Conectividad funcional asociada con procesamiento contextual en distintas poblaciones: desde trastornos motores a atletas profesionales

Abstract

[Resumen] El procesamiento contextual es una habilidad cognitiva asociada con el manejo de información relevante para guiar la ejecución de una tarea determinada. Para estudiar el procesamiento contextual se ha empleado un paradigma experimental en el cual los sujetos visualizaron una serie de estímulos y respondieron a los objetivos marcados. Determinado orden de aparición de los estímulos predijo la ocurrencia del estímulo objetivo, aunque éste pudo aparecer también de manera aleatoria. Este paradigma fue empleado para investigar cómo distintos grupos de sujetos reconocen la secuencia predictiva y cómo la utilizan para facilitar la detección de los objetivos. Durante el test, aparte de evaluar parámetros de comportamiento tales como los tiempos de reacción y la precisión se ha registrado el electroencefalograma (EEG) empleando 64 electrodos para estudiar los procesos cognitivos relacionados con el procesamiento contextual. En ambos estudios se ha analizado la conectividad funcional entre cada pareja de electrodos empleando el algoritmo “synchronization likelihood”. Se ha utilizado la teoría de grafos para caracterizar los parámetros de conectividad y éstos fueron comparados entre los grupos. El primer estudio ha examinado un grupo de pacientes de Parkinson (PD), habiendo tomado su medicación habitual y un grupo de sujetos de control sanos. Ambos grupos realizaron dos sesiones experimentales, en primer lugar una sesión implícita en la cual los sujetos no fueron informados acerca de la secuencia predictiva; mientras que en la segunda sesión se les mostró explícitamente la secuencia y fueron instruidos para detectarla. La conectividad funcional fue comparada a través de las dos sesiones (implícita y explícita) entre pacientes y controles. En ambas sesiones se utilizó una serie de estímulos abstractos consistente en 4 triángulos equiláteros con diferente orientación. Un triángulo con una arista horizontal y un vértice apuntando hacia abajo fue utilizado como objetivo. La secuencia predictiva ha consistido en tres triángulos apuntando hacia la izquierda, arriba y derecha. Ambos grupos (PD y controles) obtuvieron tiempos de reacción más rápidos para los estímulos predichos, comparados con los aleatorios, tanto en la sesión implícita como en la explícita, a pesar de que la diferencia entre objetivos predichos y aleatorios fue mayor en la sesión explícita en ambos grupos. El análisis de la conectividad funcional ha revelado que durante la visualización del último, más informativo, estímulo de la secuencia predictiva, los pacientes de PD mostraron una red funcional con mayor aglutinamiento, comparados con los controles, en la banda theta. Este hallazgo se ha asociado con conexiones de largo alcance más débiles entre las regiones frontal, central y parietal en ambas sesiones. Los resultados sugieren alteraciones de la conectividad funcional durante el procesamiento contextual tanto implícito como explícito, en las redes frontales asociadas con el procesamiento “top – down”. El segundo estudio ha examinado tres grupos: un grupo de jugadores profesionales de baloncesto, un grupo de jugadores de videojuegos y otro grupo de deportistas profesionales que practican deportes individuales, a fin de investigar los efectos de la actividad física y la toma dinámica de decisiones. Los jugadores de baloncesto manifiestan los efectos de la combinación de la práctica de ejercicio físico y de la toma constante de decisiones, mientras que los dos grupos restantes exhiben estas características de manera aislada. En este experimento los sujetos realizaron dos sesiones del paradigma previamente descrito: una utilizando triángulos abstractos y la otra con estímulos consistentes en 4 imágenes de un jugador de baloncesto realizando un tiro a canasta. Los tres grupos obtuvieron tiempos de reacción más rápidos para los objetivos predichos comparados con los aleatorios en ambas sesiones. El análisis de la conectividad funcional mostró un mayor aglutinamiento de la red funcional en los jugadores de baloncesto comparados con los jugadores de videojuegos durante la detección de objetivos aleatorios en la sesión abstracta. Los jugadores de baloncesto también mostraron un mayor coeficiente de aglutinamiento en comparación con los jugadores de deportes individuales durante el procesamiento del segundo estímulo de la secuencia predictiva, en la sesión en la cual se han mostrado las imágenes del jugador de baloncesto. Estos hallazgos fueron asociados con conexiones fronto - parietales más fuertes en los jugadores de baloncesto, sugiriendo una mayor asignación de la atención hacia los estímulos relevantes de la tarea. Además, los jugadores de videojuegos comparados con los jugadores de deportes individuales mostraron un mayor coeficiente de aglutinamiento y un camino mínimo más largo durante el procesamiento del último, más informativo estímulo de la secuencia predictiva, cuando se mostraron las imágenes de la sesión del jugador de baloncesto. Este descubrimiento se ha asociado con conexiones fronto - parietales más fuertes en los jugadores de videojuegos comparados con los jugadores de deportes individuales, lo que puede ser debido a una mayor asignación de recursos de atención durante el procesamiento de este estímulo predictivo. Los hallazgos de este estudio podrían sentar las bases para el diseño de terapias no farmacológicas enfocadas al tratamiento de los déficits de atención.

