Resumen de Modificaciones de las interacciones audio-motoras asociadas con la formación musical y el aprendizaje de un vocabulario nuevo
María de los Ángeles Palomar García
- español
INTRODUCCIÓN Música y lenguaje son complejos sistemas de comunicación en los que las interacciones audio-motoras son muy importantes (ver Zatorre, 2013). Avances recientes en neurociencia cognitiva han proporcionado varios modelos relacionados con las interacciones entre los sistemas auditivo y motor que forman la base del desempeño y aprendizaje tanto en el lenguaje (Hickok & Poeppel, 2007) como en la música (Herholz & Zatorre, 2012; Zatorre, Chen, & Penhune, 2007).
Dentro de las vías de procesamiento auditivo se ha observado como la vía dorsal es la relacionada con las interacciones audio-motoras, tanto en la música como en el lenguaje (Hickok & Poeppel, 2007; Zatorre, Chen, & Penhune, 2007). Esta vía incluye regiones del giro temporal superior así como regiones frontales, implicando la parte dorsal del giro frontal inferior y la corteza premotora. A nivel de tractos de sustancia blanca se ha visto como el fascículo arqueado es clave para estas conexiones (Halwani, Loui, Rüber, & Schlaug, 2011; López-Barroso y cols., 2013; Saur y cols., 2008, 2010). Estas interacciones son relevantes cuando se toca un instrumento musical a nivel profesional, ya que requiere la integración de información entre regiones del cerebro que apoyan funciones auditivas y motoras, así como entre regiones motoras que controlan las dos manos debido a la práctica bimanual compleja y coordinada de los dedos (Jäncke, 2012; Zatorre Chen, & Penhune, 2007). En el caso del lenguaje se ha propuesto que las interacciones audio-motoras son importantes para el aprendizaje de un vocabulario nuevo, ya que implican la asociación entre cómo suena una palabra y los movimientos articulatorios necesarios para llevar a cabo ese sonido (Hickok & Poeppel, 2004, 2007; López-Barroso y cols., 2013; Rodríguez-Fornells, Cunillera, Mestres-Missé, & de Diego Balaguer, 2009). Después de haber adquirido esa representación audio-motora de la palabra nueva, es posible asociar a dicha representación su significado.
Estudios previos han investigado las activaciones específicas tanto funcional como estructuralmente (Herholz & Zatorre, 2012; Saur y cols., 2008, 2010; Zatorre, Chen, & Penhune, 2007), pero pocos estudios han investigado si esta huella específica de tocar un instrumento musical o aprender un vocabulario nuevo se manifiesta de manera estable en el cerebro. Por ello, el objetivo general de esta tesis es estudiar los cambios cerebrales asociados a la estimulación audio-motora mediante medidas de actividad y de conectividad funcional entre las áreas cerebrales de la vía dorsal. Para ello, se realizarán sendos estudios sobre el aprendizaje de cómo tocar un instrumento musical y el aprendizaje de un vocabulario nuevo.
