Autismo, epilepsia y patologia del lobulo temporal

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Trastornos del espectro autista y ritmo mu. Una nueva perspectiva neurofisiológica

 

 

Montserrat Palau-Baduell, Antonio Valls-Santasusana, Berta Salvadó-Salvadó

 

 

 

Resumen. Los estudios electroencefalográficos de los sujetos con trastornos del espectro autista (TEA) proporcionan evi- dencias de los aspectos funcionales del cerebro en esta patología. El ritmo mu puede ser reactivo (supresión mu) a los propios movimientos y a los movimientos llevados a cabo por otros. Se considera que estas reactividades están relacio- nadas con la actividad de las neuronas espejo. Los sujetos con TEA muestran una supresión mu significativa a sus propios movimientos, pero fallan al reaccionar a los movimientos realizados por otras personas. Estos hallazgos apoyan la hipóte- sis de un sistema de neuronas espejo disfuncional en los individuos con TEA. Además, la disfunción de las neuronas espejo podría relacionarse con las alteraciones sociales y comunicativas, los déficit cognitivos y la alteración de las habilidades de imitación asociados con los TEA.

Palabras clave. Comunicación y cognición social. Electroencefalograma. Neuronas espejo. Ritmo mu. Supresión mu. Tras- tornos del espectro autista.

Servicio de Neurofisiología; Hospital del Mar (M. Palau-Baduell, A. Valls-Santasusana). Centro

de Orientación y Asistencia del

Desarrollo Infantil, COADI

(B. Salvadó-Salvadó). Barcelona, España.

 

Correspondencia:

Dra. Montserrat Palau Baduell. Servicio de Neurofisiología. Hospital del Mar. Pg. Marítim,

25-29. E-08003 Barcelona.

 

E-mail:

mpalaubaduell@gmail.com

 

 

Introducción

 

Las alteraciones en la comunicación, el lenguaje y la interacción social son características de los trastor- nos del espectro autista (TEA). La causa neurobioló- gica de estas alteraciones no se conoce. El descubri- miento de las neuronas espejo por Rizzolatti et al [1-3] puede proporcionar una base para explicar al- gunos de los déficit conductuales presentes en los pacientes con TEA. Tanto es así que, en los años re- cientes, la hipótesis de una disfunción del sistema de neuronas espejo en los TEA ha recibido una aten- ción considerable por parte de la comunidad científi- ca. Diferentes estudios neurofisiológicos y de neuro- imagen han apoyado esta hipótesis [4-10]. Desde el punto de vista neurofisiológico, la actividad del sis- tema de neuronas espejo en humanos se ha investi- gado a través del análisis de la reactividad del ritmo mu en el electroencefalograma (EEG) [11-15].

 

 

El ritmo mu y su reactividad

 

El registro EEG permite estudiar las variaciones de la actividad bioeléctrica espontánea del cerebro. En los sujetos adultos, en reposo y con los ojos cerra- dos, suele predominar el ritmo alfa de frecuencia entre 8 y 12 Hz, de predominio topográfico en las regiones cerebrales posteriores, y ritmos de alta fre- cuencia beta en las áreas más anteriores. También se observa un ritmo con frecuencia dominante en la banda 8-13 Hz denominado ‘ritmo mu’, que se regis-

 

 

tra en las derivaciones EEG rolándicas o centrales C3, C4 y Cz, localizadas sobre la circunvolución pre- central. Este ritmo se presenta con mayor asiduidad, pero no de forma exclusiva, en la población joven.

Las características del ritmo mu fueron descritas por primera vez por Gastaut et al en 1952 [16]. Es- tos autores acuñaron el término rythme rolandique en arceau, en alusión a la morfología de la onda en forma de arco [17].

El ritmo mu aparece cuando el sistema motor está en reposo y se bloquea cuando se produce un movimiento del hemicuerpo contralateral, ya sea ac- tivo (voluntario), pasivo o de actividad motora refle- ja. En reposo existe una sincronía en las neuronas corticales de la corteza sensitivomotora cuyo reflejo en el EEG es el llamado ritmo mu. La activación de estas áreas corticales produce una desincronización cortical manifestada en la atenuación de este ritmo. Esta reactividad se estudia en los registros EEG ruti- narios mediante la maniobra de cerrar el puño de la mano contralateral al hemisferio donde se observa el ritmo mu, ya que éste es unilateral y alternante.

