Programa del las Ciencias Programa del las Ciencias CognitivasCognitivas

Joy Hirsch, DirectoraJoy Hirsch, Directora

Harry D. SchneiderCo-Investigator

Debra SchneiderClinical Coordinator

Programa de Investigaciones sobre Autismo

de la Faculdad de Neurociencia

De La Columbia Universtiy

Para comprender la resonancia magnetica,

tenemos que aprender algo del atomo.

La “MRI” esta baseado en el giro rapido de protones:

• Scanner Environment [1.5] T

• Protons align along an axis

Outside Field Inside FieldProtons in Brain

(scattered)

B. Protones que giran rapidamente son B. Protones que giran rapidamente son como imanes pequenos: producen como imanes pequenos: producen electrcidad!electrcidad!

[3.0] T

(aligned)

Protons in Brain

El magnetismo Produce la Electricidad

•Los protons tabalalean alrededor de su eje y crean una pequena corriente electrica.

RFi

(precess)

(wobble)

• Un pulso de 63.3 se aplica a los protones

Donde estan?Donde estan?

El hecho de que cada corriente tiene su propia fuerza, dependiendo de la cantidad de magnetismo recibido, usando una computadora enorme podemos determinamos su posicion en el cerebro.

Cuando los protones se relajan, emiten corriente.

RFo

La origen de los senales se recordan para dar nos el imagen de laMRI

uniform

Gradie.ield

field

Para obtener MRI ‘funcional’, usamos el senal Bold: “the BOLD SIGNAL”

Deoxy-HGB es paramagnetic y perturbe es espacio electrico

Resultado:Menos distorcion del espacio magnetico local MR

La activacion de los neurones se asocia con el uso de mas oxigeno

La hemoglobina (HGB) transporta el O2, e al salir de una area de neruones que estan functionando, se reduce la cantidad de O2

PhysiologyPhysiology PhysicsPhysics

Usamos la computador enorme para Usamos la computador enorme para obtener mapa funcional del cerebro. obtener mapa funcional del cerebro.

Mapa funcional Mapa funcional del cerebro del cerebro

Reconstrucion

Alineacion

Analysis estatistica

representacion grafica

En combinacion con fMRI usamos “Diffusion Tensor Imaging (DTI)” para ver las conexiones de los areas de lenguage

Wernicke

Broca

Eschucando voces:

Arcuate Fasciculus

actividad functional Conneccions entre los Areas Broca y Wernicke’s

DTI:Conexiones neuronales

DTI mapa de las conexiones entre areas de comprencion (posterior) y produccion (anterior).

Souweidane, M.M., Kim, K.H.S., McDowall, R., Ruge, MI, Lis, E., Krol, G., Hirsch, J. Brain Mapping in Sedated Infants and Young Children with Passive-Functional Magnetic Resonance Imaging. Pediatric Neurosurgery 30, 86-91, 1999.

Un nino se 6 meses antes de cirugia para un tumor del cerebro.

(active)

Looking at Pictures

Listeningto Words

(passive)

Lenguage

GTsGFiGTTGOi

VisionReversing

Checkerboard

CaS

(passive)

MotorFinger Thumb

Tapping

GPrC

(active)

Sensorial

GPoC

(passive)

From Hirsch, J., et al; Neurosurgery 47: 711-722, 2000

Los Resultados de ese infanteLos Resultados de ese infante

Hirsch, J., Columbia University.

Ya que todos ustedes comprenden todo de la MRI, debemos recordar que el autismo se

trata del uso del lenguage

LA LINGUISTICA

La linguistica es la ciencia del lenguage que hablamos sin pensar en ello.

Como aprendieron hablar ustedes su primer idioma?

Nadie se le enseno. No habia verbos para conjugar. No habia examenes de sus abilidades. Ustedes miraban, escuchaban, y un dia,

sin saber como, comenzaron a hablar sin pensar en ello!

Ustedes adquirierion la plantilla o plan de la gramatica sin uso de su conciencia!

Que decimos sobre el desarollo de lengauge en nino neurotipico?

