Anatomical differences of the lateral geniculate nucleus in subjects with dyslexia.
- Autores: Monica Giraldo Chica
- Directores de la Tesis: Keith Schneider (dir. tes.), Carles Falcón Falcón (tut. tes.)
- Lectura: En la Universitat de Barcelona ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Josep Maria Serra Grabulosa (presid.), Rosa Calvo (secret.), Simone Gorinelli (voc.)
- Materias:
- Texto completo no disponible (Saber más ...)
- Resumen
Dislexia es entre las dificultades de aprendizaje la más común, con tazas de prevalencia de hasta un 17.5% (Shaywitz, et al., 1994). Está caracterizada por dificultades asociadas con la escritura, lectura y pronunciación a pesar de tener una inteligencia y educación normales.
Dislexia es un trastorno muy complejo y sus síntomas varían según el idioma (Everatt y Elbeheri, 2008). Sin embargo, los síntomas mas comunes son: reducción de la capacidad para poner atención y manipular mentalmente sonidos individuales, memoria a corto plazo deficiente y dificultad para nombrar rápidamente series de imágenes, colores o dígitos (Lehongre, et al., 2011). Está ademas fuertemente relacionada con otros trastornos neurológicos. Por ejemplo, algunos científicos han hipotetizado que la dislexia podría ser un precursor de la esquizofrenia (Taele, et al., 2003). Los dos trastornos comparten bastantes características y rasgos fenotípicos (Edgar, et al., 2006). También se ha hallado premorbilidad de la dislexia con el trastorno por déficit de atención y el trastorno obsesivo-compulsivo, entre otros (Pauc, 2005).
Una de las teorías mas importantes y controversiales sobre la dislexia es la teoría magnocelular. Según ésta teoría, el mal funcionamiento del sistema magno-celular del cerebro (conformado por células grandes encargadas de procesar estímulos rápidos y transitorios, a frecuencias temporales altas y frecuencias espaciales bajas) es responsable de los déficits en personas con dislexia. Entender el rol de éste sistema visual en la dislexia es muy importante para la creación de nuevos tratamientos y técnicas para un diagnóstico temprano. Como precursora de los problemas de lectura, la integridad de las magno células podría servir como índice temprano de la enfermedad en niños (Olulade, et al., 2013). Adicionalmente, nuevas técnicas de tratamiento han sido creadas recientemente y necesitan ser validadas. Éstas técnicas pretenden entrenar la ruta magno-celular del cerebro de forma divertida y menos sofisticada que algunos métodos antiguos. Por ejemplo, Gori y Facoetti (2013) han comprobado que el uso de video juegos de acción (lo cual estimula las magno-células) puede ayudar a los niños con dislexia a leer mejor.
El sistema magno-celular comienza en las células ganglionares de la retina y es mas aparente en el Nucleo Geniculado Lateral (NGL), donde las capas de magno-células están espacial y fisiológicamente separadas de otro típo de células. Utilizando imágenes de resonancia mágnetica (imágenes de densidad de protones de alta resolución) es posible visualizar y segmentar el NGL. De ésta manera se puede estudiar la morfología y volumen de éste núcleo in vivo con el objetivo de evaluar la teoría magno-celular. La teoría magno-celular dice que el volumen de éstas celulas está reducido en sujetos con dislexia. Si esto es verdad, entonces el volumen del NGL también debería verse reducido.
Tanto la morfología como la conectividad anatómica de una región están relacionadas con su funcionalidad. Por lo tanto, estudiar esto en el NGL puede proporcionar un avance importante que permita entender mejor el funcionamiento del sistema magno-celular y cómo afecta éste a las personas con dislexia. Ya que la dislexia es el trastorno del neuro desarrollo mas común en todo el planeta (Gori y Facoetti, 2013), la investigación que se propone en éste trabajo es de gran interés a la comunidad científica.
Por lo tanto, el objetivo principal del proyecto es evaluar la teoría magno-celular de la dislexia mediante el análisis de la estructura y conectividad anatómica del NGL en un grupo de sujetos con dislexia comparado a controles.
Con el fin de conseguir éste objetivo, hemos utilizado dos enfoques: primero, hemos hecho un estudio comparativo del volumen y la morfología del NGL entre los dos grupos, usando imagen por densidad de protones. En el segundo estudio analizamos la conectividad anatómica del núcleo, utilizando tractografía probabilística.
