Tesis doctorales de la Escuela Internacional de Doctorado de la URJC desde el curso 2024/25
Caracterización temporal y neuromodulación cortical de la inhibición espacial
Autor
CARPIO MORENO, ALBERTO
Director
MERCADO ROMERO, FRANCISCO
Codirector
OBESO MARTÍN, IGNACIO
Fecha de defensa
13-01-2025
Calificación
Sobresaliente cum laude
Programa
Ciencias de la Salud
Mención internacional
No
Resumen
Introducción y objetivos de la investigación. Tradicionalmente, la inhibición se ha conceptualizado como un proceso unitario, clave para suprimir respuestas irrelevantes o no deseadas, como frenar una acción impulsiva en el momento adecuado. Este mecanismo permite que los seres humanos ajusten su comportamiento ante cambios en su entorno, ayudando a mantener un control adecuado sobre sus acciones. Sin embargo, investigaciones recientes han mostrado que este proceso inhibitorio no es tan simple ni unitario como se pensaba. Los avances en neuroimagen han revelado que existen circuitos neurales específicos involucrados en la inhibición. Uno de los componentes centrales de este sistema es el circuito frontoestriatal, involucrado en la regulación del control inhibitorio. Dentro de este circuito, el área motora suplementaria (AMS) juega un papel clave, particularmente en la regulación de respuestas motoras y la inhibición de conductas inapropiadas. El AMS ha demostrado ser crucial en tareas que requieren detener una acción iniciada, reforzando su papel en el control motor inhibitorio. Estudios recientes sugieren que la proximidad espacial de los estímulos podría modular cómo estos circuitos operan. Esto indica que diferentes mecanismos inhibitorios podrían activarse dependiendo de si los estímulos están cerca o lejos del individuo. Este hallazgo añade una capa adicional de complejidad al proceso inhibitorio, sugiriendo que no es un proceso simple ni unitario, sino multidimensional.
Para abordar estas cuestiones, se ha utilizado de forma repetida la tarea experimental go/no-go, ya que permite evaluar cómo los individuos son capaces de cancelar una acción en curso (inhibición) o, en su defecto, responder impulsivamente ante estímulos específicos. Este tipo de tareas permite analizar parámetros de tiempo de reacción y tasas de errores (omisión y comisión), así como medidas electrofisiológicas. Aun con estos análisis, para obtener una visión más detallada y precisa de los procesos inhibitorios, se han desarrollado modelos computacionales como el Modelo de Deriva de Difusión (Drift Diffusion Model, DDM). Este modelo permite descomponer el proceso de toma de decisiones en distintos parámetros, como la codificación de la información sensorial, la acumulación de evidencia a favor o en contra de una respuesta, y los ajustes en los umbrales de decisión. Este enfoque, junto con el análisis de la señal electrofisiológica cerebral, es especialmente útil para diferenciar las distintas fases del proceso inhibitorio. El análisis de estos parámetros puede mostrar cómo factores como la proximidad de los estímulos influyen en estos subprocesos, sugiriendo una estructura más compleja y dinámica de lo que se había propuesto inicialmente.
En resumen, el objetivo principal de la presente Tesis Doctoral ha sido investigar cómo variables moduladoras, como la localización espacial de los estímulos, impactan sobre los diferentes subprocesos inhibitorios. El uso de herramientas avanzadas, como la electroencefalografía (EEG) y el DDM, permitirá obtener una comprensión más detallada de la inhibición y sus mecanismos subyacentes, contribuyendo a esclarecer su carácter unitario o multidimensional y cómo puede modularse en función de las condiciones experimentales a las que están sometidos a los individuos.
