plp y aprendizaje: efectos de la ketamina sobre el

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UNIVERSIDAD DE MÁLAGA
PLP Y APRENDIZAJE: EFECTOS DE LA KETAMINA
SOBRE EL CONDICIONAMIENTO CLÁSICO
Doctorando: Antonio Caño González
Director: Luis Aguado Aguilar
Tutor: Julián Almaraz Carretero
Departamento de Psicología Básica, Psicobiología y
Metodología de las Ciencias del Comportamiento
Facultad de Psicología
Málaga, octubre de 1998
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A mis padres
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Agradecimientos
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Esta tesis, realizada a lo largo de más años de los que hubiese deseado,
resume, en buena manera, mi propio devenir académico en la universidad. Los
experimentos se desarrollaron en el laboratorio de aprendizaje animal de la
Universidad Complutense de Madrid. No obstante, la redacción de la tesis no ha
quedado concluida hasta varios años después, estando ya en el área de Psicología
Básica de la Universidad de Málaga. Lógicamente, las deudas intelectuales
contraídas en todo este tiempo son numerosas.
En primer lugar, quiero agradecer a mi director, Luis Aguado, haberme
introducido en un campo, el de las bases biológicas del aprendizaje, con una
perspectiva, la de los procesos básicos, que no termina en el área de psicología
básica. Cuando llegué a Madrid, recién licenciado, con el propósito de realizar mi
tesis doctoral con Luis Aguado en el campo de la psicología del aprendizaje, no
entendí qué tenía que ver un fármaco en todo el asunto. Con los años reconozco con
Luis una deuda intelectual que ha marcado mi formación posterior: la idea de que el
estudio de los procesos básicos de aprendizaje puede ganar mucho si no se hace al
margen de la neurobiología de esos procesos. Seguramente, la ciencia no distingue
entre áreas de conocimiento.
Otra importante deuda de esta tesis es hacia el área de psicobiología de
Málaga, que me dio la oportunidad de continuar mi trabajo en la universidad cuando
se acababa la beca que disfrutaba en Madrid. Estoy convencido de que esta tesis se
ha beneficiado de los conocimientos adquiridos durante mi docencia en ese área. Sin
éstos, los errores sobre neuroanatomía y neurofisiología en este trabajo serían aún
más numerosos.
Por último respecto a estas deudas intelectuales, y sólo en este orden por
cronología, esta tesis está también contaminada de una perspectiva sobre la ciencia,
la explicación psicológica y la psicología del aprendizaje, adquirida en el trabajo
cotidiano con mis actuales colegas Pedro Cobos y Paco López. Pedro, Paco y yo
La presente tesis doctoral no habría podido llevarse a cabo sin la financiación de la Universidad Complutense
de Madrid y del Ministerio de Educación y Ciencia, que me concedieron sendas becas predoctorales durante
los años 1990 a 1993. Asimismo, agradezco al Laboratorio de Aprendizaje Animal y al Departamento de
Psicología Básica I de la Universidad Complutense, y al Departamento de Psicología Básica, Psicobiología y
Metodología de las Ciencias del Comportamiento de la Universidad de Málaga haberme ofrecido los medios
necesarios para desarrollar este trabajo.
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fuimos compañeros durante la licenciatura, y desde entonces hasta ahora hemos
mantenido innumerables e interminables conversaciones y discusiones sobre
psicología. El talante reduccionista-asociacionista que, confieso ya, puede
observarse en diferentes pasajes de esta tesis no es tampoco ajeno a las mismas.
Aunque, por supuesto, ellos no estarían de acuerdo con gran parte de lo defendido
aquí. Julián Almaraz fue nuestro profesor de aprendizaje en la licenciatura. Durante
todo este tiempo ha servido de catalizador en la dimensión académica de esta
fructífera relación, y a él va también dirigido mi agradecimiento. Él tiene gran parte
de culpa de mi dedicación a la psicología del aprendizaje.
En estos agradecimientos, que son también cierto resumen de mi vida en estos
años, Camen tiene el lugar más destacado. Su apoyo comenzó en 1990, cuando me
animó a irme a Madrid a realizar la tesis. La última muestra del mismo es de ayer,
en el que unimos dos días imprimiéndola. En todo este tiempo nunca he estado solo,
incluyendo los veranos que nunca fuimos de vacaciones para trabajar en la tesis. Su
apoyo, afectivo y efectivo, lleva a que sea, estoy convencido, quien más tiempo ha
dedicado a leerse la tesis, pues ha ido leyendo cada una de las versiones. Sin duda,
esta tesis forma tanta parte de su vida como de la mía.
Mi familia también tiene un importante lugar en estos agradecimientos. Ellos
también me animaron a ir a Madrid, y me han sostenido en los momentos difíciles
que he pasado durante todo este tiempo, algunos mucho, sobre todo en Madrid.
Gracias a todos: papá, mamá, Isidro, Dani y Kika.
Por último, no puedo olvidar a quienes hicieron más agradable mi trabajo en el
laboratorio de aprendizaje animal de la Universidad Complutense. Santiago
Climent, además de desarrollar el programa en “C” que controlaba las Cajas de
Skinner, fue siempre una cara amiga. Mateo, con su peculiar estilo de castellano
estirado, me ayudó en la ingrata labor del mantenimiento de los animales.
Un recuerdo muy especial a Rafa, Rafael del Valle. Sus visitas al laboratorio
fueron siempre las más esperadas por mí. Era distinto. Era mi amigo. Él ya no podrá
leer estos agradecimientos.
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ÍNDICE
ÍNDICE ...................................................................................................................... VII
INTRODUCCIÓN ...................................................................................................XIII
CAPÍTULO I. UN MARCO PARA EL ESTUDIO DE LA PLASTICIDAD
SINÁPTICA COMO BASE DEL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA...................3
1. El surgimiento de la neurobiología del aprendizaje y la memoria ...................3
1.1. Los precursores .......................................................................................................... 4
1.2. La relación entre plasticidad sináptica y aprendizaje ................................................. 8
2. Estrategias de investigación en torno al papel de la plasticidad sináptica en
el aprendizaje y la memoria ...................................................................................10
2.1. Síntesis de proteínas y memoria............................................................................... 12
2.2. Otras estrategias en el estudio de la relación entre plasticidad sináptica y
aprendizaje ...................................................................................................................... 15
2.2.1. El sistema modelo............................................................................................. 15
2.2.1.1. Significado del condicionamiento clásico ................................................. 17
2.2.1.2. Plasticidad sináptica en Aplysia ................................................................ 17
2.2.2. Del nivel fisiológico al psicológico .................................................................. 25
3. Conexionismo y plasticidad sináptica ...............................................................27
3.1. Arquitectura conexionista y arquitectura cerebral.................................................... 28
3.1.1. Características generales de los modelos conexionistas ................................... 29
3.1.2. La metáfora del cerebro .................................................................................... 30
3.2. Nivel de estudio de los modelos conexionistas........................................................ 31
3.2.1. La metáfora dura y la metáfora blanda.............................................................. 32
3.2.2. Posición de los modelos conexionistas en los niveles de explicación de Marr 36
3.3. La regla de aprendizaje, la potenciación a largo plazo y el receptor NMDA........... 38
CAPÍTULO II. EL RECEPTOR NMDA Y SU ANTAGONISTA NO
COMPETITIVO KETAMINA..................................................................................47
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
1. El receptor NMDA ............................................................................................. 47
1.1. Tipos de receptores de aminoácidos excitatorios..................................................... 47
1.2. Caracterización del receptor NMDA ....................................................................... 52
1.2.1. Distribución y estructura del receptor NMDA ................................................ 52
1.2.2. Propiedades del receptor NMDA...................................................................... 55
1.2.2.1. El efecto del Mg2+ ..................................................................................... 55
1.2.2.2. El canal de Ca2+ ......................................................................................... 57
1.2.2.3. Modulación por glicina ............................................................................. 58
1.2.2.4. Antagonistas competitivos ........................................................................ 59
1.2.2.5. Antagonistas no competitivos ................................................................... 61
2. La ketamina ........................................................................................................ 62
2.1. La ketamina como antagonista del receptor NMDA................................................ 63
2.2. Farmacodinámica de los efectos conductuales de la ketamina ................................ 69
2.3. El efecto de la ketamina sobre la potenciación a largo plazo .................................. 72
2.4. Otros efectos de la ketamina .................................................................................... 75
CAPÍTULO III. LA POTENCIACIÓN A LARGO PLAZO Y SU RELACIÓN
CON EL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA ......................................................... 79
1. Caracterización de la PLP................................................................................. 80
1.1. Propiedades de la PLP ............................................................................................. 82
1.1.1. Duración ........................................................................................................... 82
1.1.2. Especificidad .................................................................................................... 83
1.1.3. Cooperatividad y umbral de activación ............................................................ 85
1.1.4. Asociatividad .................................................................................................... 85
1.1.5. Dependencia de la actividad conjunta presináptica y postsináptica. ................ 92
1.2. PLP y ritmo theta hipocampal.................................................................................. 94
2. Mecanismos bioquímicos responsables de la iniciación de PLP .................... 95
2.1. PLP dependiente y PLP independiente de los receptores NMDA ........................... 96
2.2. El receptor NMDA como dispositivo que opera según la regla de Hebb .............. 100
3. Mecanismos bioquímicos responsables del mantenimiento y la expresión
de PLP ................................................................................................................... 101
3.1. Cambios a nivel postsináptico ............................................................................... 103
3.1.1. La naturaleza del mecanismo.......................................................................... 103
3.1.1.1. Papel de enzimas dependientes del Ca2+ ................................................. 103
3.1.1.2. Papel de la síntesis de proteínas .............................................................. 106
3.1.2. Modificaciones resultantes a nivel postsináptico ........................................... 107
3.2. Cambios a nivel presináptico ................................................................................. 110
3.2.1. Aumento de la liberación de neurotransmisor ................................................ 110
3.2.2. Mensajeros retrógrados................................................................................... 112
4. Implicación de la PLP en el aprendizaje y la memoria................................. 113
4.1. Estudios correlacionales entre la magnitud de la PLP y la magnitud de la
memoria ........................................................................................................................ 115
4.2. El efecto de la experiencia y el aprendizaje sobre la PLP...................................... 116
4.3. El efecto de la inducción de PLP en el posterior aprendizaje ................................ 123
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Índice
ix
4.4. Similitud en los efectos de tratamientos sobre la PLP y el aprendizaje ................. 126
4.5. El papel de los receptores NMDA en el desarrollo del cerebro dependiente de la
experiencia .................................................................................................................... 128
4.6. Aumento del número de receptores relacionado con la PLP y el aprendizaje ....... 129
4.7. Estudios con mutantes: en busca del gen responsable de la PLP y el aprendizaje. 129
CAPÍTULO IV. EFECTOS DE FÁRMACOS ANTAGONISTAS DE
RECEPTORES NMDA SOBRE EL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA..........137
1. Introducción ......................................................................................................137
1.1. Objetivo del capítulo .............................................................................................. 137
1.2. Una estrategia para el estudio de la relación entre PLP y aprendizaje y memoria . 138
1.3. Predicciones en torno al efecto de fármacos antagonistas NMDA y AMPA sobre
el aprendizaje y la memoria........................................................................................... 140
2. Efectos sobre la adquisición y la recuperación ..............................................144
2.1. Efectos sobre tareas de aprendizaje espacial.......................................................... 145
2.1.1. Efectos sobre el laberinto de agua................................................................... 145
2.1.2. Efectos sobre laberintos radiales, laberintos en T y otras formas de
aprendizaje espacial .................................................................................................. 152
2.1.3. Conclusiones................................................................................................... 160
2.2. Efectos sobre la memoria de trabajo en tareas no espaciales ................................. 162
2.3. Efectos sobre el condicionamiento de sabores y olores ......................................... 166
2.4. Efectos sobre el condicionamiento del miedo y de evitación ................................ 169
2.5. Efectos sobre formas de aprendizaje típicas de especie ......................................... 175
2.6. Efectos sobre el condicionamiento de la respuesta de la membrana nictitante del
conejo ............................................................................................................................ 178
2.7. Efectos sobre procedimientos de condicionamiento con múltiples ensayos.......... 181
2.8. Efectos de la interacción de antagonistas NMDA con fármacos que actúan sobre
otros sistemas de neurotransmisión............................................................................... 184
3. Efectos sobre la consolidación..........................................................................187
3.1. Estudios que no encuentran efectos perjudiciales sobre la consolidación ............. 188
3.2. Estudios que encuentran efectos perjudiciales sobre la consolidación .................. 192
3.2.1. Efectos de la administración de antagonistas NMDA tras el entrenamiento.. 193
3.2.2. Papel de los receptores NMDA en el proceso de consolidación en relación al
papel de otros receptores........................................................................................... 196
3.3. Valoración .............................................................................................................. 202
CAPÍTULO V. INTRODUCCIÓN GENERAL A LOS EXPERIMENTOS ......207
1. Justificación de los experimentos ....................................................................207
1.1. Objetivos generales ................................................................................................ 207
1.2. El fármaco elegido: la ketamina............................................................................. 208
1.3. Los procesos de aprendizaje y memoria elegidos: adquisición y recuperación ..... 209
1.4. El procedimiento elegido: el condicionamiento de entrada al comedero............... 210
2. Control de efectos colaterales de la ketamina ................................................214
2.1. Efectos motores de la ketamina.............................................................................. 214
2.2. El aprendizaje dependiente de estado..................................................................... 217
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
3. Método general ................................................................................................. 219
3.1. Sujetos.................................................................................................................... 219
3.2. Fármacos ................................................................................................................ 219
3.3. Aparatos ................................................................................................................. 220
3.4. Procedimiento ........................................................................................................ 221
3.5. Análisis estadísticos............................................................................................... 222
CAPÍTULO VI. EXPERIMENTO 1. EFECTO DE LA KETAMINA SOBRE
EL CONDICIONAMIENTO DE DEMORA CORTA (I).................................... 227
1. Introducción...................................................................................................... 227
2. Diseño y variables............................................................................................. 229
3. Método............................................................................................................... 230
3.1. Sujetos.................................................................................................................... 230
3.2. Procedimiento ........................................................................................................ 230
4. Resultados ......................................................................................................... 231
4.1. Efectos sobre la adquisición................................................................................... 231
4.2. Efectos sobre la recuperación ................................................................................ 234
4.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC.............................. 235
5. Discusión ........................................................................................................... 238
5.1 Efectos sobre la adquisición.................................................................................... 238
5.2. Efectos sobre la recuperación ................................................................................ 241
5.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC.............................. 242
CAPÍTULO VII. EXPERIMENTO 2. EFECTO DE LA KETAMINA SOBRE
EL CONDICIONAMIENTO DE HUELLA.......................................................... 247
1. Introducción...................................................................................................... 247
2. Diseño y variables............................................................................................. 248
3. Método............................................................................................................... 249
3.1. Sujetos.................................................................................................................... 249
3.2. Procedimiento ........................................................................................................ 249
4. Resultados ......................................................................................................... 250
4.1. Efectos sobre la adquisición al EC......................................................................... 250
4.2. Efectos sobre la adquisición a la huella ................................................................. 252
4.3. Efectos sobre la recuperación ................................................................................ 254
4.4. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC.............................. 255
5. Discusión ........................................................................................................... 257
5.1. Efectos sobre la adquisición................................................................................... 257
5.2. Efectos sobre la recuperación ................................................................................ 261
5.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC.............................. 262
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Índice
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CAPÍTULO VIII. EXPERIMENTO 3. EFECTO DE LA KETAMINA
SOBRE EL CONDICIONAMIENTO DE DEMORA CORTA (II) ....................269
1. Introducción ......................................................................................................269
2. Diseño y variables .............................................................................................271
3. Método ...............................................................................................................274
3.1. Sujetos .................................................................................................................... 274
3.2. Procedimiento ........................................................................................................ 275
4. Resultados..........................................................................................................275
4.1. Efectos sobre la adquisición................................................................................... 275
4.2. Efectos sobre la recuperación y efectos de aprendizaje dependiente de estado ..... 278
4.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del EC .................................. 279
5. Discusión ............................................................................................................282
5.1. Efectos sobre la adquisición................................................................................... 282
5.2. Efectos sobre la recuperación y efectos de aprendizaje dependiente de estado ..... 284
5.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del EC .................................. 287
CAPÍTULO IX. EXPERIMENTO 4. EFECTO DE LA KETAMINA SOBRE
LA DISCRIMINACIÓN Y LA INVERSIÓN DE LA DISCRIMINACIÓN.......293
1. Introducción ......................................................................................................293
2. Diseño y variables .............................................................................................295
3. Método ...............................................................................................................297
3.1. Sujetos .................................................................................................................... 297
3.2. Procedimiento ........................................................................................................ 297
4. Resultados..........................................................................................................300
4.1. Efectos sobre la adquisición de la discriminación ................................................. 300
4.2. Efectos sobre la inversión de la discriminación ..................................................... 302
5. Discusión ............................................................................................................308
5.1. Efectos sobre la adquisición de la discriminación ................................................. 308
5.2. Efectos sobre la inversión de la discriminación ..................................................... 311
CAPÍTULO X. CONCLUSIONES..........................................................................317
1. Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico apetitivo ............318
1.1. Principales hallazgos empíricos ............................................................................. 318
1.1.1. Efectos sobre la adquisición............................................................................ 318
1.1.2. Efectos sobre la recuperación ......................................................................... 319
1.1.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del EC ........................... 320
1.2. La naturaleza del déficit obtenido .......................................................................... 321
1.3. Conclusiones sobre las predicciones puestas a prueba........................................... 322
1.4. El bloqueo de la PLP por la ketamina .................................................................... 324
2. Efectos de antagonistas de receptores implicados en la PLP sobre el
aprendizaje y la memoria.....................................................................................326
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
2.1. Efectos de antagonistas NMDA sobre la adquisición y la recuperación................ 326
2.2. Efectos de antagonistas AMPA sobre la adquisición y la recuperación ................ 329
2.3. Efectos de antagonistas NMDA y AMPA sobre la consolidación......................... 330
3. La relación entre PLP y aprendizaje.............................................................. 332
BIBLIOGRAFÍA ...................................................................................................... 339
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Introducción
PLP son las iniciales de potenciación a largo plazo. La PLP es una forma de
plasticidad sináptica, descubierta en 1973, en la que se produce un incremento de
larga duración en la fuerza de conexión entre dos conjuntos de neuronas. Desde su
descubrimiento se ha convertido en la forma de plasticidad sináptica más estudiada
en relación al aprendizaje y la memoria1 en mamíferos, con cientos de trabajos
publicados al respecto tanto desde una perspectiva psicológica como
neurofisiológica. En este trabajo abordamos la relación entre PLP y aprendizaje y
memoria, realizando un balance de lo conocido hasta el momento y contribuyendo
con nuestros propios experimentos al conocimiento de esta relación.
