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Corteza del cíngulo anterior: Un área imprescindible para el control cognitivo y emocional

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Abstract

Evolutivamente, y debido a su ubicación anatómica única, la corteza del cíngulo anterior (CCA) es conocida como el interfaz entre cognición y emoción permitiendo al ser humano regular las funciones necesarias con el fin de emitir respuestas eficientes y adaptativas y lograr los objetivos y metas necesarias para la vida cotidiana. Junto con las cone-xiones que comparte con la corteza prefrontal (CPF), la CCA es particularmente importante para el sistema de control cognitivo que incluyen aquellas funciones de atención ejecutiva, detección y monitoreo del error, toma de decisiones, flexibilidad cognitiva y control inhibitorio, funciones alteradas en trastornos como el déficit de atención e hiperacti-vidad (TDAH). Esta estructura también guarda estrecha relación con funciones del procesamiento emocional debido a las conexiones que tiene con algunas otras estructuras del sistema límbico, llevando a cabo tareas de evaluación de la relevancia de la información emocional y motivacional y de regulación de las respuestas emocionales, por lo que se ha relacionado con trastornos afectivos y de personalidad. En el presente trabajo se expondrán una serie de estudios con el objetivo de mostrar que esta estructura es un centro integrador de información, tanto externa como interna, imprescindible para la autorregulación emocional y cognitiva, modulando, a su vez, el comportamiento. Palabras dal o dorsal, que también es conocida como circunvolución cingu-lar medial (CCM), suele subdividirse en su parte anterior-CCMa-, y posterior-CCMp-(4,5). A nivel citoarquitectónico, en la CCA, las áreas 24 y 25 se caracte-rizan por una capa neuronal IV ausente y una capa V prominente compuesta de neuronas piramidales de tamaño medio a grande. El área 32 se distingue por una capa III más densa compuesta neu-ronas piramidales de tamaño pequeño a mediano, y una capa VI menos desarrollada (6). Por su ubicación anatómica única, la CCA mantiene conexiones tanto con el sistema límbico (áreas cingulares), como con la corte-za prefrontal (áreas paracingulares), por lo que la CCA se subdivide en tres regiones anatomo-funcionales específicas (ver Figura 1B): a.) una región emocional ventral, ubicada sobre el genu del cuerpo calloso, correspondiente a las áreas CCAs y CCAp, las cua-les tiene extensivas conexiones recíprocas con la corteza prefrontal orbital (CPFO) y el cuerpo amigdalino; b.) una región cognitiva dorsal, situada en la parte superior de cuerpo calloso, en el área CCMa, quien comparte conexiones recíprocas principalmente con la corteza prefrontal dorsolateral (CPFDL) y el hipocampo y, por último, c.) una región motora caudal, ubicada en el interior del surco cingulado, correspondiente al área CCMp, que comparte co-nexiones recíprocas con regiones parietales y motoras primarias y suplementarias (7,8). En general, las porciones rostrales y ventrales sustentan el proce-samiento emocional y la regulación del estado de ánimo, mientras que las porciones dorsales están más involucradas en el control cognitivo y motor (6)-ver Figura 1-. CCA y Control Cognitivo Por su parte el control cognitivo se refiere a aquellas funciones mentales de nivel superior, o "ejecutivas", sustentadas principal-Introducción En 1949, McLean acuñó el concepto de "cerebro triuno" para des-cribir la evolución del cerebro de los vertebrados, a través de la agregación de capas neuronales posteriores al complejo reptiliano en donde la CCA formaba parte de lo que ahora se conoce como el sistema límbico, una estructura relacionada con la regulación emocional y que precede evolutivamente a la neocorteza, por su parte, relacionada con las funciones mentales superiores (1). La corteza del cíngulo (CC), es una estructura ubicada justo por encima del cuerpo calloso a lo largo de las paredes mediales de los hemisferios cerebrales, delimitada en su porción superior por la cisura cingulada o marginal (2), y es próxima a la circunvolución parahipocámpica en el istmo detrás del esplenio del cuerpo calloso (3). Esta estructura es comúnmente dividida en dos porciones, una más anterior, que abarca las áreas 24, 25 y 32 de Brodmann, cono-cida como corteza del cíngulo anterior-CCA-, y una más posterior , en áreas 23, 29, 30, y 31, conocida como corteza del cíngulo posterior-CCP-(4). En la CCA se distingue la porción más anterior que rodea la rodilla del cuerpo calloso, denominada rostral o ventral (CCAr) que, a su vez, se subdivide en su fracción subcallosa (CCAs), y pregenual (CCAp); por otro lado, la porción adyacente al CCP, llamada cau