Método. Con el objetivo general de comprender los mecanismos temporales subyacentes a la inhibición espacial, se llevaron a cabo tres estudios empíricos para caracterizar temporalmente este proceso. En el Experimento 1 participaron noventa y siete sujetos sanos que realizaron una tarea go/no-go visoespacial. El objetivo principal fue analizar el control inhibitorio en diferentes condiciones espaciales, comparando la precisión y el tiempo de reacción en ensayos de respuesta (go) y de inhibición (no-go). La tarea fue implementada en línea utilizando el software Psytoolkit, permitiendo la evaluación de la capacidad de inhibición motora en función de las distintas demandas espaciales. En el Experimento 2, se registró la actividad cerebral de treinta y un sujetos sanos mediante electroencefalografía (EEG) mientras realizaban la misma tarea visoespacial go/no-go que en el Experimento 1. El objetivo principal fue investigar la dinámica temporal de la respuesta neural durante la inhibición motora y la influencia de la distancia espacial en dicho control inhibitorio. Se analizaron potenciales evento-relacionados (PERs) para comparar las respuestas ante ensayos go y no-go, considerando la variable de proximidad espacial. Finalmente, en el Experimento 3, el objetivo fue evaluar si la neuromodulación del área motora suplementaria (AMS) podía influir en las conductas impulsivas según la localización espacial de los objetos. Treinta sujetos sanos participaron en dos sesiones separadas por una semana. En cada sesión, primero se sometieron a treinta minutos de estimulación mediante un protocolo de Estimulación Magnética Estática Transcraneal (tSMS), sin saber si la estimulación era real o simulada, siguiendo un diseño cruzado doble ciego y controlado con placebo. Después de la estimulación, realizaron la tarea go/no-go en un entorno de realidad virtual (RV), diseñado para aumentar la validez ecológica del experimento.
Además del análisis de los PERs y la aplicación de tSMS para la neuromodulación de la respuesta inhibitoria, en los tres experimentos, se analizaron las respuestas conductuales, incluyendo el tiempo de reacción (TR), los errores de omisión y los errores de comisión. Además, se realizó un análisis utilizando el DDM. Este modelo permitió descomponer el tiempo de reacción y los errores en parámetros relacionados con la velocidad de procesamiento de la información, la toma de decisiones y la capacidad de inhibición, proporcionando una comprensión más detallada de los mecanismos subyacentes a la inhibición motora.
Resultados. En el Experimento 1 se observó que los estímulos cercanos, en comparación con los estímulos situados lejos, provocaron comportamientos impulsivos caracterizados por latencias de respuesta más cortas junto con un aumento en los errores de comisión. Estos resultados confirmaron la eficacia del diseño experimental para evaluar la inhibición en contextos espaciales. Además, los resultados del DDM sugieren que la distancia espacial ralentiza la toma de decisiones. Al evaluar estímulos lejanos, los participantes se mostraron más cautelosos, reflejándose en mayores valores en la tasa de deriva (v), tiempo de no decisión (Ter) y tiempo medio de decisión (MDT), resultando en tiempos de respuesta más prolongados.
A nivel conductual, la caracterización de la respuesta de inhibición en el Experimento 2 confirmó los resultados obtenidos en el Experimento 1, mostrando menores tiempos de reacción en los estímulos cercanos (ensayos go) y un mayor porcentaje de errores de comisión (ensayos no-go), lo que apoyaría la idea de un procesamiento más rápido, pero menos eficiente. Los resultados derivados de la aplicación del DDM también se alinearon con los hallazgos del Experimento 1, indicando que la distancia del estímulo influye en la dinámica de respuesta, evidenciada por una mayor tasa de deriva (v), tiempos de no decisión (Ter) tiempo medio de decisión (MDT) para los estímulos lejanos. Además, el análisis de los PERs mostró que, durante los ensayos go, los estímulos cercanos se asociaron con una mayor amplitud del componente N1 y una menor latencia que los estímulos lejanos, fundamentalmente en áreas parieto-occipitales. Esto sugiere que los estímulos cercanos facilitarían la puesta en marcha de un procesamiento más rápido. Por otra parte, en los ensayos no-go lejanos se observó una mayor amplitud en el componente P3 en áreas fronto-centrales relacionadas con el giro frontal superior y el área motora suplementaria (AMS), lo que sugiere que cuando es necesario inhibir estímulos que se encuentran más distantes, se requiere un mayor grado de recursos de control inhibitorio en comparación las situaciones en que la fuente de estimulación es cercana. El componente P3 mostró orígenes neurales distintos: en los ensayos no-go cercanos, se localizó en áreas occipitales, mientras que en los lejanos se identificó en regiones fronto-centrales. Esto sugiere que el procesamiento cognitivo en los ensayos no-go cercanos se limita a las áreas visuales, sin llegar a activar las regiones frontales responsables de la inhibición, como ocurre en los ensayos no-go lejanos.