En el capítulo I se presenta un marco general para estudiar la relación entre
PLP y aprendizaje. La PLP es una forma de plasticidad sináptica, y por ello, su
implicación en el aprendizaje no puede interpretarse al margen de la relación entre
plasticidad sináptica y aprendizaje. En la primera parte del capítulo se hace un breve
recorrido histórico de la relación entre plasticidad sináptica y aprendizaje. Que la
plasticidad sináptica está en la base del aprendizaje es una idea antigua, postulada ya
en el siglo pasado por Ramón y Cajal. Sin embargo, sólo recientemente se ha
encontrado evidencia de tal relación. En la última parte del capítulo se presenta el
conexionismo como un marco para relacionar los niveles psicológico y
neurobiológico en el estudio del aprendizaje. En los modelos conexionistas, el
aprendizaje se produce por una modificación en el peso de las conexiones entre sus
unidades. Esta idea es análoga a la que, a nivel neurobiológico, postula que el
1
En el estudio de las bases biológicas del aprendizaje y la memoria suelen emplearse indistintamente los
términos aprendizaje y memoria cuando se hace referencia a estos procesos de forma genérica. Aunque, por
lo general, en este trabajo hacemos referencia explícita a ambos términos para este sentido genérico, con el
propósito de facilitar la lectura, en ocasiones se ha omitido el término memoria. Así, el título de este trabajo,
PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina..., podría leerse como PLP y aprendizaje y memoria: Efectos de
la ketamina...
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
aprendizaje se produce por una modificación en la fuerza de las conexiones entre las
neuronas, o sea, por fenómenos de plasticidad sináptica.
En el capítulo II se exponen las características del receptor NMDA y del
antagonista de estos receptores que utilizamos en nuestros experimentos, la
ketamina. La PLP tiene multitud de sugerentes características que la hacen un
candidato idóneo para estar implicada en procesos de aprendizaje. Entre estas
características destaca la condición de que para que se produzca PLP es necesario la
convergencia de actividad pre- y postsináptica, remedando así las condiciones
establecidas en la regla de Hebb para que se produzca el fortalecimiento de la
conexión entre dos unidades. Esta característica de la PLP es directamente
dependiente de un tipo de receptores, los receptores NMDA. Así, una de las
estrategias que se ha seguido para estudiar la relación entre PLP y aprendizaje es
bloquear la PLP por medio del bloqueo de los receptores NMDA, utilizando para
ello antagonistas de estos receptores, y estudiar el efecto que la administración de
estos antagonistas tienen sobre diversas tareas de aprendizaje. Ésta es la estrategia
que guía los experimentos que componen esta tesis doctoral.
En el capítulo III se presenta la PLP: sus propiedades y su implicación en el
aprendizaje. Algunas de estas propiedades se desprenden directamente de la
dependencia que la PLP muestra del receptor NMDA, por lo que este capítulo figura
después de la caracterización del receptor NMDA, a pesar de que así pudiera
romperse una mayor continuidad argumental entre los capítulos I y III. En la última
parte del capítulo se realiza un repaso de la evidencia empírica que relaciona la PLP
con el aprendizaje y la memoria, evidencia acumulada a través de muy diferentes
estrategias.
En el capítulo IV se revisan los resultados obtenidos en otros estudios en los
que se ha utilizado la misma estrategia que seguimos en nuestros experimentos:
bloquear los receptores NMDA mediante un antagonista para estudiar su efecto
sobre el aprendizaje y la memoria. En la introducción del capítulo se exponen las
predicciones en torno al efecto que sobre los procesos de aprendizaje y memoria
tiene el bloqueo de los receptores NMDA, así como el bloqueo de otros receptores
también implicados en la PLP, los receptores AMPA. Varias de estas predicciones
se ponen a prueba en nuestros experimentos.
El capítulo V es una introducción general a los experimentos, en el que se
exponen los objetivos generales que se persiguen y se justifican las principales
decisiones procedimentales adoptadas. En los capítulos VI a IX se exponen los
experimentos. Se estudia el efecto de la ketamina sobre el condicionamiento de
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Introducción
xv
demora corta (experimentos 1 y 3), el condicionamiento de huella (experimento 2) y
la adquisición e inversión de la discriminación (experimento 4). La estructura en
estos capítulos es la misma, acabando siempre con una discusión de los resultados.
Dada la similitud de planteamientos en todos los experimentos, la discusión para
cada experimento no se ha hecho contando exclusivamente con los resultados de
cada uno, sino que va integrando los resultados y las discusiones previas. De esta
forma, se evita una discusión general que podría resultar reiterativa.
Por último, en el capítulo X se exponen las conclusiones de esta tesis doctoral.
Están articuladas en tres apartados. En el primero de ellos se sintetizan los
principales hallazgos encontrados en nuestros experimentos. El segundo integra
estos hallazgos con los obtenidos en otros experimentos diseñados también bajo la
estrategia de bloquear los receptores NMDA y estudiar su efecto sobre procesos de
aprendizaje y memoria. Finalmente, situados en un nivel mayor de abstracción, se
ofrece una reflexión sobre la relación entre PLP y aprendizaje en el marco de la
relación entre plasticidad sináptica y aprendizaje.
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CAPÍTULO I. UN MARCO PARA EL ESTUDIO DE LA PLASTICIDAD
SINÁPTICA COMO BASE DEL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA
1. El surgimiento de la neurobiología del aprendizaje y la memoria
1.1. Los precursores
1.2. La relación entre plasticidad sináptica y aprendizaje
2. Estrategias de investigación en torno al papel de la plasticidad sináptica en
el aprendizaje y la memoria
2.1. Síntesis de proteínas y memoria
2.2. Otras estrategias en el estudio de la relación entre plasticidad sináptica y
aprendizaje
2.2.1. El sistema modelo
2.2.1.1. Significado del condicionamiento clásico
2.2.1.2. Plasticidad sináptica en Aplysia
2.2.2. Del nivel fisiológico al psicológico
3. Conexionismo y plasticidad sináptica
3.1. Arquitectura conexionista y arquitectura cerebral
3.1.1. Características generales de los modelos conexionistas.
3.1.2. La metáfora del cerebro
3.2. Nivel de estudio de los modelos conexionistas
3.2.1. La metáfora dura y la metáfora blanda
3.2.2. Posición de los modelos conexionistas en los niveles de explicación de Marr
3.3. La regla de aprendizaje, la potenciación a largo plazo y el receptor NMDA
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Capítulo I
Un marco para el estudio de la plasticidad
sináptica como base del aprendizaje y la memoria
Nuestro estudio empírico trata con la posible implicación de un fármaco en
procesos de aprendizaje y memoria. El fármaco ha sido elegido por su habilidad
para bloquear una forma de plasticidad sináptica en concreto. En definitiva, el
fármaco es una estrategia para tratar con la implicación de esa forma de plasticidad
en el aprendizaje y la memoria. En el presente capítulo se muestran los principales
argumentos que relacionan la plasticidad sináptica con el aprendizaje. El primero,
histórico, trata sobre el surgimiento de la relación entre plasticidad sináptica y
aprendizaje. El segundo, metodológico, analiza las diferentes estrategias de
investigación que han relacionado la plasticidad sináptica con el aprendizaje. El
tercero, teórico, presenta el conexionismo como un marco para el estudio de la
relación entre plasticidad sináptica y aprendizaje.
1. El surgimiento de la neurobiología del aprendizaje y la
memoria
La búsqueda del sustrato físico de la memoria -la búsqueda del engrama- es
uno de los temas que más ha atraído la atención de los científicos dedicados al
estudio del cerebro y la mente. Para responder a qué cambios deben ocurrir en
nuestro cerebro para que se produzca aprendizaje muchas son las disciplinas
implicadas. En general, a esta amplia área de estudio se le conoce como
neurobiología del aprendizaje y la memoria (Dudai, 1989; Martínez y Kesner,
1991). Dada la mezcolanza disciplinar que caracteriza a los estudios en este campo,
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
un breve repaso de su génesis ayudará a delimitar su campo de acción y su estado
actual.
1.1. Los precursores
Conviene situar el interés por la localización del trazo de memoria o engrama
dentro del interés más general encaminado a descubrir la localización de las
diferentes funciones mentales. Como fruto de este interés cabe situar a disciplinas
pre-científicas como la frenología que se desarrolló durante el siglo pasado (aunque
fue fundada por Gall y Spurzheim a comienzos del siglo XIX, el Journal of
Phrenology se continuó publicando hasta 1911). La frenología, aunque con una
metodología y concepciones concretas sobre la relación entre el cerebro y la mente
que el tiempo se encargó de demostrar como errónea, puso el acento en un problema
que todavía sigue siendo central entre los estudiosos del cerebro: la localización de
las funciones mentales; y puso las bases -en conjunción con descubrimientos
fisiológicos de la época, como el de la velocidad de transmisión del impulso
nervioso de Helmholtz- de una visión monista del problema mente-cuerpo, que, a
nuestro juicio, está en la raíz de un acercamiento científico al estudio de los
procesos mentales. Aunque sólo fuera por esas dos ideas subyacentes -la mente se
localiza en el cerebro y diferentes funciones mentales tienen diferentes
localizaciones cerebrales-, y dado el auge y expansión que sus ideas tuvieron
durante casi un siglo, la frenología tuvo una importancia señalada en el resto de la
fisiología del cerebro del siglo XIX y comienzos del XX, durante los que se
pusieron las bases de un acercamiento científico al estudio de la mente.
Tras Gall y su frenología hubieron al menos dos personajes que es necesario
reseñar durante el siglo pasado, ambos críticos con la frenología, que apostaron por
un método más científico para el estudio de las localizaciones cerebrales: el análisis
de los efectos conductuales producidos por lesiones y extirpaciones de partes del
cerebro. Estos hombres fueron Pierre Flourens y Paul Broca. Flourens destacó por
su oposición a la frenología y al localizacionismo, postulando sólo vagas
localizaciones de funciones cerebrales generales (en 1842 publicó Examen de la
Frenología). Estableció seis amplias unidades anatómicas en el Sistema Nervioso
Central (SNC) y, aplicando la técnica de lesión, fue atribuyendo a éstas funciones
diferentes, hablando así de un principio de acción propia para cada parte. No
obstante, para Flourens la caracerística fundamental del SNC no era el principio de
acción propia, sino el de acción común, con el que hacía referencia al sistema
nervioso como un sistema unitario e indivisible. Flourens gozó de gran prestigio e
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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influencia, por lo que la concepción del sistema nervioso como un todo en el que las
funciones precisas eran ilocalizables era la más extendida en la ciencia de la época.
Un nuevo giro se produjo en 1861, año en el que Broca hizo público su
hallazgo de que la función del lenguaje se localizaba en la base de la tercera
circunvolución frontal del hemisferio izquierdo (Broca, 1865). Este descubrimiento
mantiene su vigencia en la actualidad, si bien se ha restringido la función del área
descubierta por Broca al de la producción del lenguaje, dejándose la comprensión
del lenguaje para el área de Wernicke, descubierta con posterioridad. El
descubrimiento de Broca puede considerarse como el primero que asignó una
función específica a un área bien delimitada del cerebro. Con este hallazgo
revolucionó la ciencia de la época al enfrentarse abiertamente a las ideas de
Flourens, y recobrando de nuevo auge las ideas localizacionistas abandonadas tras el
desprestigio de la frenología.
En este contexto de optimismo localizacionista se desarrollaron los primeros
estudios encaminados a delimitar el sustrato biológico del aprendizaje y la memoria.
En su aparición influyó de forma determinante el desarrollo de paradigmas de
aprendizaje con animales, que permitieron una cuantificación precisa de éste a partir
de la observación de la conducta. La posibilidad de estudiar el aprendizaje y la
memoria en animales abrió las puertas a un nuevo campo de investigación, al
poderse realizar sobre éstos lesiones cerebrales. Fue cuando estas técnicas se
desarrollaron por parte de los psicólogos experimentales que la neurobiología del
aprendizaje y la memoria surgió. Más aún, el espectacular avance que ha adquirido
en nuestros días esta disciplina depende críticamente de la aplicación de las
herramientas que la psicología experimental con animales le ha facilitado, como es
el desarrollo de sistemas modelos, como se expone más abajo. Las principales
corrientes responsables del desarrollo de estas técnicas fueron la tradición
reflexológica rusa y la conductista estadounidense. Ambas corrientes, aunque con
perspectivas teóricas muy distintas, crearon modelos de experimentación con
animales en los que el aprendizaje era medido de forma objetiva y cuantitativa.
Desde sus propios cimientos, con Sechenov, la reflexología estuvo enmarcada
en una intersección entre neurofisiología y conducta, en la que la primera explicaba
la conducta. Sechenov, el padre de esta corriente, publicó en 1870 un trabajo
titulado ¿Quién debe investigar los problemas de la psicología y cómo?. En él
defendió que la mente debía ser estudiada por los fisiólogos, empleando para ello
como estrategia el estudio de los reflejos. A principios de siglo, Pavlov abundó en
esa concepción, legando a la posteridad el condicionamiento clásico y proponiendo
que son los reflejos condicionados la herramienta adecuada para estudiar la mente.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
A diferencia de Sechenov, sus contribuciones más importantes no fueron teóricas,
sino empíricas, destacando en sus experimentos el rigor metodológico y la precisión
con que medía la respuesta de salivación en perros. Teóricamente, Pavlov
consideraba el sistema nervioso como un continuo por el que se extendían
excitación e inhibición. Sin embargo, esta concepción del sistema nervioso como un
continuo estaba ya desfasada incluso en la época de Pavlov, cuando ya se había
descubierto la neurona de mano de Ramón y Cajal. A Pavlov debe la psicología de
entonces una herramienta metodológica y conceptual para estudiar el aprendizaje en
animales, y la psicología de hoy todo un arsenal de procedimientos relacionados con
el condicionamiento clásico, que todavía son de plena vigencia.
Fue un admirador y posterior colaborador de Pavlov, Jerzy Konorski, también
neurofisiólogo antes que psicólogo, quien publicó una obra en 1948 a la que puede
considerársele la culminación de la tradición reflexológica, por la influencia que en
ella tuvo la obra de Pavlov por un lado y la modernidad de sus planteamientos por
otro. Konorski reinterpretó la obra de Pavlov en un marco teórico nuevo, en el que
las conexiones entre neuronas eran la explicación de los fenómenos que Pavlov
había estudiado. En su obra, Konorski intenta establecer un puente entre
mecanismos neurológicos y celulares con el comportamiento, intentando enlazar los
niveles más bajos del comportamiento neuronal con los más altos de las funciones
cerebrales. Esta obra es pionera, junto a la de Hebb (1949), en su intento explícito
de romper con las barreras entre neurofisiología y psicología; así como, al igual que
la de Hebb, en enunciar las condiciones bajo las cuales se produce la modificación
sináptica, como veremos en el próximo apartado. Sin embargo, la obra de Konorski
fue muy poco difundida en occidente.
La otra fuente metodológica provenía de Estados Unidos. Allí, Thorndike
(1911) desarrolló teorías y procedimientos basados en la caja problema que le
llevaron a postular la Ley del Efecto. Con ello puso las bases de lo que
posteriormente sería llamado condicionamiento operante. Posterior a Thorndike,
pero inspirado en sus descubrimientos y los procedentes del Este de Europa surgió
el conductismo de manos de Watson (1914). Watson inició una tradición en
psicología que, más que encorsetada bajo una perspectiva teórica, se caracterizaba
por una apuesta metodológica. Se trataba de eliminar el subjetivismo. Para ello se
hacía necesario eliminar la instropección como método y situar en su lugar el
análisis de fenómenos observables, objetivos, positivos. Se inició así el análisis de la
conducta, tanto en animales como en humanos, con técnicas como las desarrolladas
por Pavlov y Thorndike para estudiar la actividad psíquica o la inteligencia. En los
años siguientes, proliferaron los estudios encaminados a estudiar el aprendizaje
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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animal y se incrementaron y perfeccionaron las técnicas para este fin. El resultado es
un cuerpo de conocimientos coherente y bien estructurado que se sigue
construyendo en nuestros días, aunque actualmente se evite la denominación de
conductismo2 .
En este estado de cosas, ya estaban los ingredientes necesarios para que
surgieran los primeros estudios encaminados a buscar el sustrato biológico de la
memoria. Se trataba de combinar la técnica de lesión cerebral con las originadas por
la psicología del aprendizaje animal. Los primeros intentos fueron de Shepherd
Franz (1912), quien estudió los efectos de la extracción de los lóbulos frontales
sobre la memoria utilizando entre otras técnicas la caja problema. Los estudios de
Franz con lesiones fueron continuados por los de su discípulo Karl Lashley, que lo
fue también de Watson, quien en 1929 publicó un libro intentando sintetizar sus
hallazgos y los de Franz. Dos eran las ideas básicas de Lashley: el principio de
acción de masa y el principio de equipotencialidad. Con el primero se hacía
referencia a que la capacidad para el aprendizaje era directamente proporcional a la
cantidad de tejido cerebral disponible (no dañado). Con el segundo a que las
diferentes áreas corticales son funcionalmente equivalentes para el aprendizaje. Así,
la lesión de un área implicada en una tarea determinada provocará que sean las áreas
restantes las que asuman esa función (equipotencialidad), produciéndose sólo un
perjuicio en la ejecución proporcional a la cantidad de tejido cerebral dañado
(acción de masa). La concepción de Lashley, por tanto, era pesimista respecto a la
posibilidad de la localización del trazo de memoria.
