Motor and prefrontal cortices mechanisms underlying associative learning in rodents

Resum

Entender qué fenómenos funcionales ocurren en las poblaciones neuronales durante el aprendizaje y la memoria de nuevas experiencias resulta crucial para comprender el funcionamiento del cerebro. Esta Tesis Doctoral aporta nuevos datos sobre dichos fenómenos empleando para ello la corteza cerebral como sustrato experimental. En concreto, se han utilizado las cortezas motora y prefrontal como representativas del procesamiento de información motora y cognitiva. Con el fin de estudiar los cambios corticales funcionales, se utilizaron paradigmas básicos de aprendizaje como el condicionamiento clásico de traza entre dos estímulos, el cual requiere la participación de la corteza motora, el cerebelo y el hipocampo, y el condicionamiento operante (o instrumental) entre un estímulo y una respuesta, en el cual está involucrado activamente la corteza prefrontal. Para este último, se utilizó una versión sencilla de la jaula de Skinner, equipada con una palanca o con una pantalla táctil como elemento sobre el que los animales debían responder, así como una versión compleja en la que se llevó a cabo un condicionamiento neuronal por medio de interfaces cerebro-computadora. Tales paradigmas de aprendizaje fueron llevados a cabo por dos especies de roedores en función de la dificultad de los mismos: ratones, de los cuales se generó un grupo que carecía de la subunidad NR1 del receptor de NMDA y ratas tratadas farmacológicamente con lidocaína. Un estudio comparativo inicial entre ratones control y ratones “knockout” para el gen de la subunidad NR1 del receptor de NMDA en la corteza motora primaria (M1) reveló la importancia del receptor y dicha región en el proceso de aprendizaje asociativo entre dos estímulos durante un condicionamiento clásico y también la asociación tipo estímulo-respuesta de un condicionamiento instrumental complejo. En una segunda fase experimental, se examinó la participación del área prelímbica (PrL) de la corteza prefrontal (PFC) en ratas durante un aprendizaje instrumental simple advirtiéndose una activa participación del área PrL en las primeras fases del aprendizaje así como cierta relación funcional entre las vías talamocortical y mesocortical tanto en la actividad sináptica inducida por el proceso de aprendizaje como en la potenciación a largo plazo inducida en ambas sinapsis. En un siguiente experimento, utilizando actividad neural del área PrL, se demostró la posibilidad de controlar una interfaz cerebro-computadora por medio de las características contenidas en los potenciales de campo locales de dicha región relacionada con el procesamiento de información de comportamientos dirigidos a un objetivo. Las características de la actividad neural fueron suficientemente estables para controlar a largo plazo dicha interfaz. Además, se produjo el condicionamiento de poblaciones neuronales inferido a partir del aumento de la tasa de generación de dicha actividad y la disminución de la potencia de determinadas frecuencias oscilatorias que mejoraron el control de dicha interfaz.