METODOLOGÍA En esta tesis se ha utilizado la resonancia magnética funcional (fMRI) para estudiar los cambios cerebrales asociados a la estimulación audio-motora. La tesis está compuesta de tres estudios experimentales. En el primer estudio se investigaron los correlatos anatómicos de las interacciones auditivas y motoras en un grupo de participantes con formación musical comparado con un grupo de participantes sin formación musical. Además, también se investigó que influencia podía tener el entrenamiento musical en la conectividad funcional entre las regiones audio-motoras en ambos hemisferios cerebrales, así como entre las regiones motoras que controlan las dos manos. Todos estos resultados a nivel estructural y a nivel de conectividad funcional se correlacionaron con la edad a la que los músicos habían empezado a tocar y con los años que llevaban tocando su instrumento musical. En el segundo y tercer estudio se investigó el efecto de la adquisición y manejo de un vocabulario nuevo en el cerebro humano. Para ello, se empleó un diseño longitudinal que nos permitió investigar los cambios a corto (10 días después de la primera sesión de resonancia) y a largo plazo (14 días después de la segunda sesión de resonancia). En ambos estudios se implementó un programa de entrenamiento en el que los participantes aprendían palabras nuevas asociando formas lingüísticas que no significan nada en su lengua nativa (español) a conceptos existentes, y este aprendizaje se realizaba durante seis sesiones de una hora entre la primera y la segunda sesión de resonancia. En el segundo estudio, los participantes realizaban una tarea de repetición de palabras mientras se adquirían imágenes de fMRI para identificar las regiones cerebrales implicadas en cada condición de la tarea (palabras nuevas, palabras nuevas aprendidas, palabras de la lengua nativa, y palabras de la lengua nativa asociadas a una palabra nueva). Finalmente, en el tercer estudio se utilizó la tarea de repetición de palabras, así como la fMRI en estado de reposo para investigar los cambios cerebrales asociados con el aprendizaje de un vocabulario nuevo en las regiones de la vía dorsal del lenguaje. En este estudio participaron los mismos participantes que en el estudio 2 y, además, un grupo de participantes que no habían realizado el aprendizaje del vocabulario nuevo. Todos estos resultados a nivel de actividad y de conectividad funcional fueron correlacionados con una puntuación obtenida en una prueba de vocabulario.
CONCLUSIONES En el primer estudio encontramos que el aprendizaje de cómo tocar un instrumento musical produce un incremento en las interacciones audio-motoras en el hemisferio derecho cuando no realizaban ninguna tarea, extendiéndose así las conclusiones de estudios previos realizados con tareas (Chen, Penhune, & Zatorre, 2009; Grahn & Rowe, 2009). Además de replicar el efecto del entrenamiento en el volumen de sustancia gris en la corteza auditiva derecha, también encontramos que el volumen en esta región se relacionaba con una mayor conectividad audio-motora, vinculando así la estructura y la función cerebral. Por otro lado, a diferencia del aumento de conectividad funcional encontrado entre las áreas auditivas y motoras en estado de reposo, encontramos que la conectividad funcional entre las regiones cerebrales que controlan ambas manos era menor en el grupo de músicos comparado con el grupo de participantes sin formación musical. Todos estos resultados fueron más intensos en los músicos que habían empezado a tocar su instrumento musical a una edad más temprana y llevaban más años tocando.
En el segundo y tercer estudio se utilizó un enfoque longitudinal para investigar los cambios cerebrales relacionados con el aprendizaje de un vocabulario nuevo empleando una tarea de repetición auditiva. Los resultados conductuales mostraron que el aprendizaje fue exitoso, ya que todos los participantes fueron capaces de aprender el significado de las 84 palabras nuevas utilizadas en el estudio. Como esperábamos, los resultados del segundo estudio evidenciaron que el aprendizaje de un vocabulario nuevo modifica la activación neural durante el procesamiento de las palabras nuevas que han sido aprendidas en áreas cerebrales relacionadas con el procesamiento semántico (lóbulo parietal inferior (IPL)/giro angular, la parte ventral del giro frontal inferior (IFG) y el giro cingulado posterior) inmediatamente después del aprendizaje, pero dos semanas después del entrenamiento, el procesamiento del mismo material dependía de la red de control (giro cingulado anterior/área motora suplementaria, el IFG, el caudado y el IPL). Además, también hemos observado que la adquisición de estas palabras nuevas modifica el procesamiento de la palabra asociada en la lengua nativa pero solamente a largo plazo (después de dos semanas sin entrenamiento).
Por último, en el tercer estudio se investigó el impacto de aprender un vocabulario nuevo longitudinalmente en la vía dorsal del lenguaje. Los resultados mostraron una reducción de la actividad en el IFG y el giro temporal superior al procesar las palabras nuevas inmediatamente después de haber sido aprendidas, y recuperación de esta activación a los valores iniciales después de dos semanas del aprendizaje. Además, también se encontraron cambios estables en la conectividad funcional en estado de reposo en estas áreas, observándose un incremento de conectividad después del aprendizaje, principalmente dos semanas después del aprendizaje. Este incremento de activación solamente se observó en el grupo de participantes que habían aprendido el vocabulario nuevo en comparación con el grupo que no habían realizado el aprendizaje donde la activación de ambas regiones se mantenía constante en las tres sesiones.