Resultados parte 1 del proyecto: Diferencias en el volumen y morfología del NGL entre sujetos con dislexia y controles 1. El volumen izquierdo del NGL es significativamente mas pequeño en sujetos con dislexia 98.9 ± 8.0 mm3 comparado con controles 120 ± 6.2 mm3 (F1,24= 6.12, p= .02). El volumen del NGL derecho siguió la misma tendencia, 103.8 ± 7.0 mm3 vs. 112.3 ± 7.0 mm3, pero la diferencia no fue significativa (F1,24= 2.89, p= .10). La diferencia en el volumen del NGL izquierdo es debida principalmente a una reducción en la dirección anterior-posterior de la estructura, la cual es significativamente menor (F1,24= 5.07, p= .034) en el grupo con dislexia, 7.01 ± 0.2 mm, comparado con controles, 7.7 ± 0.2 mm. El tamaño en ésta dimensión no es significativamente diferente entre grupos para el hemisferio derecho (F1,24= .68, p= .42). No se encontró ninguna correlación entre el volumen del cerebro y el volumen del NGL izquierdo (r= -.06, p= .76) ni derecho (r= -.34, p= .09). El volumen del cerebro solo es marginalmente diferente entre grupos pero la diferencia no es significativa (t24= 1.92, p= .07).
2. La morfología del NGL varió notablemente entre grupos. Los vóxeles en los cortes mas anteriores y posteriores del NGL izquierdo tienen mayor probabilidad de pertenecer a los controles, indicando una reducción en la dimensión anterior-posterior. Ésta diferencia fue menos clara en el lado derecho. En ambos hemisferios se encontró que la ¿cola¿ es mas pronunciada en los sujetos con dislexia así como los bordes medios y superiores.
3. El NGL de los sujetos con dislexia en ambos hemisferios se encontró localizado en una zona más superior mientras que el de los controles mas inferior.
4. En los sujetos con dislexia, se encontró una diferencia significativa (p= .013) entre el ángulo de inclinación del NGL izquierdo y derecho. El derecho estaba inclinado en promedio 36.8 ± 4.8° relativo al plano axial (XY) y el izquierdo 27.0 ± 2.5°. Ninguna diferencia hemisférica se encontró en los controles (p= .32). En los mapas de probabilidad se puede observar que en los sujetos con dislexia el NGL está inclinado mas horizontalmente en el hemisferio izquierdo.
5. En controles, el centro de masa del NGL derecho está localizado a 28.4 ± 0.5 mm del centro del cerebro. Lo cual es significativamente mas cercano (p= .04) que el izquierdo, localizado a 30 ± 0.6 mm. No se encontró ninguna diferencia significativa entre hemisferios en los sujetos con dislexia (p= .61).
Resultados parte 2 del proyecto: Diferencias en los patrones de conectividad anatómica del NGL entre sujetos con dislexia y controles 1. El número de líneas de conectividad generadas entre el NGL y el quiasma óptico es significativamente (p= .002) menor en sujetos con dislexia que en controles.
2. El número de líneas de conectividad generadas entre el NGL y la corteza visual primaria es significativamente (p= .009) menor en sujetos con dislexia que en controles.
Discución Éste estudio proporciona la primera evidencia de anormalidades en el NGL in vivo asociadas con la dislexia. Esta es la única parte del cerebro en la cual la ruta magno-celular está espacialmente separada de la parvo-celular y permite una prueba estructural única. A pesar de que las magno neuronas del NGL se han encontrado reducidas en tamaño en aproximadamente un 20% en una pequeña muestra de cerebros post-mortem de sujetos con dislexia (Livingstone, et al., 1991), esto nunca ha sido medido en seres humanos vivos. Nuestros resultados muestran una reducción del volumen de la estructura de aproximadamente 18% en el hemisferio izquierdo del grupo con dislexia.
