Plasticidad Sináptica: Potenciación y Depresión a Largo Plazo
El estudio de la Potenciación a Largo Plazo (PLP) en la formación hipocámpica ha sugerido que existe un mecanismo que podría ser responsable de, al menos, algunos de los cambios sinápticos que ocurren durante el aprendizaje. Un circuito de neuronas se extiende desde la corteza entorrinal hasta la formación hipocámpica. La estimulación de alta frecuencia de los axones de este circuito fortalece las sinapsis, induciendo un aumento del tamaño de los Potenciales Excitatorios Postsinápticos (PEPS) de las espinas dendríticas de las neuronas postsinápticas.
PLP Asociativa
También puede darse la PLP asociativa, un proceso por el cual las sinapsis débiles son fortalecidas por la acción de las fuertes. De hecho, lo único que se necesita para que ocurra la PLP es que la membrana postsináptica esté despolarizada al mismo tiempo que las sinapsis están activas.
Mecanismos Moleculares de la Potenciación a Largo Plazo
En el campo CA1, en la circunvolución dentada y en otras regiones del cerebro, los receptores NMDA juegan un papel especial en la PLP. Estos receptores, sensibles al glutamato, controlan los canales de calcio, pero solo pueden abrirlos si la membrana ya está despolarizada. Así, la acción conjunta de la despolarización de la membrana y la activación de un receptor NMDA produce la entrada de iones de calcio.
Activación de Enzimas y Modificaciones Estructurales
El aumento de calcio activa diversas enzimas controladas por calcio, que desencadenan una serie de eventos clave:
- Traslado de Receptores AMPA: Se produce el traslado de los receptores de AMPA a la membrana de la espina dendrítica, hecho que aumenta la potencia de su respuesta al glutamato liberado por las terminales nerviosas.
- Modificaciones Estructurales: Este cambio se acompaña de modificaciones estructurales de la forma de la espina dendrítica y del crecimiento de nuevas espinas que establecen nuevas sinapsis.
La PLP puede implicar asimismo cambios postsinápticos mediante la activación de la óxido nítrico sintasa (NOS), una enzima que se encarga de la producción de óxido nítrico. Este gas soluble puede difundirse a los terminales cercanos donde facilita la liberación del glutamato.
El Papel de la PKM-zeta en la PLP Duradera
La PLP duradera requiere la síntesis de proteínas. El ARNm del gen que codifica la enzima PKM-zeta se produce continuamente en el núcleo y se transporta a las espinas dendríticas, donde su traducción está bloqueada por la acción de otra enzima (PIN1).
Cuando se cumplen las condiciones para que tenga lugar la PLP, la entrada de iones de calcio activa varias enzimas, incluida la CAM-KII. Estas enzimas inactivan la PIN1, lo que permite la síntesis de PKM-zeta. Esta enzima provoca que los receptores de AMPA sigan trasladándose a la membrana y también inhibe la PIN1, efecto que mantiene la producción de PKM-zeta, asegurando la persistencia de la potenciación.
Depresión a Largo Plazo (DLP)
La Depresión a Largo Plazo (DLP) ocurre cuando una sinapsis es activada en el momento en que la membrana postsináptica está hiperpolarizada o solo ligeramente despolarizada. En el campo CA1, la PLP y la DLP se establecen mediante formas algo diferentes de receptores NMDA.
Si la PLP y la DLP únicamente ocurrieran en la formación hipocámpica, su descubrimiento sería un hallazgo interesante, pero el hecho de que también se produzcan en muchas otras regiones del cerebro sugiere que juegan un papel importante en muchos tipos de aprendizaje.
Plasticidad Sináptica y Tipos de Aprendizaje
Aprendizaje Perceptivo
El aprendizaje perceptivo ocurre como resultado de cambios en las conexiones sinápticas en el interior de la corteza asociativa. Las lesiones de la corteza temporal inferior, el nivel superior de la vía ventral de la corteza visual de asociación, alteran el aprendizaje perceptivo visual.