El objetivo del Experimento 3 fue evaluar el impacto de la neuromodulación mediante tSMS sobre el AMS en situaciones de control inhibitorio espacial. Después de la estimulación, se observó que los estímulos cercanos producían tiempos de reacción más largos y un mayor número de errores de comisión. No obstante, no se encontraron efectos significativos entre la estimulación real y la simulada. De forma interesante, el DDM reveló que la estimulación real ralentizó las latencias de respuesta, un efecto mediado por un aumento en los umbrales de decisión (a). La neuromodulación mediante tSMS parece influir en la relación entre la impulsividad y la proximidad espacial de los estímulos. Al afectar el área motora suplementaria (AMS), la neuromodulación podría modular los umbrales de decisión ralentizando las respuestas impulsivas. Esto sugiere que la neuromodulación no solo influye en el comportamiento impulsivo, sino que también podría ayudar a optimizar la toma de decisiones en contextos donde la proximidad de los objetos es un factor determinante. Estos resultados proporcionan un primer punto de partida sobre el papel del AMS en la regulación de la impulsividad espacial.
Conclusiones. El conjunto de experimentos realizados proporciona una visión integrada sobre cómo la proximidad espacial de los estímulos influye en la impulsividad y la precisión de las respuestas inhibitorias. Además, se investiga cómo la aplicación de neuromodulación podría contribuir a un avance en la modificación de la relación entre la proximidad espacial y la inhibición. La tarea experimental utilizada se validó como un medio eficaz para evaluar la inhibición y el control de impulsos en contextos espaciales, evidenciando que los estímulos cercanos fomentan una mayor impulsividad y tasa de errores. El análisis de los PERs mediante N1 y P3 indicó que la localización espacial afecta tanto el procesamiento temprano en áreas visuales y parieto-occipitales para los estímulos cercanos, como los procesos cognitivos superiores relacionados con la inhibición en áreas frontales para los estímulos lejanos. La aplicación del DDM facilitó la caracterización y comprensión de los procesos subyacentes en la toma de decisiones, ofreciendo información valiosa sobre la dinámica de la inhibición y cómo la distancia impacta en el rendimiento. Aunque los estímulos cercanos inducen respuestas más rápidas, requieren menos procesamiento cognitivo inicial; en contraste, una mayor distancia permite un procesamiento más detallado y deliberado, lo que reduce la impulsividad, pero aumenta los tiempos de decisión. La neuromodulación aplicada a través de la tSMS parece indicar que la estimulación del AMS puede influir en la regulación de la impulsividad al ajustar los umbrales de decisión, sugiriendo que esta área forma parte de un circuito que equilibra la velocidad de respuesta y la precisión en el control de impulsos. Sin embargo, sería beneficioso no limitarse a la modulación exclusiva de la AMS, sino explorar intervenciones simultáneas en múltiples áreas cerebrales interconectadas para lograr una comprensión más holística del procesamiento espacial. Combinar la neuromodulación mediante tSMS con técnicas de EEG permitiría observar los efectos de la modulación en las dinámicas neuronales, revelando cómo la intervención en la AMS unido a otras áreas afecta los patrones de actividad cerebral en tareas de inhibición. Estas observaciones subrayan el papel que juegan estas las diferentes áreas en el procesamiento de la atención y la inhibición de respuestas, proporcionando una base para comprender cómo el cerebro gestiona el control de impulsos en diferentes contextos espaciales.