El escritor y linguista Noam Chomsky dijo:

Una maquinaria para lenguage es inata” (todos nosotros nacemos con un sistema cerebral que esta ya lista para aprender cualquier lengua”

La maquinaria cerebral para adquirir la gramatica esta firmamente colocada y lista para el primer dia de vida!

Adquirir sonidos inconcientemente.

Los infantes son capaces de determinar cuales sonidos se pueden formar palabras – y cuales no se pueden - y no se usan.

Especificamente, los infantes son capaces de detectar la frecuencia del uso de cada silaba - y si una silaba (como, p.e., “ma”) predice otras palabras con la misma silabala como: “mama” o “malo”.

Descubriendo las palabras Este es el primer paso para el infante. Tienen que

descubrir todos los componentes de una palabra, como el pasado “-aron” o “-iendo”. Los infantes descubren “implicitamente e inconcientemente” como usar su nueva gramatica para determinar “quien hizo (el subjeto) que (el verbo) a quien (el objeto) de cada frase.

Esto se aplica a frases sencillas como :”Mama dio la manzana al padre en contrase con “Papa dio la manzana a la madre”)

Los ninos, usando su gramatica, tienen que poner en orden todas las palabras de una frase para poder entender el mundo que existe alrededor de ellos.

La maquina linguistica en el cerebro no permite errores

grandes!

Ninos dicen al comienzo: “Mama da el libro” nunca “Mama el da libro”

Ninos hacen ciertos errors erros que toleramos, pero esos se corrigen: “Mama no sabio la verdad”.

Hay dos (2) sistemas de memoria para lenguage en el cerebro

1. La gramatica fundamental depende de sistemas neuronales primitivas: Esto se llama “memoria implicita e inconciente “o memoria procedural” (caminando y hablando son procedimientos).

2. Cometer a memoria las palabras y lo que significan se depiende en sistema diferente y mas nuevo – estas memorias son (concientes y explicitas ) y se les llama memorias declarativas: mantienen hechos que se pueden recordar despues quando las necesitamos y “declararlas” a otra persona.

El cerebro antiguo se usa para adquirir lenguage sin usar memoria

RECUERDAN !!

• Implicito = inconciente= Procedural

(como reglas de la gramatica)

MEMORIA

• Explicito = Conciente = Declarativo

(palabras y semantica)

En que forma manejamos carro?

• Implicito (automatico e inconciente)?

• Explicito (pensando en lo que aprendimos en la escuela o los hechos del trabajo)

• Tal vez usamos las dos (2) formas de memorias? e.g. Para los que manejan carro, acontecio un dia que llego a casa sin recordar como llego?”

Es la Gramatica nada mas que otra habilidad, como manejar carro?

• Si!

• “No es coincidencia que los comienzos de la gramatica llegan al mismo tiempo cuando el nino comienza a caminar y hablar a cosa de 15 meses” (Pinker, 1994)

Que podemos decir de la lengua de un nino con autismo?

Producion de Lenguage • Usualmente no hay palabras llegando a 12 to 14 meses.• Menos de 12 palabras llegando a 8 meses de edad.• No hay frases de 2 palabras a los 2 anos o frases enteras a los tres

anos. • Falta de usar lenguage en conversation, como “charlando".• Falta de contar una historia coherente.Comprehension de Lenguage : (comprencion mas que produccion)• Cuanto entienden realmente?• Han adquirido la fundacion basica de la gramatica?• Si entienden: “ el nino besa la nina”, tambien pueden entender “la nina fue besada por el nino?

Ninos con autismo usan procesos cognitivos explicitos o implicitos

para manejar lenguage?

• Ninos con funcion minina generalmente tienen que MEMORIZAR todo el lenguage que usan Esto resulta debido al nino no haber adquirido la maquinaria gramatica cuando nacieron.

• Esto demanda mucho del cerebro, cuesta mucha energia, el nino se frustra facilmente y usalmente no le deja al nino recuperar lenga suficiente para mantener o iniciar conversacion.

