Incluso las neuronas antiguas que controlan los hábitos pueden ayudar al cerebro a memorizar nuevos trucos

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Imagine que está trabajando en su computadora y escribiendo la misma contraseña larga que ha usado durante años para iniciar sesión en su correo electrónico. Por costumbre, realizas esta secuencia casi inconscientemente. Pero luego, un día, te encuentras con un atajo. Es más rápido, pero implica aprender y recordar un nuevo conjunto de pulsaciones de teclas.

En un estudio sobre roedores, científicos de la Escuela de Medicina Mount Sinai Icahn descubrieron que una parte del cerebro diseñada tradicionalmente para controlar la tipificación de la secuencia antigua también puede desempeñar un papel vital en el aprendizaje de la nueva. Los resultados, publicados el 25 de agostons en Comunicaciones de la naturaleza, sugieren que este proceso implica un delicado equilibrio en la actividad de dos circuitos neuronales cercanos: uno dedicado a nuevas acciones y el otro a viejos hábitos.

«Durante años, los científicos han pensado que los hábitos y el aprendizaje de recompensar nuevas acciones probablemente estaban controlados por diferentes partes del cerebro. Sorprendentemente, descubrimos que un área del cerebro que tradicionalmente se pensaba que se especializaba en la expresión de viejos hábitos también puede ayudar al cerebro a aprender nuevas acciones ”, dijo Paul J. Kenny, PhD, profesor de Ward-Coleman y presidente del Departamento de Neurociencia de la Familia Nash en Mount Sinai y autor principal del artículo. «En última instancia, esperamos que estos hallazgos proporcionen nuevos conocimientos sobre las células cerebrales y los circuitos que subyacen a una variedad de trastornos que involucran anomalías en la forma en que se controlan nuestras acciones, incluida la enfermedad de Parkinson y la adicción a las drogas».

El estudio fue dirigido por Alexander CW Smith, PhD, instructor en el laboratorio de Kenny, y Sietse Jonkman, PhD, ex becario postdoctoral en Mount Sinai.

El aprendizaje activo ocurre cuando hacer algo, como mover un objeto, produce un beneficio, como encontrar comida o evitar a un enemigo. En este estudio, los investigadores analizaron el papel que juega el cuerpo estriado en este tipo de aprendizaje. Ubicado en lo profundo del cerebro, se sabe que el cuerpo estriado participa en el control de movimientos y acciones.

«Aunque los científicos han especulado que el cuerpo estriado está involucrado en el aprendizaje activo, pocos han probado esta idea», dijo el Dr. Jonkman. «Queríamos echar un vistazo en profundidad a los circuitos estriatales que pueden estar involucrados en el aprendizaje activo».

Para hacer esto, los investigadores probaron la capacidad de los roedores hambrientos para encontrar comida. El primer día de los experimentos, los roedores fueron colocados en una jaula especial y entrenados para ganar comida presionando una palanca dispensadora. Cada vez que un roedor experimental empujaba la palanca, recibía una pequeña bola de comida, mientras que los roedores de control no recibían nada. Dos días después, los investigadores probaron el aprendizaje devolviendo a los roedores a la jaula especial. Una vez en la jaula, los roedores experimentales presionaron vigorosamente la palanca a pesar de que ya no entregaba comida, lo que indica que habían aprendido con éxito la nueva acción, mientras que los roedores de control buscaron por todos lados y presionaron la palanca solo unas pocas veces.

En varios puntos durante los experimentos, los investigadores observaron la actividad neuronal en los cerebros de los roedores. Descubrieron que poco después de una sesión de entrenamiento, las neuronas en áreas específicas del cuerpo estriado eran más activas en los roedores experimentales que en el grupo de control. Este fue un momento en el que se sabe que la memoria de la acción recién aprendida se almacena, o codifica, en el cerebro para su uso posterior. En particular, esto se observó en el cuerpo estriado dorsolateral, el cuerpo estriado dorsomedial posterior y el núcleo accumbens, lo que sugiere que estas áreas desempeñan un papel en el aprendizaje.

Para probarlo más, los investigadores inyectaron en cada área un medicamento, anisomicina, que evita que las células produzcan las proteínas necesarias para la retención de la memoria a largo plazo. El fármaco se inyectó justo después de una sesión de entrenamiento o seis horas después, momento en el que ya deberían haberse producido las nuevas proteínas necesarias para el almacenamiento de la memoria. Inesperadamente, los investigadores encontraron que el fármaco interrumpió la capacidad de los animales para recordar la nueva acción solo cuando se inyectó en el cuerpo estriado dorsolateral inmediatamente después de la sesión de entrenamiento. Las inyecciones en otras áreas no tuvieron ningún efecto sobre el aprendizaje.

«Nos sorprendieron estos resultados. Tradicionalmente, se cree que el aprendizaje activo está codificado por el cuerpo estriado dorsomedial posterior, mientras que el estriado dorsolateral solo se ocupa de los hábitos. Pero eso no es lo que hemos visto», dijo el Dr. Herrero. «En cambio, nuestros resultados sugirieron que además de regular los hábitos, el cuerpo estriado dorsolateral también consolida el aprendizaje de la acción inmediatamente después de que se aprende la nueva acción».

Otros experimentos apoyaron esta idea. Por ejemplo, el bloqueo químico de la actividad neuronal en el cuerpo estriado dorsolateral inmediatamente después de una sesión de entrenamiento también impedía que los roedores recordaran usar la palanca para recuperar comida.

Finalmente, cuando los investigadores observaron más de cerca esta área, encontraron que el aprendizaje puede ser controlado por dos circuitos neuronales vecinos en conflicto que se sabe que responden al neurotransmisor dopamina. En un circuito, la actividad de las células llamadas neuronas espinosas medias del receptor D1 aumentó inmediatamente después del entrenamiento y la inhibición de estas células dificultó el aprendizaje. Por el contrario, la actividad de las otras células, llamadas neuronas espinosas medias del receptor D2, se calmó después del entrenamiento y el bloqueo de su actividad mejoró la capacidad de los animales para recordar la nueva acción. En una serie separada de experimentos, los investigadores encontraron que el bloqueo de la actividad de las neuronas D2 impedía que los roedores exhibieran hábitos previamente aprendidos.

«Nuestros resultados sugieren que existe un delicado equilibrio entre el aprendizaje de nuevas acciones y la expresión de viejos hábitos, que está controlado por la actividad yin-yang de dos poblaciones diferentes de neuronas en el cuerpo estriado dorsolateral», dijo el Dr. Kenny. «En el futuro, planeamos estudiar cómo la alteración de este equilibrio contribuye a las acciones desadaptativas en los trastornos cerebrales».

Este estudio fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (DA043315, DA007135, DA025983), la Brain and Behavior Research Foundation y una beca postdoctoral de Pfizer.

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