Evolutivamente, y debido a su ubicación anatómica única, la corteza del cíngulo anterior (CCA) es conocida como el
interfaz entre cognición y emoción permitiendo al ser humano regular las funciones necesarias con el n de emitir
respuestas ecientes y adaptativas y lograr los objetivos y metas necesarias para la vida cotidiana. Junto con las cone-
xiones que comparte con la corteza prefrontal (CPF), la CCA es particularmente importante para el sistema de control
cognitivo que incluyen aquellas funciones de atención ejecutiva, detección y monitoreo del error, toma de decisiones,
exibilidad cognitiva y control inhibitorio, funciones alteradas en trastornos como el décit de atención e hiperacti-
vidad (TDAH). Esta estructura también guarda estrecha relación con funciones del procesamiento emocional debido
a las conexiones que tiene con algunas otras estructuras del sistema límbico, llevando a cabo tareas de evaluación de
la relevancia de la información emocional y motivacional y de regulación de las respuestas emocionales, por lo que se
ha relacionado con trastornos afectivos y de personalidad. En el presente trabajo se expondrán una serie de estudios
con el objetivo de mostrar que esta estructura es un centro integrador de información, tanto externa como interna,
imprescindible para la autorregulación emocional y cognitiva, modulando, a su vez, el comportamiento.
Palabras clave: cognición; emoción; autorregulación; control cognitivo; control emocional
Corteza del cíngulo anterior: Un área imprescindible para el control cognitivo y emocional
Articulo de Revisión
WG Guzmán-Ramírez1, L Ríos-Muñoz1, A Abundis-Gutierrez1,2, A Vázquez-Moreno1, TJ Villaseñor-Cabrera1,3
Subvención: Padrón Nacional de Posgrado de Excelencia, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT)
1 Maestría en Neuropsicología, Departamento de Neurociencias, CUCS, Universidad de Guadalajara, México.
2 Departamento de Ciencias del Comportamiento, CUVALLES, Universidad de Guadalajara, México.
3 Neuropsicología, OPD Hospital Civil “Fray Antonio Alcalde”, Guadalajara, México.
Corresponding Author:
Dra. Alicia Abundis-Gutiérrez
Departamento de Ciencias del Comportamiento, Centro Universitario de los Valles, Universidad de
Guadalaja ra
Carretera Guadalajara - Ameca Km. 45.5, C.P. 46600,
Ameca, Jalisco, México.
+52 (375) 7580 500
E-mail: alicia.abundis@academicos.udg.mx
dal o dorsal, que también es conocida como circunvolución cingu-
lar medial (CCM), suele subdividirse en su parte anterior –CCMa-
, y posterior –CCMp- (4,5).
A nivel citoarquitectónico, en la CCA, las áreas 24 y 25 se caracte-
rizan por una capa neuronal IV ausente y una capa V prominente
compuesta de neuronas piramidales de tamaño medio a grande. El
área 32 se distingue por una capa III más densa compuesta neu-
ronas piramidales de tamaño pequeño a mediano, y una capa VI
menos desarrollada (6).
Por su ubicación anatómica única, la CCA mantiene conexiones
tanto con el sistema límbico (áreas cingulares), como con la corte-
za prefrontal (áreas paracingulares), por lo que la CCA se subdi-
vide en tres regiones anatomo-funcionales especícas (ver Figura
1B): a.) una región emocional ventral, ubicada sobre el genu del
cuerpo calloso, correspondiente a las áreas CCAs y CCAp, las cua-
les tiene extensivas conexiones recíprocas con la corteza prefrontal
orbital (CPFO) y el cuerpo amigdalino; b.) una región cognitiva
dorsal, situada en la parte superior de cuerpo calloso, en el área
CCMa, quien comparte conexiones recíprocas principalmente con
la corteza prefrontal dorsolateral (CPFDL) y el hipocampo y, por
último, c.) una región motora caudal, ubicada en el interior del
surco cingulado, correspondiente al área CCMp, que comparte co-
nexiones recíprocas con regiones parietales y motoras primarias y
suplementarias (7,8).