Estudios de neuroimagen funcional realizados con seres humanos han demostrado que la recuperación de recuerdos, imágenes, movimientos, sonidos o localizaciones espaciales activan regiones correspondientes de la corteza de asociación sensitiva. La memoria perceptiva a largo plazo (LP) implica actividad mantenida de neuronas de la corteza sensitiva de asociación.
Memoria a Corto Plazo y Corteza Prefrontal
En estudios de neuroimagen funcional se ha comprobado que la retención de tipos específicos de memoria visual a corto plazo implica la actividad de regiones específicas de la corteza visual de asociación. La estimulación magnética transcraneal de diversas regiones de la corteza visual de asociación humana altera los recuerdos perceptivos a corto plazo.
La corteza prefrontal también participa en el procesamiento de la memoria a corto plazo. Esta región codifica la información relacionada con los estímulos que han de recordarse y está implicada en el manejo y organización de la información en la memoria a corto plazo. La retención eficaz de la información irrelevante involucra los núcleos basales izquierdos, mientras que mantener la información relevante es una actividad en la que está implicada la corteza prefrontal derecha.
Condicionamiento Clásico
Cuando se empareja un Estímulo Condicionado (EC, por ejemplo, un estímulo auditivo) con un Estímulo Incondicionado (EI, por ejemplo, una descarga eléctrica en la pata), los dos tipos de información convergen en el núcleo lateral de la amígdala.
Este núcleo se conecta, directamente y a través del núcleo basal y del núcleo basal accesorio, con el núcleo central, el cual se conecta con regiones del cerebro que controlan diversos componentes de la respuesta emocional. Las lesiones de cualquier parte de este circuito alteran la respuesta.
Los registros de neuronas individuales del núcleo lateral de la amígdala indican que el condicionamiento clásico (CC) cambia la respuesta de las neuronas al EC. Parece ser que el mecanismo de plasticidad sináptica que opera en este sistema es la PLP mediada por receptores de NMDA. La infusión de sustancias químicas que bloquean el establecimiento de respuestas emocionales condicionadas, y el bloqueo de la PKM-zeta en la amígdala lateral, impide el establecimiento de una respuesta emocional condicionada.
Condicionamiento Instrumental
El condicionamiento instrumental implica el fortalecimiento de conexiones entre circuitos neurales que detectan estímulos y circuitos neurales que producen respuestas. Parece ser que uno de los lugares donde ocurren estos cambios son los núcleos basales, especialmente los cambios responsables del aprendizaje de conductas automatizadas y rutinarias.
Los núcleos basales reciben información sensitiva e información sobre la planificación del movimiento desde la neocorteza. El condicionamiento instrumental (CI) activa los núcleos basales; las lesiones de estos núcleos o la infusión de una sustancia que bloquee los receptores de NMDA allí existentes alteran el CI.
El Papel Crucial de la Dopamina en el Refuerzo
Aunque en el control neural del refuerzo pueden intervenir varios neurotransmisores, uno de ellos tiene un papel especialmente importante: la dopamina.
Los cuerpos celulares del principal sistema de neuronas dopaminérgicas se localizan en el área tegmental ventral, y sus axones proyectan al núcleo accumbens, la corteza prefrontal y la amígdala.
Los estudios de microdiálisis han demostrado, asimismo, que los refuerzos naturales y los artificiales estimulan la liberación de dopamina en el núcleo accumbens. A su vez, los estudios de neuroimagen funcional han comprobado que los estímulos reforzadores activan el núcleo accumbens en seres humanos. El sistema de refuerzo dopaminérgico, al parecer, es activado por refuerzos inesperados o por estímulos que predicen que va a ocurrir un refuerzo.
La dopamina estimula la plasticidad sináptica facilitando la PLP asociativa. Los datos existentes indican que la dopamina puede facilitar la PLP en el núcleo accumbens, la amígdala y la corteza prefrontal. El establecimiento de la memoria a largo plazo implica la producción de PKM-zeta.