En general, una desincronización EEG se produce por una estimulación talamocortical y se relaciona con una red neural excitada o áreas corticales activa- das, mientras que una sincronización EEG se corre- laciona con áreas corticales desactivadas. El bloqueo del ritmo alfa occipital registrado con los ojos abier- tos, así como el bloqueo mu registrado durante un movimiento, son ejemplos de este fenómeno de desin- cronización. El grado de bloqueo o supresión del rit- mo mu ocurrido durante un movimiento se puede

 

aceptado tras revisión externa:

20.01.11.

 

Cómo citar este artículo:

Palau-Baduell M, Valls-Santasusana A, Salvadó-Salvadó B. Trastornos del espectro autista y ritmo mu. Una nueva perspectiva neurofisiológica. Rev Neurol 2011; 52 (Supl 1): S141-6.

 

© 2011 Revista de Neurología

 

 

 

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S141

M. Palau-Baduell, et al

 

 

 

 

 

 

expresar como porcentaje del valor del pico de po- tencia en reposo con respecto al pico de potencia durante la actividad motora, y por lo general mues- tra una disminución alrededor del 60% [18].

Las frecuencias del ritmo mu se solapan con las del ritmo alfa; sin embargo, ambos ritmos presen- tan una morfología, distribución y reactividad dis- tintas. El ritmo mu tiene una topografía caracterís- tica que se localiza en las áreas rolándicas. El ritmo alfa, aunque de predominio posterior, con frecuen- cia puede propagarse en mayor o menor medida al resto de áreas cerebrales. El ritmo mu suele ser casi siempre unilateral y alternante; en cambio, el ritmo alfa muestra una simetría interhemisférica bien de- finida, tanto es así que, si no existe esta simetría, es un criterio de anomalía EEG. El ritmo alfa se atenúa con la apertura ocular y con otros estímulos; en cambio, el ritmo mu no se modifica al abrir los ojos, pero sí se bloquea por un movimiento de la extre- midad contralateral.

Es importante destacar que el ritmo mu también puede atenuarse o bloquearse con la observación de un movimiento realizado por otra persona, con la imitación de una acción y con la ideación o la preparación mental para un movimiento. La prime- ra evidencia en este sentido fue descrita por Gas- taut y Bert en 1954 [19] al observar que dicha su- presión ocurre no sólo durante los propios movi- mientos de los sujetos estudiados, sino que también acontece cuando estos sujetos observan acciones realizadas por otros. Estos hallazgos han sido con- firmados posteriormente por distintos investigado- res mediante registros de EEG [11,12], magnetoen- cefalografía (MEG) [20-22] y estudios con estimu- lación magnética transcraneal (EMT) [23-26].

La supresión mu se puede registrar en adultos y niños, y muestra respuestas funcionales similares en ambas poblaciones [27,28].

 

 

Relación del ritmo mu y las neuronas espejo

 

Las neuronas espejo son células que se activan du- rante la ejecución de una acción y durante la obser- vación de la misma acción realizada por otra perso- na. En el sistema de neuronas espejo están implica- das la parte caudal de la circunvolución frontal in- ferior (pars opercularis) con la corteza premotora adyacente y la corteza parietal inferior, lo que se de- nomina sistema espejo parietofrontal.

La relación entre el ritmo mu y la actividad de las neuronas espejo fue sugerida por primera vez por Altschuler et al [29] y, posteriormente, ha sido corroborada por distintos investigadores. En la ac-

tualidad constituye una importante línea de investi- gación [11-13,18,30,31].

Las fuentes del ritmo mu se han identificado en áreas corticales sensitivomotoras, en las que exis- ten muchas interconexiones con las áreas premoto- ras ventrales, donde se localizan las neuronas espe- jo (las cuales parecen modular el ritmo mu). Cuan- do los sujetos realizan y observan una acción, las neuronas de la corteza sensitivomotora se desincro- nizan a causa del input procedente de las neuronas espejo de las áreas premotoras y disminuye la poten- cia del ritmo mu (supresión del ritmo mu) [20,32].

Estudios publicados posteriormente a 1954 en- cuentran que, de forma similar a las neuronas espe- jo, el ritmo mu responde específicamente a acciones realizadas por el propio sujeto, observadas e imagi- nadas [11]. Además, sólo responden a movimientos biológicos [33] y reaccionan más a acciones dirigi- das a un objetivo que a acciones sin ningún objetivo concreto [13]. Las neuronas espejo y el ritmo mu tienen una distribución somatotópica [5,18].

