Articulo Neurofisiología

ALEJANDRO ARQUIMEDES ALVIS BAUTISTA

OSCAR ANDRES BALLESTEROS

JUAN CARLOS BARBOSA RICO

Titulo

“Nicotine Modulates Reorienting of Visuospatial Attention and Neural Activity

in Human Parietal Cortex”

Medio de publicación

Neuropsychopharmacology (2005) 30, 810–820, advance online publication, 19 January 2005; doi:10.1038/sj.npp.1300633

Autores

Christiane M Thiel. Karl Zilles and Gereon R Fink.

Lugar de investigación

Institute of Medicine, Research Centre Ju¨lich, Ju¨lich, Germany; 2Brain Imaging Centre West, Research Centre Ju¨lich, Ju¨lich, Germany; 3C and O Vogt Institute for Brain Research, Heinrich-Heine-University, Du¨sseldorf, Germany; 4Department of Neurology, University Hospital RWTH Aachen, Aachen, Germany.

Objetivos Objetivo general Describir la alerta y la reorientación y su relacionan con

la actividad neuronal en las diferentes regiones del cerebro.

Objetivos específicos * Conocer la incidencia de la nicotina en la orientación

espacial. * Evaluar el papel de la nicotina en el mantenimiento

de la alerta y los procesos de reorientación. * Determinar estadísticamente mediante un análisis

ANOVA los efectos de la nicotina sobre la alerta y la reorientación.

Introducción

• La alerta es registrada por la comparación neutral de las medidas de CUE y las medidas de eventos no CUE (Coull et al, 2001; Fan et al, 2002; Witte and Marrocco, 1997).

• La alerta y la reorientación se correlacionan con la actividad neuronal en diferentes regiones del cerebro (Thiel et al, 2004).

• Evidencias en ratas, monos y humanos sugieren que el neurotransmisor acetilcolina (ACH), está involucrado específicamente en le reorientación de la orientación visual espacial, mientras que el sistema noraadrenergico está envuelto en el proceso de alerta. (Posner and Fan, 2004).

• La nicotina contribuye con la alerta pero no la orientación.

Comportamiento medidas subjetivas y fisiológicas

• Las medidas subjetivas y fisiológicas en cada sesión, y los efectos de la droga subjetivos fueron repetidamente evaluados con escalas visuales análogas (Bond and Lader, 1974).

• Se considero los efectos de las drogas suministradas a los sujetos de estudio con un análisis ANOVA.

Resultados: Comportamiento de datos RT

• Existe una tendencia de la nicotina para afectar la reorientación. (T (14)=1.68, p=0.057), mientras que la alerta no fue influenciada por la nicotina (T (14)=1.24, p=0.116). (Ver figura 2).

• Descriptivamente para ambas dosis de nicotina aceleraron la velocidad de los RTS en todos los tratamientos.

• Existe una tendencia de la nicotina para afectar la reorientación. (T (14)=1.68, p=0.057).

• Los resultados demuestran que únicamente los sujetos que tienen una alta validación del efecto (por ejemplo lentitud en la reorientación y su atención) pueden verse beneficiados por la nicotina.

Figure 2 Behavioral data. (a) Mean reaction times (RT in ms) and standard errors (SEM) as a function of trial type and drug condition. (b) Nicotinic modulation of validity effects (RT invalid–RT valid) depending on performance under placebo.

• Resonancia magnética: Señal global.

• La nicotina podría interferir con el flujo sanguíneo cerebral (gCBF), esto se compara con las diferentes drogas administradas.

• No existen diferencias en la estimación global (ANOVA F (2,16)=0.043; p=0.95).

• Resonancia magnética: Datos de alerta

• El efecto de la alerta fue comparado con la actividad neutral en las medidas CUE y las medidas y con las medidas no CUE (Ver figura 3).

• CUE: señales de alerta

Figure 3. Alerting under placebo and nicotine. Brain regions showing higher responses to neutral as compared to no cue trials. All activations (p=0.0001, uncorrected) are shown on a normalized structural image of a single volunteer. Note that activations close to the midline are not displayed. Extensive activations with peaks in the right fusiform gyrus and left middle occipital gyrus were seen under placebo. The 1mg nicotine condition shows activations in the right fusiform gyrus and left middle occipital gyrus, and subcortically in the left globus pallidus. Under 2mg nicotine, activation peaks were found in the right fusiform gyrus, left middle occipital gyrus, and right angular gyrus.

• Se observa una actividad neuronal reducida bajo la nicotina durante la reorientación, y se revelan efectos significativos en el giro surco angular intraparietal derecho, giro supramarginal y precuña (Ver figura 6 y tabla 4).