Continuador del trabajo de Lashley fue uno de sus estudiantes: Donald Hebb.
Su trabajo más representativo (1949) es el primer intento, junto a la monografía de
Konorski en 1948 ya mencionada, de sistematizar un conjunto de conocimientos que
integraran los provenientes de la neurofisiología por un lado y de la psicología por
2
Actualmente el término conductismo ha caído en desprestigio. Con la revolución cognitiva, en la segunda
mitad de siglo, se ha extendido la idea de que el conductismo se quedaba en la periferia del sujeto humano,
olvidando lo esencial; se ha usado con frecuencia de forma inapropiada la metáfora de la caja negra; se ha
identificado con frecuencia el conductismo metodológico con el conductismo radical skinneriano,
tachándosele de ateórico y de no construir modelos explicativos, limitándose a la mera recolección de hechos
a nivel conductual. Es frecuente que los continuadores de la tradición experimentalista con animales gusten
de ser llamados cognitivos, huyendo del término conductista. Parece olvidarse que teorizaciones como la de
Tolman (1932) puede considerarse como una de las primeras aproximaciones esencialmente cognitiva en
psicología o que la de Hull (1943) sigue constituyendo una de las teorizaciones más completas, integradoras y
formalizadas que, basada sobre datos empíricos, se han hecho sobre el comportamiento humano o animal. En
realidad, el conductismo no era más que una prescripción metodológica para afrontar el objeto de estudio
psicológico. Era necesario limitarse al estudio de observables, aunque también era lícito inferir a partir de
ellos las variables organísmicas que fueran precisas para construir modelos explicativos. No es otra cosa lo
que hace la psicología cognitiva que en consecuencia tiene una deuda, habitualmente no reconocida, con el
conductismo.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
otro, a lo que agrupó bajo el nombre de neuropsicología. La obra de Hebb, como la
de Konorski, une psicología y neurofisiología conceptualmente, no sólo de forma
metodológica como hicieron Franz y Lashley al unir paradigmas experimentales
conductuales con la técnica de lesión. El de Hebb fue un intento de establecer leyes
conductuales a partir del conocimiento proveniente de la neurología y la psicología.
Así, debemos a Hebb y a Konorski el primer intento de mostrar que una
neurofisiología conexionista, basada en conexiones entre neuronas (sinapsis) y su
modificación (plasticidad sináptica), es capaz de dar cuenta de los fenómenos de
aprendizaje asociativo que Pavlov y Thorndike habían estudiado. Con Hebb y
Konorski introducimos una idea central en este trabajo: la relación entre plasticidad
sináptica y aprendizaje.
1.2. La relación entre plasticidad sináptica y aprendizaje
Hebb postuló que la infomación se mantenía en el cerebro a través de redes de
neuronas, en las que la actividad en las neuronas se mantiene por medio de
conexiones de retroalimentación desde las últimas neuronas a las primeras neuronas
del circuito. A esto se le conoce como circuitos reverberatorios. No obstante, Hebb
postuló que los circuitos reverberatorios eran un mecanismo muy limitado
temporalmente, y que para que la memoria fuese más duradera alguna alteración
debía producirse en la red. Postuló que ese cambio debía producirse en las sinapsis y
en una ahora famosa regla presentó el concepto de aprendizaje íntimamente unido al
de plasticidad sináptica. En la regla de Hebb se proponían las condiciones bajo las
cuales se modificaba la eficacia sináptica:
...cuando el axón de una célula A está lo suficientemente cerca como para excitar
a una célula B, y repetida o persistentemente participa en su excitación, tiene lugar
algún proceso de crecimiento o cambio metabólico en una o ambas células, de
manera que la eficacia de A como una de las células que excita a B se incrementa
(Hebb, 1949, p. 62).
Mucho más tarde que Hebb postulara su regla, en 1973, se encontró un
fenómeno de plasticidad sináptica en el cerebro que parecería haber sido diseñado
de acuerdo a la regla de Hebb: la potenciación a largo plazo. Ya existen diferentes
pruebas de que esta forma de plasticidad sináptica está implicada en procesos de
aprendizaje y memoria. Precisamente sobre la relación entre aprendizaje y memoria
y potenciación a largo plazo trata nuestro trabajo.
La regla de Hebb es, hoy día, ampliamente conocida. Sin embargo, en
Konorski también puede encontrarse algo muy similar. Seguramente, la menor
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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difusión del libro de Konorski en Estados Unidos hace que conozcamos esta regla
únicamente con el apellido de Hebb:
...la precondición óptima para la formación de los reflejos condicionados es la
coincidencia de excitación en el centro emisor con un aumento suficientemente
abrupto de actividad en el centro receptor (Konorski, 1948, p. 106).
No obstante, en lo que respecta a la relación entre plasticidad sináptica y
aprendizaje, Hebb y Konorski estaban siguiendo el camino marcado sesenta años
antes por Santiago Ramón y Cajal. Ramón y Cajal (1899) había mostrado que el
sistema nervioso estaba compuesto por células separadas (neuronas), que podían
comunicarse a través de las sinapsis, y había defendido que el aprendizaje requería
tanto el fortalecimiento de las conexiones sinápticas existentes (siguiendo en esto a
Tanzi, neurólogo italiano) como la formación de nuevas conexiones sinápticas entre
neuronas. Más específicamente, el exhaustivo análisis histológico al que sometió el
sistema nervioso vertebrado le llevó a postular que esas conexiones debían
producirse en las espinas dendríticas. Hoy día no hay duda de que el aprendizaje
requiere, al menos, el fortalecimiento de conexiones sinápticas ya existentes, y cada
vez resulta más probable la idea de que, además, se forman nuevas conexiones entre
neuronas (Black y Greenough, 1991; Greenough y Bailey, 1988).
Siguiendo el análisis de Morris (1989a), se puede decir que Ramón y Cajal
respondió a dónde residían el aprendizaje y la memoria: en las sinapsis; y Hebb
(aquí habría que incluir también a Konorski), al especificar las condiciones de
coincidencia temporal necesarias para la modificación sináptica, respondió a cuándo
se producía aprendizaje. Por la vigencia de sus aportaciones, los trabajos de Ramón
y Cajal, Konorski y Hebb trascienden su dimensión histórica, situándose en un lugar
privilegiado del estado actual de conocimientos en neurociencia. No obstante,
ninguno de estos autores lograron una evidencia empírica de que, realmente, la
plasticidad sináptica estuviera relacionada con el aprendizaje. Esta primera prueba
empírica tuvo que esperar hasta 1970 al trabajo de Eric Kandel con un organismo
muy simple: el molusco Aplysia (Castellucci, Pinsker, Kupfermann y Kandel, 1970;
Pinsker, Kupfermann, Castellucci y Kandel, 1970). Más adelante ilustraremos este
trabajo como una muestra de los avances logrados en la relación entre plasticidad
sináptica y aprendizaje. Finalmente, una tercera pregunta del análisis de Morris,
cómo se organizan las redes de neuronas para, a partir del fenómeno de plasticidad
sináptica, producir aprendizaje y memoria tiene como respuesta a los modelos
conexionistas o redes neuronales, que veremos en la última parte de este capítulo.
En resumen, la neurobiología del aprendizaje y la memoria parece tener su
origen tanto en los estudios experimentales de neurofisiología y neuroanatomía
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
cerebral, como en el desarrollo de la psicología experimental en animales, que
aportó técnicas para estudiar fenómenos cognitivos en animales. Por un lado, esto
permitió el desarrollo de experimentos en los que las variables independientes
fuesen biológicas (como las lesiones) y las dependientes cognitivas (aprendizaje o
memoria inferidos de la conducta del animal en un paradigma determinado), al
permitir puentear los problemas éticos derivados de aplicar una estrategia
experimental similar en humanos. Por otro lado, los paradigmas experimentales
desarrollados en animales estudian fenómenos de aprendizaje más simples y están
sometidos a mayores controles, lo que facilita su estudio. Además, la utilización de
animales inferiores al hombre, con un sistema nervioso más simple, también facilita
el conocimiento del sustrato neuronal del aprendizaje y la memoria. En la
actualidad, el estudio de las bases biológicas del aprendizaje y la memoria sigue
nutriéndose de estudios con elementos neurofisiológicos y neuroanatómicos por un
lado y conductuales por el otro, siendo, por tanto, ésta una característica tanto de su
génesis como de su presente.
2. Estrategias de investigación en torno al papel de la
plasticidad sináptica en el aprendizaje y la memoria
Los estudios sobre las bases biológicas del aprendizaje y la memoria pueden
agruparse en dos líneas que, aunque complementarias, han mantenido una
considerable autonomía. Una es la investigación sobre las estructuras cerebrales
responsables de las capacidades de aprender y recordar. Es un punto de vista
neuroanatómico. En la otra línea se encuadran trabajos cuyo objetivo es el
descubrimiento de los mecanismos, a nivel celular e incluso molecular, que
subyacen a estas capacidades, mecanismos que, consecuentemente, deben
encontrarse más extendidos en las estructuras comprometidas con el aprendizaje y la
memoria. En esta orientación el nivel de estudio sería neurofisiológico. Es en este
nivel de estudio en el que habría que situar los estudios sobre plasticidad sináptica.
“¿Qué es la plasticidad sináptica? Hay probablemente tantas definiciones de
esta expresión como neurocientíficos” (Baudry, Thompson y Davis, 1993, p. ix). Así
comienzan los autores la introducción al libro que titulan Plasticidad sináptica.
Nosotros, no obstante, ya hemos esbozado un concepto de plasticidad sináptica que,
aunque general, es suficiente para nuestros propósitos. La plasticidad sináptica es
una modificación en la eficacia de las sinapsis, bien por la creación de nuevas
sinapsis entre neuronas, bien por la alteración de la fuerza con que una neurona se
comunica con otra. Similarmente, Kolb y Whishaw (1998) definen la plasticidad
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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cerebral como la capacidad del cerebro para cambiar su estructura y función. Esta
modificación se puede producir por procesos internos, codificados genéticamente,
como se produce durante el desarrollo o por procesos dependientes de la
experiencia. Son estos últimos los que nos importan como psicólogos interesados en
los mecanismos básicos de aprendizaje y memoria.
Como ya hemos adelantado, en la actualidad no existen dudas sobre que el
aprendizaje y la memoria son consecuencia de cambios en la eficacia sináptica.
Estos cambios pueden tener dintintos grados de permanencia -que estaría explicando
presumiblemente las diferencias entre memorias a corto y a largo plazo. Cuando
estos cambios son de larga duración, existen pocas dudas de que los mecanismos
responsables implican cambios estructurales de magnitud en las sinapsis, cambios
que necesitan de la síntesis de proteínas a partir de los ácidos nucleicos. Así, una de
las hipótesis en relación a las bases biológicas de la memoria más importantes de la
segunda mitad de este siglo ha sido la de que existe una relación entre la síntesis de
proteínas y la memoria. Tal ha sido la fuerza de esta idea que se ha llegado a
postular que la memoria podía residir en proteínas concretas, con lo que quedaba
desvinculada la hipótesis de la síntesis de proteínas del concepto de plasticidad
sináptica para explicar la memoria.
Conviene, por tanto, matizar la diferenciación y el alcance de ambas
explicaciones. El término plasticidad sináptica hace referencia tan sólo a la idea de
modificación de la eficacia sináptica, sin aludir a los mecanismos por los que la
plasticidad sináptica puede producirse. Estos mecanismos podrían ser la síntesis de
proteínas u otros. De la misma forma, la síntesis de proteínas, en sentido estricto,
alude simplemente a un mecanismo biológico, sin hacer referencia al modo por el
que ese mecanismo podría estar implicado en el aprendizaje y la memoria. La
implicación en el aprendizaje de la síntesis de proteínas podría venir por la
alteración que, como consecuencia de la síntesis de proteínas, se produjera en la
eficacia sináptica o podría producirse por otros mecanismos. Aunque actualmente la
síntesis de proteínas se relaciona con la memoria merced a su participación en
procesos duraderos de plasticidad sináptica éste no ha sido siempre el caso.
La síntesis de proteínas se ha convertido en una tradición dentro de las
explicaciones neurofisiológicas del aprendizaje y la memoria. Vamos a repasar en
primer lugar brevemente sus conclusiones. Posteriormente expondremos otras dos
estrategias que se han utilizado para relacionar la plasticidad sináptica con el
aprendizaje y que revelan mecanismos distintos y previos a la síntesis de proteínas.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
2.1. Síntesis de proteínas y memoria
Inspirados en el concepto de memoria genética, en los años cincuenta se
postuló que la memoria podía surgir como consecuencia de la síntesis de proteínas
(Katz y Halstead, 1950), bien mediante una modificación directa en los ácidos
nucleicos, bien por su expresión posterior durante la síntesis de proteínas. La
investigación se ha centrado en el papel del ácido ribonucleico mensajero (ARNm)
y, sobre todo, en el de su transcripción durante la síntesis de proteínas.
Las hipótesis de trabajo que se han adoptado pueden agruparse en dos. La
primera sostiene que trazos de memoria concretos están codificados en fragmentos
determinados del ARNm (Hyden y Lange, 1965) o en proteínas específicas
sintetizadas a partir de éste (Ungar, 1970); en definitiva, se postula una relación
directa entre el tipo de molécula y la representación interna. Esta sería una
implicación directa de la síntesis de proteínas en la memoria, que no necesita la
mediación de procesos de plasticidad sináptica. La segunda asume que la síntesis de
nuevas proteínas puede modificar las propiedades del circuito neuronal en el que las
neuronas se hallan inmersas, siendo así, indirectamente, como intervienen en la
memoria, en lugar de residir ésta en proteínas concretas (Barondes y Squire, 1972).
Claramente, en este caso las propiedades del circuito neuronal se alteran por
procesos de plasticidad sináptica.
La primera postura fue avalada con datos provenientes de experimentos de
transferencia de aprendizaje, en los que se administraba a animales sin
entrenamiento extractos del sistema nervioso de animales entrenados. Los primeros
de estos experimentos fueron llevados a cabo con planarias, una especie de lombriz
caníbal cuando está hambrienta, y consistían en situar a planarias hambrientas y sin
entrenamiento junto a planarias que habían sido condicionadas clásicamente, con lo
que éstas eran devoradas por aquéllas. Otro grupo de planarias era alimentado por el
mismo procedimiento con animales no entrenados. Posteriormente se comparaba la
ejecución de ambos grupos, encontrándose que las planarias alimentadas con
planarias entrenadas se mostraban, desde el primer día de entrenamiento,
notablemente superiores al otro grupo (McConnell, 1962). Aunque envueltos en una
gran polémica, estos resultados y otros similares extendieron la investigación en
planarias por todo el mundo a comienzos de los sesenta, y alentó este tipo de
investigación con animales superiores (un repaso de los hallazgos y la polémica
suscitada en torno a la figura de McConnell puede encontrarse en Rilling, 1996).
Así, se encontraron resultados similares en ratas sin entrenar a las que se administró
el ácido ribonucleico de ratas entrenadas (Jacobson, Babich, Bubash y Jacobson,
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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1965). Sin embargo, un año después de publicarse este artículo un grupo de
veintitrés prestigiosos investigadores procedentes de diferentes universidades trató
de poner orden en el asunto y publicaron un contundente artículo en el que se
informaba de su fracaso al intentar replicar los resultados de Jacobson de
transferencia de aprendizaje en 18 experimentos efectuados, poniendo a disposición
sus datos para examen (Byrne et al., 1966). Como valoración de esta estrategia,
valen las palabras de Donegan y Thompson (1991): “Retrospectivamente, parece
sorprendente que la hipótesis de que ‘memorias específicas residan en moléculas
específicas’ pueda haber sido tomada en serio alguna vez, dado que ignora la
biología molecular y fisiología de las neuronas” (p. 24).
Como ya hemos adelantado, más interesante resulta en la actualidad la segunda
interpretación, aceptada unánimemente por los investigadores en el tema (p. ej.,
Bailey y Kandel, 1995; Davis y Squire, 1984; Dudai, 1989). Dentro de esta
interpretación, el papel de la síntesis de proteínas en el aprendizaje y la memoria ha
sido estudiado a partir tanto de estudios correlacionales como experimentales. En
éstos, se han usado como variables independientes tanto variables biológicas como
ambientales. Utilizando variables independientes ambientales destacan los estudios
de Rosenzweig y su equipo. Utilizando variables independientes biológicas los
estudios más importantes se han realizado a partir de la inhibición de la síntesis de
proteínas.
Rosenzweig y colaboradores llevan desarrollando desde los años sesenta una
extensa investigación, ya clásica, con ratas criadas en ambientes empobrecidos y
enriquecidos estimularmente (una buena revisión de estos estudios puede
encontrarse en Rosenzweig, 1984; una revisión más reciente puede encontrarse en
Kolb y Whishaw, 1998). En los primeros de estos estudios se encontró un peso y
grosor mayor en la corteza cerebral de los animales criados en el ambiente rico
(Rosenzweig, Krech, Bennett y Diamond, 1962; Diamond, Krech y Rosenzweig,
1964), mostrándose en experimentos posteriores que el aumento de grosor y peso en
las ratas criadas en la condición enriquecida era debido a un aumento en las
ramificaciones dendríticas de las neuronas, lo que implicaba necesariamente la
síntesis de proteínas (Diamond et al., 1975). Sin embargo, hasta aquí, estos cambios
estructurales estaban relacionados con experiencias amplias, no con experiencias
concretas de aprendizaje. Así, se efectuaron experimentos en los que se compararon
ratas entrenadas en alguna forma concreta de aprendizaje con ratas control, y se
encontró el mismo tipo de efectos descritos para las ratas criadas en diferentes
ambientes (Greenough, 1976). Además, se encontró que las ratas sometidas a
experiencias de aprendizaje muestran un nivel de ácidos nucleicos en la corteza
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
cerebral mayor que las controles (Bennet, Rosenzweig, Morimoto y Hebert, 1979).