El objetivo principal del proyecto era evaluar la teoría magno-celular a través del análisis de la estructura anatómica del NGL en un grupo de sujetos con dislexia, comparado con controles. Si no hubiéramos observado ninguna diferencia en el núcleo entre los dos grupos, habríamos podido refutar la teoría dentro de los limites de precisión de nuestras medidas. Sin embargo, los resultados indican diferencias significativas en el volumen, morfología y ubicación del núcleo entre los dos grupos, así como diferencias en su conectividad anatómica. Adicionalmente, las diferencias a lo largo de la parte inferior del NGL, con vóxeles teniendo mayor probabilidad de pertenecer a los controles que a los sujetos con dislexia, son consistentes con la teoría magno-celular, la cual predice una reducción en el tamaño de las dos capas inferiores (de magno células) en el NGL de la población con dislexia.
Hemos encontrado diferencias hemisféricas en la morfología del núcleo en un grupo que no están presentes en el otro. Primero, el NGL de los sujetos con dislexia está orientado de forma más paralela en el hemisferio izquierdo comparado con el derecho. Segundo, en el grupo de controles el NGL se encuentra más lejos del centro del cerebro en el hemisferio izquierdo. A pesar de que muchos estudios han encontrado asimetrías en diferentes estructuras del cerebro, ninguno ha reportado diferencias en el NGL. Esto podría estar relacionado al echo que los sujetos con dislexia no consiguen una especialización hemisférica fija (Stein J.F., 2001).
Algunas de las consecuencias de los daños en las funciones magno-celulares en sujetos con dislexia están asociadas con una lateralización anormal de los hemisferios. Por ejemplo, características como sensibilidad baja al movimiento y a cambios en frecuencia y amplitud de los sonidos (Stein J.F., 1994).
Los resultados obtenidos usando tractografía probabilística proporcionan la primera evidencia de cambios en la conectividad anatómica del NGL en sujetos con dislexia. Hemos demostrado que se pueden encontrar cambios en los patrones de conectividad del quiasma óptico hasta las radiaciones ópticas. La presente investigación muestra una reducción en el número de líneas de conectividad entre el NGL y el quiasma óptico. Esto sugiere que los defectos están presentes a niveles aún más tempranos que el NGL dentro del sistema visual. El quiasma óptico juega un papel muy importante en el proceso de percepción visual (Doyle, 2002), lo cual se ha demostrado que está debilitado en niños con dislexia (Facoetti, et al., 2010). Además, la reducción en el número de líneas de conectividad por el tracto óptico en el grupo con dislexia podría ser una manifestación de una anormalidad en la población de células grandes en la retina. A pesar de que no hemos medido el diámetro del tracto y nervio óptico, ni el volumen del quiasma óptico, es posible hacerlo con los datos actuales. Éste análisis no se ha hecho por problemas de tiempo y la necesidad de tener más voluntarios para dibujar las correspondientes regiones. Albert Galaburda y Margarett Livingstone (1993) han propuesto en sus estudios sobre la teoría magno-celular de la dislexia que esperarían encontrar un menor diámetro a nivel del nervio óptico.
Una reducción en el número de líneas de conectividad también fue encontrado entre el NGL y la corteza visual primaria en ambos hemisferios en los sujetos con dislexia. Esto demuestra que los patrones de conectividad anormales en la ruta visual se encuentran por todo el camino desde el quiasma (y posiblemente la retina) hasta V1. Curiosamente, todas las conexiones contra laterales que eran diferentes entre los dos grupos, eran mayores en los sujetos con dislexia. Estas observaciones pueden demostrar que hay plasticidad y es posible que esos cambios se deban a una reacción compensatoria (Bridge, et al., 2008).
Consistencia de los resultados con otros estudios Las medidas del volumen del NGL utilizando imágenes de densidad de protones de alta resolución son consistentes con aquellos medidos post-mortem por Livingstone y sus colegas, quienes indicaron un volumen medio de 115 mm3 y 121 mm3 para el NGL izquierdo y derecho, respectivamente. Adicionalmente, estos hallazgos son congruentes con estudios previos que reportan déficits de atención en sujetos con dislexia (Gori, et al., 2014), ya que el NGL participa en el proceso de atención (Schneider y Kastner, 2009).