[Resumo] O procesamento contextual é unha habilidade cognitiva asociada có manexo de información relevante para guiar a execución dunha tarefa determinada. Para estudar o procesamento contextual empregouse un paradigma experimental no cal os suxeitos visualizaron unha serie de estímulos e respostaron ós obxectivos marcados. Determinada orde de aparición dos estímulos predixo a ocorrencia do estímulo obxectivo, aínda que este puido aparecer tamén de xeito aleatorio. Este paradigma foi empregado para investigar cómo distintos grupos de suxeitos recoñecen a secuencia preditiva e cómo a empregan para facilitar a detección dos obxectivos. Durante o test, aparte de avaliar parámetros de comportamento tales como os tempos de reacción e precisión, rexistrouse o electroencefalograma (EEG) empregando 64 electrodos para estudar os procesos cognitivos relacionados có procesamento contextual. En ambos estudos analizouse a conectividade funcional entre cada parella de electrodos empregando o algoritmo “synchronization likelihood”. Empregouse a teoría de grafos para caracterizar os parámetros de conectividade e estes foron comparados entre os grupos. O primeiro estudo examinou un grupo de pacientes de Parkinson (PD), tendo tomado a súa medicación e mais un grupo de suxeitos de control sans. Ambos grupos realizaron dúas sesións experimentais, en primeiro lugar unha sesión implícita na cal os suxeitos non foron informados acerca da secuencia preditiva; mentres que na segunda sesión amosouselles explícitamente a secuencia e foron instruídos para detectala. A conectividade funcional foi comparada a través de dúas sesións (implícita e explícita) entre pacientes e controis. En ambas sesións utilizouse unha serie de estímulos abstractos consistente en 4 triángulos equiláteros con diferente orientación. Un triángulo cunha aresta horizontal e un vértice apuntando cara abaixo foi utilizado como obxectivo. A secuencia preditiva consistiu en tres triángulos apuntando cara a esquerda, arriba e dereita. Ambos grupos (PD e controis) obtiveron tempos de reacción máis rápidos para os estímulos preditos, comparados cós aleatorios, tanto na sesión implícita coma na explícita, a pesar de que a diferencia entre obxectivos preditos e aleatorios foi maior na sesión explícita en ambos grupos. A análise da conectividade funcional revelou que durante a visualización do derradeiro, máis informativo, estímulo da secuencia preditiva, os pacientes de PD amosaron unha rede funcional con maior aglutinamento, comparados cós controis, na banda theta. Este achado asociouse con conexións de longo alcance máis febles entre as rexións frontal, central e parietal en ambas sesións. Os resultados suxiren alteracións da conectividade funcional durante o procesamento contextual tanto implícito coma explícito, nas redes frontais asociadas có procesamento “top – down”. O segundo estudo examinou tres grupos: un grupo de xogadores profesionais de baloncesto, un grupo de xogadores de videoxogos e outro grupo de deportistas profesionais que practican deportes individuais, a fin de investigar os efectos da actividade física e da toma constante de decisions, mentres que os dous grupos restantes exhiben estas características de xeito illado. Neste experimento os suxeitos realizaron dúas sesións do paradigma previamente descrito: unha utilizando triángulos abstractos e a outra con estímulos consistentes en 4 imaxes da vida real sobre un xogador de baloncesto realizando un tiro a canastra. Os tres grupos obtiveron tempos de reacción máis rápidos para os obxectivos preditos comparados cós aleatorios en ambas sesións. A análise da conectividade funcional amosou un maior aglutinamento da rede funcional nos xogadores de baloncesto comparados cós xogadores de videoxogos durante a detección de obxectivos aleatorios na sesión abstracta. Os xogadores de baloncesto tamén amosaron un maior coeficiente de aglutinamento en comparación cós deportistas individuais durante o procesamento do segundo estímulo da secuencia preditiva, na sesión na cal se amosaron as imaxes do xogador de baloncesto. Estes achados foron asociados con conexións fronto - parietais máis fortes nos xogadores de baloncesto suxerindo unha maior asignación da atención cara ós estímulos relevantes da tarefa. Ademáis, os xogadores de videoxogos comaprados cós deportistas individuais amosaron un maior coeficiente de aglutinamento e un camiño mínimo máis longo durante o procesamento do derradeiro, máis informativo estímulo da secuencia preditiva, cando se amosaron as imaxes da sesión do xogador de baloncesto. Este descubrimento asociouse con conexións fronto - parietais máis fortes nos xogadores de videoxogos comparados cós deportistas individuais, o que pode ser debido a unha maior asignación de recursos atencionais durante o procesamento deste estímulo preditivo. Os achados deste estudo poderían sentar as bases para o deseño de terapias non farmacolóxicas orientadas ó tratamento dos déficits de atención.