La monitorización de los niveles de supresión del ritmo mu mediante análisis EEG se puede usar como representación del funcionamiento de las neuronas espejo [31]. Este hecho lo corroboran es- tudios con resonancia magnética funcional (RMf ) y evidencias anatomofisiológicas de conexiones cor- ticocorticales entre la corteza premotora ventral (pars opercularis, área que contiene neuronas espe- jo) y la corteza sensitivomotora primaria, donde se genera el ritmo mu. La correspondencia entre los hallazgos EEG y de RMf refuerza la idea de que la supresión mu es válida como reflejo de la actividad de las neuronas espejo [5,34].

 

 

Alteración del ritmo mu y del sistema de neuronas espejo en

los trastornos del espectro autista

 

El sistema de neuronas espejo humano también se ha relacionado con procesos cerebrales de orden superior, tales como el aprendizaje por imitación, el lenguaje, las habilidades de la teoría de la mente, la empatía, la percepción de las intenciones ajenas y la cognición social. Estas funciones superiores asocia- das a las neuronas espejo están alteradas en los pa- cientes con TEA.

A finales de los años noventa emergió la idea de que el sistema de neuronas espejo podría contribuir a algunos de los síntomas que caracterizan los TEA. Desde entonces la mayoría de hallazgos han confir- mado la relación entre la disfunción del sistema de neuronas espejo y los TEA [33,35-38].

 

 

 

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Autismo

 

 

 

 

 

 

 

Tabla. Hallazgos de supresión mu en los trastornos del espectro autista.

 

 

muestra Condiciones del registro EEG supresión mu significativa

supresión mu no significativa

 

 

oberman et al [33]

 

 

10 AAF (varones;

6-47 años; CI > 80)

frente a 10 controles

 

1. Mover la mano

2. Observar un vídeo de una mano moviéndose

3. Observar un vídeo con dos bolas botando

(movimiento no biológico)

4. Observar la pantalla en blanco (condición basal)

 

 

AAF en 1

Controles en 1 y 2

 

 

AAF en 2

AAF y controles en 3 y 4

 

 

 

martineau et al [38]

 

 

14 TEA (11 varones y

3 mujeres; 5-12 años)

frente a 14 controles

Ver vídeos con:

1. Pantalla en blanco (sin estimulación)

2. Agua de un lago (sin movimiento)

3. Cascada de agua (movimiento no biológico)

4. Mujer haciendo un movimiento de tijeras con las piernas (movimiento biológico)

 

 

Controles en 4

 

 

TEA en 4

TEA y controles en 1, 2 y 3

 

 

 

Bernier

et al [36]

 

 

14 TEA (6 TA, 5 SA y

5 TGD-NE) (varones;

19-38 años; CI > 80)

frente a 15 controles

 

1. Reposo: sentado con las manos en las rodillas

(condición basal)

2. Observar un vídeo de un hombre agarrando un objeto con el pulgar y el dedo índice

3. Ejecutar la misma acción que en 2 (la pantalla muestra el objeto, pero no el movimiento)

4. Imitar la acción de 2 como muestra el vídeo

 

 

 

TEA en 3

Controles en 2, 3 y 4

 

 

 

TEA en 2 y 4

TEA y controles en 1

 

 

 

oberman et al [37]

 

 

 

 

Raymaekers

 

 

13 AAF (varones;

8-12 años; CI > 80)

frente a 13 controles

 

 

 

20 AAF (18 varones y

2 mujeres; 8-13 años;

 

Ver vídeos con:

1. Persona no familiar abriendo y cerrando la mano

2. Familiar (padre o hermano) realizando la acción de 1

3. El propio sujeto realizando la acción 1

4. Dos bolas botando (condición basal)

 

1. Observar un vídeo de una mano moviéndose

2. Mover su propia mano

 

 

 

AAF en 2 y 3

Controles en 1, 2 y 3

 

 

 

AAF en 1

AAF y controles en 4

et al [52]

CI > 80) frente a 19 controles

3. Observar un vídeo con dos bolas botando

(movimiento no biológico)

4. Observar la pantalla en blanco (condición basal)

AAF y controles en 1 y 2 AAF y controles en 3 y 4

 

 

 

 

Fan et al [53 ]

 

 

 

20 TEA (varones;

8-13 años; CI > 80)

frente a 19 controles

 

1. Observar una cruz estática en la pantalla

(condición basal)

2. Observar un vídeo de una mano manipulado un objeto desde la palma hasta la punta de los dedos

3. Observar un vídeo de un punto luminoso moviéndose al azar en la pantalla

4. Manipular un objeto igual que en la acción de 2

 

 

TEA y controles en

2 y 4 (el número de errores en 4 es significativamente mayor en TEA que en controles)

 

 

 

 

TEA y controles en 1 y 3

 

AAF: pacientes con autismo de alto grado de funcionamiento; CI: cociente intelectual; SA: pacientes con síndrome de Asperger; TA: pacientes con trastorno autista; TEA: pacientes con trastornos del espectro autista; TGD-NE: pacientes con trastorno generalizado del desarrollo no especificado.