Todos los problemas que tiene el nino resultan de falta de gramatica!

Nuestra meta es estimular esos areas procedurales, usados para adquirir una lengua, para poder devolver al nino lo que perdio o nunco tuvo: dandoles la fundacion inconciente de gramatica les permite aprender lo demas.

Cuales son aquellos areas primitivas para adquirir una lengua sin pensar?

Si la memoria procedural no funciona:

Un nino con autismo puede tener problemas con::

• preposicions, adjetivos, adverbios• pronombres: Yo, tu, el, ella, mi, tu, etc.),• cosas (este, ese, esas, aquellos),• lugares (aqui, alla, encima, debajo, etc.),• tiempos (ahora, manana, ayer); • Reconcer frases sin gramatica correcta. • El uso correcto de palabras

Areas procedurales se encuentran no en la superficie del cerebro sino muy adentro!

Las Areas Linguisticas Superficiales de la corteza cerebral.

Dos(2) Conexiones Basicas entre las areas de comprension y produccion de lenguage: “Sendas” DORSALES (Norte) y VENTRALES Sur)

“la Senda del Norte” (El Arcuato)

• Funciones: esta senda coloca sonidos fonemicos

sobre representationes de actos motores para que se pudean articular “Saltar y Jugar” - pero no “Juzgar”.

Mantiene intacta la abilidad de repetir palabras oidas.

“la Senda del Norte” II

• Procesa estructuras gramaticas complejas (frases dificiles como, “el hombre que se cayo del caballo cuyo nombre es Enrique se fue al hospital)

• La norte esta conectada directamente a la area del habla: llamada Broca.

La Senda del Sur ”(Uncinato)

• Colocan sonidos que se oyen sobre representaciones que tienen algun significado que esten distribuidos en diferentes partes del cerebro (“frio”, “odio”, “amor” se asocia con muchas cosas)

• La senda del sur trata de comprencion de frases com gramatica sencilla. (“La mama ama su hijo”)

La Senda del Sur II

• Procesa estructuras gramticas mas sencillas: (“el hombre que se cayo del caballo cuyo nombre es Enrique se fue al hospital)

Fmri de las Sendas del Norte (Dorsal) y del Sur (Ventral) en un nino de 6-anos escuchando a la voz de los padres.

El Autism es un desorden de amplio espectro”

• Los cerebros autisticos son diferentes de cerebros neurotipicos y cerebros autisticos con minimo lenguage puedan ser diferentes de cerebros de ninos con mas lenguage.

• En autismo mas severo, se nota mas patologia en las regionas que se tratan de lenguage e incluso hay mas patologia en las conexiones entre ellas.

Alternative Neurocircuitry in Autism Spectrum DisorderAlternative Neurocircuitry in Autism Spectrum Disorder

Autism occurs in as many as 1 child in 150 in the U.S.

Nino neurotipica -edad 7 anos

ACTIVACION

CONEXION

NINO AUTISTICO, 6 ANOS: Escuchando a la musica y a las voces grabadas de los

padres.

ACTIVACION

CONEXION ANDA PARA ATRAS!

AUTISMO 7 anos: Escuchando a la musica y a las voces grabadas de los padres

AACTIVATION

CONEXION: (CASI LLEGA AL FRENTE)

ACTIVACIONES

Conexiones

Neurotipicos Autistico de 6 anos Autistico de 7 anos

Repaso:Comparacion de los Neurotipicos a los que tienen Autismo

RESUMEN• Areas reconocidas por lenguage no funcionan por lenguage, y si funcionan,

funcional incompletamente. • Estas areas, como la de Broca, pueden activarse no por el lenguage sino

por la musica.

• Solamente algunas partes de sistemas linguisticas funcionan, por ejemplo, la parte para comprension (area Wernicke) - pero no la parte por la produccion del habla.

• Las conexiones reconocidas por lenguage no llegan a conectarse.

• Algunas areas no reconocidas por lenguge pueden llegar a ser areas usados por lenguage. Esto es lo que llamos la “plasticidad” del cerebro.

