bases neurales del aprendizaje y la memoria (i)
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Bases neurobiológicas de los procesos de
aprendizaje y memoria (I)
Jessica Ruiz Medina
Licenciada en Psicología
Doctora en Neurociencias por la
Universidad Autónoma de Barcelona
Los circuitos cerebrales pueden
verse modificados como resultado
de la experiencia.
Esta capacidad no sólo se da
durante el desarrollo del SN, sino
que también es posible una vez
está completamente
formado.
Neuroplasticidad
La neuroplasticidad es la capacidad del sistema nervioso para cambiar su
organización estructural y funcional en respuesta a los diferentes estadios del
desarrollo, a la experiencia (aprendizaje), al ambiente o incluso a la lesión y daño
central.
Neuroplasticidad
El aprendizaje es el proceso por el cual adquirimos nueva información o
conocimiento. La memoria constituye el proceso por el cual este
conocimiento es codificado, almacenado y, más tarde, recuperado.
El aprendizaje se manifiesta por medio de múltiples
sistemas diferenciados anatómica y
funcionalmente.
Cada tipo de memoria implicaría diferentes regiones cerebrales.
Sistemas paralelos de memoria
Plasticidad sináptica y aprendizaje
Desde el punto de vista celular y molecular,
el aprendizaje se ha caracterizado como un
conjunto de cambios plásticos en la
efectividad de la transmisión sináptica.
La estimulación eléctrica breve y de
alta frecuencia de algunos circuitos
excitatorios del hipocampo produce
un aumento en la fuerza de las
sinapsis estimuladas que puede
perdurar a largo plazo.
Este efecto se conoce como
potenciación a largo plazo (PLP).
Plasticidad sináptica y aprendizaje
La potenciación a largo plazo como fenómeno experimental resulta una
aproximación indirecta pero ilustrativa de los cambios neurales que suceden
durante el aprendizaje y la formación de la memoria.
Plasticidad sináptica y aprendizaje
Potenciación a largo plazo
Fases de la PLP
FASE TEMPRANA (mecanismos post-translacionales)
- inducción
- mantenimiento
FASE TARDÍA (cambios en la expresión génica y síntesis de
nuevas proteínas)
FASE TEMPRANA
(mecanismos post-translacionales)
Inducción de la PLP
1. Despolarización de la neurona postsináptica.
Inducción de la PLP
2. Desbloqueo de los receptores NMDA voltaje-dependientes
bloqueados hasta el momento por Mg2+
Inducción de la PLP
3.Entrada de Ca2+ por medio del receptor NMDA.
Mantenimiento de la PLP
1.Activación calcio dependiente de PKC y CamKII.
Mantenimiento de la PLP
2. Inserción de receptores AMPA en la membrana dendrítica.
Mantenimiento de la PLP
3. Aumento de la densidad postsináptica asociada ( sensibilidad al Glu)
Sinapsis silientes
After LTP
4. Difusión retrógrada de NO Principio de Hebb
FASE TARDÍA
(cambios en la expresión génica y síntesis de
nuevas proteínas)
1. La PKA activa el factor de transcripción CREB
2. CREB estimula la expresión de otros reguladores transcripcionales
3. Éstos regularán la síntesis de proteínas implicadas en el crecimiento
neurítico
4. Aparición de nuevas espinas dendríticas
After LTP
Before LTP
Potenciación a largo plazo
En resumen, la PLP requiere;
-a corto plazo la entrada de Ca2+ postsináptico, la formación de nuevos receptores
AMPA y la producción de mensajeros retrógrados (óxido nítrico) y
- a largo plazo, la síntesis de proteínas, acompañada de modificaciones estructurales
en las espinas dendríticas y en las densidades postsinápticas asociadas.
La PLP está íntimamente relacionada con los mecanismos neurales
subyacentes al aprendizaje y la memoria.
El bloqueo de los receptores NMDA imposibilita la adquisición de tareas
de memoria espacial en el laberinto acuático de Morris.
