Análisis ontogenético de las bases neurobiológicas del aprendizaje contextual en roedores, a través de un abordaje comportamental, farmacológico y estructural

Abstract

Numerosas investigaciones en la última década han contribuido al avance en el estudio del aprendizaje y la memoria, que comprenden un área de gran relevancia en el campo de las Neurociencias. El aprendizaje contextual, que involucra la capacidad de asociar eventos con el contexto en el que se desarrollan, permite la flexibilidad comportamental y cognitiva necesarias para que los individuos respondan de manera adecuada y específica en función del contexto en el que estas experiencias ocurren. Se ha establecido que este tipo de aprendizaje depende del hipocampo (HPC) que es la estructura encargada de procesar y reorganizar la información que compone al contexto, en una representación configuracional del mismo, para que esté disponible para ser asociado con estímulos específicos que se presenten en ese contexto, y no en contextos alternativos. El hipocampo participa en la adquisición y consolidación del aprendizaje contextual a través de los receptores glutamatérgicos ionotrópicos NMetil- D-Aspartato (NMDAr). El rol específico que se ha propuesto para los receptores NMDA en el aprendizaje contextual es el de la formación de la representación configuracional del contexto. Por otra parte, la interacción entre los NMDAr y proteínas asociadas a la plasticidad sináptica, como PSD-95, es clave para la funcionalidad y localización apropiada de los receptores en la sinapsis, así como para inducir cascadas de señalización que deriven en modificaciones a largo plazo en la transmisión sináptica, como el remodelado de espinas dendríticas. Algunos autores proponen que la capacidad de adquirir ciertos aprendizajes que dependen del hipocampo, como el aprendizaje contextual, no emerge hasta después del destete en la rata (hacia el día postnatal 23 – PN23). Se han propuesto dos explicaciones de la capacidad tardía en desarrollar este tipo de aprendizaje, por un lado, diversos autores sostienen que hay dos sistemas de memoria que se encuentran disociados durante la ontogenia: el sistema de memoria a corto plazo, que sustenta el aprendizaje contextual que ocurre inmediatamente después del condicionamiento, pero pierde información rápidamente (presente en sujetos menores de PN23), y el sistema de memoria a largo plazo, que retiene información indefinidamente pero requiere de un periodo de consolidación que se produce horas después del entrenamiento (presente en roedores desde el PN23 en adelante); y, por otro lado, ciertos autores sostienen que la falta de respuesta de miedo en los paradigmas utilizados en crías se deben a una diferencia en los sistemas sensoriales y motores de los roedores más pequeños, por lo que las claves presentes en los contextos de entrenamiento para estas edades carecen de saliencia y no pueden ser advertidas por los sujetos menores. Existe una variante del procedimiento de condicionamiento contextual que se denomina Facilitación del Condicionamiento por Pre-Exposición al Contexto (FCPC). Este procedimiento se compone de tres fases: pre-exposición, condicionamiento y evaluación. La ventaja de este esquema de aprendizaje sobre el procedimiento tradicional de condicionamiento contextual, reside en que permite evaluar el rol del hipocampo específicamente en la adquisición de la memoria contextual, lo que ocurriría en la fase de pre-exposición. A través del uso de este paradigma, y realizando un análisis exhaustivo del patrón de respuestas que los animales realizan en la evaluación del test FCPC, además de la incorporación de grupos controles adicionales que dan muestra de los niveles de actividad basal de cada variable medida en el FCPC, pudimos comparar la capacidad de aprender acerca del contexto en roedores de PN17 y de PN23, además de manipular farmacológicamente a los NMDAr en ambas edades y así poder comprender los mecanismos que median a este aprendizaje. Estudiamos además, la posible relación entre la adquisición de este aprendizaje con la plasticidad sináptica estructural analizando las diferencias en el número y morfología de espinas dendríticas en sujetos de diferentes condiciones de entrenamiento en el FCPC. La incorporación de nuevas pautas de conducta en el análisis de la ontogenia del aprendizaje contextual, nos permitió detectar evidencias de este aprendizaje en animales pre-destetados, en donde se postula que el aprendizaje contextual es independiente de contexto. A su vez, ampliar el espectro de conductas a evaluar nos permitió observar que existen algunos parámetros comportamentales que serían más sensibles para el estudio de este paradigma de aprendizaje, incluso en sujetos destetados. Por otro lado, la incorporación de nuevos grupos experimentales sin experiencias previas en el contexto, o bien, el empleo de intensidades de descarga eléctrica menores que las generalmente utilizadas, serían de utilidad como parámetros para futuros estudios, en los que las condiciones de bienestar animal serían contempladas. Estos resultados se asociaron a la implicancia de mecanismos mediados por NMDAr en ambas edades estudiadas. Se pudo observar, a través de estudios farmacológicos y bioquímicos, que los sujetos pre-destetados (PN17) son capaces de procesar la información contextual compartiendo características, a este nivel, con animales mayores a quienes se le atribuyen funciones superiores de procesamiento de información, por haber logrado un desarrollo y maduración de los sistemas implicados en este aprendizaje. Pudimos en esta tesis, además, verificar un mecanismo temporal que manifiesta la interacción de proteínas que participan en la plasticidad sináptica, específicamente de la subunidad NR2B de los NMDAr, en su sitio fosforilado NR2BY1472, determinando la composición de los NMDAr y de este modo su función, en sujetos destetados y, de manera interesante, en sujetos de la edad anterior al destete. Otras proteínas relacionadas con plasticidad sináptica, tales como PSD-95 y el complejo ¨Cdk5/p35, fueron evaluadas tras el entrenamiento en la primera fase del procedimiento FCPC, sin obtener evidencias de que ocurran modificaciones en la expresión de las mismas en sinaptosomas de HPC dorsal. En un modelo de ratones Thy1-GFP que expresan la proteína verde fluorescente selectivamente en algunas regiones del Sistema Nervioso Central (SNC), como el HPC, pudimos en primer lugar, replicar algunos de los fenómenos observados en el FCPC para variables sensibles de condicionamiento, así como también encontrar el efecto de facilitación descripto para este paradigma y, en los mismos, relacionar al entrenamiento realizado con un aumento en la densidad de espinas dendríticas en dendritas apicales de neuronas piramidales de HPC dorsal, que se consideran estructuras que subyacen a la plasticidad estructural, y que se encuentran íntimamente relacionadas a mecanismos inducidos por NMDAr.