 

 

 

Si el sistema de neuronas espejo está alterado en los pacientes con TEA, se podría considerar la hi- pótesis de que en dicha patología puede obtenerse una respuesta del ritmo mu alterada. Distintos gru- pos de investigación han aportado datos sobre este supuesto (Tabla). Mediante metodología EEG, Ober- man et al [33] compararon a un grupo con autismo de alto grado de funcionamiento (AAF) con un gru- po control. Se realizaron registros EEG en cuatro condiciones distintas: los sujetos moviendo su mano, los sujetos mirando un vídeo de una mano movién-

dose, los sujetos mirando un vídeo de dos bolas bo- tando y, por último, mirar la pantalla en blanco. Al analizar los registros EEG encontraron que los su- jetos del grupo control mostraban una supresión del ritmo mu significativa cuando observaban y realizaban el movimiento de la mano, mientras que los sujetos del grupo con AAF sólo mostraban su- presión mu significativa al efectuar el movimiento con su mano y no cuando observaban el movimien- to realizado por otra persona en el vídeo. Según los autores, la falta de supresión del ritmo mu en el

 

 

 

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grupo con AAF durante la observación de los mo- vimientos sugiere una disfunción del sistema de neuronas espejo. Esta ausencia de supresión mu permanece a lo largo de la vida. Este hecho contras- ta con la presencia de supresión mu significativa al realizar ellos mismos un movimiento, lo cual indica el correcto funcionamiento de otros sistemas sensi- tivomotores implicados en las acciones realizadas por uno mismo.

Oberman et al [33] apuntan que sus resultados son consecuentes con la implicación del sistema de neuronas espejo en los TEA; sin embargo, no es po- sible distinguir si la alteración en las neuronas es- pejo es la disfunción primaria o bien es una conse- cuencia de alteraciones anatómicas o funcionales en otras regiones cerebrales. Estos hallazgos se han visto replicados recientemente [38].

Bernier et al [36] han descrito resultados simila- res utilizando un diseño un poco más elaborado que incorporaba la imitación de una acción. Al comparar a un grupo con TEA con un grupo con- trol, el grupo con TEA mostraba dificultad en la ac- ción de imitar. Al igual que los trabajos anteriores, el grupo con TEA presentaba una supresión mu al- terada al observar el movimiento. Además, la difi- cultad en las tareas de imitación estaba correlacio- nada con la alteración de la supresión mu, particu- larmente en el caso de la imitación de expresiones faciales. Este dato sugiere que la actividad disfun- cional de las neuronas espejo en los TEA es más patente para las tareas con relevancia social.

En otro trabajo, Oberman et al [37] han conside- rado la posibilidad de que las neuronas espejo im- plicadas en tareas con relevancia social estén más afectadas en los TEA. Los autores analizaron si la familiaridad con la persona que realiza la acción (padres o hermanos) tenía alguna influencia en la supresión del ritmo mu. Para ello compararon los registros EEG de un grupo con AAF con un grupo control, obtenidos al observar un vídeo en cuatro condiciones distintas: una persona no conocida abriendo y cerrando la mano derecha, un familiar realizando la misma acción, el propio sujeto reali- zando la misma acción y, finalmente, unas bolas bo- tando. El grupo control manifestó una supresión mu significativa al observar la mano del extraño, la del familiar y la suya propia (aunque con menor su- presión al contemplar la mano del extraño). El gru- po con AAF mostró una supresión significativa cuando miraba su propia mano y la del familiar, pero no cuando observaba la mano del extraño. Es- tos resultados indican que aspectos emocionales y cognitivos de índole social ligados al factor que pro- voca la atenuación pueden modular ésta. Las con-

clusiones obtenidas en otro estudio mediante RMf al analizar la actividad cerebral de sujetos con TEA cuando observaban caras de familiares son conse- cuentes con estos hallazgos [39].

A tenor de los resultados de su trabajo, Oberman et al [37] apuntan la posibilidad de que exista un efecto umbral. Estos autores sugieren que los sujetos con TEA necesitan un mayor grado de activación del sistema de neuronas espejo (comparado con los sujetos controles) para superar una reducción de po- tencial de las neuronas espejo o un sistema de neu- ronas espejo menos funcional debido a una interco- nectividad deficiente con las regiones cerebrales posteriores. De esta manera, la recuperación de la supresión mu en los sujetos con TEA, en respuesta a la observación de acciones llevadas a cabo por ellos mismos o por un familiar, puede ser resultado de un incremento de atención o motivación invertido en un estímulo familiar, lo que causaría un incremento de la actividad en el sistema de neuronas espejo en respuesta a esta circunstancia específica.