[Abstract] Contextual processing is a cognitive ability associated with the management of relevant information in order to guide the execution of a certain task. In order to study contextual processing an experimental paradigm was used, in which subjects were presented with a series of visual stimuli and responded to target stimuli was used. A specific order of stimuli predicted the occurrence of the target stimulus, while other targets appeared in a random way. This paradigm was used to investigate how different groups of subjects recognize the predictive sequence and how they use it to facilitate target detection. During the test, apart from evaluating behavioral parameters such as reaction times and accuracy, electroencephalogram (EEG) was recorded using 64 electrodes to study the cognitive processes related to processing context. In both studies, functional connectivity between each pair of electrodes has been analyzed using the “synchronization likelihood” algorithm. Graph theory was used to characterize connectivity parameters and these were compared between the groups. The first study has examined a group of patients with Parkinson disease (PD), having taken their usual medication and a control group of healthy subjects. Both groups performed two experimental sessions, the first an implicit session where subjects were not made aware of the predictive sequence; while in the second session subjects were explicitly shown and instructed to detect the predictive sequence. Functional connectivity was compared across the two sessions (implicit and explicit) across PD patients and controls. In both sessions, a series of abstract stimuli consisting of 4 equilateral triangles with different orientation was used. A triangle with a horizontal edge and a vertex facing downwards was used as the target. The predictive sequence consisted of three triangles facing left, up and right. Both (PD and control subjects) showed faster reaction times for the predicted targets compared with random targets, in both the implicit and explicit sessions, although the difference between predicted and random targets was greater in the explicit session in both groups. Functional connectivity analysis revealed that during the visualization of the last, most informative, stimulus of the predictive sequence, PD patients showed a functional network with greater clustering, compared with controls, in the theta band. This finding was associated with weaker long – range connections between frontal, central and parietal regions in both sessions. These results suggest functional connectivity alterations during both implicit and explicit contextual processing in PD patients, within frontal top-down networks. The second study examined three groups: a professional basketball players group, a video game players group and another group of professional athletes who practice individual spoRT, in order to investigate the effects of physical exercise and dynamic decision making. Basketball players characterize the effects of the combined practice of physical exercise and constant fast decision making, while the two remaining groups exhibit these characteristics in isolation. In this experiment subjects performed two sessions of the paradigm previously described explicitly: one using abstract triangles and the other with stimuli of 4 real life images of a basketball player performing a basket shot. The three groups showed faster reaction times for predicted compared with random targets in both sessions. The functional connectivity analysis showed greater network clustering in basketball players compared with video-gamers, during the detection of random targets in the abstract session. Basketball players also showed greater clustering coefficients compared to individual athletes during the processing of the second stimulus of the predictive sequence, when basketball images were displayed. These findings were associated with stronger fronto – parietal connections in asketball players, suggesting increased allocation of attention towards task – relevant stimuli.