Executive control enhancement and cognitive training

Resumen

Los procesos de control ejecutivo se refieren un conjunto de mecanismos cognitivos que se encargan de planificar y regular nuestros pensamientos y nuestras acciones. Este trabajo pretende responder a la pregunta de si estos procesos de control ejecutivo son plásticos y si sería posible modificarlos, y en particular mejorarlos, en distintos grupos de edad. El término plasticidad se utiliza para describir la propiedad que nuestro cerebro tiene para cambiar. Se refiere tanto a cambios en el comportamiento como también en la estructura y función cerebral. La plasticidad tiene como resultado aprendizajes nuevos o habilidades cognitivas mejoradas, como podría ser la adquisición de una nueva lengua o una mejor habilidad para recordar eventos pasados. La plasticidad es más evidente durante la niñez y adolescencia, como se puede ver, por ejemplo, en la mayor habilidad de los niños para aprender un nuevo idioma en comparación a la de los adultos. Sin embargo, los adultos y mayores también mantienen su capacidad de aprender. Los planteamientos tradicionales que consideraban el envejecimiento como un periodo de rigidez cognitiva, en términos de dificultad para establecer nuevos aprendizajes y mejorar habilidades, están cambiando. Numerosos resultados de investigación demuestran que la plasticidad es posible en las distintas etapas de la vida. El término en inglés “cognitive enhancement” se refiere al resultado de utilizar diferentes medios (p.e., entrenamiento cognitivo, estimulación cerebral, meditación, ejercicio físico, estilo de vida o suplementos alimentarios) con el objetivo de mejorar el funcionamiento cognitivo. Este enfoque pretende entender y explicar cómo y por qué determinadas intervenciones pueden mejorar una función cognitiva concreta. En las últimas décadas, ha crecido considerablemente el interés por investigar la plasticidad cerebral y mejorar las funciones cognitivas mediante el entrenamiento cognitivo. Éste se refiere a aquellas intervenciones que implican la práctica sistemática con actividades demandantes para nuestras funciones cognitivas y que pretenden conseguir cambios y mejorar así funciones y procesos cognitivas específicos. Debido al papel tan importante que los procesos de control ejecutivo tienen en la cognición, en la literatura, y en el presente trabajo, encontramos intentos de fortalecerlos mediante el entrenamiento cognitivo. El entrenamiento de las funciones ejecutivas, como un medio para mejorar las capacidades cognitivas, ha recibido mucha atención en los últimos años. En este sentido, los estudios incluidos en esta tesis tienen como objetivo investigar hasta qué punto el entrenamiento en funciones ejecutivas se puede generalizar no solo a dominios cognitivos similares a los que se han entrenado, sino también a dominios no entrenados. Por lo tanto, nos centramos en investigar el rendimiento durante un entrenamiento basado en procesos y dirigido a mejorar las funciones ejecutivas, así como sus efectos de transferencia. Con este objetivo como referencia, nuestro programa de entrenamiento se ha basado en el modelo teórico de “Unidad y Diversidad” de las funciones ejecutivas propuesto por Miyake y cols. (2000). El principal rasgo de este modelo es que el sistema de funciones ejecutivas se puede descomponer en procesos que se solapan (unidad) y a su misma vez difieren (diversidad). De esta manera, nuestro programa incluye tareas de entrenamiento diseñadas para implicar inhibición, flexibilidad, y actualización, con el objetivo de desarrollar ampliamente el sistema de control ejecutivo. Esperábamos efectos de transferencia basados en la hipótesis de que los procesos entrenados y no entrenados comparten recursos cognitivos y bases neurales (Miyake & Friedman, 2012; Miyake et al., 2000; Niendam et al., 2012). Los resultados de este conjunto de experimentos apoyan la hipótesis de unidad y diversidad de las funciones ejecutivas. Aunque no se ha comparado directamente entre estudios, la inclusión de muestras de participantes de adultos jóvenes, mayores y niños nos permite explorar cómo de modificables