En general, las porciones rostrales y ventrales sustentan el proce-
samiento emocional y la regulación del estado de ánimo, mientras
que las porciones dorsales están más involucradas en el control
cognitivo y motor (6) - ver Figura 1-.
CCA y Control Cognitivo
Por su parte el control cognitivo se reere a aquellas funciones
mentales de nivel superior, o “ejecutivas”, sustentadas principal-
Introducción
En 1949, McLean acuñó el concepto de “cerebro triuno” para des-
cribir la evolución del cerebro de los vertebrados, a través de la
agregación de capas neuronales posteriores al complejo reptiliano
en donde la CCA formaba parte de lo que ahora se conoce como
el sistema límbico, una estructura relacionada con la regulación
emocional y que precede evolutivamente a la neocorteza, por su
parte, relacionada con las funciones mentales superiores (1).
La corteza del cíngulo (CC), es una estructura ubicada justo por
encima del cuerpo calloso a lo largo de las paredes mediales de los
hemisferios cerebrales, delimitada en su porción superior por la
cisura cingulada o marginal (2), y es próxima a la circunvolución
parahipocámpica en el istmo detrás del esplenio del cuerpo calloso
(3). Esta estructura es comúnmente dividida en dos porciones, una
más anterior, que abarca las áreas 24, 25 y 32 de Brodmann, cono-
cida como corteza del cíngulo anterior –CCA-, y una más poste-
rior, en áreas 23, 29, 30, y 31, conocida como corteza del cíngulo
posterior –CCP- (4).
En la CCA se distingue la porción más anterior que rodea la rodilla
del cuerpo calloso, denominada rostral o ventral (CCAr) que, a su
vez, se subdivide en su fracción subcallosa (CCAs), y pregenual
(CCAp); por otro lado, la porción adyacente al CCP, llamada cau-
Neuroplasticidad Cerebral Normal y Patológica archivos de CIENCIA, Vol. 10, No. 2, 2018
30
mente por la corteza prefrontal, y que tienen inuencia sobre las
entradas sensoriales, los estados internos y la respuesta motora,
logrando la anulación, restricción o inhibición de reacciones de
tipo automático e inexibles, relacionadas a determinados estímu-
los ambientales, permitiendo que el comportamiento varíe de ma-
nera adaptativa en función de los objetivos del momento (9,10).
Debido a las conexiones que mantienen las porciones más dor-
sales de la CCA y la corteza prefrontal, algunas de las funciones
ejecutivas relacionadas con esta área son: la detección y el moni-
toreo del error, la toma de decisiones, la memoria de trabajo y la
exibilidad y el control cognitivo, funciones superiores que a su
vez forman parte de la denominada: atención ejecutiva (8, 11,12).
Tales procesos suelen estudiarse a través del test palabra-color de
Stroop, una de las diversas tareas existentes para estudiar el con-
icto cognitivo y la interferencia (13).
Debido a que la lectura es una respuesta sobreaprendida en adul-
tos alfabetizados, el conicto cognitivo está dado por la instruc-
ción de nombrar el color de la palabra y no la palabra como tal, ya
que la respuesta dominante es leer la palabra y no decir el color de
la misma, entrando en conicto entre sí, por lo que es necesario
un sistema de regulación, dirigiendo el comportamiento hacia la
respuesta relevante para el objetivo, mientras se suprime las res-
puestas incompatibles (10).
Se ha mostrado ampliamente la activación de la CCA, la CPFDL,
corteza parietal y regiones de la ínsula durante la ejecución de esta
tarea (14), revelando una importante participación de la CCA en
el control cognitivo. Especícamente, se cree que las regiones pre-
genuales y posteriores de la CCA, están involucradas en la predic-
ción de los resultados de una acción, mientras que la evaluación
del resultado es realizada por la región intermedia, mediado por la
porción dorsal que se extiende hasta el área motora suplementaria
–AMS- (6).
