de distintos campos que utilizaban los mismos paradigmas experimentales para estudiar las mismas conductas o que investigaban cuestiones científicas relacionadas de forma complementaria, aunque desconocían el trabajo de los demás. Si bien utilizaban terminología diferente para referirse a su trabajo y tenían distintas maneras de abordarlo, las conductas concretas y observables, así como las condiciones experimentales precisas en las que se producían, facilitaron la comprensión mutua. Entre los participantes figuraban destacadas figuras de la ciencia del desarrollo, la neurociencia conductual y la ciencia cognitiva. De ella surgieron varias colaboraciones interdisciplinarias nuevas, y es una prueba del valor de lo que se obtuvo de la reunión que Oxford University Press intentara adquirir los derechos para reeditar el libro de las actas de la reunión 10 años después: The Development and Neural Basis of Higher Cognitive Functions. (La edición original se agotó más rápido que cualquier otro número de los Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York, antes o después). [ 26 ]

Los psicólogos del desarrollo y los neurocientíficos solían saber poco del trabajo del otro. Había tan poca comunicación entre esos campos que durante 50 años los científicos de ambos campos usaron esencialmente el mismo ensayo conductual pero no lo sabían. (Los psicólogos del desarrollo llamaban a la medida tarea A-no-B pero los neurocientíficos la llamaban tarea de respuesta demorada). A principios de la década de 1980, Diamond no solo demostró que estas dos tareas mostraban la misma progresión del desarrollo y dependen de la misma región de la corteza prefrontal, sino que a través de una serie sistemática de estudios en bebés humanos y monos bebés y adultos con y sin lesiones en diferentes regiones del cerebro. [ 27 ] [ 28 ] Ese trabajo fue absolutamente fundamental para lanzar el campo de la neurociencia cognitiva del desarrollo porque estableció el primer vínculo fuerte entre el desarrollo cognitivo temprano y las funciones de una región cerebral específica. Eso alentó a otros a que el trabajo experimental riguroso que abordaba las relaciones cerebro-comportamiento era posible en bebés . También alteró fundamentalmente la comprensión científica de la corteza prefrontal en las primeras etapas del desarrollo; Evidentemente, no guardó silencio, como se creía comúnmente.

El texto de Mark Johnson de 1997, Neurociencia Cognitiva del Desarrollo [ 9 ], fue fundamental para acuñar el nombre del campo.

Herramientas y técnicas empleadas

Las técnicas de neuroimagen han sido absolutamente cruciales para poder comprender la función cerebral en niños, [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] primero EEG y ERP , [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] luego fMRI , [ 37 ] [ 38 ] y más recientemente NIRS , [ 39 ] [ 40 ] MEG , [ 41 ] [ 42 ] y TMS [ 43 ] [ 44 ] que analizan la función y MRI , DTI y MRS que analizan la estructura, la conectividad y el metabolismo. Antes de las técnicas de neuroimagen funcional, los científicos estaban limitados a intentar comprender la función a partir de la disfunción (es decir, intentar comprender cómo funciona el cerebro a partir de lo que sucede cuando el cerebro está dañado o deteriorado). Es difícil subestimar la importancia que han tenido los avances tecnológicos para el campo emergente de la neurociencia cognitiva del desarrollo.

Al realizar análisis in vivo del cerebro, podemos utilizar técnicas de neuroimagen para obtener información que nos permita profundizar en el estudio de los procesos cognitivos del desarrollo. Mediante estas técnicas, que permiten medir la función cerebral tanto en niños sanos como en niños con problemas de salud, estudiamos la estructura y la anatomía del cerebro, así como su conectividad y función. Todo ello contribuye a una mejor comprensión de la relación entre el cerebro humano y el comportamiento. El aspecto más interesante de la neuroimagen del desarrollo reside en la posibilidad de comprender mejor cómo los cambios que se producen en el sistema cerebral durante la infancia afectan al desarrollo de las capacidades cognitivas. También permite a los investigadores explorar cuestiones que suelen denominarse «naturaleza» frente a «crianza». Mediante las técnicas de neuroimagen, podemos comprender los procesos biológicos subyacentes a la cognición y su relación con otros factores externos, como la exposición ambiental, el aprendizaje y las experiencias vitales colectivas.

Electroencefalograma (EEG) y potenciales evocados (ERP) : A principios y mediados de la década de 1980, los componentes tempranos del potencial evocado (ERP) se utilizaban para estudiar el funcionamiento sensorial en bebés, y los componentes tardíos del ERP se utilizaban para estudiar el funcionamiento cognitivo en adultos. Posteriormente, los científicos ampliaron el uso del ERP para estudiar el funcionamiento cognitivo en etapas más tempranas de la vida, con el fin de comprender mejor la participación del cerebro en diferentes procesos como la discriminación, la categorización y la memoria.