Además de los estudios de Rosenzweig con ratas, en otros experimentos se ha
encontrado el mismo tipo de efectos del aprendizaje sobre el cerebro. Así, dando a
un pollito un breve entrenamiento se observa un incremento en la síntesis de
proteínas en muestras posteriores de su tejido cerebral (Schliebs, Rose y Stewart,
1985).
No obstante, el procedimiento más habitualmente empleado para relacionar la
síntesis de proteínas con el aprendizaje ha consistido en estudiar el efecto de la
inhibición de la síntesis de proteínas sobre el aprendizaje y la memoria (ver Davis y
Squire, 1984, para una revisión sobre los datos obtenidos a partir de esta estrategia).
En un estudio típico de inhibición de síntesis de proteínas (ISP) se entrena a un
animal poco después de habérsele inyectado el inhibidor, estudiándose su efecto
sobre la curva de aprendizaje y sobre la retención en posteriores pruebas a diferentes
intervalos temporales. Los hallazgos fundamentales que se han obtenido siguiendo
esta estrategia pueden esquematizarse como sigue (Davis y Squire, 1984):
1) La adquisición del aprendizaje no queda afectada por la ISP en aprendizajes
relativamente simples y cortos. No obstante, en tareas de mayor complejidad se
observa cierto decremento en la función de aprendizaje en relación con los animales
control.
2) La ejecución en las pruebas de retención poco después del entrenamiento (menos
de tres horas) no muestra diferencias entre animales experimentales y control.
3) Cuando la prueba se realiza varios días después del entrenamiento la ejecución
queda significativamente deteriorada en los animales tratados con ISP.
4) Por último, cuando el inhibidor es administrado después del entrenamiento suele
encontrarse cierto detrimento en la recuperación, aunque la amnesia no es tan
importante como cuando el ISP es administrado antes del entrenamiento. El
deterioro es inversamente proporcional al tiempo transcurrido desde el
entrenamiento a la administración de la droga.
Varias conclusiones emergen de estos datos. En primer lugar, que la
adquisición de una tarea no depende de la síntesis de proteínas. Segundo, memorias
de corta duración tampoco son sensibles a la inhibición de síntesis de proteínas.
Tercero, que memorias de larga duración son consistentemente deterioradas en
condiciones que impiden la síntesis de proteínas. Por último, la ISP es crítica para
memorias de larga duración sólo si la inhibición se produce durante la experiencia
de aprendizaje o poco tiempo después de la misma. Así, la síntesis de proteínas es
un mecanismo implicado, al menos en parte, en memorias de larga duración, aunque
no en la fase inicial de adquisición ni en memorias de corta duración. Por tanto, son
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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necesarios otros mecanismos que expliquen la modificación de la eficacia sináptica
a corto plazo.
2.2. Otras estrategias en el estudio de la relación entre
plasticidad sináptica y aprendizaje
La hipótesis más plausible por la que la plasticidad sináptica está implicada en
la memoria es por un aumento de la zona de contacto entre la neurona presináptica y
la neurona postsináptica (Rose, 1993). Tal cambio morfológico en las neuronas es
necesariamente lento, conllevando también de forma inevitable la síntesis de
proteínas. Sin embargo, hemos visto que la inhibición de la síntesis de proteínas sólo
afecta a memorias de larga duración. Así, son necesarios otros mecanismos por los
que las sinapsis vean modificada su eficacia de una forma rápida y transitoria, hasta
que cambios más duraderos, consecuencia de la síntesis de proteínas, puedan
desarrollarse, mecanismos, en definitiva, que den cuenta del aprendizaje y de las
memorias de corta duración.
En general, se pueden distinguir dos estrategias con las cuales se ha abordado
con éxito el estudio de estos mecanismos. Una estrategia es la del sistema modelo.
En ella se parte de una forma de aprendizaje para descender hasta sus bases
neuronales (Thompson, 1986). Es una estrategia de arriba a abajo. La otra estrategia
es ir de abajo a arriba. Se parte de una forma de plasticidad sináptica para estudiar
su implicación en alguna forma de aprendizaje (Morris, 1989a; 1994).
2.2.1. El sistema modelo
En los últimos años se han obtenido numerosos resultados utilizando diferentes
paradigmas que muestran que, al menos, ciertas formas de aprendizaje dependen de
cambios fisiológicos en las sinapsis rápidamente originados tras su estimulación,
que alteran su efectividad durante cierto periodo de tiempo. Muchos de estos
estudios pueden encuadrarse dentro de la estrategia del sistema modelo, término
empleado por Thompson (1986; Donegan y Thompson, 1991). Esta estrategia
consiste en la utilización de una forma de aprendizaje simple y bien conocida en un
animal cuyo sistema nervioso sea susceptible de ser analizado con precisión en lo
que respecta al circuito neuronal implicado en el aprendizaje. Se trataría de una
estrategia de arriba a abajo: ir del nivel psicológico al fisiológico. Algunos ejemplos
de esta estrategia son los estudios de Alkon (1984) con el condicionamiento de
supresión de la respuesta fototáxica en Hermissenda; Carew et al. (1983) estudiando
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
el reflejo de retracción de la branquia en Aplysia; Cohen (1980) con el
condicionamiento del ritmo cardíaco en la paloma; Horn (1985) estudiando la
impronta en pollos; Thompson et al. (1984) con el condicionamiento de la respuesta
de la membrana nictitante en el conejo; Weinberger (1980) estudiando la respuesta
pupilar en gatos; o Woody y Brozek (1969) con la respuesta de parpadeo en gatos.
Sin duda, siguiendo esta estrategia, el objetivo es reducir fenómenos superiores,
como los psicológicos o cognitivos a fenómenos básicos, como los celulares o
incluso bioquímicos.
La primera evidencia de que la plasticidad sináptica está en la base del
aprendizaje llegó siguiendo esta estrategia (Castellucci, Pinsker, Kupfermann y
Kandel, 1970; Pinsker, Kupfermann, Castellucci y Kandel, 1970, trabajando con
Aplysia). Los trabajos de Kandel y su grupo a partir de este descubrimiento han
supuesto un hito en el estudio de la relación entre plasticidad sináptica y
aprendizaje. La primera prueba de plasticidad sináptica la encontraron estudiando
habituación, una forma de aprendizaje no asociativo. Posteriormente, encontraron
también el mecanismo de plasticidad sináptica propio de la sensibilización. Estos
estudios obtuvieron su mayor trascendencia cuando alcanzaron a reducir a
mecanismos de plasticidad sináptica una forma de aprendizaje asociativo: el
condicionamiento clásico.
Salvo los estudios de Horn con impronta, en el resto de procedimientos
mencionados en relación a esta estrategia el tipo de aprendizaje elegido es el
condicionamiento clásico. Sin duda, el condicionamiento clásico se ha convertido en
los últimos años en el tipo de aprendizaje preferido por los estudiosos de las bases
biológicas de la memoria. El riguroso control de las condiciones de aprendizaje que
permite es fundamental para que ocupe este lugar. Sin embargo, otras formas de
aprendizaje, como la habituación o la sensibilización, permiten un control de
condiciones similar o superior (Thompson y Spencer, 1966). Lo que hace del
condicionamento clásico la herramienta preferida por los neurocientíficos de la
cognición es la interpretación cognitiva que en la actualidad se hace del mismo, que
lo sitúa en un perfecto compromiso entre el control experimental y la relevancia
psicológica.
Vamos a exponer en primer lugar, con brevedad, la interpretación actual del
condicionamiento clásico. Después, el trabajo ya clásico de Kandel con Aplysia, con
objeto de ilustrar esta estrategia de investigación -el sistema modelo- y exponer
algunos mecanismos que pueden intervenir en procesos de plasticidad sináptica de
corta duración, previos a la síntesis de proteínas.
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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2.2.1.1. Significado del condicionamiento clásico
El condicionamiento clásico, junto con el operante, son las dos formas
principales de aprendizaje asociativo. Lo que ocurre en términos conductuales
durante el condicionamiento clásico es que un organismo aprende a responder ante
un estímulo neutro que en un principio no elicitaba respuesta, merced al
emparejamiento sucesivo entre el estímulo y un estímulo incondicionado (EI),
motivacionalmente relevante, que sí evoca desde un primer momento una respuesta
incondicionada (RI). A este aprendizaje se le llama condicionamiento clásico. Al
estímulo neutro, una vez condicionado, estímulo condicionado (EC) y a la respuesta
que éste produce tras el condicionamiento, respuesta condicionada (RC). Hemos
visto que esta forma de aprendizaje es conocida desde Pavlov (1927).
Modernamente, esta descripción en términos conductuales ha sido complementada
por otra en términos cognitivos (Aguado, 1983; Dickinson, 1980; Mackintosh, 1983,
Rescorla, 1988). Se diría, desde esta visión, que un estímulo en principio irrelevante
(EC), tras presentaciones sucesivas en las que es seguido por otro
motivacionalmente relevante (EI), termina señalando la presencia del EI y se
convierte, por medio del condicionamiento, en un estímulo predictor de éste. Así, el
condicionamiento se convierte en la adquisición de conocimientos acerca de las
relaciones entre eventos (estímulos en el condicionamiento clásico o estímulos y
respuestas en el condicionamiento operante).
Este sabor cognitivo que ha impregnado al condicionamiento durante los
últimos años lo ha situado en el punto de mira de neurocientíficos y psicólogos
cognitivos, por el estricto control de las condiciones de aprendizaje que permite, por
un lado, y por la relevancia que a nivel cognitivo tiene el fenómeno, por el otro. Así,
el condicionamiento clásico puede verse como un método de investigación que
permite la relación entre neurociencia y psicología cognitiva. Estudiar a nivel
neuronal y bioquímico el condicionamiento de contracción de la branquia en la
Aplysia, por ejemplo, significa estudiar algo más que el sustrato neurológico de una
respuesta. De alguna manera, se está estudiando el sustrato biológico del mecanismo
de aprendizaje por el que un organismo conoce su ambiente.
2.2.1.2. Plasticidad sináptica en Aplysia
Aplysia es un molusco marino cuyo sistema nervioso central consta de tan sólo
unas 20.000 neuronas (el cerebro humano consta de 100.000.000.000 de neuronas
aproximadamente), y está formado por varios ganglios. La Aplysia respira mediante
una branquia, situada en su parte dorsal, dentro de la cavidad del manto y protegida
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
por un pliegue de éste. El pliegue del manto, en su parte posterior forma el sifón,
por el cual el animal absorbe el agua necesaria para la respiración. Si un estímulo
táctil toca el manto o el sifón se produce un reflejo con dos componentes: se contrae
el sifón y se contrae la branquia. Vamos a centrarnos en el reflejo de contracción de
la branquia.
El reflejo es controlado por el ganglio abdominal. En él intervienen neuronas
motoras y sensoriales que inervan la branquia, el sifón y el pliegue del manto. Las
neuronas sensoriales hacen sinapsis con las motoras, bien directamente, bien por
medio de interneuronas. El gran tamaño de las neuronas, así como el pequeño
número de ellas implicadas en este reflejo permite un seguimiento célula a célula del
circuito nervioso implicado en el reflejo. En un importante paso dentro de una
estrategia reduccionista puede pasarse del estudio a nivel conductual, en el que se
utilizan estímulos y respuestas al estudio a nivel celular, en el que se estimula con
microelectrodos las neuronas sensoriales y se registran los potenciales
postsinápticos de las neuronas motoras (Castellucci et al., 1970). Estímulos y
respuestas a ambos niveles son intercambiables. Así, pueden estimularse con
microelectrodos las neuronas sensoriales que inervan el sifón y estudiar la respuesta
conductual de retracción de la branquia, o estimularse táctilmente el sifón y registrar
los potenciales postsinápticos en las neuronas motoras que inervan la branquia. El
reflejo sigue siendo el mismo.
El reflejo de contracción de la branquia puede habituarse (Pinsker et al., 1970),
sensibilizarse3 (Carew et al., 1971) y condicionarse clásicamente (Carew et al.,
1981; Lukowiak y Sahley, 1981). Kandel y sus colaboradores han logrado aislar los
procesos de plasticidad sináptica responsables en Aplysia de estas tres formas de
aprendizaje, habiendo diferenciado los mecanismos que producen cambios
transitorios de los que se encargan de mantener estos cambios. Los primeros son
producidos por cambios fisiológicos en las sinapsis que alteran su eficacia afectando
a la cantidad de neurotransmisor liberado, y los segundos por cambios estructurales
en las sinapsis producidos a partir de la síntesis de proteínas. Los primeros son
responsables del aprendizaje y la MCP y los segundos de la MLP (Bailey y Chen,
1983; Bailey y Kandel, 1985; Bailey y Kandel, 1995). En nuestro repaso vamos a
3
La habituación y la sensibilización son dos formas de aprendizaje no asociativo. En la habituación la
presentación repetida de un estímulo, que provoca una respuesta desde el prncipio, reduce la intensidad de la
misma. La sensibilización consiste en la amplificación de la intensidad de un reflejo A’ (provocado por una
estimulación A) tras la exposición del animal a una estimulación intensa, que puede ser el mismo estímulo A
si es suficientemente intenso o un estímulo diferente, B. En este segundo caso, es importante resaltar que la
sensibilización se produce sin que exista correlación temporal entre el estímulo A y el estímulo B, siendo, por
tanto, una forma de aprendizaje no asociativo.
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
19
obviar los cambios que implican el mantenimiento de las modificaciones en la
eficacia sináptica, al ser éstos dependientes de la síntesis de proteínas, que ya hemos
visto (una exposición de los cambios responsables de la MLP en Aplysia puede
encontrarse en Bailey y Kandel, 1995).
En la Aplysia, el mecanismo de plasticidad sináptica que explica el
condicionamiento clásico se deriva directamente del mecanismo de plasticidad
propio de la sensibilización (Hawkins et al., 1983; Hawkins y Kandel, 1984). Así,
vamos a exponer en primer lugar estos mecanismos para la habituación y la
sensibilización para desembocar en el condicionamiento clásico.
Las características paramétricas de la habituación de este reflejo observadas en
Aplysia coinciden con las ya clásicas descritas por Thompson y Spencer (1966) para
este fenómeno, entre las que destacan la recuperación espontánea tras el descanso, la
deshabituación tras la presentación de un estímulo intenso, o una mayor magnitud
de la habituación con un intervalo entre presentaciones menor. Asimismo, en
Aplysia es posible obtener habituación a corto y a largo plazo, con parámetros y
características similares a los utilizados por Leaton (1976) para la respuesta de
sobresalto en ratas. Estas mismas características paramétricas en Aplysia pueden
observarse tanto estimulando y registrando conductualmente como estimulando y
registrando neuronalmente con microelectrodos.
A nivel neuronal, la habituación del reflejo de retracción de la branquia ante la
estimulación táctil del sifón resultó ser producida por la disminución de la eficacia
de la sinapsis entre la neurona sensorial del sifón y la motora de la branquia. Esta
depresión sináptica, medida a partir de los potenciales postsinápticos, se desarrolla a
medida que aumenta el número de ensayos y correlaciona perfectamente con la
progresiva supresión del reflejo de retracción de la branquia (Castellucci et al.,
1970; Pinsker et al., 1970). Esta es la primera prueba obtenida sobre cualquier ser
vivo de modificación de la eficacia de una sinapsis debido a una experiencia de
aprendizaje.
Descendiendo a nivel molecular, Castellucci y Kandel (1974) encontraron el
mecanismo por el que se producía la modificación de la eficacia sináptica. La causa
de la pérdida de efectividad de la sinapsis residía en que el terminal presináptico
liberaba menos cantidad de neurotransmisor tras el entrenamiento en habituación
(depresión presináptica), produciéndose así una menor activación de la neurona
motora. Como en este proceso no interviene ninguna neurona adicional a las dos
implicadas en la sinapsis, se habla de depresión homosináptica.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Para producir sensibilización, el estímulo intenso utilizado en la Aplysia es una
descarga eléctrica en la cola, produciéndose un reflejo de retracción de la branquia
inusualmente amplificado ante posteriores estimulaciones del sifón (Carew et al.,
1971). La sensibilización, sin embargo, un proceso que conductualmente parece
simétricamente opuesto al de habituación, se explica por un mecanismo sináptico
diferente (esta idea es coherente con la teoría del proceso dual de Groves y
Thompson (1970) sobre los mecanismos neurológicos responsables de la
habituación y la sensibilización en vertebrados).
Si la habituación se debía a un proceso de depresión homosináptica, la
sensibilización se debe a un proceso de facilitación heterosináptica. La descarga
sobre la cola produce la activación de una interneurona que hace sinapsis
axoaxónica4 con la neurona sensorial del sifón. El resultado de esta sinapsis es la
facilitación de la sinapsis entre la neurona sensorial del sifón y la motora de la
branquia. Así, el mecanismo de plasticidad sináptica responsable de la
sensibilización es la facilitación -heterosináptica- del terminal presináptico
(Castellucci y Kandel, 1976). La sensibilización en la Aplysia es, pues, también
susceptible de ser analizada en términos de cambio en la eficacia sináptica.
El artefacto molecular que subyace a la facilitación presináptica en la
sensibilización es algo complejo y no nos interesa en sí mismo, pero resulta
necesario para conocer posteriormente cómo el mecanismo neuronal para el
condicionamiento surge como una elaboración del de la sensibilización. Klein y
Kandel (1980) expusieron un modelo molecular para la sensibilización en Aplysia,
que ha recibido posteriormente amplia confirmación (Abrams y Kandel, 1988;
Kandel, 1991). Una vez que el neurotransmisor liberado por la interneurona
facilitadora (serotonina) se une al receptor de la neurona sensorial del sifón, todo el
resto del proceso se produce en el interior de esta neurona (terminal presináptico).
