Alteraciones en la conectividad funcional cerebral asociadas a las dificultades lectoras y numéricas en la infancia

Abstract

La investigación que se presenta en esta tesis doctoral está centrada en la identificación de las alteraciones de la conectividad funcional en dos de los trastornos del aprendizaje con mayor prevalencia en nuestra sociedad, como son el trastorno de aprendizaje de la lectura y el trastorno de aprendizaje de las matemáticas, durante la etapa crítica de adquisición de estas habilidades. Estas aptitudes son esenciales para un correcto desarrollo cognitivo y social. La investigación se ha desarrollado en 4 estudios, en los cuales se han reclutado un

grupo de niños/as de 6-7 años con dificultades lectoras (RD: n = 30, edad = 7.01 ±

0.69), un grupo de niños/as de 7-8 años con dificultades matemáticas (MD: n = 15, edad = 7.78 ± 0.94), y sus respectivos grupos control (grupo control de niños normolectores (NR): n = 34; edad = 7.32 ± 0.66; grupo control de niños normonuméricos (C): n = 15; edad = 8.21 ± 1.02) . El análisis de los datos fMRI en reposo se han realizado mediante 2 metodologías no apriorísticas. La primera es el Multivariate pattern analysis (MVPA), mediante el cual se han observado áreas que presentan un patrón alterado de conectividad en ambos trastornos. En concreto, el grupo con dificultades lectoras ha mostrado una conectividad funcional incrementada entre la región frontal y la red neural por defecto (DMN), aunque reducida con áreas pertenecientes a la red de saliencia, además de una menor conectividad en la comunicación interna de la DMN. Por su parte, el grupo con dificultades en el aprendizaje de las matemáticas ha mostrado una conectividad funcional aumentada entre las áreas temporales que componen la DMN y la red sensoriomotora, además de entre el precuneus y el sulco intraparietal derecho, aunque disminuida en la conectividad interna de la DMN. La segunda metodología usada es el Independent component analysis (ICA), el cual

permite extraer el conjunto de redes neurales como componentes independientes entre sí, y analizar su conectividad funcional interna. La investigación se ha centrado en la búsqueda de alteraciones en la conectividad interna de la DMN. Los resultados en ambos grupos con trastornos de aprendizaje han mostrado resultados muy parecidos. Concretamente, se ha puesto de manifiesto una menor conectividad interna de esta red en ambos grupos con trastornos de aprendizaje con relación al grupo control, observándose esta alteración en las conexiones del precuneus.

Los resultados obtenidos en el conjunto de los análisis realizados sugieren que ambos trastornos presentan una comunicación alterada que implica distintas redes neurales, como la DMN, la red de saliencia o la red sensoriomotora. La DMN se considera un núcleo de procesamiento de la información neural y desarrolla un papel importante en la modulación de la atención entre los estímulos internos y externos. La alteración de esta red en ambos trastornos de aprendizaje no había sido descrita previamente de una manera tan robusta y con un patrón tan claro. En conjunto, los resultados encontrados ponen de manifiesto que en ambos trastornos

hay una alteración de la red neural intrínseca a los procesos lectores, y al procesamiento numérico y el cálculo respectivamente, además de una alteración global de redes neurales implicadas en otros procesos, como el control atencional y la distribución de recursos cognitivos, entre las que destaca la alteración de la DMN. Estos resultados pueden abrir nuevas vías de conocimiento en la comprensión de estos trastornos del neurodesarrollo, en su detección precoz y en su reeducación.

The research presented in this dissertation consists in the identification of alterations in functional connectivity in two of the learning disorders with greater prevalence in our society, namely reading learning disorder and the disorder of mathematics learning, during the critical stage of acquiring these skills. These abilities are essential for adequate cognitive and social development in children. The research has been carried out in 4 studies, in which a group of children aged 6-7

years old with reading difficulties (n=30), a group of children aged 7-8 years old with mathematical difficulties have been recruited (n=15), and their respective control groups. The analysis of the fMRI data at rest has been carried out using 2 non- aprioristic methodologies. First one is the Multivariate pattern analysis (MVPA), whereby areas that have an altered pattern of connectivity in both disorders have been observed. The results have shown an altered connectivity between several neural networks in

both groups of patients. The reading difficulties group has shown anomalous increased connectivity between the frontal areas and the default neural network (DMN), and reduced connectivity with areas pertaining to the salience network, as well as a slight reduced connectivity in the internal communication of the DMN. On the other hand, the group with difficulties in mathematics learning has shown an altered communication between the areas that make up the DMN and the sensorimotor network, precuneus and right intraparietal sulcus. Moreover, it has been showed a decreased DMN internal connectivity. The second methodology used in the research is the Independent component analysis

(ICA), which makes it possible to isolate a set of neural networks as independent components from each other and analyze their internal functional connectivity. The set of analyses performed have focused on the identification of alterations in the internal connectivity of the DMN. They have yielded very similar results in both groups. They show a characteristically lower internal connectivity of this network, mainly in the precuneus area, when compared to the control group. The data resulting from the research suggests that both disorders are related to altered communication patterns between different neural networks, especially the DMN and the sensorimotor network. The DMN is a core neural information processing actor and plays a key role in the modulation of attention between internal and external stimuli. The role of this

network in both reading and mathematics learning disorders hadn't been previously described in such a robust manner and clear pattern. Together, the results found show that in both disorders there is an alteration of the neural network intrinsic to the reading processes, and to the numerical processing and calculation respectively, in addition to a global alteration of neural networks involved in other cognitive processes, among which highlights the alteration of the DMN. The research opens new paths of knowledge for the understanding of these neurodevelopmental disorders, regarding its early detection and and its reeducation.