  • Los cambios postsinápticos se reflejan inmediatamente en el EEG, lo que hace que esta metodología sea óptima si el objetivo es monitorizar cambios rápidos en el funcionamiento cerebral. Es un método eficiente y relativamente económico, utilizado para estudiar los cambios del desarrollo, ya que no interfiere drásticamente con el comportamiento normal. El EEG se ha utilizado en estudios de desarrollo cognitivo que examinaron las correlaciones entre la actividad eléctrica cerebral y la memoria de trabajo durante la infancia y la primera niñez, así como el rendimiento de la memoria de recuerdo durante la niñez temprana, y también para detallar los cambios en el desarrollo cerebral mes a mes durante la infancia.
  • Una ventaja clave del EEG como método de imagen es que las condiciones experimentales pueden diseñarse para obtener una tasa de abandono relativamente baja . En el caso de los bebés, la negativa a usar el gorro de EEG o a quitárselo es bastante baja, entre el cero y el doce por ciento, y aunque aumenta entre los 2 y los 3 años (30-45%), vuelve a bajar a los cuatro años, ya que se vuelven más tolerantes al gorro y se mueven menos durante la grabación.

Desafíos del EEG para la neuroimagen del desarrollo

  • Resolución : Sin embargo, existen importantes desafíos para la investigación del EEG en el desarrollo. Si bien la señal de EEG tiene una excelente resolución temporal , su resolución espacial es muy deficiente . Dado que el cráneo actúa como barrera entre el gorro de EEG y el cerebro, distorsiona la actividad cerebral, lo que significa que cualquier señal registrada en el cuero cabelludo probablemente fue generada por una gran agrupación de neuronas en un área extensa. Todo esto implica que es probable que los electrodos detecten actividad eléctrica de un grupo de neuronas no local. El uso de matrices de electrodos densas puede mitigar algunos de los problemas con la resolución espacial, pero también aumenta el costo.
  • Artefactos : Se debe dedicar una cantidad significativa de tiempo a la identificación de artefactos. Los investigadores deben eliminar las porciones del EEG que estén "contaminadas" por movimientos motores o parpadeos incluso antes del análisis de datos. Dado que la señal de EEG tiene una amplitud tan pequeña, los movimientos motores y los parpadeos la enmascararán y, en efecto, la eliminarán. Algunas soluciones para esto son registrar simultáneamente el electrooculograma (EOG), que registra los parpadeos y el movimiento ocular lateral, y el electromiograma (EMG), que registra el movimiento muscular. Si bien los algoritmos de corrección de parpadeos se utilizan a menudo en datos de EEG de adultos, existe la preocupación de que estos algoritmos puedan filtrar los cambios de maduración para los investigadores jóvenes. Por lo tanto, es mejor seleccionar datos libres de artefactos, lo que, con suerte, proporcionará un registro de desarrollo del EEG más preciso.

MEG : La MEG es una técnica de neuroimagen que registra los campos magnéticos generados por la actividad neuronal. Una ventaja clave de esta técnica es su excelente localización espacial y su alta resolución temporal de los eventos neuronales. Al igual que otras técnicas de neuroimagen funcional no invasivas populares, como la resonancia magnética funcional (fMRI) y el electroencefalograma (EEG/ERP), no presenta efectos nocivos, secundarios ni perjudiciales a largo plazo. Esto la convierte en una técnica atractiva para la investigación con poblaciones sanas, así como para estudios del desarrollo y estudios longitudinales del desarrollo.

Recopilación de datos : Existen factores técnicos y temáticos que entran en juego a la hora de recopilar datos MEG para estudios de desarrollo.

  • Factores técnicos: Uno de los mayores desafíos al intentar obtener datos limpios en niños pequeños son los artefactos de movimiento. Los artefactos de movimiento voluntario, que incluyen movimientos musculares y parpadeos, son un desafío que no es exclusivo de la MEG y se puede abordar con soluciones conocidas; sin embargo, los artefactos de movimiento fisiológico son los más problemáticos. Los niños pequeños tienen el cuello más corto y, anatómicamente, su corazón y pulmones se encuentran más cerca de los sensores de MEG. Esto significa que su ciclo cardiorrespiratorio es más dinámico, con frecuencias cardíacas y respiratorias más altas, lo que se acumula y produce artefactos de movimiento de gran frecuencia y magnitud. El cuello más corto y la cabeza pequeña también implican que la superficie de su cabeza está bastante alejada del sensor de MEG, lo que representa un desafío significativo, ya que las señales magnéticas están correlacionadas negativamente con la distancia. Para tener esto en cuenta, la cabeza del sujeto se puede colocar estratégicamente de manera que la región de interés esté lo más cerca posible de los sensores.
  • Factores relacionados con el sujeto: Un factor importante a considerar en las técnicas de neuroimagen del desarrollo son los desafíos que surgen al trabajar con sujetos jóvenes. En el caso de los niños pequeños, la ansiedad y la claustrofobia representan un reto significativo que los investigadores deben mitigar.