En modelos animales, se ha demostrado mediante lesiones excito-
tóxicas de la CCA y la corteza frontomedial (MFC), ambas forman
parte de un circuito que se relaciona con los sistemas dopaminér-
gicos mesolímbicos, y que a su vez estas estructuras intervienen en
la elección del comportamiento y que son, por ende, signicativas
para la ejecución de un trabajo más complejo con el n de recibir
mayores recompensas (15). Además, utilizando una tarea de mo-
nitoreo del conicto, se evaluó a ratas con lesiones excitotóxicas en
la CCA, observando dicultades en el ajuste del control cognitivo
(discriminando la información relevante de la no relevante para la
tarea), a través de las pruebas (16).
Se ha propuesto que las conexiones que esta área tiene con la ín-
sula, conforman la “red de relevancia” cuya nalidad es priorizar
los estímulos internos y externos más relevantes, y así poder regu-
lar el comportamiento (17). Personas con trastorno por décit de
atención e hiperactividad (TDAH), suelen presentar alteraciones
en la CPFDL, la corteza prefontal ventrolateral (CPFVL), la CCM,
el estriado y el cerebelo, y la interconexión entre estas estructuras
(18). En niños con TDAH, se ha mostrado que existe una signi-
cativa reducción del grosor cortical de áreas derechas de la CCA,
proponiendo una alteración en la red de control atencional que
resulta en alteraciones en la detección del error, impulsividad y
control inhibitorio (19).
Además, en estudios con potenciales relacionados a eventos
(PREs) se identicó, mediante la medición de las estructuras fron-
tales de la línea media, el componente de procesamiento que está
asociado con el control inhibitorio exitoso mediante amplitudes
reducidas en las ondas en la negatividad relacionada a errores
(ERN) en niños diagnosticados con TDAH, en comparación
de sujetos controles, mostrando una clara activación en la CCA
dorsal (20), además de un incremento de la actividad en áreas
bilaterales de la línea media, que incluye la CCA y el área motora
pre-suplementaria (pre-SMA), en funciones de orden superior
como la inhibición y monitoreo del error, incluyendo detección
y corrección y ajustes de rendimiento post-error (21).
Debido a tales hallazgos, queda claro el papel fundamental que
ejerce la CCA en el control cognitivo, inhibiendo estímulos dis-
tractores, y generando respuestas ante el conicto y la presenta-
ción de un error, guiando el comportamiento orientado a objeti-
vos, a través del automonitoreo (16).
CCA y Control Emocional
La emoción es una función básica de supervivencia, sirve para
resolver tareas de la vida social y denir los límites del compor-
tamiento aceptable, además de mantener unidas a las personas
dentro de sus relaciones y grupos sociales, forman parte impor-
tante de la evolución funcional de nuestros sistemas nerviosos
debido a que involucra procesos de atención, toma de decisio-
nes, comunicación y autorregulación (22). La emoción permi-
te actuar de manera planicada a un nivel complejo, lo que se
asocia a estados mentales intencionales tales como las creencias
y los deseos, que se utilizan para explicar el comportamiento a
un nivel de complejidad intermedio entre el de los reejos y del
comportamiento intencional planicado (23).
La capacidad de monitorear y controlar el afecto, o “la regulación
de la emoción, se reere a los procesos por los cuales los indivi-
duos tienen control sobre cuáles, cuándo, y cómo experimentan
y expresan sus emociones (24).
Las regiones más rostro-ventrales de la CCA tienen múltiples
interconexiones límbicas (amígdala e hipocampo), autónomas
(hipotálamo) y cognitivas como la CPF, que está implicada en
procesos de inhibición, detección y solución de conictos, y con-
trol atencional. Existen, entonces, procesos cognitivos involucra-
dos en el control emocional (25), donde las conexiones entre la
CCA y la CPF se han relacionado con procesamiento emocional,
llevando a cabo tareas de evaluación de la relevancia de informa-
ción tanto emocional como motivacional y de regulación de las
respuestas emocionales, cuya lesión puede producir trastornos
afectivos, y cambios de personalidad, incluyendo apatía, estrés e
inestabilidad emocional (26,27,28).