En realidad, se trata de la secuencia típica de un sistema de segundos mensajeros.
De acuerdo con el modelo, una vez unida la serotonina al receptor se activa una
proteína acoplada al receptor, llamada proteína G, que se une a una molécula de
guanosín trifosfato (GTP). Esta unión activa una enzima, la adenilciclasa, que
produce la síntesis de adenosín monofosfato cíclico (AMPc). El AMPc, a su vez,
activa otras enzimas, las proteínas kinasas. La kinasas, mediante un proceso de
fosforilación, intervienen sobre los canales de potasio -a través de los cuales pasan
4
Las sinapsis convencionales son axodendríticas, siendo el axón el terminal presináptico y las dendritas el
terminal postsináptico. Las sinapsis axoaxónicas son infrecuentes, y su función es, más que producir un
potencial postsináptico en el axón, modular la salida de neurotranmisor del mismo, con lo que modulan la
eficacia de la sinapsis convencional en la que ese axón es el terminal presináptico.
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
21
los iones de potasio a través de la membrana celular- cerrándolos, impidiendo el
paso así de estos iones. Como la salida de iones potasio de la célula es la
responsable de la repolarización durante el potencial de acción, al cerrarse los
canales de potasio, el potencial en la neurona sensorial dura más, liberándose más
cantidad de neurotransmisor en la neurona sensorial del sifón. Esta mayor liberación
de neurotransmisor, inverso a lo que ocurría en la habituación, origina un potencial
postsináptico mayor en la motoneurona de la branquia, que es lo que produce una
retracción de la misma más vigorosa.
Aplysia también puede mostrar condicionamiento clásico. A nivel conductual,
el condicionamiento puede establecerse merced al emparejamiento de la
estimulación del sifón (EC) con una descarga eléctrica en la cola (EI) (Carew et al.,
1981). El resultado tras varios emparejamientos es una retracción de la branquia
significativamente mayor5 que en animales en los cuales se presentan ambos
estímulos descorrelacionadamente, y también claramente mayor que en animales
sensibilizados. Como ya hemos dicho, esta nueva conducta puede ser descrita como
el aprendizaje del animal de una relación entre eventos, en este caso de la relación:
"Un contacto leve en el sifón es seguido por una descarga eléctrica en la cola".
Múltiples aprendizajes de relaciones como la expuesta estarían formando el
conocimiento de la Aplysia de su medio. Dos condiciones temporales básicas del
condicionamiento clásico en animales superiores son también requisitos necesarios
para que el condicionamiento pueda establecerse en Aplysia. Son la dependencia de
orden, en la que el EC debe preceder al EI (Aplysia, como los vertebrados, no
muestra condicionamiento simultáneo ni condicionamiento hacia atrás); y la
contigüidad temporal, en la que se define un periodo de tiempo corto en el que el EI
debe seguir al EC (en Aplysia, un segundo).
Hawkins y Kandel (1984) han sugerido que los procesos a nivel neuronal y
molecular que se producen en Aplysia durante el condicionamiento clásico son una
extensión de los expuestos para la sensibilización, lo que les ha llevado a postular la
existencia de un alfabeto celular para el aprendizaje:
...la evidencia disponible sugiere que el condicionamiento clásico y la
sensibilización no son fundamentalmente diferentes, como frecuentemente se
piensa, sino que los mecanimos celulares del condicionamiento parecen ser una
5
Hay que recordar que la sola estimulación del sifón o el manto ya producía una leve retracción de la
branquia. Así, lo que el condicionamiento hace es intensificar la respuesta que ya producía el EC. A este tipo
de condicionamiento clásico se le conoce como condicionamiento tipo alfa, y tradicionalmente se ha
mantenido que no es "verdadero" condicionamiento. Aunque la polémica es muy antigua y lleva décadas
dormida, sus implicaciones en los mecanismos neuronales responsables del aprendizaje la han reavivado.
Posiciones antagónicas, con importantes consecuencias para la relación entre mecanismos de plasticidad
sináptica y aprendizaje, pueden encontrarse en Hawkins y Kandel (1984) y Morris (1990).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
elaboración de los mecanismos de la sensibilización. Hemos tratado de extender
este argumento sugiriendo que puede existir un alfabeto celular para el aprendizaje
y que, sorprendentemente, formas de aprendizaje complejas podrían estar
generadas a partir de la combinación de este alfabeto de mecanismos celulares
simples (Hawkins y Kandel, 1984, p. 389)
¿Qué ocurre a nivel neuronal durante el condicionamiento clásico? La
contigüidad estimular EC-EI conduce a una contigüidad similar entre la activación
de la neurona sensorial del sifón y la interneurona de la cola. Se comprueba que la
activación de la interneurona justo después de la activación de la neurona sensorial
produce una mayor facilitación en ésta que si la interneurona se activa antes que la
neurona sensorial o ambas se activan descorrelacionadamente (Hawkins et al.,
1983). Así, al igual que en la sensibilización, el condicionamiento clásico se
produce gracias a un mecanismo de facilitación presináptica. Pero en el caso del
condicionamiento el mecanismo es críticamente dependiente de la activación
simultánea, y en un orden, de las dos neuronas: la neurona sensorial del sifón
(neurona presináptica) debe preceder en su disparo a la neurona facilitadora
(interneurona). Cuando esto ocurre, la cantidad de AMPc en la neurona sensorial es
mayor que en el caso de la sensibilización, y como consecuencia de ello, toda la
secuencia de acontecimientos que desencadena el AMPc queda amplificada,
liberándose más cantidad de neurotransmisor que durante la sensibilización, y
produciéndose, por tanto, una retracción de la branquia amplificada. Por ser una
modulación temporal del mecanismo neuronal de la sensibilización, Kandel y
Schwartz (1982) llamaron a este tipo de aumento de la eficacia sináptica
amplificación activodependiente de la facilitación presináptica.
Nótese que con este mecanismo se hace referencia a una modificación en la
eficacia de una sinapsis por un mecanismo que implica la coincidencia temporal en
la activación de dos neuronas. Aunque este mecanismo recuerda al postulado por
Hebb, es notablemente diferente. En el propuesto por Hebb, la coincidencia
temporal se debe producir entre la actividad de la neurona presináptica y la
postsináptica. En el postulado por Kandel, la coincidencia temporal se produce entre
la neurona presináptica y una neurona facilitadora que hace sinapsis con ésta (fig.
1.1).
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
Sinapsis tipo Hebb
23
Sinapsis tipo Kandel
NF
Pre
Post
Pre: neurona presináptica
Pre
Post: neurona postsináptica.
Post
NF: neurona facilitadora
Figura 1.1. Dos mecanismos para la modificación de la eficacia sináptica a partir de la experiencia.
El primero fue postulado por Hebb a nivel teórico. El segundo ha sido encontrado por Kandel y su
equipo durante el condicionamiento clásico en Aplysia. En la sinapsis tipo Hebb se requiere la
activación conjunta de la neurona presináptica con la neurona postsináptica para que se
incremente la fuerza de conexión entre ambas. En la sinapsis tipo Kandel se requiere la activación
conjunta de la neurona presináptica con una tercera neurona que hace sinapsis axoaxónica con
ella. Esta activación conjunta hace que se incremente la fuerza de conexión entre la neurona
presináptica y la neurona postináptica, por el aumento en la liberación de neurotransmisor en la
primera. Las neuronas sombreadas representan aquéllas cuya actividad concurrente es necesaria
para el aumento en la fuerza de conexión.
En el caso de Aplysia, pueden representarse a nivel neuronal los estímulos y
respuestas implicados en el condicionamiento clásico siguiendo el esquema de
plasticidad propuesto por Kandel, de forma que el EC estaría siendo representado
por la activación de la neurona sensorial, el EI por la activación de la interneurona y
la RC por la motoneurona de la branquia (fig. 1.2).
EI
RC
EC
Figura 1.2. En Aplysia, la activación de la neurona sensorial (terminal presináptico) representa el
EC; la activación de la interneurona facilitadora representa la estimulación del EI; y el grado de
activación de la motoneurona de la branquia representa la magnitud de la RC. La coincidencia de
actividad en EC y EI es necesaria para que se produzca la RC. (Adaptado de Abrams y Kandel,
1988).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Faltaría por explicar cuál es el mecanismo que permite la modulación temporal
de la facilitación presináptica. Esta cuestión es trascendente, pues es la dimensión
temporal la que caracteriza al condicionamiento y la que le confiere su importancia
teórica. Aunque sobre esto los resultados aún no son concluyentes, el elemento clave
parece ser la adenilciclasa, que es la enzima que origina el aumento de AMPc en la
neurona sensorial (Abrams y Kandel, 1988). Sobre la adenilciclasa pueden actuar
los eventos que a nivel molecular representan tanto al EC como al EI. Hemos visto
que la adenilciclasa se activa como consecuencia de la llegada de la serotonina
(representante del EI, al ser consecuencia de la estimulación de la neurona
facilitadora) a la neurona sensorial. Y se sabe que es también sensible al flujo de
calcio que durante el potencial de acción penetra en la neurona sensorial
(representante del EC, al ser el potencial de acción en esa neurona consecuencia de
su estimulación). De hecho, cuando durante el potencial de acción el flujo de calcio
es eliminado, no se produce amplificación de la respuesta (Abrams, 1985). Así, el
calcio que entra en la neurona sensorial durante el potencial de acción producido por
el EC prepara a la adenilciclasa de forma que cuando llega la serotonina, liberada
como consecuencia del EI, la adenilciclasa sintetiza más AMPc. Por tanto, la
activación de la adenilciclasa por el calcio (representante del EC) y por la serotonina
(representante del EI), por ese orden y dentro del adecuado margen temporal
produce una mayor cantidad de AMPc que el producido independientemente por la
serotonina durante la sensibilización.
Varias conclusiones controvertidas emergen de la investigación expuesta sobre
los mecanismos de plasticidad sináptica implicados en las diferentes formas de
aprendizaje en Aplysia (Farley y Alkon, 1985; Morris, 1990). Vamos a enfatizar dos
de gran importancia teórica. La primera en relación a la existencia de un alfabeto
celular para el aprendizaje. La segunda a la reducción de las propiedades temporales
del condicionamiento a las de una molécula, la adenilciclasa, para asociar dos
estimulaciones.
Aunque, sin duda, la existencia de un alfabeto celular para el aprendizaje es
una cautivadora idea por su parsimonia explicativa, presenta varios inconvenientes.
Morris (1990) realiza una detallada crítica a las posiciones de Kandel, concluyendo
que puede existir un alfabeto celular para la plasticidad, pero no un alfabeto celular
para el aprendizaje. El aprendizaje mediado por una forma de plasticidad sería
función directa de la arquitectura neuronal en la que se hallara la sinapsis, y no de la
sinapsis misma. En definitiva, Morris discute que se haya aislado un alfabeto celular
para el aprendizaje -más aún, que ese alfabeto pueda existir-, reconociendo que se
ha aislado un alfabeto para la plasticidad sináptica. Sin embargo, el hecho
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
25
complementario, que no conviene olvidar, es que, al menos en Aplysia, se ha
conseguido reducir6 el aprendizaje a fenómenos de plasticidad sináptica.
La segunda conclusión abunda en la idea de una explicación reduccionista para
el condicionamiento. Nótese cómo las propiedades temporales del condicionamiento
para asociar dos estímulos (tanto intervalo entre estímulos como orden de la
estimulación) son, al final, reducidas a las restricciones temporales que impone una
molécula, la adenilciclasa, para ser estimulada por otras dos: los iones de calcio y la
serotonina (Abrams y Kandel, 1988; Kandel, 1991). Se habría llegado a un
reduccionismo biológico perfecto en la explicación de la contigüidad temporal entre
eventos. Esta contigüidad temporal se produciría por las propiedades, no ya de una
sinapsis, sino de una molécula. No obstante, aquí hay que ser cautelosos, ya que las
limitaciones técnicas no permiten el control temporal de la aplicación de la
serotonina, por lo que no puede asegurarse que las propiedades temporales de la
adenilciclasa para asociar calcio y serotonina sean las mismas que las observadas a
nivel conductual.
Para terminar con los estudios sobre Aplysia, queremos enfatizar que, sea cual
sea el nivel al que finalmente podamos reducir el aprendizaje, lo que no permite
discusión es que las tres formas de aprendizaje estudiadas se sustentan sobre
mecanismos de plasticidad sináptica. Los estudios sobre Aplysia son sólo un
ejemplo de la estrategia reduccionista del sistema modelo -si bien quizás sea en
Aplysia donde mejor se han identificado estos fenómenos a nivel molecular-,
habiéndose identificado fenómenos de plasticidad sináptica subyacentes a otras
formas de aprendizaje en diferentes especies, como ya hemos mencionado. En esta
estrategia hemos ido del nivel psicológico al fisiológico, e incluso molecular. La
estrategia inversa consiste en partir del nivel fisiológico para ascender hasta el
psicológico.
2.2.2. Del nivel fisiológico al psicológico
La estrategia inversa a la del sistema modelo es ir de abajo a arriba, del nivel
fisiológico al psicológico. En esta estrategia se toma como punto de partida una
forma de plasticidad sináptica bien conocida, para pasar a estudiar su posible
implicación en diferentes procesos de aprendizaje y memoria. Sin duda, esta
6
Empleamos el termino reduccionismo en su sentido menos ambicioso de reduccionismo constitutivo (Dudai,
1989). Se entiende así el reduccionismo simplemente como descender en el nivel de análisis desde el sistema
hasta sus partes. No pretendemos prejuzgar con ello la posibilidad de que en el caso de Aplysia pudiese
hablarse de reduccionismo explicativo o incluso de teoría (Churchland, 1986; Dudai, 1989; Nagel, 1961).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
estrategia presenta un riesgo, ya que podría revelarse irrelevante a nivel psicológico
el tipo particular de plasticidad sináptica que se haya elegido estudiar. Sin embargo,
también presenta varias ventajas. En primer lugar, hay muy pocas formas de
plasticidad sináptica bien conocidas, con lo que merece la pena aceptar el riesgo. En
cambio, son múltiples las formas de aprendizaje, por simple que éste sea, con que
nos podemos encontrar en diferentes especies. Además, parece más fácil el camino
que lleva desde una forma elegida de plasticidad hasta sus posibles implicaciones
psicológicas que el que lleva de una forma bien conocida de aprendizaje hasta los
mecanismos biológicos que la sustentan. Por otro lado, como psicólogos es fácil que
tengamos más que decir en una estrategia de investigación que vaya del nivel
biológico al psicológico que al revés. En la estrategia inversa el trabajo psicológico
consistiría en elegir una forma de aprendizaje, y aun esto estaría constreñido, como
hemos visto, por las demandas de simplicidad que debería tener el circuito neuronal.
Por último, y quizás más importante, esta estrategia permite con mayor facilidad una
comunicación bidireccional entre los científicos a niveles de explicación diferentes:
desde el nivel bioquímico hasta el psicológico. Y esto porque el hecho de que el
punto de referencia sea la plasticidad sináptica -y la neurona y la sinapsis en
definitiva-, idea aceptada y respetada por toda la comunidad científica, tiende un
puente entre los científicos situados en los niveles superiores de la explicación
(cognitivo o psicológico) y los situados en los niveles inferiores de la misma
(bioquímico o molecular). En definitiva, establece un marco óptimo para que la
comunicación entre los niveles de explicación que Marr (1982) propuso
-computacional, algorítmico e implementacional- pueda establecerse. Más adelante
desarrollaremos esta idea en relación al conexionismo.
Es esta segunda estrategia la seguida para el estudio de la implicación de la
PLP en el aprendizaje y la memoria. Además de ser una forma de plasticidad
sináptica bien conocida, condición necesaria para que pueda aplicarse la estrategia,
esta forma de plasticidad posee un conjunto de características funcionales que, ya a
nivel teórico, llevan a sugerir su implicación en el aprendizaje asociativo. En
concreto, la PLP es dependiente del receptor NMDA (un tipo de receptor de
aminoácidos excitatorios), y la activación de este receptor obedece al algoritmo
propuesto por Hebb y Konorski para el incremento en la fuerza de conexión entre
dos unidades. En los capítulos III y IV se expondrán los resultados de la aplicación
de esta estrategia al estudio de la PLP.
En nuestro estudio empírico se utiliza ketamina, un fármaco elegido por
impedir el establecimiento de PLP merced a su antagonismo sobre los receptores
NMDA y se prueba el efecto de su administración previa sobre una tarea de
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
27
condicionamiento clásico. Por lo tanto, nuestro trabajo se sitúa dentro de esta
estrategia, partiendo de esta forma de plasticidad sináptica y estudiando su
implicación a nivel psicológico.
3. Conexionismo y plasticidad sináptica
En los últimos años, viene produciéndose una convergencia de intereses entre
diferentes disciplinas en torno al funcionamiento del cerebro y la mente,
tradicionalmente objeto de estudio de neurobiólogos y psicólogos. Lingüistas,
filósofos, informáticos, bioquímicos, e incluso físicos y matemáticos muestran en la
actualidad su interés por estos temas y con frecuencia integran equipos de
investigación multidisciplinares sobre los mismos. Dos ejemplos de esta
convergencia interdisciplinar es el surgimiento de nuevos campos de estudio más
amplios, agrupados bajo el nombre de ciencias cognitivas y de neurociencias.
Aunque tanto las ciencias cognitivas como las neurociencias han experimentado un
extraordinario avance durante las últimas décadas, sus caminos han sido distintos y
la comunicación entre ambas ha sido escasa. Los neurobiólogos se ocupaban del
cerebro y los psicólogos de la mente, un dualismo encubierto que, sin duda, no ha
beneficiado al conocimento ni del cerebro ni de la mente. Por un lado, para el
neurobiólogo o el neurocientífico descifrar la capacidad funcional del cerebro
mirando para ello en su interior es afrontar la empresa con una cortedad de miras
que no palia el microscopio. Por otro, con la revolución cognitiva el psicólogo o el
científico cognitivo se ha aficionado a elaborar programas que simulan la resolución
de una determinada tarea. El problema surge a la hora de elegir entre diversos
programas funcionalmente equivalentes: ¿cuál de los posibles es el que ejecuta
nuestra mente? La necesidad de encontrar un marco común en el que
neurocientíficos y científicos cognitivos se impogan restricciones mutuas se hace
patente.
