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Esta tesis doctoral pretende profundizar en el conocimiento de aquellos fenómenos que tienen lugar en el cerebro de una persona que experimenta un primer episodio del espectro de la psicosis. En este sentido, la literatura reciente señala la importancia de una adecuada intervención precoz tras la aparición de la sintomatología psicótica. Así, nace hace unos años la literatura científica sobre los PEP (Primeros Episodios Psicóticos), y se ponen en marcha unidades (UPEP) de intervención precoz en todo el mundo. En este sentido, se inicia también la búsqueda de marcadores biológicos (biomarcadores) para intentar predecir el curso de la enfermedad y permitir una adecuada intervención. Uno de estos marcadores es la neuroimagen, tanto estructural como funcional. En nuestro caso, hemos utilizado pruebas de RMf (Resonancia Magnética Funcional) para estudiar longitudinalmente a pacientes de la UPEP del Hospital Clínico de Valencia. Durante la prueba, se ha utilizado un paradigma auditivo emocional. Hemos realizado en primer lugar una revisión sistemática de la literatura sobre el seguimiento longitudinal en RMf de pacientes con un PEP. En total, obtuvimos una muestra reducida, de 31 trabajos, lo que evidencia la dificultad de realizar seguimientos longitudinales con este tipo de pacientes y esta metodología de estudio. En general, la mayoría de estudios han empleado tareas de tipo cognitivo y en la modalidad visual, y han encontrado un efecto general de hipoactivación en la resonancia basal, que se normaliza con los efectos del tratamiento. Esta hipoactivación se ha encontrado principalmente en el córtex prefrontal. En el segundo trabajo, hemos reunido una muestra de 35 pacientes de la UPEP con, al menos, 2 escáneres realizados con el citado paradigma con un intervalo medio de 25 meses entre ambas pruebas. El principal resultado encontrado en este estudio fue el del descenso, a nivel longitudinal, de una elevada activación encontrada en el grupo de pacientes, especialmente en el hipocampo, pero también en la amígdala. Así, el paradigma auditivo emocional ofrece una interesante imagen de la trayectoria longitudinal en activación cerebral de los pacientes en un PEP. Sin embargo, una importante variabilidad fue también detectada respecto a las trayectorias de activación. Por este motivo se decidió realizar un análisis más detallado de casos en particular, por lo que se realizó un tercer trabajo de estudio de casos, comparando las trayectorias clínicas y de neuroimagen de dos pacientes con un debut similar. En los resultados de este estudio, podemos observar que, efectivamente, el paradigma permite distinguir resultados diferentes que encajan con la diferente evolución clínica de ambas pacientes Así, el paradigma auditivo emocional medido en pruebas de RMf parece revelar información útil para la prognosis de un primer episodio psicótico, aunque resulta necesario analizar cada caso de manera particular y exhaustiva. Asimismo, parece que la aproximación metodológica basada en áreas y activaciones específicas parece menos apropiada para medir procesos cerebrales complejos, recomendando así la utilización de fórmulas que midan el funcionamiento cerebral en términos de redes y circuitos y enlazarlo así con hipótesis explicativas más prometedoras como el modelo de saliencia aberrante. This doctoral thesis aims to deepen the knowledge of those phenomena that take place in the brain of a person who experiences a first episode of the spectrum of psychosis. In this sense, recent literature points to the importance of adequate early intervention after the appearance of psychotic symptoms. Thus, the scientific literature on PEP (First Psychotic Episodes) was born a few years ago, and early intervention units (UPEP) were launched around the world. In this sense, the search for biological markers (biomarkers) is also initiated to try to predict the course of the disease and allow an adequate intervention. One of these markers is neuroimaging, both structural and functional. In our case, we have used fMRI (Functional Magnetic Resonance) tests to longitudinally study patients from the UPEP of the Hospital Clínico de Valencia. During the test, an emotional auditory paradigm was used. We have first conducted a systematic review of the literature on longitudinal follow-up in fMRI of patients with a PEP. In total, we obtained a small sample of 31 studies, which shows the difficulty of longitudinal follow-ups with this type of patients and this study methodology. In general, most studies have employed cognitive and visual tasks, and have found a general effect of hypoactivation on baseline resonance, which normalizes with the effects of treatment. This hypoactivation has been found mainly in the prefrontal cortex. In the second work, we have gathered a sample of 35 patients from the UPEP with at least 2 scans performed with the aforementioned paradigm with an average interval of 25 months between both tests. The main result found in this study was the decrease, at the longitudinal level, of a high activation found in the group of patients, especially in the hippocampus, but also in the amygdala. Thus, the emotional auditory paradigm offers an interesting image of the longitudinal trajectory in brain activation of patients in a PEP. However, an important variability was also detected with respect to activation trajectories. For this reason, it was decided to carry out a more detailed analysis of particular cases, so a third case study work was carried out, comparing the clinical and neuroimaging trajectories of two patients with a similar debut. In the results of this study, we can observe that, indeed, the paradigm allows to distinguish different results that fit with the different clinical evolution of both patients Thus, the emotional auditory paradigm measured in fMRI tests seems to reveal useful information for the prognosis of a first psychotic episode, although it is necessary to analyze each case in a particular and exhaustive way. Likewise, it seems that the methodological approach based on specific areas and activations seems less appropriate to measure complex brain processes, thus recommending the use of formulas that measure brain functioning in terms of networks and circuits and thus link it with more promising explanatory hypotheses such as the aberrant salience model.

Resumen El cerebro humano ha sido descrito como un sistema complejo. Su estudio por medio de señales neurofisiológicas ha desvelado la presencia de interacciones lineales y no lineales. En este contexto, se han utilizado métricas de entropía para descubrir el comportamiento cerebral en presencia y ausencia de alteraciones neurológicas. El mapeo de la entropía es de gran interés para el estudio de enfermedades neurodegenerativas progresivas como la enfermedad de Alzheimer. El objetivo de este estudio fue caracterizar la dinámica de las oscilaciones cerebrales en dicha enfermedad por medio de la entropía y la amplitud de las oscilaciones de baja frecuencia a partir de señales Bold de la red por defecto y la red de control ejecutivo en pacientes con Alzheimer e individuos sanos, utilizando una base de datos extraída de la serie de estudios de imágenes de acceso abierto. Los resultados revelaron mayor poder discriminatorio de la entropía por permutaciones en comparación a la amplitud de fluctuación de baja frecuencia y la amplitud fraccional de fluctuaciones de baja frecuencia. Se obtuvo un incremento de la entropía por permutaciones en regiones de la red por defecto y la red de control ejecutivo en pacientes. La corteza cingulada posterior y la precuña manifestaron característica diferencial al evaluar la entropía por permutaciones en ambos grupos. No hubo hallazgos al correlacionar las métricas con las escalas clínicas. Los resultados demostraron que la entropía por permutaciones permite caracterizar la función cerebral en pacientes con Alzheimer, además revela información sobre las interacciones no lineales complementaria a las características obtenidas por medio del cálculo de la amplitud de las oscilaciones de baja frecuencia. Abstract The human brain has been described as a complex system. Its study using neurophysiological signals has revealed the presence of linear and non-linear interactions. In this context, entropy metrics have been used to discover brain behavior in the presence and absence of neurological alterations. Entropy mapping is of great interest for the study of progressive neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s Disease (AD). The objective of this study was to characterize the dynamics of brain oscillations in AD using entropy and the Amplitude of Low-Frequency Fluctuations (ALFF) of BOLD signals from the default network and the executive control network in patients with AD and healthy individuals. For this purpose, the data was extracted from the Open Access Series of Imaging Studies (OASIS). The results revealed greater discriminatory power in Permutation Entropy (PE) than in ALFF and fractional ALFF metrics. An increase in PE was obtained in regions of the default network and the executive control network in patients. The posterior cingulate cortex and the precuneus exhibited a differential characteristic when PE was evaluated in both groups. There were no findings when the metrics were correlated with clinical scales. The results showed that PE can be used to characterize the brain function in patients with AD and reveals information about non-linear interactions complementary to the characteristics obtained by calculating the ALFF.