En condiciones normales, dos características generales de los
procesos de regulación de la emoción intactos son, 1) las regio-
nes de generación/procesamiento de la emoción son activadas
en presencia de estímulos emocionales negativos y, 2) esta res-
puesta neuronal se ve atenuada por las regiones reguladoras de
la emoción, de manera automática por el CCAr y la corteza pre-
frontal ventromedial (CPFVM) y voluntaria por la corteza pre-
frontal dorsomedial (CPFDM) y la CPFL (29). Por ejemplo, en
un estudio donde se le pidió a los participantes categorizar algu-
nas caras mostradas de acuerdo a su expresión facial emocional
(“asustado” vs “feliz”), al tiempo que se les pedía ignorar etique-
tas textuales congruentes o incongruentes (“felicidad o miedo”),
superpuestas sobre las caras; cuando los ensayos incongruentes
eran precedidos por un ensayo incongruente, los tiempos de re-
acción fueron más rápidos a comparación de si los ensayos in-
congruentes eran precedidos por un ensayo congruente, por lo
que este patrón sugiere un mecanismo regulatorio de conicto,
GUZMÁN RAMÍREZ ET AL.archivos de CIENCIA, Vol. 10, No. 2, 2018 31
que implica dos funciones: 1) la evaluación y detección del con-
icto emocional, sustentada anatómicamente por la amígdala, la
CCMa, y regiones dorsomediales y dorsolaterales de la CPF y, 2)
la regulación del conicto, es decir, la regulación de procesamien-
to afectivo. Estos resultados sugieren que la CCAp es el área que
mantiene el mecanismo regulatorio de conicto (30).
En cambio, en algunos trastornos psiquiátricos como la esquizo-
frenia, por ejemplo, se ha encontrado que una reducción de sus-
tancia gris en la CCA, acompañada de reducción en la densidad
neuronal, sináptica y dendrítica, preceden al inicio de la psicosis,
y con una relación directa con la duración de la enfermedad (31).
Así mismo, se han encontrado reducciones anormales de sustan-
cia gris en la CCAs en pacientes con trastorno depresivo mayor y
trastorno bipolar, independientemente del estado emocional ac-
tual. Estos hallazgos nos dejan ver que la alteración de alguna de
las múltiples interconexiones que tienen las áreas rostro-ventrales
de la CCA, podría causar una desregularización de la experiencia
y expresión emocional, dando como resultado signos y síntomas
de depresión y manía (32). En general, se sabe que los problemas
de regulación emocional en individuos con trastornos afectivos
se asocian con la hiperactivación de la amígdala/insula e hipoac-
tivación en de la CCAr/CPFVM y CPFDM, durante tareas de alta
intensidad/reactividad afectiva, así como hiperactivación de la
amígdala/ínsula e hipoactivación en las regiones CCAr/CPFVM y
CPFDM, durante tareas de modulación afectiva, cognitiva y con-
trol de la conducta (29).
Además, la actividad conjunta de la CCA y la ínsula anterior des-
empeñan un papel fundamental en la experiencia emocional sub-
jetiva y la conciencia emocional, ya que los pacientes con cingu-
lotomía demuestran reducciones signicativas en sentimientos de
tensión, enojo y dolor (33).
Aunque, como se ha expuesto, la CCA tiene importantes implica-
ciones en la autorregulación, existe una evidente división anatómi-
ca en las funciones emocionales y cognitivas en dicha estructura.
Bush y colaboradores (28), llevaron a cabo un estudio con imagen
por resonancia magnética funcional (IRMf), donde se realizaron
dos tareas tipo Stroop, con dos diferentes tipos de interferencias,
una afectiva (palabras con valencia emocional; por ejemplo; “mur-
der”: “asesinato” en español) y otra cognitiva (palabras neutras;
por ejemplo: “three”: “tres” en español). Los resultados conrman
que el tipo de información que se procesa puede reclutar actividad
selectiva en diferentes regiones de la CCA, en este caso, las áreas
ventrales (CCAs y CCAp), las cuales tienden a estar más activas en
el procesamiento emocional, mientras que las áreas más dorsales
(CCMa) se involucran mayormente en el procesamiento de infor-
mación no afectiva (cognitiva).
Conclusiones
La organización anatomofuncional de la CCA, permite conside-
rarla como un centro de integración dinámica y recíproca de se-
ñales emotivas y cognitivas. Posee conexiones con la CPF, la ínsula
y la amígdala que le permiten modular anatómica y funcional-
mente la actividad cognitiva y emocional. En particular, la CCA
es importante en la regulación de la atención ejecutiva (detección
y monitoreo del error, la selección de la respuesta, la inhibición, el
control atencional, la planicación) y el procesamiento emocional
(evaluación de la relevancia de información emocional y motiva-
cional, así como la regulación de las respuestas emocionales).