Últimamente, se está produciendo un acercamiento entre ambas disciplinas,
motivado por el convencimiento de los neurocientíficos de que el funcionamiento
del sistema nervioso no puede entenderse al margen del conocimiento de su
capacidad funcional, y por el interés de los científicos de la cognición en la
arquitectura y dinámica del sistema nervioso ante una triple evidencia. Por un lado,
la dificultad mecionada de elegir entre programas funcionalmente equivalentes. Por
otro, la dificultad de sus modelos para simular correctamente la cognición humana,
con sus sesgos y peculiaridades. En tercer lugar, la dificultad, incluso imposibilidad,
para construir sistemas de inteligencia artificial tan potentes como el cerebro,
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
incluso para determinadas tareas tan simples para un ser vivo como la percepción.
Este mutuo interés y acercamiento ha encontrado un marco esperanzador en el
desarrollo durante la década pasada de modelos agrupados bajo las etiquetas de
conexionismo, procesamiento distribuido y paralelo (PDP), o redes neuronales
(Ballard, 1986; Hinton y Anderson, 1981; McClelland, Rumelhart y el grupo de
investigación PDP, 1986; Rumelhart, MClelland y el grupo de investigación PDP,
1986). La idea, no obstante, no es nueva, aunque parece haber llegado en el
momento oportuno. Las formulaciones pioneras de McCulloch y Pitts (1943) sobre
las propiedades lógicas de las redes neuronales no encontraron el terreno abonado
para su expansión. Sin duda, los últimos avances sobre el papel de la plasticidad
sináptica en el aprendizaje y la memoria son, en parte, responsables de la buena
acogida que, en la actualidad, han tenido los modelos conexionistas. Así, en esta
encrucijada de interdisciplinariedad que ha supuesto el surgimiento de las ciencias
cognitivas y las neurociencias, el conexionismo se ha establecido como un puente
entre ambas. La situación ha cambiado cualitativamente, y ha llegado a ser
calificada como un cambio de paradigma (Schneider, 1987). El conexionismo
establece un lenguaje común para científicos cognitivos y neurocientíficos y
pensamos que es ésta una de sus más prometedoras cualidades. Vamos a ver en qué
consiste este lenguaje común.
3.1. Arquitectura conexionista y arquitectura cerebral
Un breve repaso a los supuestos fundamentales de los modelos conexionistas
muestra la relación entre su arquitectura y la del sistema nervioso. El isomorfismo
arquitectónico que se aprecia tiene importantes implicaciones en el estudio de los
procesos cognitivos básicos y en el abordaje de estos procesos desde una
perspectiva neurobiológica. La PLP adquiere un significado especial dentro de este
marco, constituyéndose como un fenómeno de plasticidad sináptica que a nivel
neuronal opera según la regla de Hebb, regla de aprendizaje utilizada en algunos
modelos conexionistas. Vamos a describir brevemente la analogía entre las redes
neuronales y las auténticas redes de neuronas, mostrando el lugar que en estas redes
tendrían algunos conceptos básicos de psicología cognitiva, como la representación,
la memoria o el aprendizaje.
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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3.1.1. Características generales de los modelos conexionistas
Siguiendo a Rumelhart, Hinton y McClelland (1986), ocho son los principales
elementos de cualquier modelo de procesamiento distribuido en paralelo:
1. Un conjunto de unidades de procesamiento.
2. Un estado de activación.
3. Una función de salida para cada una de las unidades.
4. Un patrón de conexión entre las unidades.
5. Una regla de propagación para propagar la activación a través de la red de
conexiones.
6. Una regla de activación que calcule nuevos niveles de activación para cada
unidad a partir de las entradas que recibe de otras unidades y de su estado previo de
activación.
7. Una regla de aprendizaje para modificar los patrones de conexión entre las
unidades como resultado de la experiencia.
8. Un entorno dentro del cual opera el sistema.
La arquitectura común a cualquier modelo conexionista consiste en una
multitud de unidades conectadas entre sí. Cada una de las unidades constituyen
simples procesadores con un estado de activación determinado, a las que llegan, por
medio de las conexiones, la información de otras unidades o del entorno y que
mandan información, a su vez, a otras unidades o al entorno. Con el conjunto de
entradas que llega a una unidad se realiza algún tipo de operación -por ejemplo
aditiva, aunque no necesariamente- y el valor resultante en combinación con el
estado de activación previo producen el nuevo estado de activación, que es utilizado
para producir un valor de salida de la unidad. La unidad manda entonces un impulso
de salida, que es una función de su estado de activación, a otras unidades por medio
de las conexiones que las unen. Un aspecto importante es que diferentes conexiones
pueden tener diferentes fuerzas, pesos, que son modificables por la experiencia, de
modo que la entrada que le llegue a una unidad depende tanto del estado de
activación de la unidad que manda la señal como de la fuerza de conexión entre las
dos unidades. Asimismo, los pesos de las conexiones entre unidades pueden ser
positivos o negativos, de modo que una entrada particular a una unidad puede
colaborar a su estado de activación excitándola o inhibiéndola, dependiendo del
signo del peso. Los modelos conexionistas tienen habitualmente tres tipos de
unidades: 1) unidades de entrada, que reciben su input del entorno; 2) unidades
ocultas, que reciben su input de las unidades de entrada; y 3) unidades de salida, que
reciben su input de las unidades ocultas y que representan la salida del sistema.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
El conjunto de pesos que unen a las unidades en un momento del tiempo es el
patrón de conexiones, y la forma en que este patrón se ve afectado por la
estimulación está regulado por una regla de propagación. Asimismo, el grado en
que este patrón cambia o se modifica en función de esta actividad está regulado por
una regla de aprendizaje. La regla de aprendizaje tiene una gran importancia en la
modelización conexionista, ya que de ella depende el ajuste de pesos entre las
unidades de la red y, por tanto, la dinámica y el funcionamiento de la red. Sin las
reglas de aprendizaje, las redes quedarían imposibilitadas para modificar la fuerza
de las conexiones entre sus unidades y, por tanto, serían redes estáticas, incapaces
de aprender.
De esta forma, el trabajo de procesamiento de una unidad es simple: recibe
entradas de información de unas unidades, que computa para cambiar su estado de
activación, y manda una salida a otras unidades. El mecanismo básico que emplean
estas redes para su funcionamiento es la conexión entre unidades. Las potentes
posibilidades computacionales que poseen estos modelos no pueden basarse, por
tanto, en las que poseen sus unidades de forma independiente, ni en el mecanimo
básico que las relaciona, sino que es consecuencia del procesamiento en paralelo de
las unidades que forman la red y de la arquitectura de ésta.
3.1.2. La metáfora del cerebro
Vista la caracterización de los modelos conexionistas, la analogía con la
estructura del sistema nervioso resulta inmediata. Si a las unidades las llamamos
neuronas y a las conexiones entre las unidades sinapsis podríamos estar hablando
del sistema nervioso. Las neuronas pueden tener tasas de descarga muy desiguales,
que quedarían representadas por el estado de activación diferente de las unidades de
la red. Es más, muchas veces la función de activación en cada unidad posee
características de umbral, por debajo del cual la unidad no propaga la activación.
Esto podría tener igualmente su similitud en el sistema nervioso en el umbral de
despolarización necesario para que en una neurona se produzca un impulso
nervioso. Asimismo, las neuronas se influyen unas a otras de manera muy diferente,
dependiendo del tipo de sinapsis particular. Ésta puede variar tanto en relación a su
fuerza como a su signo, pudiendo ser tanto excitatoria como inhibitoria. El tipo de
sinapsis particular queda representado en los modelos conexionistas por los pesos de
las conexiones. Estos pueden variar tanto en su valor absoluto como en su signo. El
valor absoluto estaría representando la fuerza de la conexión sináptica; el signo
indicaría si la conexión es excitatoria o inhibitoria. Esta analogía ha llevado a hablar
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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de un abandono de la metáfora del ordenador, dominante en las últimas décadas en
psicología cognitiva, por la metáfora del cerebro como un modelo del
funcionamiento mental (Rumelhart, Hinton y McClelland, 1986). Es el cambio
radical que esta nueva arquitectura proporciona en cuanto a la capacidad de
procesamiento, unido a su plausibilidad biológica, lo que sitúa al conexionismo en
una posición ventajosa respecto a la orientación simbólica dominante en las ciencias
cognitivas (ver, p. ej., Bechtel y Abrahamsen, 1991). El énfasis en esta metáfora
lleva incluso a que los modelos conexionistas tengan un sinónimo en la expresión
red neuronal.
En este tipo de redes, los patrones de activación de las unidades van
experimentando cambios en el tiempo, como resultado de la actividad del sistema.
La representación residiría en el estado de activación que tuviera el sistema en un
momento determinado, estando distribuida en el estado de activación de cada una de
las unidades. La memoria residiría en el patrón de conexiones (pesos) entre las
diferentes unidades del sistema, y el aprendizaje en el cambio de las conexiones
entre las unidades, que se produce como una consecuencia de la actividad de
procesamiento del sistema y la consecuente actualización de pesos según un
algoritmo determinado. El algoritmo o regla que siguen las conexiones para cambiar
sus pesos es la regla de aprendizaje.
3.2. Nivel de estudio de los modelos conexionistas
Los modelos conexionistas, aunque aportan originalidad en cuanto a su
arquitectura, inspirada en el sistema nervioso, han heredado los objetivos de las
ciencias cognitivas, tanto en la construcción de modelos de funcionamiento
cognitivo humano y animal, tradicionalmente objetivo de la psicología cognitiva,
como en la de modelos competentes sin los sesgos propios de la cognición humana,
tradicionalmente objetivo de la inteligencia artificial. Adicionalmente, son una
herramienta cada vez más utilizada por los neurocientíficos. Esta situación hace que
puedan distinguirse varios tipos de modelos conexionistas. En un extremo están los
modelos realizados por neurocientíficos con escrupuloso respeto al conocimiento
procedente del sistema nervioso, y en otro los modelos ingenieriles, en los que se
ignora y desestima este conocimiento. A los primeros se les suele llamar modelos
realistas por su intento de seguir las restricciones del sistema nervioso. Entre los
modelos realistas y los ingenieriles se sitúan los modelos simplificados, en los que
se busca un compromiso entre el respeto al conocimiento proveniente del sistema
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
nervioso y el poder computacional del modelo. Estas diferencias permiten hablar de
una metáfora dura y una metáfora blanda del cerebro.
3.2.1. La metáfora dura y la metáfora blanda
Si desde el paradigma del procesamiento de información se ha hablado de
metáfora dura y blanda, según el grado de similitud postulado entre mente y
ordenador, con los modelos conexionistas y la metáfora del cerebro ocurre algo
parecido. Por un lado, algunos investigadores defienden que la arquitectura cerebral
es una arquitectura útil para construir simulaciones de procesos cognitivos, y que es
interesante que un modelo que funcione correctamente posea tal parecido con el
cerebro, pero lo más importante es que funcione bien, aunque para ello se tengan
que sacrificar detalles de la metáfora. Sin embargo, otros investigadores afirman que
es un error desarrollar modelos con redes de unidades y conexiones de las que se
sabe positivamente que tienen características distintas a las neuronas y sinapsis, si
con ellas pretendemos explicar los procesos mentales producidos por nuestro
cerebro.
Estas dos concepciones son conocidas como inspiradas y restringidas
neuronalmente (Morris, 1989b) o como modelos de cerebro simplificados y realistas
(Sejnowski, Koch y Churchland, 1988). La aproximación restringida o realista en las
redes neuronales es más reciente y va surgiendo como una respuesta que manifiesta
el rechazo de los neurobiólogos a la modelización simplificada. La resume bien
Gardner (1993a) con el título de la introducción a su libro, titulada: Hacia redes
neuronales neuronales. No deja de resultar paradójico que el adjetivo neuronal haya
perdido su significado hasta el punto que sea necesario adjetivar de nuevo a las
redes para enfatizar el parecido de sus elementos con los del sistema nervioso. En
los modelos realistas no se usan elementos frecuentes de la modelización
simplificada, como la propagación hacia atrás o conexiones que puedan pasar de ser
excitatorias a inhibitorias, al no haberse encontrado fenómenos parecidos en el
sistema nervioso. Asimismo, intentan incluir en la modelización características
neuronales que frecuentemente no son consideradas en las modelizaciones
habituales, como son la actividad de los canales de iones o incluso la actividad de
enzimas en el proceso de transmisión sináptica (Hawkins, 1989). En general, los
modelos realistas están siendo integrados bajo una nueva disciplina conocida como
neurociencia computacional (Churchland y Sejnowski, 1992; Gardner, 1993a;
Hawkins y Bower, 1989).
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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El argumento básico de los defensores de los modelos realistas lo expresa de
forma contundente Crick (1989), arremetiendo contra los modeladores de redes
artificiales. Según Crick, el escaso interés que, en general, los científicos cognitivos
muestran en el contenido real del cerebro se explica porque para ellos el cerebro es
demasiado complicado y difícil de comprender. Con frecuencia argumentan que se
posee mucha y no muy clara información respecto a los mecanismos de
funcionamiento del cerebro y que la labor es aun más complicada si se pretende
relacionar esos mecanismos con los procesos cognitivos. Así, si se quieren construir
modelos que reflejen con la mayor exactitud los procesos cognitivos superiores
resultaría necesario desmarcarse de la complicación cerebral y hacer
simplificaciones. Estos últimos serían los argumentos básicos empleados por los
defensores de los modelos simplificados de cerebro. Para Crick, este es un camino
equivocado. Si el cerebro es realmente tan complicado, nada claro se puede sacar
respecto de su funcionamiento si se estudia desde una aproximación simplificada y
de caja negra.
Hawkins (1989), un estrecho colaborador de Kandel, también se sitúa en esta
postura y señala varios aspectos por los que la modelización realista podría resultar
de interés. En primer lugar, permitiría una comprobación a nivel neurobiológico de
los supuestos de un determinado modelo, lo que permitiría un enriquecimiento
mutuo entre la investigación neurobiológica y la cognitiva. La investigación
neurobiológica podría servirse de la modelización conexionista como fuente
generadora de hipótesis, en busca de fenómenos sugeridos en un determinado
modelo. A su vez, la investigación cognitiva podría servirse de la neurobiológica,
dado que en muchos casos sólo la investigación neurobiológica puede decidir cuál
de los diferentes modelos posibles con resultados similares es el más adecuado,
resolviendo así el problema de la equivalencia funcional a partir de la plausibilidad
biológica de los modelos. En segundo lugar el sistema nervioso sigue siendo para
muchas tareas el dispositivo más potente que se conoce. Así, no resulta extraño que
los modelos de redes neuronales hayan tenido éxito al copiar de nuestro cerebro una
arquitectura de procesadores funcionando en paralelo, y que este tipo de modelos
sea hoy extensamente utilizado en ingeniería para realizar tareas con objetivos que
nada tienen que ver con el conocimiento del sistema nervioso. Entonces, ¿por qué
no copiar también la estructura detallada de la neurona, del funcionamiento
sináptico o la arquitectura concreta de diferentes áreas del cerebro? La modelización
realista de diferentes estructuras cerebrales obliga a un esfuerzo para operacionalizar
a nivel algorítmico las ideas formuladas a nivel cualitativo sobre el funcionamiento
de esas estructuras del cual se enriquecen tanto científicos cognitivos como
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
neurocientíficos. Ya se han desarrollado modelos de funcionamiento del hipocampo
(Berger et al., 1993; Levy, 1989; Rolls, 1989), la corteza visual (Wang, Mathur y
Koch, 1990, Sejnowski y Nowlan, 1995), la corteza olfatoria (Granger y Lynch,
1989), el cerebelo (Gluck, Reifsnider y Thompson, 1990) o la corteza prefrontal
(Changeaux y Dehaene, 1993).
Son, sin embargo, los modelos simplificados los más habituales y los que han
dado su actual popularidad al conexionismo. Los desarrollados por Rumelhart,
McClelland y el grupo de investigación PDP se encuadran entre éstos. La defensa
básica de la utilización de modelos de cerebro simplificados se realiza desde la
ciencia cognitiva. McClelland, Rumelhart y Hinton (1986) lo dejan claro en el
capítulo introductorio a sus dos volúmenes: "Nosotros somos, después de todo,
científicos cognitivos, y los modelos PDP llegan a nosotros por razones psicológicas
y de computación." (p.11). Se trata, por tanto, de una cuestión de objetivos. No
obstante, hay una gran diferencia entre los modeladores de redes neuronales y otros
científicos cognitivos, que no conviene minimizar. Los creadores de redes
neuronales, aun las simplificadas, dan una gran importancia al parecido de éstas con
el sistema nervioso, mostrándose sensibles, hasta el límite que permitan los criterios
psicológicos y computacionales, con la información proveniente de él (Rumelhart y
McClelland, 1986; Bechtel y Abrahamsen, 1991).
A pesar de que, en general, los neurocientíficos son detractores de los modelos
simplificados, también hay defensores de la utilidad de estos modelos por parte de
científicos comprometidos con la neurociencia (p. ej., Sejnowski, Koch y
Churchland, 1988). Un argumento empleado por estos autores es que el sistema
nervioso tiene múltiples niveles de organización, cada uno con sus propiedades,
desde el nivel molecular hasta el de conexiones entre los grandes núcleos
encefálicos. Cada uno de estos niveles presenta un conjunto de propiedades
particulares, de forma que los niveles superiores pueden exhibir propiedades que no
estén presentes en los niveles más bajos. Las propiedades de los niveles superiores
podrían ser más fácilmente simulables en modelos simplificados que en modelos
realistas. De hecho, estos modelos conexionistas empiezan a extenderse en la
investigación neuropsicológica. Para este propósito, la construcción de modelos que
simulan adecuadamente procesos cognitivos superiores es sólo la primera parte del
trabajo. Posteriormente se aprovecha una característica que los modelos
conexionistas comparten con el cerebro, la degradación armónica (graceful
degradation) tras una lesión. Como el cerebro, cuando los modelos conexionistas
son dañados, la ejecución en la tarea sólo queda perjudicada parcialmente, en lugar
de perderse completamente. El deterioro en la ejecución es proporcional al número
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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de unidades y conexiones dañadas. Así, la segunda parte de esta modelización
neuropsicológica consiste en comparar la ejecución del modelo, dañado en algún
lugar concreto de su arquitectura, con la de pacientes con problemas
neuropsicológicos. Esta forma de investigación está arrojando muchos datos
importantes, con frecuencia contraintuitivos, sobre la explicación de problemas
neuropsicológicos (Farah, 1994; Plaut y Shallice 1994; Virasoro, 1993).