• Las conexiones que se forman estan incompletas o forman sendas nuevas.

• Algunas conexiones de areas linguisticas van al posterior del cerebro en lugar de ir adelante - a las areas de produccion del habla.

Comenzamos con las preguntas?

Cuales son algunas nuevas teorias sobre el “autismo”?

Que hay de neuvo respeto a aplicaciones y tratamientos para el autismo, especialmente para restorar el habla?

Tratamentos nuevos para autismo

1. Rehabilitaciones’ originales para restorar la base gramatica perdida.

2. La aplicacion de musicologia para ayudar la base linguistica.

3. Movimiento normal o virtual: estimulation del cerebelo da gramatica.

4. Tecnicas de modulaciones neuronales.

Que existe ahora? Intervencions de ABA o terapia del habla

• ABA “applied behavior analysis)- comenzo con el psicologo Skinner y despues Lovaas , 1966): usan refuerzos, como comida, durante la ensenanza del habla.

• Terapias del habla: valen principalmente para

ayudar en la pronunciacion de palabras.

• Estas terapias valen hasta cierto punto, pero necesitan evolucionar para poder producir la iniciacion de lenguage en los ninos.

Que tenemos que sea original?1) Una “Plantilla Linguistica ”que forma

la base de nuersta programa de rehabilitation.

• Ya sabemos que nacemos con un plan potencial para adquirir la gramatica inconcientemente sin ensenanza.

• Theoria Emergente?: Ensenanza Implicita es capaz de (re)crear un nuevo plan gramatical porque el cerebro es plastico: se puede hacer crecer un plan nuevo!

“Lo Futuro”

• La ensenanza implicita implica una adquisicion inconciente de la gramatica. - > los ninos con autismo aprenden a hablar como aprendieron a hablar un nino de 1-3 anos de edad como si fuera la primera vez.

• Recuerden: Todo se trata de restorar la

gramatica que el nino con autismo nunca aprendio!

La teoria

Podemos modular la adquisicion: la “dopamina” es la llave! - No la damos como medicina; hacemos que el cerebro del nino la produzca cuando sea necesaria.

1. Con el uso de motivaciones especificas para

adquirir una lengua: se llaman motivacionas integrativas.

2. Con el uso de tecnicas de ensenanza implicita: inconcientes, inadvertidas y automaticas!

Sendas de Dopamina

2) Como se usa la “musicologia para aprender la gramatica?

Terapia con musica es util con ninos con autismo: no ameaza, es interactivea social, usa juegos musicales con mirada directa – pero es mas que aprender a tocar el piano.

Theoria Emergente? El elnguage y la musica usan redes de lenguage y musica que se vinculan funcionalmente.

Activaciones de fMRI demuestran una superposicion fuerte de areas cerebrales implicadas en procesar ambos lenguage y musica.

Applicacion of musicologia a la linguistica…

Investigacions: Estamos afinando todavia cuales aspectos de la musica son los mas adecuadas para adquirir las reglas automaticas e inconcientes de la gramatica.

1. Ritmo – una reaccion primitiva - produce un movimiento automatica del cuerpo que resulta de los areas motores del cerebro procesando ese ritmo. ‘– las mismas regiones que procesan la gramatica!

2. Sintaxis: La area de Broca se ha demonstrado ser implicada en la deteccion de irregularidades de la estructura de la musica igual que detecta las de gramatica. -

3.La semantica musica – poder asociaciar tonal secuencas tonales con su significado meaning– se ha localized a areas linguisticas de comprension.

.

Si el cerebro de un nino con autismo trata musica como lenguage…

La ensenanza linguistica implicita combina cambios en la gramatica con cambios en el tono de la musica (por ejemplo, “La muchacha tira la pelota, la muchacha coge la pelota” juntas con una nota musical: “acorde mayor en “A” por tira y acorde mayor en “C” por “coge” .

• La ensenanza implicita combinara la estructura de una frase con el ritmo de la frase. Cada lengua del mundo tiene su propio ritmo, como se revela en la musica “rap”: “ mi mama cocino una sopa por mi” y la la la la la la la la la la la la. “

3) El Cerebelo: Lenguage y Movimiento del Cuerpo.