son las funciones ejecutivas en función de la edad. Por lo tanto, los resultados de estas series experimentales proporcionan nuevos datos para el estudio del entrenamiento cognitivo como un medio para mejorar el control ejecutivo, considerando la plasticidad neurocognitiva a lo largo de distintas etapas de la vida. A través de la presente serie de experimentos desafíamos la premisa de que los procesos cognitivos permanecen fijos y estáticos a lo largo del tiempo, y establecimos objetivos específicos en cada uno de los estudios. En el Experimento 1, analizamos la especificidad del entrenamiento del control ejecutivo, comparando directamente un programa de entrenamiento centrado en la memoria de trabajo, con otro basado en el control inhibitorio en una población de adultos jóvenes. Como rasgo destacable, incluimos un grupo de entrenamiento en velocidad de procesamiento que actuó como grupo control activo, y también un grupo control pasivo. Nuestros resultados demuestran los beneficios del entrenamiento en inhibición y memoria de trabajo en tareas experimentales de dominios cognitivos relacionados, tales como la memoria de trabajo, la inhibición o el ajuste entre mecanismos de control proactivo y reactivo (efectos de transferencia cercana). Además, demuestran que el entrenamiento del control inhibitorio también puede generalizarse a dominios no relacionados como el razonamiento abstracto/inteligencia fluida (transferencia lejana). En el Experimento 2A, investigamos los efectos de entrenamiento y transferencia de un programa de intervención en control ejecutivo en personas mayores de 60 años con envejecimiento normal. Teniendo en cuenta que hay numerosos datos que demuestran que el envejecimiento conlleva un declive progresivo de funciones ejecutivas, comparamos los posibles efectos del entrenamiento en control ejecutivo (combinando actividades de memoria de trabajo y control inhibitorio) con un grupo de entrenamiento en velocidad como condición control. De la misma manera que en el estudio con adultos jóvenes, observamos transferencia del entrenamiento del control ejecutivo a medidas de memoria de trabajo, control inhibitorio, velocidad de procesamiento y razonamiento. En cuanto al ajuste entre procesos de control proactivo y reactivo, observamos un beneficio del entrenamiento tanto a nivel comportamental como neural sobre el mantenimiento de objetivos y el procesamiento del contexto, procesos cognitivos en los que los mayores suelen mostrar dificultades. Yendo un paso más allá en el estudio de los efectos de transferencia lejana, y teniendo en cuenta los déficits de memoria episódica que frecuentemente se observan en el envejecimiento, realizamos el Experimento 3 como una primera aproximación a las diferencias entre jóvenes y mayores en el recuerdo episódico. En este estudio, nos interesamos por las bases neurales de la memoria episódica utilizando el paradigma de práctica en la recuperación, y observamos cómo los mayores muestran una menor actividad en la banda de frecuencias theta (~6-8 Hz) en comparación con los jóvenes. Este resultado nos sugiere una dificultad de los mayores para detectar la interferencia entre la información que compite al intentar recuperar información episódica. Ya que los fallos de memoria episódica ocurren con frecuencia en las poblaciones de mayores, también hemos querido analizar la posible transferencia del entrenamiento del control ejecutivo a un dominio no entrenado, pero muy estrechamente relacionado, como es la memoria episódica. Con este objetivo, comparamos el rendimiento en la tarea de práctica en la recuperación (similar al Experimento 3) entre mayores que realizaron el entrenamiento en control ejecutivo y los que realizaron el entrenamiento en velocidad (también como grupo control activo). En este estudio, observamos que los mayores entrenados en control ejecutivo se beneficiaron de la práctica y fueron capaces de mejorar el recuerdo de la información que recuperan sistemáticamente durante la fase de práctica, en comparación con el grupo que entrenó velocidad. A nivel neural, esta mejora en el recuerdo se acompaña de una mayor actividad en las