En este punto, podemos recordar y extender el argumento expuesto en el
apartado anterior, al hacer referencia a la estrategia que conduce del nivel
fisiológico al psicológico. Allí decíamos que el hecho de tomar como punto de
partida la sinapsis y la neurona establece un puente para la comunicación entre los
científicos comprometidos con el nivel psicológico y los comprometidos con el
nivel neurobiológico. En la modelización conexionista ocurre igual, aunque en este
caso el punto de partida aceptado y respetado por científicos de uno y otro ámbito es
el marco conexionista. Y esto porque, en definitiva, los elementos básicos de estos
modelos son las unidades y sus conexiones que, como hemos visto, representan a las
neuronas y las sinapsis. Sin duda, los psicólogos se sentirán más cómodos con
modelos simplificados y los neurobiólogos con modelos realistas, pero la puerta
para la comunicación está abierta merced al lenguaje común que supone el
conexionismo.
En un nivel distinto a los modelos simplificados y realistas situaríamos a los
modelos ingenieriles que, utilizando una arquitectura de procesamiento distribuida y
en paralelo, tienen como objetivo confeccionar sistemas inteligentes, útiles para
algún propósito, con despreocupación del grado de similaridad que tengan con el
funcionamiento del cerebro. En este punto nos sumamos a las palabras de Crick
(1989):
Construir una máquina que funcione (como un ordenador en paralelo) es un
problema de ingeniería. La ingeniería está, con frecuencia, basada en la ciencia,
pero su objetivo es diferente. Una buena obra de ingeniería es una máquina que
haga algo útil. Comprender el cerebro es, por otro lado, un problema científico. El
cerebro ha llegado hasta nosotros como el producto de una larga evolución. (p.
337).
Aunque Crick realiza esta afirmación en relación a cualquier modelo que no
sea realista, nosotros pensamos que es necesario distinguir entre los modelos
simplificados y los ingenieriles. Creemos que si los modelos realistas tratan con
problemas científicos, los simplificados también. Los modelos simplificados son
necesarios, e incluso previos para la confección de modelos realistas. Como
desarrollamos en el siguiente apartado, unos modelos y otros se situarían en lugares
diferentes entre los niveles algorítmico e implementacional de Marr (1982) y Marr
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
ya sugirió que el mejor camino en la explicación científica es resolver primero el
problema a nivel algorítmico antes de proceder a hacerlo a nivel implementacional.
En todo caso, la modelización simplificada no debe olvidar la advertencia de Crick
-no estamos interesados en saber cómo el cerebro podría funcionar, sino cómo lo
hace en realidad- para que modelos simplificados y realistas traten con el mismo
problema, el de la explicación de cómo las funciones mentales surgen del
funcionamento del cerebro.
3.2.2. Posición de los modelos conexionistas en los niveles de
explicación de Marr
David Marr (1982) defendió la existencia de tres niveles para la explicación de
un sistema de procesamiento de información: computacional, algorítmico e
implementacional. El nivel computacional hace referencia al tipo de función que el
sistema realiza. A este nivel, un tipo de tarea se caracteriza por su objetivo, la
función que realiza, sin importar los procesos. El nivel algorítmico es el que tiene
que ver con los procesos. Una misma tarea puede ser resuelta siguiendo diferentes
procesos o algoritmos. Es éste el nivel de discusión propio de la psicología (las
diferentes teorías explicativas de una tarea como el condicionamiento clásico, por
ejemplo). Por último, el nivel implementacional hace referencia al sustrato físico
sobre el que los algoritmos se llevan a cabo. A este nivel se situaría la neurobiología
del aprendizaje y la memoria.
Según Marr, estos niveles tienen una secuenciación en la resolución de un
problema. En primer lugar, es necesario identificar la función que realiza el sistema,
resolver la tarea a nivel computacional. Una vez respondido qué hace el sistema, la
siguiente cuestión es identificar los procesos o algoritmos que lleva a cabo el
sistema para resolver la tarea. Esta es la tarea a nivel algorítmico. Por último,
conociendo el algoritmo, la última cuestión es identificar el mecanismo en el que
físicamente puede llevarse a cabo. Los tres niveles gozan de autonomía, aunque no
completa. Por ejemplo, aunque hay un nivel propio de discusión psicológico, hay
restricciones provenientes del nivel computacional -una teoría debe desempeñar
correctamente la función para la que ha sido pensada- e implementacional -debe
poder ser ejecutada por nuestro cerebro-. Aunque lo normal es que el debate
científico se dé dentro de un nivel, la comunicación entre niveles es necesaria y útil,
pues los diferentes niveles están relacionados lógica y causalmente (Marr, 1982).
Los modelos conexionistas, en su formulación simplificada se situarían en el
nivel algorítmico, aunque, sin duda, más cercanos al nivel implementacional que
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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otras conceptualizaciones propias del nivel algorítmico, como las que se
desarrollaron desde el enfoque computacional de la mente que impulsó la revolución
cognitiva. Los modelos realistas estarían tan comprometidos con el nivel
algorítmico como con el nivel implementacional, dado que, por un lado, utilizan
algoritmos para resolver la tarea para la cual han sido diseñados y, por otro,
introducen en los algoritmos las restricciones provenientes de la máquina donde se
llevan a cabo.
La cooperación entre los distintos niveles era vista por Marr como un elemento
imprescindible para el desarrollo tanto de neurociencias como de ciencias
cognitivas. Pensamos que esta colaboración encuentra un marco óptimo en los
modelos conexionistas, que aportan un lenguaje común a los niveles algorítmico e
implementacional. Por su compromiso con la arquitectura del sistema nervioso,
tanto los modelos simplificados como los realistas se sitúan entre el nivel
algorítmico y el nivel implementacional, ocupando posiciones diferentes en el
espacio que los separa. El conexionismo ha venido a reducir las distancias entre
ambos niveles de explicación propuestos por Marr.
La colaboración entre los niveles algorítmicos e implementacional a través de
los modelos conexionistas se produce en las dos direcciones: el nivel algorítmico se
beneficia del nivel implementacional y viceversa. El nivel algorítmico puede
encontrar soluciones derivadas del conocimiento proveniente del nivel
implementacional. Ya hemos comentado que, con frecuencia, los modeladores se
encuentran con algoritmos alternativos para una misma función, que, sin embargo,
tienen diferentes consecuencias a nivel implementacional. El conocimiento
neurobiológico, en este caso, debe decidir cuál de las diferentes formas de
implementación es consistente con el conocimiento del sistema nervioso, y así cuál
de los algoritmos alternativos es más adecuado. En esta misma línea argumental, es
posible que las posibilidades de procesamiento del cerebro dependan de
características peculiares de la transmisión de información sináptica que queden
fuera de los modelos simplificados. En este caso, la información neurobiológica
sería muy relevante para la creación de redes neuronales con la capacidad
computacional necesaria para dar cuenta de determinados procesos. El nivel
implementacional se convertiría en una fuente de hipótesis utilizables a nivel
algorítmico.
En realidad, ya hemos visto un ejemplo concreto de conocimiento obtenido a
nivel implementacional directamente aplicable a nivel algorítmico. Vimos que el
mecanismo de plasticidad sináptica responsable del condicionamiento clásico en
Aplysia era la facilitación activodependiente de la actividad presináptica, a lo que
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
llamamos sinapsis tipo Kandel. Además de ser un mecanismo de plasticidad
sináptica descubierto en el sistema nervioso, la sinapsis tipo Kandel especifica las
condiciones de actividad necesarias entre varias neuronas para que la eficacia
sináptica se vea modificada. Esta idea es directamente formalizable como una regla
de aprendizaje, al igual que la regla de Hebb o la regla delta. Los modeladores de
redes conexionistas podrían utilizar esta regla en sus modelos, simplificados y
realistas, y explorar sus posibilidades computacionales.
Por supuesto, la modelización conexionista puede también inspirar la
investigación neurobiológica. Los algoritmos desarrollados por estos modelos se
basan en determinados supuestos sobre la naturaleza de las neuronas y sinapsis que,
con frecuencia, se sabe que son falsos. Pero, también, con frecuencia simplemente
no se conocen mecanismos similares en el sistema nervioso. En este sentido, los
modelos conexionistas proporcionan nuevas líneas de investigación, al sugerir
diferentes maneras en que el sistema nervioso podría funcionar y derivar nuevas
predicciones. Un ejemplo de esto es la propagación de la actividad hacia atrás en las
redes conexionistas. Aunque es bien conocido que las neuronas propagan su
activación sólo en una dirección, la potencia computacional de la propagación hacia
atrás ha hecho que los neurobiólogos lleven años buscando tanto un mensajero
retrógrado en la neurotransmisión como mecanismos alternativos que puedan dar
cuenta del flujo de información hacia atrás en las sinapsis, y de hecho, ya se han
encontrado algunas evidencias de la existencia de mensajeros retrógrados (ver
capítulo III), así como mecanismos alternativos de propagación hacia atrás
compatibles con el conocimiento de nuestro sistema nervioso (Gardner, 1993b).
En definitiva, dentro de los niveles que Marr vislumbró para el estudio de la
cognición, los modelos conexionistas ocupan una posición importante entre los
niveles algorítmico e implementacional. De una u otra manera acercan estos dos
niveles y se constituyen en un vehículo de relación entre ambos.
3.3. La regla de aprendizaje, la potenciación a largo plazo y
el receptor NMDA
Aunque desde la perspectiva neurobiológica se asume desde los trabajos de
Ramón y Cajal que las sinapsis son la base de la memoria y que la plasticidad
sináptica de éstas está en la base del aprendizaje, el homólogo de la plasticidad en
los modelos conexionistas, la regla de aprendizaje, es uno de los elementos más
críticos de estos modelos, y en particular de la analogía entre éstos y el modo en que
opera el sistema nervioso. Existen diferentes reglas de aprendizaje utilizadas en los
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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modelos conexionistas, siendo las más comunes la regla delta y la regla de Hebb. La
regla delta fue descrita por primera vez por Widrow y Hoff (1960), y es
formalmente equivalente a la regla de Rescorla y Wagner (1972) asumiendo ciertos
supuestos (Sutton y Barto, 1981). Lo que la regla delta hace es computar un error
-entre el estado de activación que efectivamente tienen las unidades de salida y el
que deberían tener según una retroalimentación correctora (teaching input) aplicada
a esas unidades-. La regla delta va acompañada habitualmente -cuando la red tiene
unidades ocultas, que es lo más común- de la propagación del error hacia las
unidades previas -unidades ocultas y de entrada- de manera que se actualicen los
pesos entre las unidades con objeto de minimizar el error. Esta generalización de la
regla delta recibe el nombre de regla de propagación hacia atrás. Ya hemos
adelantado que la regla de propagación hacia atrás presenta problemas de
plausibilidad biológica. Ni se conocen mecanismos en el sistema nervioso que
computen errores, ni mecanismos que propaguen la activación hacia atrás, ni
mecanismos que actúen a modo de retroalimentación correctora (Gardner, 1993b).
Otra regla utilizada en la modelización conexionista es la regla de Hebb, que
ya expusimos en la primera parte del capítulo. La regla de Hebb, a diferencia de la
regla delta, no posee problemas de plausibilidad biológica. Además, posee una
característica fundamental, y raramente destacada. La regla de Hebb implica un
mecanismo de asociación en tiempo real (Klopf, 1988). La modificación en la
eficacia sináptica requiere la coincidencia en el tiempo de la actividad pre- y
postsináptica. Un mecanismo así enfatiza la importancia de la relación temporal
entre las estimulaciones, supuesto básico del aprendizaje asociativo. Además, la
regla de Hebb se acerca así a la noción de mecanismo físico, dado que un
mencanismo opera necesariamente en tiempo real. Por contra, para reglas como la
propagación hacia atrás el tiempo tiene sólo una dimensión ordinal, en tanto que las
entradas, salidas, entradas de retroalimentación correctora y las señales error
producidas por el sistema tienen una secuencialidad en su procesamiento por parte
de la red. En realidad la propagación hacia atrás es una regla de aprendizaje en un
sentido muy diferente a la regla de Hebb. Es, simplemente, una abstracción
matemática para optimizar el peso de las conexiones de la red de forma que la
función de salida real sea lo más parecida posible a la función de salida deseada.
Debe ser considerada más como una herramienta matemática -como la regresión
lineal- que como la descripción del funcionamiento de un mecanismo físico
(Lockery y Sejnowski, 1993). La regla de Hebb, por tanto, parece estar más cerca de
un mecanismo biológico asociativo que realmente posea nuestro sistema nervioso.
Es más propio de la modelización realista. Por su parte, la regla de la propagación
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
hacia atrás, aunque se aleja de un mecanismo plausible en el sistema nervioso, se
muestra más potente computacionalmente. Está más cerca de la modelización
simplificada.
Además de la ventaja que supone la plausibilidad biológica de la regla de
Hebb, o quizás por ello, recientemente se ha encontrado una forma de plasticidad
sináptica en el hipocampo implicada en el aprendizaje que opera según ese
algoritmo. Se trata de la potenciación a largo plazo (PLP). Si bien la regla de Hebb
estaba originalmente formulada en términos neurobiológicos, hasta el conocimiento
de la PLP no se había identificado un mecanismo isomórfico en el sistema nervioso.
Así, su supervivencia hasta nuestros días ha dependido más de la buena aceptación
entre psicólogos y estudiosos del aprendizaje del principio funcional que en ella
subyace. De hecho, para los psicólogos del aprendizaje, la regla de Hebb es
entendida como el fortalecimiento de la conexión entre dos unidades como
consecuencia de su activación conjunta. Es, por tanto, el nivel algorítmico el que ha
permitido la pervivencia de la regla de Hebb. Así, su extrapolación a las redes
neuronales ha sido inmediata, con la forma: el peso de la conexión entre dos
unidades puede incrementar o disminuir en proporción directa al producto de sus
activaciones (Bechtel y Abrahamsen, 1991). Esto es representado por la función:
wui = au ai,
donde el incremento de los pesos de conexión entre las unidades u e i (wui) sería
igual al producto de una constante que especifica la cantidad de aprendizaje por
cada ensayo (), por la activación de la unidad u (au) y la activación de la unidad i
(ai) (otros algoritmos basados en la regla de Hebb pueden encontrarse en Brown,
Kairiss y Keenan, 1990; y Sejnowski y Tesauro, 1989).
Nótese que la formulación de Bechtel y Abrahamsen de la regla de Hebb
considera tanto la posibilidad del aumento como de la disminución de la fuerza de
conexión entre dos unidades. Esto es porque Bechtel y Abrahamsen hacen una
interpretación correlacional, más que conjuntiva de la regla de Hebb. En realidad,
Hebb no dejó claro si el mecanismo que proponía era un mecanismo de conjunción
de actividad pre- y postsináptica, o un mecanismo por el que se requiriese una
correlación positiva entre ambas actividades (la regla de Hebb hace referencia a que
la célula A repetida o persistentemente excita a la célula B). En el primer caso se
habla de sinapsis conjuntiva y en el segundo de sinapsis correlacional (Brown,
Kairiss y Keenan, 1990). Stent (1973) desarrolló la regla de Hebb a partir de la
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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concepción correlacional, y extendió consecuentemente la regla para que pudiese
dar cuenta de las correlaciones negativas: "Cuando el axón presináptico de una
célula A repetida y persistentemente falla para excitar una célula postsináptica B, en
tanto que la célula B está disparando bajo la influencia de otros axones
presinápticos, tiene lugar algún proceso de crecimiento o cambio metabólico en una
o ambas células, de manera que la eficacia de A como una de las células que excita
a B disminuye". Esta regla ha sido utilizada en modelos conexionistas, bajo el
nombre de regla de la covarianza (Sejnowski, 1977; Sejnowski y Stanton, 1990).
Posteriormente se ha encontrado una forma de disminución de la eficacia sináptica
que sigue esta extensión de la regla de Hebb. A partir de estudios en los que se
pretendía inducir PLP, se observó que aferencias que se mantenían inactivas al
tiempo que otras estaban activas en conjunción con las neuronas postsinápticas
sufrían una posterior depresión en su eficacia sináptica, en tanto que las que se
mantenían activas quedaban potenciadas (Andersen et al., 1977). Esta depresión, al
igual que la PLP, es de larga duración, por lo que recibe el nombre de depresión a
largo plazo (DLP). Dado que, además de la sinapsis deprimida, interviene otra
sinapsis, se habla de DLP heterosináptica.
Además de esta DLP, otra forma de DLP ha sido encontrada en el sistema
nervioso vertebrado (Ito y Kano, 1982). A diferencia del caso anterior, en éste se
produce DLP debido a la activación conjunta del terminal presináptico y
postsináptico. En realidad es el mismo requerimiento de la regla de Hebb, y el que
produce PLP, sólo que el resultado es el contrario. Esta forma de aplicación de la
regla de Hebb es conocida como regla anti-hebbiana (Baxter y Byrne, 1993; Palm,
1982). No obstante, aunque el resultado sea el inverso, el algoritmo que produce la
disminución de la fuerza de conexión es el de la regla de Hebb. Conserva, por tanto,
sus virtudes: plausibilidad biológica y ser un mecanismo asociativo en tiempo real.
