Sistemas de memoria relacional y emocional en los peces teleósteosestudio mediante histoquímica de la citocromo oxidasa y registro óptico con fluorocromos sensibles al voltaje

Resumen

El palio telencefálico de los peces teleósteos presenta una compleja organización y en él se pueden reconocer regiones especializadas implicadas en procesos sensoriales y motores, así como áreas implicadas en procesos cognitivos de aprendizaje y memoria semejantes en complejidad y diversidad a los descritos en otros grupos de vertebrados. Estos sistemas de memoria poseen bases neurales diferenciadas, aunque pueden interactuar en cierta medida entre ellos. En concreto, las regiones del palio del telencéfalo propuestas como homólogas al hipocampo de los vertebrados terrestres parecen formar parte de un sistema de memoria que procesa información espacial y relacional. Por el contrario, las regiones propuestas como homólogas a la amígdala palial parecen estar selectivamente implicadas en un sistema de memoria que procesa la dimensión emocional de los eventos. El objetivo de la tesis aquí presentada fue el de profundizar en la organización funcional de los sistemas múltiples de aprendizaje y memoria de los peces teleósteos, aportando información relevante acerca del patrón de organización básico del cerebro de los vertebrados y revelando interesantes claves sobre su evolución filogenética. Los objetivos específicos fueron: a) Cartografiar la actividad neural de las regiones paliales implicadas en los procesos de aprendizaje espacial relacional; b) Estudiar mediante técnicas de registro óptico con fluorocromos sensibles al voltaje los patrones espacio-temporales de actividad neural en el palio del telencéfalo durante el aprendizaje y la memoria emocional. Cartografía de la actividad neural de las regiones paliales implicadas en los procesos de aprendizaje espacial relacional. En esta actividad se empleó la técnica histoquímica de la enzima citocromo-oxidasa para poner de manifiesto los incrementos de actividad neural dependientes del aprendizaje relacional que se producen en el palio telencefálico. Mediante este abordaje se confirmó la implicación del área dorsolateral en el aprendizaje espacial y se proporcionó información complementaria sobre las áreas paliales implicadas al poner de manifiesto procesos celulares con diferentes plazos temporales. El empleo de esta técnica contribuyó a reconstruir los circuitos implicados en estos procesos de aprendizaje y memoria y su progresión a lo largo del aprendizaje de la tarea. La tinción histoquímica de la citocromo-oxidasa permite cuantificar el metabolismo oxidativo, estrechamente relacionado con el consumo de glucosa, el gasto de energía y por tanto la actividad sináptica (Wong-Riley, 1979). Esta técnica es similar a otras como la incorporación de 2-desoxiglucosa (2-DG), pero con una mayor resolución anatómica (Wong-Riley, 1989) y además, permite hacer un estudio sistemático y exhaustivo de los cambios de actividad tras el aprendizaje en todas las regiones paliales. Estudio mediante técnicas de registro óptico con fluorocromos sensibles al voltaje de los patrones espacio-temporales de actividad neural de las regiones del palio del telencéfalo durante el aprendizaje emocional. Se caracterizaron los patrones de activación espacio-temporal en el palio del telencéfalo durante el aprendizaje y la memoria de una respuesta emocional como es la de la bradicardia condicionada. Se empleó la técnica de registro óptico de la actividad neural mediante fluorescentes sensibles al voltaje (Grinvald y Hildesheim, 2004; Jin et al, 2002). El registro óptico presenta excelentes características como técnica de neuroimagen, ya que proporciona una elevada resolución espacial junto con una resolución temporal equivalente a la del registro electrofisiológico convencional. A ello se une la sencillez técnica y la posibilidad de estudiar la dinámica espacio-temporal de grandes poblaciones neuronales. Gracias al poder de penetración de estos fluorescentes se pueden obtener señales significativas hasta una profundidad de 500 micras lo que en nuestra preparación significa poder registrar la actividad de prácticamente todo el palio telencefálico. Los cambios en la fluorescencia de Di-2-ANEPQ en respuesta a las variaciones del potencial de membrana fueron registrados mediante un equipo comercial de registro óptico compuesto de un microscopio de epifluorescencia con un sistema de lentes en tándem, conectado a una videocámara digital con un CCD de alta velocidad de 96x64 pixeles. En este conjunto de experimentos se registró el patrón espacio-temporal de activación de diferentes regiones del palio telencefálico durante el condicionamiento de la tasa cardíaca. Para ello los animales fueron entrenados en el procedimiento de bradicardia condicionada, que en pocos ensayos de entrenamiento produce una desaceleración de la tasa cardiaca ante la presentación del estímulo condicionado (EC) de una magnitud superior al 40% respecto a la línea base establecida en el periodo pre-EC. En concreto, se comparó el patrón de activación espacio-temporal evocado por el EC antes del emparejamiento con el patrón evocado por el mismo estímulo una vez entrenado el animal y alcanzado un alto porcentaje de respuesta de bradicardia condicionada y también en una fase final de extinción cuando la respuesta de bradicardia condicionada haya desparecido. Por otro lado, la actividad registrada en estos animales se comparó con otro grupo experimental descorrelacionado donde la aparición del mismo EC no predecía la llegada del estímulo incondicionado. Estas actividades se han desarrollado dentro de los proyectos de investigación del Plan Nacional de I+D+i financiado por el MINECO, código PSI2011-27489, del Proyecto de Excelencia de la Junta de Andalucía código P08-CVI-03934 y de la beca USE-7750-E de la Universidad de Sevilla.