La implicación que tiene la CCA en el control de estas funciones,
ha sido demostrada mediante estudios experimentales de labo-
ratorio, estudios de imagen conducidos en humanos y estudios
clínicos que involucran lesión de esta región; dichas funciones
son de vital importancia en la regulación del comportamiento,
y en la vida diaria de los seres humanos en general. Su ejecu-
ción efectiva se relaciona con una vida funcional sana y una
adaptación psicosocioemocional adecuada, aspectos ligados a la
calidad de vida y cuya alteración se asocia con el desarrollo de
diversas patologías clínicas (TDAH) y psiquiátricas (depresión,
esquizofrenia).
De lo anterior se deduce la importancia que ejerce esta estruc-
tura, en la función cognitiva, control de emociones, tanto en el
proceso normal, como su implicación en la clínica.
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Figura 1. Divisiones anatomofuncionales de la corteza cingulada anterior (basado en de la Vega y colaboradores -8-; modicado por WG
Guzmán-Ramírez)
A. Funciones emocionales, cognitivas y motoras, relacionadas a la corteza cingulada anterior en su porción ventral (gris), medial (rosa),
y posterior (azul).
B. CCAs: Corteza del cíngulo anterior subcallosa (gris oscuro); CCAp: Corteza del cíngulo anterior pregenual (gris claro); CCMa: Corte-
za del cíngulo medial anterior (rosa oscuro); CCMp: Corteza del cíngulo posterior (azul); CCP: Corteza del cíngulo posterior; AMS: Área
motora suplementaria; preAMS: Área motora presuplementaria; CPFDM: Corteza prefrontal dorsomedial; CPFrm: Corteza prefrontal
rostromedial; CPFVM: Corteza prefrontal ventromedial.
archivos de CIENCIA, Vol. 10, No. 2, 2018
GUZMÁN RAMÍREZ ET AL.
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Abstract
Evolutionarily and due to its unique anatomical location, the anterior cingulate cortex (ACC) is known as the inter-
face between cognition and emotion, it allows the human being to regulate the necessary functions in order to emit
ecient and adaptive responses and achieve the objectives and goals necessary for the daily living. Along with the
connections it shares with the prefrontal cortex (PFC), the ACC is particularly important for the cognitive control
system that includes those functions of executive attention, error detection and error monitoring, decision making,
cognitive exibility and inhibitory control, altered functions in disorders such as attention decit hyperactivity disor-
der (ADHD). is structure, also has a close relationship with emotional processing functions due to the connections
it has with some other structures of the limbic system, performing tasks of evaluating the relevance of emotional and
motivational information and regulating emotional responses, so that has been related to aective and personality di-
sorders. In this paper, a series of studies will be presented with the aim of revealing that this structure is an integrating
center of both external and internal information, essential for emotional and cognitive self-regulation, modulating, at
the same time, behavior.
Keywords: cognition; emotion; self-regulation; cognitive control; emotional control
Corteza del cíngulo anterior: Un área imprescindible para el control cognitivo y emocional
Articulo de Revisión
WG Guzmán-Ramírez1, L Ríos-Muñoz1, A Abundis-Gutierrez1,2, A Vázquez-Moreno1, TJ Villaseñor-Cabrera1,3
Subvención: Padrón Nacional de Posgrado de Excelencia, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACyT)
Chapter
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Differentiation of self is a multidimensional construct that refers to the capacity of emotional self-regulation, which allows a person to function individually and to be emotionally connected with others. Attachment is the emotional bond we create with the people of our close environment, which looks for our needs of feeling near and secure during our life, promoting our survival and providing the necessary stimulation in children for their correct development. The objective of the present study is to understand the relation that exist between differentiation of self and adult attachment. For the making of the present study, a bibliographic review was carried out with the following metasearch engines: Jabega UMA, Google Academics and APA PsycNET. The studies appear to agree in the existence of a negative association between Differentiation of Self and anxiety and avoidance in relationships of adult attachment, and positive association between emotional cutoff and avoidance, and among emotional reactivity and anxiety in attachment.