bandas de frecuencias alfa/beta (~8-20 Hz). Finalmente, en la última serie experimental, analizamos los efectos de transferencia lejana del entrenamiento de la memoria de trabajo en la comprensión lectora de niños. Tanto la memoria de trabajo como los procesos de control ejecutivo están muy implicados en la comprensión lectora (Alloway et al., 2005; Carretti, Borella, Cornoldi, & De Beni, 2009; Daneman & Merikle, 1996). Por lo tanto, en el Experimento 4 desarrollamos un programa de entrenamiento dentro del contexto escolar en el que comparamos los efectos del entrenamiento en control ejecutivo con el entrenamiento en velocidad (como control activo), y observamos su transferencia a procesos de comprensión lectora de alto nivel como la actualización de la información durante la comprensión de textos. Junto con los objetivos teóricos, una meta adicional de este trabajo ha sido controlar factores metodológicos que frecuentemente son objeto de discusión en los estudios de entrenamiento de la literatura actual (Melby-Lervåg, Redick, & Hulme, 2016; Shipstead, Redick, & Engle, 2012; Simons et al., 2016). En primer lugar, el tipo y naturaleza de los grupos controles determina su efectividad como condición de comparación. En este sentido, un aspecto destacable de nuestros estudios es la inclusión de grupos controles activos que trabajaron con tareas que únicamente requerían velocidad de procesamiento, lo que nos permitía mantener un nivel de motivación similar entre los grupos. Los estudios que solo utilizan controles pasivos únicamente permiten controlar los efectos de test-retest, mientras que el uso de controles activos permite controlar la motivación y las expectativas de los participantes que puedan condicionar las ganancias durante el entrenamiento. Por lo tanto, en nuestro caso, el empleo sistemático de una condición de control activo en los distintos estudios nos permite disociar los efectos específicos de las distintas condiciones experimentales de entrenamiento. En segundo lugar, consideramos la naturaleza de los programas de entrenamiento. En la literatura también se cuestiona si el uso de una única tarea de entrenamiento conlleva efectos de generalización más amplios y de mayor magnitud. En nuestros estudios, planteamos un enfoque basado en procesos y utilizamos distintas tareas de entrenamiento para aumentar la probabilidad de generalización. Por último, consideramos un tercer factor de gran relevancia: las diferencias individuales. Ya que el entrenamiento cognitivo no produce los mismos beneficios en todos los individuos, la hipótesis de la “talla única” no tiene cabida en este campo de investigación en particular. Por lo tanto, tener en cuenta las diferencias individuales en cuanto a motivación o capacidades de línea de base es esencial para apoyar los efectos positivos del entrenamiento, y se han tenido en cuenta a lo largo de todos los estudios desarrollados en esta tesis. El entrenamiento cognitivo pretende mejorar el nivel inicial de los individuos entrenados, pero los efectos de transferencia a tareas y dominios cognitivos más allá de los entrenados constituyen un tema de investigación controvertido. Especialmente en los efectos de transferencia lejana, los resultados son variables, inconsistentes y diversos, desencadenando intensos debates en el área con resultados tanto a favor como en contra (Anguera et al., 2013; Au et al., 2014; Karbach & Kray, 2009; Karbach & Verhaeghen, 2014; Karbach & Unger, 2014; Schubert, Strobach, & Karbach, 2014; Strobach, Liepelt, Schubert, & Kiesel, 2012). El escepticismo es necesario y además marca la ciencia bien hecha. A pesar de que muchos actualmente consideran la investigación sobre entrenamiento como un campo “científicamente infértil”, estos y otros muchos resultados siguen sugiriendo que estudiar cómo se pueden mejorar las funciones cognitivas aún merece la pena. En este sentido, nuestros resultados, aunque modestos y a nivel de tarea, hacen una contribución relevante en el campo de la neurociencia cognitiva, y apoyan la plasticidad del control ejecutivo como resultado del entrenamiento cognitivo en distintas etapas de la vida.