ilustraciones, gráficas, tablas Después de una lesión cerebral severa algunos pacientes pueden presentar alteraciones graves de la conciencia. Estas lesiones limitan grandemente la calidad de vida de estos pacientes y en consecuencia la de su familia. Las ultimas dos décadas han suscitado especial interés el entendimiento, descripción y caracterización de forma objetiva de la dinámica cerebral en este grupo de pacientes. La consecuencia inmediata de este entendimiento es la construcción de herramientas que permitan mejorar la toma de decisiones para los médicos que asisten o intervienen a estos pacientes. Múltiples estrategias han sido exploradas para ello, desde la construcción de rigurosas pruebas comportamentales hasta el uso de novedosas técnicas de neuroimágenes. Estas ultimas han mostrado un futuro prometedor para el contexto de estudio, alcanzando transcendentales hallazgos en relación al entendimiento de la emergencia de la conciencia, su alteración en estados comatosos y hasta han derivado en potenciales herramientas diagnosticas. Sin embargo y muy a pesar de estos importantes logros, aún existen múltiples retos por resolver en él área. Uno de esos retos fundamentales es la definición de un marco experimental adecuado para modelar la dinámica cerebral dada su abrumadora complejidad. Diversas estrategias han sido propuestas, sin embargo, aún permanece la imposibilidad de unificar en una única representación los agentes más relevantes para la emergencia de la conciencia. Es así como, en esta tesis doctoral se explora una aproximación en la representación de la dinámica cerebral que generaliza la noción de conectividad funcional entre unidades cerebrales. Los resultados aquí descritos se discuten en el marco de la caracterización de la dinámica cerebral de pacientes con desordenes de la conciencia, y su potencial uso como biomarcadores se resaltan en los resultados de esta tesis doctoral. (texto tomado de la fuente) After a brain injury some patients may have severe disturbances in consciousness. These injuries greatly limit the quality of life of these patients and their families. The last two decades have raised special interest in the understanding, description and objective charac terization of brain dynamics in this group of patients. The immediate consequence of this understanding is the construction of tools that allow better decision-making for the phy sicians who assist or intervene these patients. Multiple strategies have been explored for this, from the construction of rigorous behavioral tests to the use of novel neuroimaging techniques. Neuroimaging approach have shown a promising future in this context, reaching transcendental findings in relation to the understanding of the emergence of consciousness, its alteration in comatose states and have even led to potential diagnostic tools. However, there are still many important challenges to overcome. One of these fundamental challenges is the definition of a suitable experimental framework to model brain dynamics, because the overwhelming complexity of this phenomena. Various strategies have been proposed, ho wever, the impossibility of unifying in a single representation the most relevant agents for the emergence of consciousness still remains as an open problem. Thus, this doctoral thesis explores an approach in the representation of brain dynamics that generalizes the notion of functional connectivity between brain units. The results described here are discussed within the framework of the characterization of the brain dynamics of patients with disorders of consciousness, and their potential use as biomarkers is highlighted in the results of this doc toral thesis. Doctorado Doctor en Biotecnología Bioinformática

En esta tesis se estudió el cerebro y sus propiedades emergentes bajo el marco de los sistemas complejos. En este terreno, la emergencia de la consciencia tiene la particularidad de ser uno de los temas más misteriosos y controversiales en la historia del conocimiento humano. Las dificultades de encontrar explicaciones reduccionistas, propias de los sistemas complejos, en el caso de la consciencia como emergente tienen el agravante de no disponer de una descripción cuantificable, al menos al día de hoy, para las variaciones de los estados de consciencia. El sueño como acceso cotidiano y reversible a estas variaciones, combinado con técnicas de neuroimágenes, parece ser un buen camino para el estudio de este problema. La técnica de resonancia magnética funcional, puntualmente, permite estudiar la actividad cerebral a gran escala, cuya organización espacio-temporal no trivial refleja la complejidad del cerebro emergente a esa escala. Los estados cerebrales encontrados muestran una dinámica macroscópica susceptible de ser modelada por analogía a transiciones de fase de 2do orden en sistemas físicos, debido a su similitud con los fenómenos críticos. La emergencia entonces podría estudiarse a partir de la dinámica del cerebro operando cerca del punto crítico, al menos desde una perspectiva de la representación macroscópica de la actividad cerebral. En la primera parte de la tesis buscamos evidencias de la presencia de fenómenos críticos en una representación macroscópica de la actividad cerebral a partir de datos de resonancia magnética funcional adquiridos en sujetos sanos en reposo durante distintas etapas de sueño y vigilia. Esto lo hicimos estudiando el comportamiento tipo avalancha de las co-activaciones de la actividad cerebral a gran escala. Para ello definimos dominios de co-activación para cada tiempo como el conjunto de regiones contiguas que se activan simultáneamente, es decir, cuya actividad supera un umbral de binarización de la señal. Se ha demostrado que la distribución de tamaños de estos dominios sigue una ley de potencia para sujetos controles despiertos en acuerdo con la propiedad de invarianza de escala asociada al régimen crítico, determinando un comportamiento de tipo avalanchas de co-actividad. En base a esto, comparamos las leyes de potencias obtenidas y sus parámetros de escala entre las distintas etapas de sueño y vigilia como marcadores de criticalidad, siendo indicadores del régimen en el que opera el cerebro para dichos estados. De esta manera, encontramos diferencias significativas en el parámetro de escala entre la etapa de sueño N2 y la vigilia. Estos resultados fueron robustos frente a distintos sampleos espaciales (granulado grueso), modelos de ajuste alternativos de las distribuciones y diferentes umbrales de binarización de las señales, y desaparecieron al randomizar la fase de las series temporales rompiendo las correlaciones. Los comportamientos de tipo avalanchas de co-activación encontrados son compatibles con la presencia de fenómenos críticos característicos en una dinámica macroscópica de transiciones de fase. En la segunda parte de la tesis, exploramos la aplicación de modelos de aprendizaje profundo para reconocer transiciones de fase automáticamente. Entrenamos redes neuronales convolucionales a partir de estados simulados de distintos sistemas físicos tradicionalmente asociados a dinámicas de transiciones de fase como el modelo de Ising y el modelo de percolación. Los modelos entrenados aprendieron a clasificar fases en distintos estados y a reconocer las transiciones por eliminación. La salida del clasificador es la probabilidad de pertenecer a las distintas fases, por lo que de ella se puede deducir la cercanía de un estado a la transición, permitiendo identificar automáticamente fenómenos críticos. Estudiamos las características de aprendizaje de estos clasificadores con el objetivo de obtener una mejor comprensión de los mecanismos asociados a la efectividad de estos métodos para reconocer las transiciones y sus limitaciones en la generalización a otros sistemas. Planteamos entonces la posibilidad de un nuevo marco para definir métricas de complejidad, basado en la aplicación de técnicas de aprendizaje automático. Bajo este marco, en la tercera parte de la tesis, diseñamos un clasificador específicamente entrenado para reconocer transiciones de fase en la representación macroscópica de la actividad cerebral. Como cierre de este trabajo, aplicamos este clasificador a los estados cerebrales en distintas etapas de sueño, comparando entonces los patrones de fenómenos críticos encontrados por el clasificador con los resultados de marcadores de criticalidad referidos en la primera parte. Encontramos una marcada correspondencia entre ambos, planteando la potencialidad de la identificación automática de fenómenos críticos en la búsqueda de métricas que permitan cuantificar la consciencia. In this thesis we study the brain as a complex system and its emergent properties. In this field, the emergence of consciousness has the peculiarity of being one of the most mysterious and controversial issues in the history of human knowledge. The difficulties of finding reductionist explanations, inherent in complex systems, in the case of conscious-ness as emergent have the aggravation of not having a quantifiable description, at least to date, for the variations of the states of consciousness. Sleep as a daily and reversible access to these variations, combined with neuroimaging techniques, seems to be a good way to study this problem. The functional magnetic resonance imaging technique allows studying brain activity on a large scale, whose non-trivial spatio-temporal organization reflects the emergent complexity of the brain at that scale. The brain states found show macroscopic dynamics that can be modeled by analogy to 2nd order phase transitions in physical systems, due to their similarity with critical phenomena. From this perspective, the emergence could be the result of the brain operating near the critical point, at least from the perspective of the macroscopic representation of brain activity. In the first part of the thesis, we looked for evidence of the presence of critical phenomena in a macroscopic representation of brain activity from functional magnetic resonance data acquired in healthy subjects at rest during different stages of sleep and wakefulness. We did this by studying the avalanche-like behavior of large-scale co-activations of brain activity. For this we define co-activation clusters for each time as the set of contiguous regions that are activated simultaneously, that is, whose activity exceeds a signal binarization threshold. The size distribution of these clusters follows a power law for awake control subjects in accordance with the property of scale invariance associated with the critical regime, determining an avalanche-like behavior of co-activity. We compared the power laws obtained and their scale parameters between the different stages of sleep and wakefulness as criticality markers, being indicators of the regime in which the brain operates for these states. In this way, we find significant differences in the scale parameter between sleep stage N2 and wakefulness. These results were robust against different spatial resolutions (coarse graining), alternative fit models of the distributions, and different thresholds of binarization of the signals, and disappeared when the phase of the time series was randomized, breaking the correlations. The co-activation avalanche-like behaviors found are compatible with the presence of characteristic critical phenomena in a macroscopic dynamics of phase transitions. In the second part of the thesis, we explore the application of deep learning models to recognize phase transitions automatically. We trained convolutional neural networks from simulated states of different physical systems traditionally associated with phase transitions dynamics, such as the Ising model and the percolation model. The trained models learned to classify phases in different states and to recognize phase transitions by elimination. The output of the classifier is the probability of belonging to the different phases, so that it can be deduced from it the proximity of a state to the phase transition, allowing to automatically identify critical phenomena. We study the learning characteristics of these classifiers in order to obtain a better understanding of the mechanisms associated with the effectiveness of these methods to recognize transitions and their limitations in the generalization to other systems. We therefore propose the possibility of a new framework to define complexity measures, based on the application of machine learning techniques. Under this framework, in the third part of the thesis, we design a classifier specifically trained to recognize phase transitions in the macroscopic representation of brain activity. As a closing of this work, we apply this classifier to brain states in different sleep stages, comparing thereby the patterns of critical phenomena found by the classifier with the results of criticality markers of the first part. We found a significant correspondence between the two, suggesting the potential of the automatic identification of critical phenomena in the search for metrics that allow to quantify consciousness. Fil: Bocaccio, Hernán. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