Las diferencias en el volumen y la morfología fueron encontradas en el hemisferio izquierdo. A pesar de que se ha demostrado que el lenguaje se procesa también en áreas del hemisferio derecho, entre más complicada es una tarea relacionada con el procesamiento del lenguaje, más se activa ese sistema en el hemisferio izquierdo (Stein J.F., 2001). Adicionalmente, hay evidencia sugerente de que el hemisferio izquierdo tiene mas entrada magno-celular que el derecho; por parte tanto del sistema visual como del auditivo, y que la entrada magno-celular está relacionada con características de lateralización de los hemisferios (Stein J.F., 1994). Por lo tanto, si la ruta magno-celular está afectada en los sujetos con dislexia, se espera encontrar diferencias en la asimetría de éste grupo comparado con los controles. Otros grupos han encontrado pequeñas malformaciones en el hemisferio derecho de personas con dislexia (Herten, et al., 2004). Estas malformaciones podrían ser explicadas con un déficit en la maduración del cerebro (Démonet, et al., 2004). La maduración normal del cerebro requiere de que a medida que uno va creciendo el hemisferio izquierdo se vaya volviendo cada vez más dominante en el procesamiento de aspectos claves para la lectura; Sin embargo, en sujetos con dislexia éste proceso no ocurre del todo causando un mal funcionamiento del sistema (Satz, et al., 1971).
Las deficiencias que se han encontrado en la conectividad anatómica entre el NGL y V1 parecen afectar más a los hombres con dislexia que a las mujeres. Este resultado es consistente con estudios previos en los cuales se dice que la dislexia (al igual que otras alteraciones del desarrollo neuronal) afecta cuatro veces mas a los hombres. Sin embargo, la cantidad de mujeres en la muestra utilizada aquí es mucho menor que la de hombres y futuros estudios con la misma cantidad de hombres y mujeres debería confirmar éstos resultados.
Conclusiones 1. El volumen total del NGL izquierdo está reducido en sujetos con dislexia comparado con controles. Ésta diferencia es principalmente debido a una reducción en el tamaño del núcleo en la dirección anterior-posterior. No se encontraron diferencias significativas en el hemisferio derecho aunque éste siguió la misma tendencia.
2. La morfología del NGL es significativamente diferente en sujetos con dislexia y controles. Primero el NGL en dislexia tienen menos cortes frontales. Además, en ambos hemisferios la ¿cola¿ es más larga en los sujetos con dislexia. Los vóxeles en la parte ventral del núcleo tienen más posibilidad de pertenecer a los controles.
3. Después de analizar las diferencias hemisféricas del NGL, concluimos que la estructura tiene una diferencia morfológica significativa y de orientación en cada lado del cerebro en los sujetos con dislexia. Esta asimetría no está presente en los controles. Por otro lado, la posición lateral del NGL es diferente en el hemisferio derecho comparado con el izquierdo en controles, pero estas diferencias no se encuentran en los sujetos con dislexia.
4. Los patrones de conectividad entre el NGL y el quiasma óptico son diferentes en ambos grupos. La conectividad entre estas dos áreas está reducida en los sujetos con dislexia comparado con los controles.
5. Los patrones de conectividad entre el NGL y la corteza visual primaria son diferentes en los hombres con dislexia y los hombres del grupo de controles. La conectividad está reducida en dislexia cuando las conexiones son ipsi laterales pero está aumentada cuando son contra laterales.
6. Hemos confirmado la existencia de una ruta directa entre el NGL y MT+/V5 utilizando tractografía probabilística. No se encontró ninguna diferencia entre grupos cuando se siguieron conexiones ipsilaterales pero los sujetos con dislexia tenían una mayor conexión entre regiones contralaterales.
7. En la mayoría de sujetos, aunque no en todos, se encontró una ruta directa entre el NGL derecho e izquierdo. Esto es un nuevo hallazgo que no ha sido reportado por ningún otro grupo.
8. La conectividad anatómica entre V1 y su homologo contralateral no es significativamente diferente entre grupos.
9. Se encontró diferencias hemisféricas en ambos grupos cuando se hizo tractogradía entre el NGL y la corteza visual primaria y MT+/V5 en el hemisferio contralateral. El número de líneas de conectividad es mayor cuando salen del NGL derecho comparado con el izquierdo.
10. Conclusión principal: Los resultados obtenidos en éste estudio son congruentes y apoyan la teoría magno-celular. El volumen del NGL izquierdo es menor en el grupo de sujetos con dislexia comparado con controles. Adicionalmente, el porcentaje de líneas de conectividad generadas en el NGL usando tractografía están reducidas en dislexia.