• Se sabe por mucho tiempo que el cerebelo se implica en el control motor y la integracion sensorial.

• Se ha demonstrado recientemente que: El cerebelo es tambien un “organo

gramatical”: tiene un papel importante en adquirir reglas de la gramatica basica!

Conexiones Cerebelas gramaticales

• Conecta a areas cerebrales frontales para generar nuestra habla interna.

• Conceta a areas sub-corticales usadas para adquirir nuestra lengua materna.

• El cerebelo comparte areas comunes con esas conexiones: lenguage cantado y hablado usan el mismo espacio en el cerebelo posterior.

Anatomia Basica

El Cerebelo en el Autismo

• Disfuncion cerebelosa (su patologia) es comun en autismo.

• La initiacion del habla, por ejemplo, puede ser detenido por una lesion del cerebelo.

• Pero… las activaciones del cerebelo que hemos demonstrado usando la resonancia funcional sugiere que podemos utilizar el cerebelo pare ayudar re-aprender la gramatica fundamental.

Es decir que haya una terapia por el cerebelo que nos ayude? “

• Si ! Teoria emergente: el cerebelo puede ser estimulado jugando y moviendo el cuerpo (bailando, nadando, etc) o tabmien viendo algun video como “Top Gun” que da la sensacion de moverse o sentir el efecto de mover

• Esta estimulacion se ha mostrado estimular el crecimiento de nuevas conexiones neuronales desde el cerebelo a las areas en la area anterior del cerebro (area de Broca) que produce el habla.

4) “MODULACION NEURONAL

• Estimulacion transcranial con corriente electrica .

Aparato de estimulacion con corriente electrica

Es seguro!

“tDCS” (en ingles) suministra una corriente muy pequena al cuero cabelludo a las neuronas debajo de ello.

“tDCS “ suministra entre 0.5 and 4 mA (mili-amperios) de corriente directa por medio de dos esponjas mojadas con salina

El nino puede tocar el alambre ‘vivo” y no siente nada!

Las esponjas mojadas con salina matiene la densidad de corriente a nivel seguro.

La estimulacion es un proceso lento y gradual: 1-3 dias.

Como se usa? Estimular areas de activacion robusta vista en la imagen

magnetica de cada nino: estimular area Wernicke’s para -> area de Broca

Estimular areas sin activacion demonstada, pero areas ya reconicidas importantes para el habla.

Algunos ejemplos: - A. Broca y areas motores que planean el habla - el cerebelo y todas las areas colocadas

profundamente dentro del cerebro. - systema frontolimbico (los de motivacion)

NUESTRA MISION ES PRODUCIR LENGUAGE EN

NINOS CON AUTISMO• Nosotros y los padres aprendemos juntos.• Ya sabemos las areas necesarias en

ninos normales • Ya sabemos que esas areas y conexiones

no son las mismas en ninos con autismo• Nuestro meta es usar modulacion electrica

en una manera cientifica, paso a paso, analizando lo que produce el habla en algunos ninos y no otros.

Que piensan las personas inteligentes en la Universidad de

Columbia” A decir la verdad, no somos tan inteligentes. Todavia no sabemos ni lo que

constituye la mente o personalidad de una persona, ni lo que constituye lo que es un pensamiento.

Sin embargo, podemos usar nuestra tecnologia para ver cada vez mas areas y resiones del cerebro como funcionan y comoestan conectadas.

Somos los unicos (yo creo) en el mundo que hacemos estas investigaciones con la resonancia con ninos que sufren del autismo

Podemos usar esta informacion para guiarnos a mejorar los resultados de nuestras intervenciones en el mundo de autismo,

Pero….

Todavia necesitamos su ayuda para ayudarnos a averiguar todo el

resto!!

Tratar el autismo tiene que ser un esfuerzo de todos nosotros!

“THANK YOU VERY MUCH”

… from all of us at Columbia.

THE END