La Resonancia Magnética funcional (RMf) es una técnica de neuroimagen que mapea el cerebro en tiempo real. Para ello utiliza tareas experimentales conocidas como paradigmas. La validez de los paradigmas experimentales es un aspecto fundamental que afecta directamente la confiabilidad de la imágenes cerebrales obtenidas por RMf. El razonamiento abstracto ha sido mapeado con RMf a través del empleo de paradigmas basados en conocidas pruebas psicométricas. Este estudio realizó una revisión sistemática de literatura en tres bases de datos sobre validación estadística de paradigmas de razonamiento abstracto para RMf en poblaciones de adultos sanos entre 19 a 44 años de edad. Se obtuvieron 57 resultados, de los cuales se incluyeron sólo 14 estudios. Se halló que los paradigmas más utilizadas fueron los ejercicios tipo matrices progresivas de Raven, con un diseño en bloques y con un tipo de relación abstracta visoespacial y semántica. Asimismo, se encontró que ninguno de los estudios incluidos reportaron un proceso de validación estadística de sus tareas experimentales previo a su uso en el resonador magnético funcional. La mayoría de los estudios revisados adolecen de errores metodológicos que dificultan su replicabilidad. Contar con paradigmas validados para un ambiente de neuroimagen funcional es un aspecto fundamental que las investigaciones futuras deben tomar en cuenta. Magíster en Neuropsicología

La enfermedad de Alzheimer (EA) es la forma de demencia más común hoy en día, generalmente en personas mayores de 65 años. Esta enfermedad produce un deterioro de las funciones cognitivas de la memoria, atención, lenguaje y las capacidades viso-espaciales interfiriendo en su vida social, laboral y familiar. Generalmente las investigaciones sobre la EA se ocupan de estudiar la enfermedad una vez presenten síntomas, por lo que este estudio está enfocado a diagnosticar la enfermedad en personas jóvenes y sanas antes de que aparezcan los primeros síntomas. Es por ello que este estudio trata de mostrar diferencias significativas de volumen y grosor en las áreas cerebrales, más concretamente en el hipocampo y corteza entorrinal, y esto pueda tener relación para en un futuro diagnosticar la enfermedad de Alzheimer. Las técnicas utilizadas son: la prueba ER-40 de Reconocimiento de Emociones Faciales y la Resonancia Magnética Funcional (fRM). Los resultados de la investigación mostraron diferencias significativas en el volumen de grosor de ambos grupos, en el giro parahipocampal y en el área de la corteza entorrinal. Alzheimer's disease (AD) is the most common form of dementia today, generally in people over the age of 65. This disease produces a deterioration of the cognitive functions of memory, attention, language and visuo-spatial capacities, interfering in their social, work and family life. Specifically, research on AD is concerned with studying the disease once symptoms appear, so this study is focused on diagnosing the disease in young and healthy people before first symptoms appear. So this study tries to show significant differences in volume and thickness in the brain areas, more specifically in the hippocampus and entorhinal cortex, and this may be related to diagnose Alzheimer's disease in the future. The techniques used are: the ER-40 Facial Emotion Recognition test and Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). The results of the investigation showed significant differences in the volume of thickness of both groups, in the parahippocampal area and in the area of the entorhinal cortex.

[ES] El trastorno del espectro autista (TEA) es un desorden de tipo neurológico cuya prevalencia se ha visto enormemente incrementada en los últimos años, hecho probablemente condicionado a las mejoras en las metodologías diagnósticas, pero que no deja de resultar alarmante. A pesar de su prevalencia, y al igual que ocurre con muchos otros trastornos de tipo neurológico o psiquiátrico, las bases neurológicas del TEA aún no han sido completamente esclarecidas. El objetivo del presente Trabajo Final de Máster es evaluar el potencial de distintas técnicas de aprendizaje automático en el diagnóstico del TEA a partir del análisis de imagen de resonancia magnética funcional en estado de reposo. Dicho de otra manera, dado un conjunto de imágenes cerebrales, deseamos conocer si es posible discriminar aquellos sujetos con TEA de aquellos sujetos de referencia o controles. Para ello se analizarán un total de 157 sujetos (75 sujetos con TEA y 82 controles) de la base de datos ABIDE (Autism Brain Imaging Data Exchange). Para llevar a cabo este estudio, la herramienta de software escogida ha sido Matlab®. Para abordar dicho objetivo, en primer lugar, y para cada uno de los sujetos incluidos en el estudio, se calculará la conectividad funcional, cuantificada a partir del coeficiente de correlación de Pearson, entre cada par de regiones cerebrales a partir de la señal temporal BOLD. Después se llevará a cabo un análisis comparativo previo en un subconjunto de sujetos haciendo uso de la Network-Based Statistic Toolbox (NBS). Este análisis de la conectividad nos proporcionará una serie de enlaces entre regiones que muestran diferencias significativas entre grupos y que, por tanto, resultan clave para determinar el patrón de conectividad funcional asociado al TEA. Los valores de conectividad funcional de cada uno de los enlaces que muestran diferencias significativas entre los dos grupos se utilizarán como características para la clasificación del subconjunto restante de sujetos. Así, se aplicarán diversas técnicas de clasificación, como los k-vecinos más próximos, las máquinas de vectores de soporte o las redes neuronales artificiales, para producir un modelo predictivo que permita distinguir entre las imágenes pertenecientes a sujetos con TEA y sujetos control. También se aplicará la técnica de validación cruzada (cross-validation) para una correcta evaluación del modelo generado. Los resultados obtenidos muestran que las redes neuronales artificiales (y más concretamente, el perceptrón multicapa, que ha sido la arquitectura escogida en este trabajo) proporcionan el modelo con una mayor capacidad predictiva de entre los cuatro elaborados, con un porcentaje de acierto en la clasificación en torno al 80% en el conjunto de validación. Se espera que los resultados obtenidos puedan contribuir al desarrollo de herramientas de apoyo al diagnóstico de TEA, y que puedan ser también extrapolables a otras patologías de origen neurológico, como el alcoholismo o la enfermedad de Alzheimer., [EN] The Autism Spectrum Disorder (ASD) is a neurological disorder with an increasing prevalence, and even though this growth is probably related to the improvements in diagnostic methodologies, the increase in the number of ASD diagnosed patients is an alarming fact. Despite its prevalence, and as it happens in many other neurological and psychiatric disorders, the neurological basis of the ASD have not been completely established yet. The aim of this work is to evaluate the potential of machine learning techniques in ASD diagnosis based on the analysis of resting state functional magnetic resonance images. In other words, we want to determine if it is possible, having a set of brain images, to determine which subjects have ASD, and which ones are subjects with a neurotypical development, or control subjects. In order to address this problem, we have analyzed images pertaining to 157 subjects (75 with ASD and 82 controls) obtained from ABIDE (Autism Brain Imaging Data Exchange). The analysis of these images has been performed using Matlab. To achieve this target, the first step is to obtain the functional brain connectivity for each one of the subjects in the study, using Pearson¿s correlation coefficient of BOLD signal between every pair of regions of the brain. Then, we will perform a comparative analysis in a subset of patients using the Network-Based Statistic Toolbox (NBS). This connectivity analysis will provide us with a group of connections among different regions that usually appear significantly altered in one of the groups, and that are therefore key brain alterations in order to determine the ASD characteristic pattern. The obtained set of altered connections will be used as features to classify the remaining subset of patients. Therefore, we will apply several classification techniques, such as k-Nearest Neighbors (KNN), Support Vector Machines (SVMs) or Artificial Neural Networks, to produce a predictive model that distinguishes between images pertaining to ASD subjects, and images pertaining to control subjects. The obtained results show that artificial neural networks (and more concretely, the multilayer perceptron, which is the architecture that has been chosen in this work) provide us with the model with de highest predictive power among the four tested model, with an accuracy near 80% in the validation data. It is expected that the obtained results may contribute to the development of diagnosis support tools in ASD, and that can also be extrapolated to other neurological disorders, such as alcoholism or Alzheimer disease.