Relación entre PLP y aprendizaje
La PLP está íntimamente relacionada con los mecanismos neurales
subyacentes al aprendizaje y la memoria.
El aumento de la cantidad de estos receptores en el hipocampo facilita
y potencia el aprendizaje de diferentes paradigmas experimentales.
Relación entre PLP y aprendizaje
Relación entre PLP y aprendizaje
La PLP está íntimamente relacionada con los mecanismos neurales
subyacentes al aprendizaje y la memoria.
Ratones knock-outs para los RNMDA en la zona CA1 hipocampal
son incapaces de mostrar PLP, lo cual correlaciona con sus dificultades
para adquirir una tarea espacial en el laberinto acuático de Morris.
Depresión a largo plazo
Otro fenómeno experimental de
plasticidad cerebral es la depresión a
largo plazo (DLP).
La DLP se produce por estimulación
sostenida de baja frecuencia.
Esto hace que el potencial de
membrana se encuentre levemente
despolarizado.
Depresión a largo plazo
1. La membrana postsináptica está levemente despolarizada
Depresión a largo plazo
2. Entra muy poca cantidad de Ca2+ por RNMDA
Depresión a largo plazo
3. Activación calcio-dependiente de fosfatasas
Depresión a largo plazo
4. Desfosforilación de proteínas no identificadas implicadas en la
internalización de RAMPA.
Depresión a largo plazo
5. Disminución de la densidad postsináptica asociada ( sensibilidad al Glu)
Neurogénesis
Durante más de 100 años, en el ámbito de la
neurociencia uno de los dogmas centrales ha
sido que en el cerebro adulto de los vertebrados
no se generan nuevas neuronas
Se asumía que la producción de nuevas
neuronas ocurría sólo durante el desarrollo
y finalizaba con la pubertad del individuo
Neurogénesis
En los 70, diferentes trabajos
pusieron de manifiesto la
formación de nuevas neuronas
en el cerebro adulto de algunas
especies de peces y pájaros.
Regiones implicadas en
percepción y producción del
canto
Retina
Parecía que en aves o en peces la formación de
nuevas neuronas en el cerebro adulto era una
idea que cobraba cada vez más importancia.
Pero, ¿qué sucedía en el caso del cerebro de los
mamíferos?
Neurogénesis
En el cerebro de los mamíferos se ha
demostrado neurogénesis en dos
localizaciones:
- el bulbo olfatorio (células glomerulares y
periglomerulares)
- GD del hipocampo (células granulares)
Formación de nuevas neuronas
en el cerebro adulto.
RMS
¿Dónde localizamos las células madre neurales?
Capa subgranular del
GD del hipcampo
¿Dónde localizamos las células madre neurales?
Fuente: adaptado de Purves y col. (2008).
Nichos neurogénicos:
• Zona subventricular anterior
• Zona subgranular del GD
¿Origen de las troncales?
¿Dónde localizamos las células madre neurales?
(Arias-Carrión et al., 2007)Células con actividad mitótica
En definitiva, en el cerebro mamífero adulto, la neurogénesis tiene lugar en dos regiones
claramente diferenciadas:
- el hipocampo, una estructura que resulta crítica para el aprendizaje y la formación de
nuestras memorias y
- el bulbo olfatorio, que es donde comienza a procesarse la información relacionada con los
olores.
No hay neurogénesis pero sí
plasticidad cerebral en el córtex
cerebral adulto.
Reorganización mapas topográficos
corteza somatosensorial
¿Hay neurogénesis en el cortex cerebral adulto?
No hay neurogénesis pero sí
plasticidad cerebral en el
córtex cerebral adulto.
Functional expansion of a cortical representation
by a repetitive behavioral task.
Jenkins et al., 1990
Enriquecimiento Ambiental
A finales de los años noventa se llevaron a cabo un conjunto de experimentos que
analizaban el efecto que podría tener sobre el cerebro vivir en ambientes ricos en
estimulación.
65% más de nuevas
neuronas en el hipocampo
EE EECtrl Ctrl
EECtrl
Enriquecimiento Ambiental
(Voss et al., Cell, 2013)
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