Article
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Unlabelled: The functional organization of human medial frontal cortex (MFC) is a subject of intense study. Using fMRI, the MFC has been associated with diverse psychological processes, including motor function, cognitive control, affect, and social cognition. However, there have been few large-scale efforts to comprehensively map specific psychological functions to subregions of medial frontal anatomy. Here we applied a meta-analytic data-driven approach to nearly 10,000 fMRI studies to identify putatively separable regions of MFC and determine which psychological states preferentially recruit their activation. We identified regions at several spatial scales on the basis of meta-analytic coactivation, revealing three broad functional zones along a rostrocaudal axis composed of 2-4 smaller subregions each. Multivariate classification analyses aimed at identifying the psychological functions most strongly predictive of activity in each region revealed a tripartite division within MFC, with each zone displaying a relatively distinct functional signature. The posterior zone was associated preferentially with motor function, the middle zone with cognitive control, pain, and affect, and the anterior with reward, social processing, and episodic memory. Within each zone, the more fine-grained subregions showed distinct, but subtler, variations in psychological function. These results provide hypotheses about the functional organization of medial prefrontal cortex that can be tested explicitly in future studies. Significance statement: Activation of medial frontal cortex in fMRI studies is associated with a wide range of psychological states ranging from cognitive control to pain. However, this high rate of activation makes it challenging to determine how these various processes are topologically organized across medial frontal anatomy. We conducted a meta-analysis across nearly 10,000 studies to comprehensively map psychological states to discrete subregions in medial frontal cortex using relatively unbiased data-driven methods. This approach revealed three distinct zones that differed substantially in function, each of which were further subdivided into 2-4 smaller subregions that showed additional functional variation. Each individual region was recruited by multiple psychological states, suggesting subregions of medial frontal cortex are functionally heterogeneous.
Article
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Empathy—the capacity to understand and resonate with the experiences of others—can depend on the ability to predict when others are likely to receive rewards. However, although a plethora of research has examined the neural basis of predictions about the likelihood of receiving rewards ourselves, very little is known about the mechanisms that underpin variability in vicarious reward prediction. Human neuroimaging and nonhuman primate studies suggest that a subregion of the anterior cingulate cortex in the gyrus (ACCg) is engaged when others receive rewards. Does the ACCg show specialization for processing predictions about others' rewards and not one's own and does this specialization vary with empathic abilities? We examined hemodynamic responses in the human brain time-locked to cues that were predictive of a high or low probability of a reward either for the subject themselves or another person. We found that the ACCg robustly signaled the likelihood of a reward being delivered to another. In addition, ACCg response significantly covaried with trait emotion contagion, a necessary foundation for empathizing with other individuals. In individuals high in emotion contagion, the ACCg was specialized for processing others' rewards exclusively, but for those low in emotion contagion, this region also responded to information about the subject's own rewards. Our results are the first to show that the ACCg signals probabilistic predictions about rewards for other people and that the substantial individual variability in the degree to which the ACCg is specialized for processing others' rewards is related to trait empathy.
Article
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Often seen as the paragon of higher cognition, here we suggest that cognitive control is dependent on emotion. Rather than asking whether control is influenced by emotion, we ask whether control itself can be understood as an emotional process. Reviewing converging evidence from cybernetics, animal research, cognitive neuroscience, and social and personality psychology, we suggest that cognitive control is initiated when goal conflicts evoke phasic changes to emotional primitives that both focus attention on the presence of goal conflicts and energize conflict resolution to support goal-directed behavior. Critically, we propose that emotion is not an inert byproduct of conflict but is instrumental in recruiting control. Appreciating the emotional foundations of control leads to testable predictions that can spur future research.
Article
The purpose of this textbook is to enable a Neuroscientist to discuss the structure and functions of the brain at a level appropriate for students at many levels of study including undergraduate, graduate, dental or medical school level. It is truer in neurology than in any other system of medicine that a firm knowledge of basic science material, that is, the anatomy, physiology and pathology of the nervous system, enables one to readily arrive at the diagnosis of where the disease process is located and to apply their knowledge at solving problems in clinical situations. The authors have a long experience in teaching neuroscience courses at the first or second year level to medical and dental students and to residents in which clinical information and clinical problem solving are integral to the course.