[ES] El objetivo que se persigue es determinar de manera automática las propiedades estructurales y la conectividad funcional en estado de reposo en el cerebro. Para ello, se propone una metodología basada en el estudio de la morfometría cerebral y de la conectividad funcional a partir del análisis de imágenes de Resonancia Magnética (RM). Para el estudio de la morfometría, se utilizará el método Voxel Based Morphometry (VBM), en el que se normaliza la imagen anatómica del sujeto respecto a una plantilla para analizar la presencia de alteraciones morfológicas locales. En este método, primero se realiza un pre-procesado que trate de eliminar las posibles heterogeneidades presentes en la señal de RM, así como extraer de las imágenes aquellas estructuras de tejido cerebral que puedan influir negativamente en los siguientes procesos (cráneo, vasos, cuero cabelludo, ojos, grasa y músculos). Posteriormente, se llevan a cabo diversos procesos de estandarización y tipificación buscando posicionar todas las imágenes anatómicas que queremos evaluar en un mismo espacio para permitir su análisis estadístico. Estos procesos son la normalización a este espacio común, la segmentación en los diferentes tejidos de interés (sustancia gris, sustancia blanca y líquido cefalorraquídeo) y el suavizado. Una vez realizados estos pasos, se emplea el Modelo Lineal General (MLG) para construir mapas estadísticos paramétricos (SPMs) que permitan el análisis morfológico de las imágenes. Aquellas zonas cerebrales resultantes de este análisis se etiquetarán mediante el atlas Harvard-Oxford (sustancia gris). La segunda parte de la metodología, consistente en el estudio de la conectividad funcional, está basada en la correlación entre las señales BOLD de uno o más vóxels separados anatómicamente. De forma análoga al método anterior, es necesario realizar un pre-procesado previo de las imágenes anatómicas y funcionales antes de comenzar el análisis estadístico: realineamiento, corregistro, normalización y suavizado. Tras completar los pasos anteriores, se generarán SPMs para delimitar aquellas áreas cerebrales activas y se establecen relaciones funcionales entre ellas mediante un análisis ROI to ROI. Los resultados se encuentran etiquetados mediante el atlas Harvard-Oxford. Toda la metodología mostrada se llevará a cabo mediante un software de elaboración propia escrito en lenguaje MATLAB. Este algoritmo empleará paquetes especializados de esta herramienta como SPM12 (Statistical Parametric Mapping) y CONN (functional connectivity toolbox)., [EN] The objective is to automatically determine the structural properties and functional connectivity during the resting state. To this end, a methodology based on the study of brain morphometry and functional connectivity from the analysis of magnetic resonance imaging (MRI) is proposed. For the morphometry study, the Voxel Based Morphometry (VBM) method will be used, in which the anatomical image of the subject is normalized with respect to a template in order to analyze the presence of local morphological alterations. In this method, a pre-processing is first performed to eliminate the possible heterogeneities present in the MRI signal, as well as to extract from the images those structures of brain tissue that may negatively influence the following processes (skull, vessels, scalp, eyes, fat and muscles). Subsequently, several standardization and typification processes are carried out in order to position all the anatomical images that we want to evaluate in the same space to allow their statistical analysis. These processes are the normalization to this common space, the segmentation in the different tissues of interest (grey matter, white matter and cerebrospinal fluid) and the smoothing. Once these steps are completed, the General Linear Model (GLM) is used to build parametric statistical maps (SPMs) that allow the morphological analysis of the images. Those brain areas resulting from this analysis will be labelled using the Harvard-Oxford (grey matter) and Jülich / Susumu Mori (white matter) atlases. The second part of the methodology, consisting of the study of functional connectivity, is based on the correlation between the BOLD signals of one or more anatomically separated voxels. Similar to the previous method, it is necessary to pre-process the anatomical and functional images before starting the statistical analysis: realignment, co-registration, normalization and smoothing. After finishing the above steps, SPMs are generated to delimit those active brain areas and functional relationships are established between them through a ROI to ROI analysis. Results are labelled using the Harvard-Oxford atlas. All the methodology shown will be carried out by means of an own elaboration software written in MATLAB language. This algorithm will use specialized packages of this tool such as SPM12 (Statistical Parametric Mapping) and CONN (functional connectivity toolbox).

Las psicosis son un conjunto de cuadros clínicos que se asocian con un elevado impacto en salud pública, el trastorno paradigmático del grupo es la esquizofrenia. Hasta el momento no se dispone de ninguna prueba ni biomarcador que pueda brindar una orientación diagnóstica objetiva.El procesamiento emocional se encuentra entre las funciones alteradas en estos trastornos. Puntualmente, el reconocimiento de estímulos socio-emocionales ha sido propuesto como el biomarcador neuroimagenológico con mayor potencialidad para los aspectos cognitivos de la esquizofrenia.La resonancia magnética funcional tiene un rol preponderante en las neurociencias, ya que puede identificar activaciones cerebrales suscitadas consistentemente en grupos de sujetos por determinado tipo de estímulo. Sin embargo, entre sus limitaciones está la necesidad de promediar la actividad observada ante estímulos similares en cada sujeto, y entre los diferentes sujetos del grupo. En años recientes se ha descripto el análisis multivariado de patrones, el cual permite superar esta limitación mediante la identificación de patrones individuales de activación. No obstante, su uso para el estudio del procesamiento emocional en las psicosis ha sido sumamente escaso.El objetivo de esta tesis fue desarrollar y aplicar técnicas de análisis multivariado de patrones para el estudio del procesamiento emocional en las psicosis. Se elaboraron específicamente cuatro técnicas: (1) análisis cerebral global, (2) análisis por regiones de interés, (3) análisis de la lateralización hemisférica, y (4) análisis intersujeto.Las hipótesis fueron que los pacientes con esquizofrenia procesan a nivel cerebral los estímulos emocionales de una forma deficitaria, y que las técnicas de análisis multivariado de patrones son útiles para estudiar el procesamiento emocional en pacientes con psicosis.Se objetivaron diversas diferencias en el procesamiento cerebral de los estímulos entre el grupo de sujetos sanos y el de pacientes con esquizofrenia. Para casi la totalidad de los hallazgos estadísticamente significativos se encontraron activaciones menos identificables en los pacientes, esto apoya ambas hipótesis del estudio. En conjunto, los resultados describen dos mecanismos deficitarios diferentes: falta de diferenciación entre estímulos alegres y neutros, posiblemente por alteración en mecanismos de procesamiento espontáneo; y diferenciación disminuida entre estímulos tristes y neutros, posiblemente por afección de mecanismos activos de procesamiento. Además, no se vieron patrones de activación generalizables en el grupo de pacientes con esquizofrenia, lo que podría relacionarse con la heterogeneidad fisiopatológica del trastorno.Para concluir, el perfeccionamiento de estas técnicas de análisis podría servir como un sustento empírico para las definiciones y diagnósticos futuros en salud mental. Fil: Drucaroff, Lucas Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Autor; . Universidad de Buenos Aires. Facultad de Medicina; Argentina