Otros estudios con distintas metodologías (como RM estructural y RMf, conductuales, con MEG y EMT) aportan evidencias complementarias sobre la disfunción del sistema de neuronas espejo en los TEA [40-45]. Dapretto et al [43] estudiaron a un grupo de niños con AAF y a un grupo control me- diante RMf mientras imitaban y observaban expre- siones emocionales. Los niños con AAF mostraron significativamente menos activación en la circun- volución frontal inferior que los niños controles, y además la activación era inversamente proporcio- nal a la gravedad de los síntomas.

En conjunto, todos estos datos indican que los pacientes con autismo procesan las acciones reali- zadas por otras personas de manera diferente a como las procesan los individuos controles. Una forma de explicar estas diferencias es postular que los pacientes con TEA tienen una alteración en el mecanismo de las neuronas espejo. Esta hipótesis se conoce con el nombre de ‘espejo roto’ (broken mirror hypothesis) [46,47].

Sin embargo, hay algunos estudios conductuales que no coinciden con los resultados anteriores y los investigadores puntualizan que esta hipótesis nece- sita especificaciones [48-51]. En dos trabajos recien- tes, los autores hallaron una supresión mu significa- tiva en los sujetos con TEA y en los sujetos control, tanto al ejecutar como al observar movimientos de la mano [52,53]. Esta discrepancia respecto a las in- vestigaciones previas podría deberse a la heteroge- neidad de la población con TEA. En esta misma lí- nea otros autores sugieren que, en los individuos con TEA, algunos componentes del sistema de neu-

 

 

 

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ronas espejo podrían preservar cierto grado de fun- cionalidad [48]. Asimismo, el grado de preservación de la actividad de las neuronas espejo en los sujetos con TEA podría depender de la gravedad de los sín- tomas. Así, una menor supresión mu durante la ob- servación de una acción estaría correlacionada con una mayor gravedad de los síntomas; de esta mane- ra, la supresión mu podría reflejar el nivel de grave- dad de los síntomas en los pacientes con TEA [53].

 

 

Conclusiones

 

Numerosas líneas de investigación muestran evi- dencias de que el sistema de neuronas espejo está implicado en procesos como la imitación, el len- guaje, la teoría de la mente, la empatía y la cogni- ción social. Como los sujetos con TEA presentan déficit conductuales en muchas de estas áreas, hay datos suficientes para pensar que las alteraciones en el sistema de neuronas espejo pueden tener un papel en los déficit sociales y comunicativos de los pacientes con TEA. La hipótesis de una disfunción en el sistema de las neuronas espejo en los TEA se ha probado en años recientes, utilizando varias téc- nicas neurofisiológicas y de neuroimagen estructu- ral y funcional. En particular, los estudios EEG han demostrado alteraciones en la supresión del ritmo mu, reflejo de esta disfunción del sistema de neuro- nas espejo.

Los hallazgos actuales sugieren que la alteración de las neuronas espejo es marcada cuando la infor- mación es de índole social y emocional, o cuando requiere discriminación de diferentes ítems, tales como actos motores o emociones faciales.

La hipótesis de una disfunción en el sistema de las neuronas espejo en los pacientes con TEA ha proporcionado indicios de los mecanismos neu- rales que gobiernan las bases de la conducta social, a la vez que ha aportado más conocimientos sobre la neurobiología del autismo, y en un futuro podría utilizarse para desarrollar nuevas estrategias de in- tervención [54-56].

 

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Autism spectrum disorders and mu rhythm. A new neurophysiological view

 

Summary. Electroencephalographic studies of subjects with autism spectrum disorders (ASD) provide evidences of brain functional aspects in this pathology. Mu rhythm can be reactive in normal population (mu suppression) to both self- movements and to movements performed by others. These reactivities are considered to be related to mirror neurons activity. Subjects with ASD show significant mu suppression to self-movements but they fail to react to the movements performed by others. These findings support the hypothesis of a dysfunctional mirror neurons system in individuals with ASD. Moreover, dysfunction of mirror neurons would be related to social and communicative impairments, cognitive deficits and impairment imitation skills associated with ASD.

Key words. Autism spectrum disorders. Communication and social cognition. Electroencephalogram. Mirror neurons. Mu rhythm. Mu suppression.