Article
Anterior cingulate cortex (ACC) is a part of the brain's limbic system. Classically, this region has been related to affect, on the basis of lesion studies in humans and in animals. In the late 1980s, neuroimaging research indicated that ACC was active in many studies of cognition. The findings from EEG studies of a focal area of negativity in scalp electrodes following an error response led to the idea that ACC might be the brain's error detection and correction device. In this article, these various findings are reviewed in relation to the idea that ACC is a part of a circuit involved in a form of attention that serves to regulate both cognitive and emotional processing. Neuroimaging studies showing that separate areas of ACC are involved in cognition and emotion are discussed and related to results showing that the error negativity is influenced by affect and motivation. In addition, the development of the emotional and cognitive roles of ACC are discussed, and how the success of this regulation in controlling responses might be correlated with cingulate size. Finally, some theories are considered about how the different subdivisions of ACC might interact with other cortical structures as a part of the circuits involved in the regulation of mental and emotional activity.
Book
Since the turn of the twenty-first century, the psychology of emotion has grown to become its own field of study. Because the study of emotion draws inspiration from areas of science outside of psychology, including neuroscience, psychiatry, biology, genetics, computer science, zoology, and behavioral economics, the field is now often called emotion science or affective science. A subfield of affective science is affective neuroscience, the study of the emotional brain. This revised second edition of Psychology of Emotion reviews both theory and methods in emotion science, discussing findings about the brain; the function, expression, and regulation of emotion; similarities and differences due to gender and culture; the relationship between emotion and cognition; and emotion processes in groups. Comprehensive in its scope yet eminently readable, Psychology of Emotion serves as an ideal introduction for undergraduate students to the scientific study of emotion. It features effective learning devices such as bolded key terms, developmental details boxes, learning links, tables, graphs, and illustrations. In addition, a robust companion website offers instructor resources.
Article
Impaired emotion regulation contributes to the development and severity of substance use disorders (substance disorders). This review summarizes the literature on alterations in emotion regulation neural circuitry in substance disorders, particularly in relation to disorders of negative affect (without substance disorder), and it presents promising areas of future research. Emotion regulation paradigms during functional magnetic resonance imaging are conceptualized into four dimensions: affect intensity and reactivity, affective modulation, cognitive modulation, and behavioral control. The neural circuitry associated with impaired emotion regulation is compared in individuals with and without substance disorders, with a focus on amygdala, insula, and prefrontal cortex activation and their functional and structural connectivity. Hypoactivation of the rostral anterior cingulate cortex/ventromedial prefrontal cortex (rACC/vmPFC) is the most consistent finding across studies, dimensions, and clinical populations (individuals with and without substance disorders). The same pattern is evident for regions in the cognitive control network (anterior cingulate and dorsal and ventrolateral prefrontal cortices) during cognitive modulation and behavioral control. These congruent findings are possibly related to attenuated functional and/or structural connectivity between the amygdala and insula and between the rACC/vmPFC and cognitive control network. Although increased amygdala and insula activation is associated with impaired emotion regulation in individuals without substance disorders, it is not consistently observed in substance disorders. Emotion regulation disturbances in substance disorders may therefore stem from impairments in prefrontal functioning, rather than excessive reactivity to emotional stimuli. Treatments for emotion regulation in individuals without substance disorders that normalize prefrontal functioning may offer greater efficacy for substance disorders than treatments that dampen reactivity.
Article
Converging evidence supports the hypothesis that the prefrontal cortex is critical for cognitive control. One prefrontal subregion, the anterior cingulate cortex, is hypothesized to be necessary to resolve response conflicts, disregard salient distractors and alter behavior in response to the generation of an error. These situations all involve goal-oriented monitoring of performance in order to effectively adjust cognitive processes. Several neuropsychological disorders, e.g., schizophrenia, attention deficit hyperactivity and obsessive compulsive disorder, are accompanied by morphological changes in the anterior cingulate cortex. These changes are hypothesized to underlie the impairments on tasks that require cognitive control found in these subjects. A novel conflict monitoring task was used to assess the effects on cognitive control of excitotoxic lesions to anterior cingulate cortex in rats. Prior to surgery all subjects showed improved accuracy on the second of two consecutive, incongruent trials. Lesions to the anterior cingulate cortex abolished this. Lesioned animals had difficulty in adjusting cognitive control on a trial-by-trial basis regardless of whether cognitive changes were increased or decreased. These results support a role for the anterior cingulate cortex in adjustments in cognitive control.