La encefalopatía hepática (HE) es un complejo síndrome neuropsiquiátrico producido por la alteración en la función del sistema nervioso central asociada a la cirrosis hepática. Entre un 33-55% de los pacientes cirróticos sin síntomas clínicos evidentes de EH padecen encefalopatía hepática mínima (EHM) con deterioro cognitivo leve que empeora su calidad y esperanza de vida. Los pacientes cirróticos con EHM presentan alteraciones en la generación del potencial MMN (Mismatch Negativity), concretamente una disminución del área bajo la curva del potencial, que se correlaciona con los déficits de atención. En esta tesis hemos demostrado que las ratas con hiperamonemia crónica reproducen las alteraciones encontradas en la onda en pacientes con EHM y que por tanto son un buen modelo para estudiar los mecanismos implicados y ensayar tratamientos para revertirlas. Hemos evidenciado que uno de los mecanismos por los que se altera la respuesta MMN es la alteración de la conectividad funcional entre las diferentes áreas que participan en su generación. Además hemos demostrado que la neuroinflamación juega un papel importante como causa de las alteraciones de la respuesta MMN ya que el tratamiento con Ibuprofeno revierte tanto las alteraciones del potencial y como las alteraciones en la neurotransmisión en ratas con hiperamonemia. Por otro lado, estudios de resonancia magnética demuestran alteraciones cerebrales tanto estructurales como en la conectividad funcional de distintas redes neuronales en los pacientes con EH. Hemos demostrado que alteraciones específicas tanto estructurales como en la conectividad funcional en el cerebro de pacientes cirróticos son responsables de alteraciones cognitivas específicas y que estas alteraciones se relacionan con la hiperamonemia y la inflamación. Además, hemos evidenciado que los pacientes con EHM tienen alteraciones funcionales y estructurales en el hipocampo que contribuyen a las alteraciones en el aprendizaje y la memoria. Hepatic encephalopathy (HE) is a complex neuropsychiatric syndrome produced by altered central nervous system function associated with liver cirrhosis. Between 33-55% of cirrhotic patients without evident clinical symptoms of HE suffer minimal hepatic encephalopathy (MHE) with mild cognitive impairment that worsens their quality and life expectancy. Cirrhotic patients with MHE present alterations in the generation of MMN potential, specifically a decrease in the area under the potential curve, which correlates with attention deficits. In this thesis we have shown that rats with chronic hyperammonemia reproduce the alterations found in the wave in patients with MHE and that therefore they are a good model to study the mechanisms involved and to try treatments to reverse them. We have shown that one of the mechanisms by which the MMN response is altered is the alteration of the functional connectivity between the different areas that participate in its generation. We have also shown that neuroinflammation plays an important role as a cause of the alterations of the MMN response since the treatment with Ibuprofen reverses both the alterations of the potential and the alterations in neurotransmission in rats with hyperammonemia. On the other hand, magnetic resonance imaging studies show structural and functional connectivity of different neural networks in patients with HE. We have shown that specific structural and functional connectivity alterations in the brain of cirrhotic patients are responsible for specific cognitive alterations and that these alterations are related to hyperammonaemia and inflammation. In addition, we have shown that patients with MHE have functional and structural alterations in the hippocampus that contribute to alterations in learning and memory.

La capacidad humana para aprender nuevas palabras es muy variable. En este trabajo mostramos que dicho aprendizaje se basa en una eficiente comunicación entre las regiones cerebrales que controlan el movimiento y las que procesan la información auditiva. Además, esta conexión anatómica, que tiene lugar a través del fascículo arqueado en el hemisferio izquierdo, no está igualmente desarrollada en todas las personas, lo que explicaría las diferencias individuales que existen a la hora de aprender las palabras de una lengua.

Objective To describe the effects of moderate sleep deprivation in brain regions involved in cognitive inhibition processes, motor function, and phonological fluency using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). Materials and methods A sample of 12 under-graduate and post-graduate medical students, between 20 and 40 years, were subjected to a follow-up of the number of hours of regular sleep in order compare to a moderate sleep deprivation after a nightshift. The d2 attention test and fMRI studies were used in both groups in order to evaluate motor function, verbal fluency and cognitive inhibition, or Stroop paradigms. The moderate sleep deprivation was at least 63% with respect to the regular sleep pattern during the previous week. Results Significant differences in brain activity were found in fMRI to measure motor function (P < 0.05) comparing regular sleep cycle and moderate sleep deprivation. The brain activity with fMRI Stroop paradigms and phonological fluency showed no significant differences between the two conditions, likewise with the psychological attention test d2. Discussion The fMRI showed interference on motor representation activations in moderate sleep deprivation. No significant differences in fMRI were found in the processes of cognitive inhibition or Stroop paradigms, in phonological fluency, or in the psychological attention test d2. These could be attributed to inadequate sleep deprivation or efficient compensation mechanisms in the subjects of this study. Conclusion There is a difference showed in fMRI on motor representation activations in moderate sleep deprivation. © 2016 Sociedad Argentina de Radiología.

Las diferencias individuales en personalidad modulan los procesos motivacionales, emocionales y cognitivos que regulan la conducta. La evidencia previa ha mostrado que el rasgo de Sensibilidad a la Recompensa (SR) se asocia a diferencias individuales en la motivación apetitiva, pero su papel en los procesos de control cognitivo ha sido menos estudiado. Los estudios previos han asociado la SR a una mayor focalización en las respuestas recompensadas o más probables, en aquellos contextos en que existe una conducta dominante o guiada por las expectativas, mientras que en ausencia de una conducta dominante este rasgo favorece un patrón de mayor flexibilidad cognitiva que implica una menor interferencia de la experiencia previa con un estímulo a la hora de establecer nuevas respuestas o asociaciones. A nivel cerebral, la SR se ha ligado al sistema dopaminérgico y a la actividad de regiones relevantes para el control cognitivo como la corteza cingulada anterior, la corteza prefrontal lateral o el estriado. El objetivo de esta tesis es estudiar la relación entre las diferencias individuales en SR y el control cognitivo tanto a nivel conductual como de actividad cerebral. Para desarrollar este trabajo se llevaron a cabo tres estudios de resonancia magnética funcional utilizando paradigmas de control cognitivo que incluyeron tareas de cambio atencional e inhibición de respuesta. El primer estudio mostró que la SR se asocia con una reducción en la actividad de las estructuras cerebrales de control cognitivo (corteza cingulada, prefrontal y estriado) durante el procesamiento de una señal de cambio en una tarea de cambio de set atencional. El segundo estudio mostró que la SR se asociaba a incrementos en la actividad de la corteza frontal inferior derecha e izquierda durante la inhibición de respuestas motoras y el procesamiento de estímulos infrecuentes en una tarea Go/No-go, además de a un patrón conductual de mayor variabilidad en la ejecución de la tarea. El tercer estudio mostró un resultado muy similar a nivel conductual, asociando la SR a una mayor variabilidad en los tiempos de respuesta, así como una modulación de este rasgo sobre la actividad de diferentes redes cerebrales durante una tarea de señal de stop: la SR se asoció a incrementos en la actividad de redes motoras (específicamente durante los fallos de inhibición) y a reducciones en la actividad de redes atencionales y de procesamiento del error. En conclusión, este trabajo muestra el papel modulador de la personalidad, y en concreto del rasgo de SR, sobre la actividad cerebral durante el control cognitivo. La asociación entre SR y la variabilidad conductual puede relacionarse con un efecto atencional a nivel general. Los resultados funcionales mostraron que las regiones cerebrales de control cognitivo implicadas en los procesos de inhibición y cambio están moduladas por la SR, aunque este efecto parece ser dependiente de las demandas de la tarea, de modo que en tareas con altas demandas de flexibilidad la SR se asocia a incrementos de actividad a nivel prefrontal mientras que en tareas que requieren focalización la SR se asocia a reducciones en la actividad prefrontal y estriatal. La actividad del cingulado anterior se encuentra reducida en ambos casos en los individuos con mayor SR. En general estos resultados pueden ser relevantes para la comprensión de las relaciones entre cognición, motivación y conducta, así como para profundizar en la descripción y caracterización del patrón de control cognitivo asociado a la SR.