• La dosis de 2 mg de nicotina incrementa significativamente la actividad relacionada con la reorientación.

Análisis de resultados

• Existe una tendencia a que la nicotina afecta el comportamiento de la reorientación.

• Los efectos de la nicotina son mas evidentes en la corteza parietal derechadurante la reorientación y las áreas frontal y parietal derecha durante la alerta.

• La nicotina puede proveer reorientación de la atención en los no fumadores.

• Los experimentos animales indicaron que las inervaciones colinérgicas de la corteza parietal y frontal es crucial para los procesos atencionales (Bucci et al, 1998; Sarter et al, 2001)

• El tratamiento de nicotina incremento el número de aciertos y tareas de actividad audaz bilateral en la corteza parietal inferior y superior, precuña, tálamo y núcleo caudado.

• La nicotina diferencialmente modula la actividad cerebral de alertay reorientación relatada.

• La corteza parietal es la región cerebral la cual ha sido hipotetizada para contribuir al desplazamiento de la atención (Por ejemplo. Corbetta et al, 2000.

• La principal acción de la nicotina en las regiones parietales del cerebro es un estímulo específico de reducción de la actividad neuronal.

• Uno de los efectos del aumento de la actividad colinérgica en el cerebro humano, podría ser una disminución de la modulación inducida por señales.

• Nuestra búsqueda de la disminución de la actividad parietal con la nicotina parece contradecir los resultados por Lawrence et al (2002), el cual encontró aumentos de la atención relacionados con la actividad cerebral de la corteza parietal.

Figure 6. Reorienting by drug interaction. (a) Brain regions showing higher responses to invalid as compared to valid cue trials under placebo as compared to nicotine (see also Table 4). Note the significantly increased activity in the left intraparietal sulcus/angular gyrus, supramarginal gyrus, and precuneus. (b) Right intraparietal sulcus activation displayed in transverse section with plot of effect size (mean and SEM) from the maximum of the circled region as a function of trial type and drug. **p<0.01 (post hoc Tukey’s tests)

Figure 5. Reorienting under placebo and nicotine. Brain regions showing higher responses to invalid as compared to valid trials. Under placebo, reorienting attention significantly increased activity in the left parietal and bilateral frontal regions (intraparietal sulcus/angular gyrus, precuneus, middle frontal gyrus). With 1mg of nicotine the right middle frontal gyrus was significantly activated. With 2mg of nicotine, increased neural activity was evident in several frontal (right superior frontal gyrus, left inferior precentral sulcus) and temporal brain areas (left and right superior temporal gyrus).

Figure 4. Alerting by drug interaction. (a) Brain regions showing higher responses to neutral as compared to no cue trials under nicotine as compared to Note the significantly increased activity in right angular gyrus/intraparietal sulcus and middle and superior frontal gyrus. (b) Right angular gyrus activation displayed on a sagittal section with a plot of effect size (mean and SEM) as a function of trial type and drug. Data are taken from the maximally activated voxel of the circled region. (c) Coronal view of frontal activations. The plot illustrates the middle frontal activity as a function of trial type and drug. *p<0.05; **p<0.01; ***p>0.001 (post hoc Tukey’s tests).

CONCLUSIONES

1. La nicotina afecta tanto la actividad de alerta como en la reorientación viso-espacial del sujeto.

2. Su efecto durante la alerta es generalmente mejor representado en las áreas frontal y parietal derecha.

3. Durante la actividad de reorientación se muestra más evidente en la corteza parietal derecha.

4. El tratamiento de nicotina incrementó el número de aciertos y tareas de actividad audaz bilateral en la corteza parietal inferior y superior, precuña, tálamo y núcleo caudado, los cuales indican que la corteza parietal, media los efectos de atención nicotínica durante la atención sostenida.

5. La corteza parietal es la región cerebral la cual interviene en el proceso y reordenamiento de la atención requerida.

6. La acción principal de la nicotina en la región parietal es la de reducir la actividad del estimulo.

7. La modulación colinérgica utilizada para la reorientación es observable no solamente en fumadores sino también en sujetos no fumadores siempre y cuando los efectos sean pequeños.

8. La nicotina produce cambios y efectos variantes en la administración de medicamentos .

Agradecimientos

• Agradecemos a B Elghahwagi, G Oefler y C Giessing por la asistencia con el escaneo de las imágenes y JN Shah y el grupo de resonancia por el soporte técnico brindado. Este trabajo fue soportado por el Instituto Volkswagenstiftung y el BMBF.