En conjunto, los resultados presentados en esta tesis muestran que ambos aprendizajes, ya sea musical o de un vocabulario nuevo, producen una huella a nivel cerebral en la interacciones audio-motoras incluso en ausencia de una tarea específica. Además, hemos mostrado los cambios que produce el aprendizaje de un vocabulario nuevo no solo a corto sino a largo plazo, así como las modificaciones que produce en la lengua nativa.
BIBLIOGRAFÍA Chen, J. L., Penhune, V. B., & Zatorre, R. J. (2009). The role of auditory and premotor cortex in sensorimotor transformations. Annals of the New York Academy of Sciences, 1169, 15–34.
Grahn, J. A., & Rowe, J. B. (2009). Feeling the beat: premotor and striatal interactions in musicians and nonmusicians during beat perception. The Journal of Neuroscience, 29(23), 7540–7548.
Halwani, G. F., Loui, P., Rüber, T., & Schlaug, G. (2011). Effects of practice and experience on the arcuate fasciculus: comparing singers, instrumentalists, and non-musicians. Frontiers in Psychology, 2, 1–9.
Herholz, S. C., & Zatorre, R. J. (2012). Musical training as a framework for brain plasticity: behavior, function, and structure. Neuron, 76, 486–502.
Hickok, G., & Poeppel, D. (2004). Dorsal and ventral streams: a framework for understanding aspects of the functional anatomy of language. Cognition, 92, 67–99.
Hickok, G., & Poeppel, D. (2007). The cortical organization of speech processing. Nature Reviews Neuroscience, 8, 393–402.
Jäncke, L. (2012). The dynamic audio-motor system in pianists. Annals of the New York Academy of Sciences, 1252, 246–252.
López-Barroso, D., Catani, M., Ripollés, P., Dell’Acqua, F., Rodríguez-Fornells, A., & de Diego-Balaguer, R. (2013). Word learning is mediated by the left arcuate fasciculus. Proceedings of the National Academy of Sciences, 110(32), 13168–73.
Rodríguez-Fornells, A., Cunillera, T., Mestres-Missé, A., & de Diego Balaguer, R. (2009). Neurophysiological mechanisms involved in language learning in adults. Philosophical Transactions of the Royal Society, 364, 3711–35.
Saur, D., Kreher, B. W., Schnell, S., Kümmerer, D., Kellmeyer, P., Vry, M.-S., … Weiller, C. (2008). Ventral and dorsal pathways for language. Proceedings of the National Academy of Sciences, 105(46), 18035–40.
Saur, D., Schelter, B., Schnell, S., Kratochvil, D., Küpper, H., Kellmeyer, P., … Weiller, C. (2010). Combining functional and anatomical connectivity reveals brain networks for auditory language comprehension. NeuroImage, 49, 3187–97.
Zatorre, R. J. (2013). Predispositions and plasticity in music and speech learning: neural correlates and implications. Science, 342, 585–589.
Zatorre, R. J., Chen, J. L., & Penhune, V. B. (2007). When the brain plays music: auditory-motor interactions in music perception and production. Nature Reviews. Neuroscience, 8, 547–558.
- English
The aim of the present thesis was to investigate neural changes associated with audiomotor stimulation. We measured brain activation as well as functional connectivity between brain regions implicated in audiomotor processing. Three studies were conducted to investigate the neural changes in audiomotor connectivity. The first study investigated the learning processes required to play a musical instrument, whereas the second and third investigated the acquisition of a new vocabulary. My thesis demonstrated that both musical training and learning a new vocabulary leaves an imprint in the brain that affects the audiomotor interactions, even in the absence of a specific task. Furthermore, my thesis showed that the acquisition of a new vocabulary not only produces short-term effects in the brain but even extends to long- term effects over a few weeks and, in addition, modifies the native language. Overall, my thesis provided insight in the ongoing neural changes during language and musical training.
