Un estudio del aprendizaje espacial en ratones muestra que la exposición a nuevas experiencias amortigua las representaciones establecidas en el hipocampo y la corteza prefrontal del cerebro, lo que permite que los ratones aprendan nuevas estrategias de navegación. El estudio, publicado en Naturaleza , fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud.
"La capacidad de aprender de manera flexible en situaciones nuevas hace posible adaptarse a un mundo en constante cambio", señaló Joshua A. Gordon, MD, Ph.D., autor principal del estudio y director del Instituto Nacional deSalud Mental, parte 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 verse afectado en los seres humanos".
El Dr. Gordon co-supervisó el proyecto de investigación con Joseph A. Gogos, MD, Ph.D., y Alexander Z. Harris, MD, Ph.D., ambos de la Universidad de Columbia, Nueva York.
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 enpatrones de actividad recientes. 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 aprenderde ellos depende de una codificación de la 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, Ph.D., 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 durante el curso 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.
Como se esperaba, todos los ratones favorecieron su estrategia de navegación original al principio. Pero los ratones que habían explorado un nuevo espacio superaron gradualmente este sesgo y aprendieron con éxito la nueva estrategia de navegación aproximadamente a la mitad de la sesión de entrenamiento de 40 pruebas.probaron un subconjunto de ratones en la primera tarea nuevamente, 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 extendieron 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 durante el entrenamiento revelaron los mecanismos neuronales que impulsan este aprendizaje mejorado por la novedad. En los roedores, existe un patrón de activación bien definido en el hipocampo conocido como onda theta, que se cree que juega un papel central en el aprendizaje.Cuando Park y sus coautores examinaron las grabaciones del hipocampo ventral, encontraron que la onda theta se hizo más fuerte durante la exploración de la nueva arena y la hora siguiente; la onda theta disminuyó a medida que los ratones se familiarizaban con la arena durante los dos siguientesLos investigadores encontraron que la exposición a la novedad también interrumpió la codificación de la estrategia de navegación original, reorganizando el patrón de activación 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 disminución de la sincronía de la onda theta y las correlaciones entre la actividad del hipocampo y la actividad prefrontal se debilitaron. Estos y otros hallazgos sugieren que la exposición a la novedad atenuó las conexiones sinápticas entre el hipocampo ventral y la corteza prefrontal medial.restablecer 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 querecompensa prevista 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 un mediador clave de esta plasticidad. Varios experimentos demostraron que la activación de los receptores D1 de dopamina en el hipocampo ventral producía efectos novedosos, incluida la conectividad hipocampal prefrontal amortiguada y un mejor aprendizaje. BloqueoLos receptores D1 evitaron 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", dijo 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. "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por NIH / Instituto Nacional de Salud Mental . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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