La resonancia magnética funcional (RMf) es una técnica indirecta de medición de laactividad neuronal. La investigación por RMf de la función cerebral tanto de forma modularcomo integrada en redes tiene repercusión en el estudio de la actividad cognitiva normalasí como de los desórdenes neurológicos. En el presente trabajo utilizamos la técnica de RMf para dilucidar aspectos de la función cognitiva en personas sanas y dos poblaciones depacientes con síndromes de desconexión. En el primer estudio evaluamos la representacióncerebral del planeamiento de gestos de uso de herramientas con distintos componentesmotores: involucrando principalmente articulaciones del brazo y codo -gestos proximalesode mano y dedos -gestos distales-. Hallamos una representación topográfica distintapara cada tipo de gesto, lo cual es importante para entender el patrón de errores en lapantomima e imitación de gestos que se observa en pacientes con apraxia. En el segundoestudio investigamos la actividad de las redes cerebrales involucradas en atención internay externa y la conectividad dentro y entre esas redes, en pacientes con desórdenes deconciencia. Encontramos una estructura colectiva de regiones que aumenta su respuestacon el nivel de conciencia y una indiferenciación en la estructura de redes antagónicas comola red de modo por defecto y la red atencional, cuya especialización mejora en forma nolineal conforme el paciente progresa. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a technique that allows for indirectmeasurement of neuronal activity. The research of brain function with fMRI both as modularand as integrated into networks has impact in the study of normal cognitive activity aswell as of neurological disorders. In the present work we used fMRI to elucidate aspects ofcognitive function in healthy people and in two populations of patients with disconnectionsyndromes. In the first study we evaluated the brain representation of planning tool-usegestures with different motor components: involving mainly arm and elbow joints (proximalgestures) or hand and finger joints (distal gestures). We found a different topographicrepresentation for each gesture, which is important to understand the error pattern in pantomimeand imitation of gestures observed in patients with apraxia. In the second studywe investigated the activity in the brain networks involved in internal and external attention,and the connectivity within and between that networks, in patients with disorders ofconsciousness. We found a collective structure of regions that increase their responsivenesswith the level of consciousness and a de-differentiation in the structure of antagonic networkssuch as default-mode network and attentional network, whose specialization recoversnon-linearly as the patients progresses. Fil: Expósito, Verónica. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

La actividad basal del cerebro ha sido conceptualizada tradicionalmente como “ruido”. Sin embargo, el avance en los métodos de análisis de neuroimagen ha permitido descifrar patrones coherentes de actividad en este estado de ‘reposo’. Estos patrones, lejos de ser aleatorios, parecen corresponderse en parte con los sistemas cerebrales clásicos, lo que sugiere que nos encontramos ante un funcionamiento ‘por defecto’ de distintas redes cerebrales. Esta Función Cerebral por Defecto facilitaría nuestra adaptación al medio mediante una constante predicción y sincronización con el mismo.

El objetivo es destacar la capacidad de la resonancia magnética funcional con tareas para evaluar diversas funciones cerebrales superiores, mediante la ejecución de paradigmas que producen activación cerebral de las regiones involucradas. Resaltar la importancia del neuropsicólogo en la creación de paradigmas y en la interpretación de los resultados. Se realizó una revisión no sistemática de la literatura científica recogida en las bases de datos de: Rev Neurol, Neurology, Radiología, Neuroimage, J Neuroimaging, Science, Brain, Neuroscience and biobehavioral reviews, journal of neuroscience, Eur J Radiol, Magnetic resonance in medicine, Neurosurgery, Neuroimagingclin, Neuropsidologia latinoamericana, International journal of neuroscience, Science, Biol Psychiatry, Psychol Med, Arch Gen Psychiatry, Psychiatry Res Neuroimaging, Neuro Report, Neuron, J ClinExpNeuropsychol, Proc Natl Acad Sci U S A, Ann Neurol Neurobiol Aging, Neurosci Lett, Journal of Neuroscience. Los descriptores utilizados fueron "Resonancia magnética funcional", "Paradigmas" y "Neuropsicología". Se seleccionaron los artículos científicos de cualquier tipo y en español e inglés; desde el inicio de la indización de la fuente primaria hasta noviembre de 2014. Se recuperaron 42 artículos. Se analizaron todos los conceptos sobre resonancia magnética funcional, neuropsicología, funciones cerebrales superiores, áreas cerebrales activadas, paradigmas. Los mapas de activación neuronal confirman la participación simultánea de diferentes áreas cerebrales, incluso distantes, durante la ejecución de paradigmas. La participación del neuropsicólogo dentro del grupo multidisciplinario es muy importante por su conocimiento profundo de los factores involucrados en el desempeño de las diferentes tareas cognitivas potencialmente evaluables por resonancia magnética funcional. To highlight the capacity of functional magnetic resonance imaging (fMRI) with tasks in order to measure different higher brain functions by running paradigms that produce brain activation in the regions involved. Highlighting the importance of the neuropsychologist in creating paradigms and interpreting results. A non-systematic review of the scientific literature contained in the databases was conducted: Rev Neurol, Neurology, Radiología, Neuroimage, J Neuroimaging, Science, Brain, Neuroscience and biobehavioral reviews, journal of neuroscience, Eur J Radiol, Magnetic Resonance in Medicine, Neurosurgery, Neuroimagingclin, Neuropsicologia Latinoamericana, International Journal of Neuroscience, Biol Psychiatry, Psychol Med, Arch Gen Psychiatry, Psychiatry Res Neuroimaging, Neuro Report, Neuron, J ClinExpNeuropsychol , Proc Natl Acad Sci U S A, Ann Neurol Neurobiol Aging, Neurosci Lett, Journal of Neuroscience. The descriptors used were: "functional MRI", "Paradigms" and "Neuropsychology". Papers in Spanish and English of any kind were selected since the start of indexing the primary source until November 2014. 42 articles were retrieved. The following concepts were analyzed: functional magnetic resonance imaging, neuropsychology, higher brain functions, activated brain areas paradigms. The neural activation maps confirm the simultaneous involvement of different brain areas, even distant ones, during the execution of paradigms. Neuropsychologist participation within the multidisciplinary team is very important for its deep understanding of the factors involved in the performance of different cognitive tasks potentially assessable by fMRI.

La resonancia magnética juega un rol muy importante en neuroimagen debido al desarrollo de secuencias que permiten conocer aspectos estructurales y funcionales del cerebro, tales como la DTI y la resonancia magnética funcional. El análisis de las imágenes en neuroimagen es de carácter cuantitativo, esto requiere que las imágenes sean de una elevada calidad. Con el fin de asegurar la obtención de esta elevada calidad de imagen requerida se ha elaborado un protocolo de control de calidad exclusivamente diseñado para neuroimagen. Este protocolo abarca la evaluación de 5 parámetros de calidad: exactitud geométrica, uniformidad de imagen, SNR, posición del corte y espesor del corte. Se han adquirido las imágenes por resonancia magnética de 3 maniquíes, analizando las imágenes de acuerdo a la metodología propuesta para cada parámetro. Los resultados han sido variados, en algunos parámetros se han obtenido resultados satisfactorios y en otros no. Se recomienda llevar a cabo este protocolo propuesto respetando la metodología y tomando en cuenta las consideraciones que se citan en este trabajo. Magnetic resonance imaging (MRI) plays an important role in neuroimaging due to the development of sequences that provide insight into structural and functional aspects of the brain, such as DTI and functional magnetic resonance (fMRI). Analysis of the images in neuroimaging is of a quantitative nature, which requires that the images be of a high quality. To ensure delivery of this required high quality image, a quality control protocol designed exclusively for neuroimaging has been developed. This protocol covers the evaluation of 5 quality parameters: geometric accuracy, image uniformity, SNR, slice position and slice thickness. MRI images were acquired of 3 mannequins, analyzing the images according to the methodology proposed for each parameter. The results have been mixed, in some parameters results obtained have been satisfactory and in others not. It is recommended that this proposed protocol be carried out respecting the methodology and taking into account the considerations cited in this article.

Treball Final de Grau en Psicologia. Codi: PS1048.Curs: 2014/2015 La Teoría de la Sensibilidad al Refuerzo sostiene que las diferencias en la reactividad de determinados sistemas cerebrales que controlan los procesos motivacionales, emocionales y de aprendizaje subyacen a las diferencias individuales de los rasgos de personalidad básicos. Estos sistemas se encargarían de controlar conductas y emociones concretas que se podrían relacionar con determinadas cogniciones. Uno de estos sistemas es el sistema de activación conductual que se encarga de responder ante estímulos apetitivos y de omisión de castigo, generando conductas de aproximación hacia estímulos apetitivos. La zona cerebral fundamental asociada con este sistema son los ganglios basales y sus conexiones con el córtex orbitofrontal, la amígdala y el cortex prefrontal. En este sentido, estudios recientes han mostrado que los individuos con una mayor actividad crónica del sistema de activación conductual muestran un menor volumen de sustancia gris en los ganglios basales bilaterales y en el córtex prefrontal medial (Barrós-Loscertales y cols., 2006), un resultado similar al encontrado en pacientes con TDAH. El objetivo del presente trabajo es comprobar si estas diferencias anatómicas llevan asociadas un distinto patrón de conectividad funcional. Mediante la técnica de resonancia magnética funcional en estado de reposo (RMf-ER), hemos estudiado en estudiantes varones si existen diferencias en conectividad funcional entre diversas áreas cerebrales que están asociadas a diferencias en volumen de sustancia gris en función de las puntuaciones en la escala de “Sensibilidad a la Recompensa”, medida por el Cuestionario de Sensibilidad al Castigo y Sensibilidad a la Recompensa. La técnica RMf-ER se emplea para medir niveles de co-activación entre regiones cerebrales anatómicamente separadas para observar la conectividad funcional entre áreas cerebrales cuando el individuo no realiza ninguna tarea en particular. Los sujetos son instruidos para que en el escáner se relajen, sin llegar a dormirse y sin pensar en nada, mientras la actividad espontánea del cerebro es registrada. Los resultados mostraron que las puntuaciones en Sensibilidad a la Recompensa se asociaban a una mayor conectividad funcional entre el estriado izquierdo y derecho, sin existir diferencias entre la conectividad de estas áreas con el córtex prefrontal. Por tanto, nuestros resultados reflejan una diferencia funcional en función de la personalidad en zonas directamente asociadas con el procesamiento de recompensa.

