MADRID, 4 Mar. (EUROPA PRESS) -
Un estudio sobre el aprendizaje espacial en ratones ha demostrado que la exposición a nuevas experiencias desdibuja las representaciones preestablecidas en el hipocampo y la corteza prefrontal del cerebro, lo que permite aprender nuevas estrategias de navegación, según un estudio publicado en la revista 'Nature' apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) de Estados Unidos.
"La capacidad de aprender con flexibilidad en situaciones nuevas hace posible adaptarse a un mundo en constante cambio --señala Joshua A. Gordon, autor principal del estudio y director del Instituto Nacional de Salud Mental, de los NIH--. Comprender la base neuronal de este aprendizaje flexible en los animales nos da una idea de cómo este tipo de aprendizaje puede interrumpirse en los seres humanos".
El doctor Gordon cosupervisó el proyecto de investigación con Joseph A. Gogos y Alexander Z. Harris, ambos de la Universidad de Columbia.
Siempre que encontremos nueva información, esa información debe consolidarse en una memoria estable y duradera para que podamos recordarla más tarde. Un mecanismo clave en este proceso de consolidación de la memoria es la potenciación a largo plazo, que es un fortalecimiento persistente de las conexiones neuronales basadas en patrones recientes de actividad.
Aunque este fortalecimiento de las conexiones neuronales puede ser persistente, no puede ser permanente o no podríamos actualizar las representaciones de la memoria para acomodar nueva información. En otras palabras, nuestra capacidad para recordar nuevas experiencias y aprender de ellas depende de una codificación de información que sea duradera y flexible.
Para comprender los mecanismos neuronales específicos que hacen posible esta plasticidad, el equipo de investigación, dirigido por Alan J. Park, de la Universidad de Columbia, examinó el aprendizaje espacial en ratones.
El aprendizaje espacial depende de un circuito clave entre el hipocampo ventral (una estructura ubicada en el medio del cerebro) y la corteza prefrontal medial (ubicada justo detrás de la frente). La conectividad entre estas estructuras cerebrales se fortalece a lo largo del aprendizaje espacial. Sin embargo, si la conectividad se mantiene al máximo, afecta la adaptación posterior a nuevas tareas y reglas.
Los investigadores plantearon la hipótesis de que la exposición a una nueva experiencia puede servir como un desencadenante ambiental que amortigua la conectividad hipocampal-prefrontal establecida, lo que permite un aprendizaje espacial flexible.
En la primera tarea, los investigadores entrenaron a los ratones para que navegaran por un laberinto de cierta manera para recibir una recompensa. A algunos de los ratones se les permitió explorar un espacio que no habían visto antes, mientras que otros exploraron un espacio familiar. Luego, los ratones participaron en una segunda tarea espacial, que requirió que cambiaran a una nueva estrategia de navegación para obtener una recompensa.
Al principio todos los ratones favorecieron su estrategia de navegación original. Pero los ratones que habían explorado un nuevo espacio superaron gradualmente este sesgo y aprendieron con éxito la nueva estrategia de navegación a la mitad de la sesión de entrenamiento de 40 pruebas.
Cuando los investigadores volvieron a probar un subconjunto de ratones en la primera tarea, encontraron que los ratones expuestos a la novedad pudieron volver a la estrategia original, lo que indica que actualizaron y eligieron su estrategia de acuerdo con las demandas de la tarea.
Hallazgos adicionales mostraron que los efectos de la novedad se extendían más allá de los nuevos espacios: encontrar nuevos ratones antes de la segunda tarea también mejoró el aprendizaje de la nueva estrategia de recompensa.
Los cambios en la actividad cerebral a lo largo del entrenamiento revelaron los mecanismos neuronales que impulsan este aprendizaje mejorado por la novedad. En los roedores, existe un patrón de disparo bien definido en el hipocampo conocido como onda theta, que se cree que juega un papel central en el aprendizaje y la memoria.
Cuando Park y los coautores examinaron grabaciones del hipocampo ventral, encontraron que la onda theta se hizo más fuerte durante la exploración de la arena novedosa y la hora siguiente; la onda theta disminuyó a medida que los ratones se familiarizaron con la arena durante los dos días siguientes.
Los investigadores encontraron que la exposición a la novedad también interrumpió la codificación de la estrategia de navegación original, reorganizando el patrón de disparo de neuronas individuales en el hipocampo ventral para sincronizarlas con la onda theta.
Al mismo tiempo, las neuronas de la corteza prefrontal medial mostraron una menor sincronía de ondas theta y se debilitaron las correlaciones entre la actividad del hipocampo y la actividad prefrontal. Estos y otros hallazgos sugieren que la exposición a la novedad amortiguó las conexiones sinápticas entre el hipocampo ventral y la corteza prefrontal medial, restableciendo el circuito para permitir el fortalecimiento posterior de la conectividad asociada con el aprendizaje.
Al activar este reinicio, la novedad parece facilitar la actualización de la estrategia en respuesta a la estructura de recompensa específica de la tarea. Los análisis de aprendizaje automático indicaron que, después de la exposición a la novedad, las neuronas del hipocampo ventral cambiaron la codificación de una estrategia que predijo la recompensa en la primera tarea a una que predijo la recompensa en la segunda tarea. La información específica de la tarea se transmitió luego a las neuronas prefrontales mediales, que actualizaron la codificación en consecuencia.
A nivel químico, el neurotransmisor dopamina actúa como mediador clave de esta plasticidad. Varios experimentos mostraron que la activación de los receptores D1 de dopamina en el hipocampo ventral produjo efectos novedosos, incluida la conectividad hipocampal-prefrontal amortiguada y un aprendizaje mejorado. El bloqueo de los receptores D1 previno estos efectos inducidos por la novedad.
Juntos, estos hallazgos arrojan luz sobre algunos de los mecanismos cerebrales que juegan un papel en la codificación flexible de información.
"Nuestro estudio apunta a la novedad como una forma de activar el restablecimiento de los circuitos que facilita el aprendizaje espacial en ratones --destaca Park--. El siguiente paso es basarse en estos hallazgos y explorar si la novedad juega un papel similar en la memoria y el aprendizaje humanos".