Interpretación de datos : Al interpretar datos MEG para estudios de desarrollo, existen diversas maneras de analizarlos, dada su gran riqueza de información. Sin embargo, los cambios anatómicos y fisiológicos pueden influir en los resultados observados, y si un investigador desconoce estos cambios, podría realizar una interpretación errónea.

fMRI: El uso de la resonancia magnética funcional (fMRI) en poblaciones en desarrollo ha aumentado significativamente en las últimas dos décadas. La mayoría de las investigaciones de fMRI en desarrollo utilizan estudios transversales, examinando las diferencias y similitudes entre niños, adolescentes y adultos. Sin embargo, el uso de un estudio transversal tiene limitaciones para proporcionar información sobre cómo madura la función cerebral dentro de una población. Por lo tanto, el uso de estudios longitudinales de fMRI ofrece la ventaja de estudiar los procesos de desarrollo y eliminar la variabilidad entre sujetos. Además, no hacen suposiciones sobre la relación cerebro-conducta, lo que los hace idóneos para estudiar los cambios en el desarrollo.

  • Desafíos de la resonancia magnética funcional (RMf) para la neuroimagen del desarrollo : Si bien también presenta muchos desafíos, la realización de estos estudios es costosa, tanto en términos económicos como de tiempo. Se requieren varios años para recopilar datos y la retención de los participantes debe gestionarse con sumo cuidado, dado que una alta tasa de abandono puede comprometer todo el estudio. Además, el análisis de datos longitudinales de RMf se complica debido a la naturaleza de los datos y, por consiguiente, viola los supuestos de independencia en los que se basan muchos paquetes estadísticos. Asimismo, los bebés generalmente deben estar completamente dormidos para poder realizarles una neuroimagen por RMf.
  • Modelado de cambios longitudinales en estudios de desarrollo : Al realizar análisis grupales de conjuntos de datos de neuroimagen funcional, se emplea un enfoque de dos pasos. Los análisis de primer nivel se centran en los sujetos a nivel individual, mientras que los de segundo nivel se centran en el grupo, donde se evalúan los efectos de interés en todos los sujetos. Este segundo paso de análisis plantea desafíos estadísticos particulares para un diseño de neuroimagen longitudinal. El modelo lineal general (GLM) estándar es adecuado para diseños con una sola exploración por sujeto, pero las pruebas básicas de los principales paquetes de software estadístico no son apropiadas para datos longitudinales.

Véase también

Lecturas adicionales

  • Más allá de la modularidad [ 45 ] de Annette Karmiloff-Smith . Un libro revolucionario cuando se publicó en 1992, Karmiloff considera cómo los módulos propuestos, entre otros, por Jerry Fodor podrían implementarse en el cerebro. Argumenta que los módulos surgen como resultado del desarrollo cerebral y establece conexiones fascinantes con las teorías del desarrollo propuestas por Jean Piaget .
  • Repensando la innatividad [ 46 ] por Jeffrey Elman y colegas. Este influyente libro ha recibido más de 1000 citas, [ 47 ] y ha sido nominado para las "Cien obras más influyentes en ciencia cognitiva del siglo XX" (Proyecto del Milenio de Minnesota). [ 48 ] Publicado en 1996, refuta las afirmaciones hechas por los nativistas de la psicología dura (como Steven Pinker ) con el argumento de que no son biológicamente plausibles.
  • Neurociencia cognitiva del desarrollo (3.ª ed. - 2010) [ 9 ] que, entre otras cosas, fue fundamental para acuñar el nombre del campo.
  • Neuroconstructivismo [ 49 ] por Denis Mareschal y colaboradores. El volumen 1 es un trabajo teórico que argumenta que es esencial considerar seriamente las limitaciones del cerebro, el cuerpo y el entorno al evaluar el desarrollo cognitivo. El volumen 2 contiene una selección de modelos de redes neuronales conceptualmente interesantes .
  • Manual de Neurociencia Cognitiva del Desarrollo , [ 5 ] en dos ediciones.
  • Manual de Neurociencia Social del Desarrollo. Nueva York: Guilford Publications.

Referencias

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