Introducción: la enfermedad de Alzheimer es una enfermedad neurodegenerativa y la causa de demencia más frecuente en el mundo. Esta enfermedad se caracteriza por muerte neuronal que lleva a una pérdida de conectividad cerebral general. Técnicas como la conectividad funcional a partir de imágenes de resonancia magnética pueden brindar información acerca de la interacción entre regiones cerebrales y, por tanto, puede ser un indicador del Alzheimer. Objetivo: evaluar la conectividad funcional a partir de imágenes de resonancia magnética funcional en estado de reposo en adultos mayores como posible biomarcador para la enfermedad de Alzheimer. Materiales y métodos: en una población de 35 sujetos de edad avanzada (10 pacientes con Alzheimer de 75 ± 2,87 años, 10 pacientes con deterioro cognitivo leve de 74,9 ± 2,88 años, y 15 personas sanas de 75,35 ± 2,91 años), se compararon las redes de conectividad funcional obtenidas a través de la correlación temporal de la señal BOLD y elementos de la teoría de grafos. Se calcularon las medidas de las redes (costo y grado medio), y se correlacionaron estas medidas con las escalas neuropsicológicas ADNI-mem y ADAS-Cog. Resultados: en los pacientes con Alzheimer hay una disminución de la conectividad en comparación con los controles sanos y los pacientes con deterioro cognitivo leve. Se encontró una correlación significativa entre el costo de las redes en los sujetos sanos y las escalas neuropsicológicas. Conclusión: se confirma la desconexión existente en la enfermedad de Alzheimer y se muestra que la alteración de la actividad cerebral en el deterioro cognitivo y Alzheimer se puede medir mediante el algoritmo basado en grafos desarrollado en este trabajo. Introduction: Alzheimer's disease is a neurodegenerative disease and the most common cause of dementia in the world. This disease is characterized by neuronal cell death leading to an overall loss of brain connectivity. Functional connectivity from magnetic resonance images can provide information about the interaction between brain regions and therefore may be an indicator of Alzheimer. Objective: assessing functional connectivity from functional magnetic resonance images at rest in elderly as a potential biomarker for Alzheimer's disease. Materials and methods: in a population of 35 elderly subjects (10 patients with Alzheimer 75 ± 2,87 years, 10 patients with mild cognitive impairment 74,9 ± 2,88 years and 15 healthy individuals 75,35 ± 2,91years), functional connectivity networks obtained through the temporal correlation of BOLD signal and elements of the graph theory were compared. Network indexes (cost and average degree) were calculated, and further correlated with the neuropsychological scales, ADNI-mem, and ADAS-Cog. Results: in Alzheimer patients there is a decrease in connectivity compared with healthy controls and patients with mild cognitive impairment. A significant correlation between the cost of networks in healthy subjects and neuropsychological scales was found. Conclusion: our graph-based algorithm was useful to confirm that both Alzheimer and mild cognitive impairment exhibit a significant loss of connectivity.

Desde el punto de vista biológico el proceso del habla puede separarse endos etapas moduladas entre sí: la producción y la percepción. En este trabajonos ocupamos de ambas, concentrándonos especialmente en la primera. El sistema vocal humano está formado por dos grandes bloques: las cuerdasvocales y el tracto vocal. Las cuerdas vocales constituyen la fuente acústica,determinando la entonación del discurso, mientras que el contenido fonético (los sonidos propios de la lengua) es definido por la dinámica del tractovocal. En esta tesis presentamos un modelo completo de producción vocal,incluyendo el estudio dinámico de un modelo detallado de cuerdas vocales ysu adaptación a un modelo de baja dimensión del tracto vocal. Para evaluar la calidad de la voz sintetizada con el modelo, utilizamosuna combinación de test perceptuales y de resonancia magnética funcional,cuyos resultados muestran que la voz sintética es indistinguible de segmentosde voz real. Los sintetizadores basados en la física de la producción de vozpermiten además el estudio de la percepción de voz controlando parámetrosbiológicos. En particular, en este trabajo mostramos que la identidad de lavoz está codificada en términos de las dimensiones relativas entre las cuerdasvocales y el tracto vocal. Usamos este modelo de voz verificado experimentalmente para responderpreguntas de la biolingüística y la biomimética. En primer lugar, investigamosel rol de la física del aparato vocal en la formación de las onomatopeyas. A pesar de considerarse palabras vinculadas directamente con la imitación,es difícil establecer qué se preserva acústicamente entre los sonidos y susonomatopeyas. Utilizamos el modelo vocal para mostrar que las configuracionesdel tracto vocal que producen los sonidos más parecidos a los originalescorresponden a consonantes co-articuladas. Estos pares vocal-consonante secorresponden, además, con las sílabas más estables de las onomatopeyas endistintos idiomas, sugiriendo un mecanismo por el cual la imitación vocal permite asociar sonidos simples a estructuras de habla más complejas. Por otra parte, nos preguntamos cuál es la dimensionalidad del espaciomotor que gobierna la producción de habla. Para abordar este problema diseñamos un dispositivo experimental que permite monitorear tres puntos dela cavidad oral durante el discurso. Con esta herramienta, logramos una descripción discreta para las coordenadas motoras de las vocales y consonantesoclusivas del español, mostrando además la viabilidad de controlar el modelode producción vocal con variables anatómicas para la síntesis de voz entiempo real a partir de los gestos anatómicos producidos durante el habla. From a biological point of view the ability of speaking can be split intwo intermodulated processes: production and perception. In this work weinvestigated both of them from a physical perspective, focusing on the firstone. The physical process associated with the production of voice rely on thevocal anatomy, composed of two main blocks: the vocal folds and the vocaltract. The folds are the acoustic source that specify the intonation of thespeech, while the phonetic content is determined by the vocal tract dynamics. In this thesis we developed a complete model of voice production, we studiedthe different dynamic regimes of a detailed mathematical model of the folds,and adjusted it to a low dimensional model of the tract. This model allowsto synthesize voice by controlling physical parameters of the vocal system. In order to evaluate the quality of the synthetic voices, we carried outa combination of perceptual and fMRI tests, showing that synthetic voicesare indistinguishable from real ones. Such an articulatory synthesizer, basedon the physics processes involved in the voice production, allows to studythe perceptual effects of precise variations in the anatomical parameters. Weused it to show that the voice identity is encoded in the relative dimensionsof the tract and the folds. Using this validated model, we addressed two specific questions. First,we investigated the role of imitation within the generation of onomatopoeias. Despite it is widely know that onomatopoeias are based on imitation, itremains unclear which are the acoustic features shared between the soundsand their onomatopoeias. Using our vocal model we show that co-articulated consonants are the sounds that best fit the original noises. This pairs ofvowel-consonant also are the more stable syllables within the onomatopoeiasacross languages, suggesting a mechanism through which vocal imitation associatessimple sounds with more complex speech structures. We also inquire about the dimension of the vocal motor space controllingthe production of speech, in order to study this problem we designed an experimentaldevice that allows monitoring 3 points of the upper vocal tractwhile speaking. Making use of this novel tool, we reach a discrete descriptionfor the motor coordinates of Spanish vowels and occlusive consonants. Thisresults show the plausibility to control the vocal model with direct anatomicalmeasures, synthesizing speech in real time from simple motor gesturesproduced during the vocalization. Fil: Assaneo, María Florencia. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

Desde hace décadas se conoce la influencia beneficiosa que tanto el apoyo social como de las emociones positivas ejercen sobre la salud. Diferentes hipótesis se han postulado acerca de cómo estos factores influyen sobre diferentes índices fisiológicos y psicológicos de bienestar y salud. Una de la hipótesis planteadas sugiere que los entornos seguros, cálidos y cariñosos actúan como señales de seguridad activando el sistema motivacional apetitivo e inhibiendo el sistema defensivo. Un estudio previo en nuestro laboratorio ha mostrado que la visualización de caras de personas familiares queridas activa el sistema motivacional apetitivo e inhibe respuestas defensivas. En este estudio quisimos comparar la activación central ante caras queridas con la activación provocada por otro tipo de caras altamente gratificantes (caras atractivas). Nuestros resultados señalan que las caras familiares queridas activaron con mayor intensidad algunas de las áreas asociadas con el sistema de recompensa, en concreto la corteza orbito-frontal medial.

Santiago Ramón y Cajal demostró que el sistema nervioso y el cerebro estaban formados por células, al igual que el resto de los tejidos vivos. Esas células fueron llamadas neuronas y las conexiones entre ellas, la sinapsis, son fundamentales para su funcionamiento y comunicación. Todo lo que ocurre dentro del cerebro puede describirse como un entramado de corrientes eléctricas y reacciones bioquímicas entre neuronas. A partir del siglo XIX, la observación y estudio de síndromes o enfermedades debidas a lesiones cerebrales jugó un papel trascendental en el desarrollo de las neurociencias. Por primera vez fue posible establecer algunas correlaciones entre determinadas áreas del cerebro y determinadas funciones mentales superiores como el lenguaje o la memoria. Sin embargo, hace tiempo que se ha superado ese modelo localizacionista. Hoy se asume que las funciones cognitivas no están localizadas en un área cerebral específica, sino que se basan en el funcionamiento de complejos sistemas funcionales. Gracias a las técnicas de neuroimagen funcional, podemos relacionar una tarea concreta con un determinado patrón de activación cerebral, es decir, un conjunto de áreas coactivadas. Uno de los grandes retos de la neurociencia en la actualidad es consolidar el conocimiento de los patrones de actividad cerebral. Por otro lado, muchas patologías tanto neurológicas como psiquiátricas, no obedecen a una lesión focal o a la alteración de una sola área cerebral. Diferentes trastornos, como la esquizofrenia o el autismo, se entienden en la actualidad como desordenes complejos de la conectividad neural. El estudio de la conectividad neural "in vivo" es uno de los principales objetivos de las técnicas de neuroimagen. Un objetivo en un futuro próximo es que estas técnicas, que se centran en el estudio de la conectividad entre distintas áreas cerebrales, permitan mejorar de forma directa los diagnósticos y de forma indirecta los tratamientos de diversas patologías neurológicas y mentales, De La Iglesia Vayá, MDLD. (2011). Técnicas de conectividad cerebral y transferencia de información aplicado al estudio de la esquizofrenia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. doi:10.4995/Thesis/10251/10987.

La epilepsia del lóbulo temporal mesial (ELT) es la causa más común de epilepsia farmacoresistente y se puede beneficiar de terapias alternativas como la neurocirugía. Las alteraciones cognitivas más frecuentes en estos pacientes son en el lenguaje y la memoria. Mediante técnicas de resonancia magnética funcional, la presente tesis aborda dos objetivos: 1) la creación de un protocolo para la evaluación prequirúrgica de las funciones del lenguaje y la memoria y 2) el estudio de los procesos de plasticidad cerebral y sus consecuencias funcionales en los pacientes con ELT. Para alcanzar el primer objetivo, se validó en una muestra de participantes sanos una tarea de lenguaje receptivo: la Verificación de Oraciones. En referencia al segundo objetivo, los resultados de la aplicación del protocolo en los pacientes mostraron una reorganización del lenguaje y la memoria. En cuanto al lenguaje, y especialmente en los pacientes con ELT izquierda, encontramos un aumento de las activaciones contralesionales en áreas frontales y temporoparietales que resultan funcionalmente beneficiosas para el rendimiento neuropsicológico en pruebas de lenguaje y memoria verbal. En cuanto a la memoria, ambos tipos de pacientes mostraron una disminución generalizada de las activaciones temporales mesiales, especialmente relevante en áreas ipsilesionales, siendo la preservación de la actividad ipsilesional la que correlacionaba con la preservación de la memoria verbal. En conclusión, los pacientes con ELT mostraron una reorganización de las redes neuronales que sustentan el lenguaje y la memoria, que siguen patrones diferentes, y cuyas consecuencias funcionales son relevantes a la hora de predecir la probabilidad de déficit postquirúrgico.

This study aimed at implementing a stimu-lation protocol using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), in a Hospital in Valparaiso (V Re-gion), Chile, to detect cortical areas activated in oral language comprehension. Seven healthy volunteers participated in this study. Average t-score and signal variation were 6.3±0.3 and 0.5±0.1%, respectively. In spite of these low values, activations were obtai-ned in Wernicke area, middle temporal gyrus, and Heschl’s gyrus. The extension of activated areas was small, 5.06±2.99 cm3, probably due to amplifier low signal-to-noise ratio (SNR), in addition to the cognitive complexity of the task, and to the ambient acoustic noise. Successful implementation of fMRI protocols of language comprehension is possible in a clinical context in Chile without any additional resources.Keywords: Functional magnetic resonance imaging, Low signal-to-noise ratio, Oral language compre-hension, Resumen: Nuestro objetivo fue implementar un protocolo de estimulacion en resonancia magnetica funcional en un Hospital de Valparaiso, V Region de Chile, para detectar las areas corticales activadas en la comprension del lenguaje oral. Siete voluntarios sanos participaron de este estudio. El t-score y variacion de senal alcanzado fue de 6.3 0.3 y 0.5±0.1% respectiva -mente. A pesar de estos bajos valores, las activaciones se registraron en el area Wernicke, circunvolucion temporal media y circunvolucion de Heschl. La exten -sion de las activaciones fue pequena, 5.06±2.99 cm

Nuestro objetivo fue implementar un protocolo de estimulación en resonancia magnética funcional en un Hospital de Valparaíso, V Región de Chile, para detectar las áreas corticales activadas en la comprensión del lenguaje oral. Siete voluntarios sanos participaron de este estudio. El t-score y variación de señal alcanzado fue de 6.3 0.3 y 0.5±0.1% respectivamente. A pesar de estos bajos valores, las activaciones se registraron en el área Wernicke, circunvolución temporal media y circunvolución d e Heschl. La extensión de las activaciones fue pequeña, 5.06±2.99 cm³, probablemente debido a la baja relación señal ruido del resonador (SNR), además de la complejidad cognitiva de la tarea y el ruido acústico ambiente. Nuestros resultados indican que la implementación de la RMf en comprensión del lenguaje es posible de realizar en Chile sin recursos adicionales. This study aimed at implementing a stimulation protocol using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), in a Hospital in Valparaiso (V Region), Chile, to detect cortical areas activated in oral language comprehension. Seven healthy volunteers participated in this study. Average t-score and signal variation were 6.3±0.3 and 0.5±0.1%, respectively. In spite of these low values, activations were obtained in Wernicke area, middle temporal gyrus, and Heschl s gyrus. The extension of activated areas was small, 5.06±2.99 cm3, probably due to amplifer low signal-to-noise ratio (SNR), in addition to the cognitive complexity of the task, and to the ambient acoustic noise. Successful implementation of fMRI protocols of language comprehension is possible in a clinical context in Chile without any additional resources.

La resonancia magnética funcional (RMF) es una técnica no invasiva que permite medir los cambios relacionados con flujo sanguíneo cerebral regional. Se efectuó un mapeo de la corteza sensitivo-motora y de la corteza visual en 24 voluntarios sanos. Se mapearon las áreas visuales de los sujetos controles, quienes vieron en forma pasiva un estímulo de video. El test de activación motora consistió en realizar un simple movimiento de mano. En ambos casos se obtuvo un mapeo cortical funcional. El mapeo prequirúrgico de las áreas sensitivo-motora y visual es una aplicación clínica potencialmente útil de la RMF Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a non-invasive imaging tool that measure regional cerebral blood flow related changes. Functional MR mapping of the sensory-motor cortex and visual cortex was performed in 24 healthy volunteers. The visual areas in individual subjects were mapped through passively viewing a video stimulus. The activation motor test consisted of a simple hand movement. In both cases, a functional cortical map was obtained. Presurgical mapping of the sensory-motor cortex and visual cortex is a potentially usefull clinical application of fMRI