Esta forma de DLP es conocida como DLP homosináptica, porque para su
desarrollo no interviene ninguna otra sinapsis. PLP y DLP son, pues, formas de
plasticidad sináptica que operan bajo un mismo algoritmo, hebbiano, al menos en
algunas de sus formas. Recientemente, además, se ha sugerido que el umbral de
activación necesario para que se produzca cada tipo de plasticidad sináptica es
interdependiente, de forma que existiría cierto equilibrio dinámico esencial para la
función que cada forma de plasticidad desempeña en el circuito en el que se halla
inmersa (Stanton, 1996).
Recapitulando, la regla de Hebb posee una gran ventaja sobre la regla delta,
dado que no presenta problemas de plausibilidad biológica y es un dispositivo que
opera asociativamente en tiempo real. Posiblemente por ello, se ha encontrado una
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
forma de plasticidad sináptica que obedece fielmente a las condiciones postuladas
por Hebb para el incremento de la eficacia sináptica, la PLP. Además, otras formas
de plasticidad sináptica encontrada en vertebrados que dan cuenta de la disminución
en la eficacia sináptica (DLP) pueden ser concebidas como extensiones de la regla
de Hebb. Sin duda, la razón por la que la regla delta, y más concretamente la regla
de propagación hacia atrás es preferida a la de Hebb en la modelización no tiene que
ver con su plausibilidad biológica, sino con la potencia computacional que aquélla
posee. Sin embargo, esto también está cambiando. Los modeladores están haciendo
un esfuerzo por dotar al mecanismo básico postulado por Hebb de mayor potencia
computacional, y empiezan a desarrollarse modelos que, empleando la regla de
Hebb, y basados en la arquitectura y funcionamiento de máquinas de Boltzmann
deterministas (Hinton, 1989), están consiguiendo resultados similares a la regla de
propagación hacia atrás (Plaut y Shallice, 1994).
Respecto a formas de plasticidad que supongan un incremento de la eficacia
sináptica de larga duración, las únicas formas de plasticidad encontradas en el
sistema nervioso que requieren una relación temporal específica entre la activación
de dos neuronas son la ya comentada facilitación activodependiente de la actividad
presináptica, descubierta en Aplysia, y la PLP. La PLP es, por su parte, la única
descubierta en el sistema nervioso vertebrado. Además, el hecho de haber sido
descubierta en el hipocampo, la estructura cerebral más relacionada con el
aprendizaje y la memoria, hacen de ella una forma de plasticidad ideal para ser
implicada en estos procesos. Dado que los modelos conexionistas operan a través de
asociaciones, desde el descubrimiento de la PLP la regla de Hebb posee un atractivo
adicional para la modelización conexionista. Simétricamente, la PLP tiene un valor
adicional al de ser una forma de plasticidad sináptica implicada en el aprendizaje
por el hecho de operar bajo el algoritmo propuesto por Hebb.
La PLP posee un conjunto de características que, a nivel teórico, resultan muy
sugerentes para ser considerada como un mecanismo de plasticidad sináptica
implicado en procesos de aprendizaje asociativo en el cerebro de los vertebrados
(capítulo III). Desde el punto de vista de las relaciones entre el nivel algorítmico y el
nivel implementacional la más llamativa de estas características es que la
producción de PLP depende de la activación conjunta del terminal presináptico y
postsináptico. Esta asociatividad hebbiana que caracteriza a la PLP se explica por
las características de una molécula, el receptor NMDA (un tipo de receptor de
aminoácidos excitatorios), del cual depende la producción de PLP (recordemos que,
similarmente, la asociatividad de la facilitación activodependiente de la actividad
presináptica durante el condicionamiento clásico en Aplysia dependía de las
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Plasticidad sináptica y aprendizaje
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propiedades de otra molécula, la adenilciclasa). El receptor NMDA no se activa con
el disparo de la neurona presináptica, como es habitual en los receptores
postsinápticos, sino que requiere que la llegada de neurotransmisor del terminal
presináptico coindida en el tiempo con una despolarización de cierta magnitud en la
neurona postsináptica7 (capítulo III). Como acabamos de describir, éste es el
requerimiento básico de la regla de Hebb. Así, la PLP y el receptor NMDA pueden
concebirse como una forma de plasticidad sináptica y como el mecanismo que la
posibilita, respectivamente, que acercan las redes neuronales a las verdaderas redes
de neuronas allí donde en la metáfora se encuentran más alejadas: en la regla de
aprendizaje. En el próximo capítulo estudiaremos el receptor NMDA y en el
siguiente la PLP y su relación con el aprendizaje y la memoria.
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El potencial de acción es el disparo de una neurona (presináptica). En la neurona postsináptica,
despolarización es equivalente a excitación e hiperpolarización equivalente a inhibición.
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CAPÍTULO II. EL RECEPTOR NMDA Y SU ANTAGONISTA NO
COMPETITIVO KETAMINA
1. El receptor NMDA
1.1. Tipos de receptores de aminoácidos excitatorios
1.2. Caracterización del receptor NMDA
1.2.1. Distribución y estructura del receptor NMDA
1.2.2. Propiedades del receptor NMDA
1.2.2.1. El efecto del Mg2+
1.2.2.2. El canal de Ca2+
1.2.2.3. Modulación por glicina
1.2.2.4. Antagonistas competitivos
1.2.2.5. Antagonistas no competitivos
2. La ketamina
2.1. La ketamina como antagonista del receptor NMDA
2.2. Farmacodinámica de los efectos conductuales de la ketamina
2.3. El efecto de la ketamina sobre la potenciación a largo plazo
2.4. Otros efectos de la ketamina
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Capítulo II
El receptor NMDA y su antagonista no
competitivo ketamina
1. El receptor NMDA
1.1. Tipos de receptores de aminoácidos excitatorios
Establecer una clasificación simple de los receptores de aminoácidos
excitatorios (AAE) es difícil, debido a la gran evolución que estas clasificaciones
han tenido desde el descubrimiento de estas sustancias como neurotransmisores. De
hecho, desde finales de los ochenta se ha producido una revolución en la
clasificación tradicional, como consecuencia del cambio de nomenclatura de los
receptores quisqualato a receptores AMPA y del descubrimiento de los receptores
metabotrópicos. Esto hace que unas categorías estén muy bien asentadas (p. ej.,
receptores NMDA), en tanto que de otras todavía se esperen cambios. Por esto
hemos preferido hacer un pequeño repaso de esta evolución, que pueda dar una idea
de la estabilidad de cada uno de los tipos de receptores de AAE, más que una
clasificación intemporal.
La función de los aminoácidos excitatorios como neurotransmisores se conoce
desde la década de los cincuenta. Los primeros descubrimientos implicaron a dos
aminoácidos, L-glutamato y L-aspartato, y mostraron, en primer lugar, un efecto
convulsivo de estos AAEs en el cerebro (Hayashi, 1954) y posteriormente un más
preciso efecto despolarizador, y consecuentemente excitatorio, en neuronas
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
individuales del sistema nervioso central (SNC) (Curtis, Phillis y Watkins, 1959).
En la actualidad, aunque se conocen más de cien AAEs, el glutamato es el más
importante de todos ellos, siendo el neurotransmisor excitatorio más extendido en el
SNC (Watkins, Krogsgaard-Larsen y Honoré, 1990). En todos estos aminoácidos, es
frecuente que el isómero L sea más potente que el isómero D 8. En adelante, si no se
hace referencia a lo contrario, al mencionar el glutamato o el aspartato se hará
referencia al isómero L9.
Descubierto el neurotransmisor, el siguiente paso es descubrir el receptor. El
primer indicio de que podían existir más de un tipo de receptor para los AAEs fue el
descubrimiento de que el L-glutamato excitaba con diferente potencia en relación a
otros AAEs en función de la región del tálamo en que se suministraran (McLennan,
Huffman y Marshall, 1968). Posteriormente, Duggan (1974) encontró que el Laspartato y el L-glutamato tenían diferente eficacia para excitar neuronas
dependiendo del lugar de la médula espinal en que se probaran. Estas observaciones
sugirieron la posibilidad de que diferentes AAEs actuaran sobre diferentes
receptores, que estarían distribuidos de manera distinta en el SNC.
La estrategia común en la búsqueda del receptor responsable de la acción de
un neurotransmisor suele conllevar varios pasos. El primero es la búsqueda de otras
sustancias que activen (agonista) la acción de ese receptor mediante su unión a él al
poseer propiedades estereoespecíficas similares a las del neurotransmisor. En la
identificación del receptor es también importante encontrar sustancias que bloqueen
la acción del receptor, bien porque ocupan el mismo lugar al cual el transmisor
debería acoplarse (antagonista competitivo), bien actuando por otros mecanismos
(antagonista no competitivo). Por último, la interacción de agonistas y antagonistas
juega un papel fundamental en la identificación del receptor.
Respecto a la identificación de receptores de AAEs, McCullock, Johnston,
Game y Curtis (1974) propusieron que si realmente existían diferentes receptores
para diferentes AAEs, sustancias que fueran conformacionalmente más restringidas
que el glutamato y el aspartato deberían interaccionar más específicamente con el
receptor. En definitiva, plantearon una búsqueda de agonistas para estos receptores.
8 Dos compuestos son isómeros cuando tienen la misma composición molecular, y se diferencian por el orden
en el que están dispuestos los átomos o por la distribución que éstos tienen en el espacio. Esta última forma
de isomería, llamada estereoisomería, es la que explica la diferente capacidad de dos isómeros para unirse a
un receptor.
9 Esta terminología obedece a una notación estereoquímica en desuso. En la moderna notación, la forma L se
corresponde con (S) y la forma D con (R), aunque esta correspondencia no es perfecta (Jane, Olverman y
Watkins, 1994). Nosotros utilizamos la notación antigua, por corresponderse con la utilizada en la mayoría de
los trabajos que citamos sobre aprendizaje y potenciación a largo plazo.
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El receptor NMDA y la ketamina
49
Bajo esta lógica, McCullock y colaboradores utilizaron dos aminoácidos que habían
sido sintetizados recientemente y probaron su efectividad para excitar dos zonas de
la médula espinal donde el glutamato y el aspartato habían mostrado tener diferente
eficacia. Estas sustancias fueron un análogo del aspartato que había sido sintetizado
recientemente (Watkins, 1962), el ácido N-Methyl-D-aspartate (NMDA), y más
concretamente su forma ácida, el ácido N-methyl-D-aspártico, y el ácido kaínico.
Según el trabajo de Watkins, el NMDA mostró ser hasta 100 veces más potente que
el glutamato. Las diferencias de excitación en estas zonas ante la aplicación de
kainato y de NMDA fueron mayores que las que se habían encontrado entre
glutamato y aspartato. Esto daba apoyo a la idea de que existían dos tipos de
receptores, que mostraban preferencia por kainato y por NMDA. Muy poco después
un tercer aminoácido, el ácido quisquálico, entró en escena. Shinozaki y Shibuya
(1976) mostraron que en la unión neuromuscular de insectos, el quisqualato era más
potente que el kainato, en tanto que en el SNC de los mamíferos tenían igual
potencia. Esto sugería un tercer tipo de receptor, que se distribuía de manera
diferente en la unión neuromuscular de insectos y en el SNC de mamíferos.
También en esas fechas comenzaron a surgir evidencias de diferentes
respuestas a antagonistas. Sirva como ejemplo que Haldemann y McLennan (1972)
mostraron que el antagonista ester dietil ácido L-glutámico (GDEE) era más eficaz
antagonizando las respuestas al glutamato que al aspartato, de nuevo sugiriendo que
estas respuestas estaban mediadas por receptores diferentes. El conjunto de
evidencias que se fue acumulando con agonistas y antagonistas sugería de manera
clara la existencia de diferentes tipos de receptores. No obstante, la primera
separación clara entre receptores de AAEs no surgió hasta que se probaron varios
antagonistas en presencia de diferentes agonistas. Concretamente, se probaron tres
tipos de antagonistas: Mg2+ y otros cationes divalentes, análogos al D-glutamato
como el D--aminoadipato (D-AA) y el antagonista 3-amino-1-hydroxypyrrolidona (HA-966). Estas sustancias ya habían mostrado ser capaces de
antagonizar los efectos del glutamato y el aspartato (p.ej., Davies y Watkins, 1972).
Lo que realmente resultó novedoso fue su aplicación junto a los tres agonistas
descritos: NMDA, kainato y quisqualato. El patrón de resultados producido por
estos tres grupos de antagonistas ante las respuestas producidas por los agonistas fue
prácticamente idéntico: una potente depresión de las respuestas elicitadas por
NMDA y una prácticamente ausencia de efecto ante las respuestas generadas por
kainato y quisqualato (p. ej., Davies y Watkins, 1977; Biscoe, Davies, Dray et al.,
1977; ver Watkins et al., 1990; y Watkins, 1994, para una exposición completa de
estos resultados). Debido a la especificidad que mostraban las respuestas al agonista
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
NMDA para ser antagonizadas por los antagonistas citados, las respuestas al NMDA
que fueron suprimidas por los antagonistas se consideraron mediadas por receptores
NMDA. Las respuestas a los agonistas kainato y quisqualato se consideraron
mediadas por receptores distintos al NMDA. Así, la primera división entre
receptores de AAEs fue, a finales de los años 70, entre receptores NMDA y
receptores no-NMDA.
Poco tiempo después los receptores no-NMDA se dividieron en receptores
kainato y quisqualato. Así, la clasificación más clásica de receptores de AAEs
comprende estas tres categorías: receptores NMDA, kainato y quisqualato. Como
hemos visto, los aminoácidos quisqualato y kainato habían mostrado tener potencias
diferentes para producir respuestas dependiendo del tejido en el que se
administraran (Biscoe et al., 1976). Asimismo, y siguiendo la estratagia que sirvió
para la separación entre receptores NMDA y no-NMDA, las respuestas generadas
por el quisqualato y el kainato fueron sensibles en grados diferentes a la acción de
diversos antagonistas (Watkins y Evans, 1981). No obstante, estas diferencias
fueron más débiles y menos fiables que en el caso anterior. Además, estudios sobre
los lugares de unión de estos agonistas mostraron que el quisqualato no es un
agonista específico para un tipo de receptor, mostrando también afinidad por los
receptores kainato (Foster y Fagg, 1984). Así, la división, dentro de los receptores
no-NMDA, entre receptores kainato y quisqualato ha sido, y es, más controvertida.
Algunos autores, incluso mantienen en la actualidad una clasificación provisional
que considere tan sólo a los receptores NMDA y a los no-NMDA (Salt, 1994).
Más recientemente, un análogo del quisqualato, el -amino-3-hydroxy-5methyl-4-isoxazolepropionate (AMPA) ha venido a cubrir el puesto del quisqualato,
mostrando una menor afinidad que éste por los lugares de unión del kainato
(Krogsgaard-Larsen, Honoré, Hansen et al., 1980). Este aminoácido ha dado nombre
al receptor, que muestra mayor afinidad por el AMPA que por el quisqualato, y
recientemente se ha propuesto el cambio de nomenclatura de receptores quisqualato
a receptores AMPA (Foster y Fagg, 1988; Monaghan, Bridges y Cotman, 1989).
Así, son NMDA, AMPA y kainato los receptores de AAEs, siendo el receptor
AMPA heredero del antiguo quisqualato. No obstante, la distinción entre NMDA y
los otros dos tipos de receptores es la más clara, lo que hace que se hable, como
hemos visto, de receptores NMDA y no-NMDA (Salt, 1994) o de receptores NMDA
y AMPA/kainato (Nakanishi, Masu, Bessho et al., 1994).
Este conjunto de receptores (NMDA, AMPA y kainato) son conocidos como
receptores ionotrópicos, debido a que producen su acción en la neurona
postsináptica mediante la apertura de un canal como consecuencia directa de su
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El receptor NMDA y la ketamina
51
interacción estereoespecífica con el receptor10. Recientemente, se ha descubierto
otro receptor que actúa acoplado a un sistema de segundos mensajeros, por lo que es
conocido como receptor metabotrópico. Esto ha llevado a una revolución en la
nomenclatura de los receptores de AAEs, como se observa en las revisiones de
Foster y Fagg (1988) y Monaghan et al. (1989), titulada la primera “Nomenclatura
de receptores de aminoácidos: tiempo para un cambio”. Este cambio en la
nomenclatura de AAEs incluye el cambio de nombre de quisqualato a AMPA, y la
inclusión del nuevo receptor metabotrópico y un quinto receptor, llamado L-AP4.
En muy pocos años, merced fundamentalmente al trabajo de Nakanishi y su grupo,
se está produciendo una nueva revolución en la clasificación de estos receptores. Ya
se conocen siete tipos de receptores metabotrópicos, uno de los cuales es el receptor
L-AP4, que figuraba como un receptor independiente (Nakanishi, 1992). Asimismo,
el grupo de Nakanishi, a partir de la caracterización molecular del receptor NMDA,
ha propuesto una división dentro de los receptores NMDA en cuatro tipos,
dependiendo de las subunidades que lo componen (para una exposición de los
receptores metabotrópicos y los subtipos de receptores NMDA ver Nakanishi, 1992;
Nakanishi et al., 1994).
En conclusión, en la actualidad existen tres tipos de receptores ionotrópicos de
aminoácidos excitatorios: NMDA, AMPA y kainato. De éstos, el más claramente
diferenciado es el receptor NMDA. En la actualidad se está trabajando sobre una
familia de receptores metabotrópicos, así como en la división del receptor NMDA
en varios subtipos. Otro punto a tener en cuenta es que ni el glutamato ni el
aspartato, ni niguno del resto de AAEs existentes en forma natural en nuestro
sistema nervioso son agonistas específicos de un tipo de receptor. Tanto glutamato
como aspartato son agonistas mixtos de, al menos, los tres receptores principales
(Watkins et al., 1990). No obstante, al ser el glutamato el aminoácido excitatorio
más importante en el SNC, con frecuencia se hace referencia, y así haremos
nosotros, a estos receptores como receptores del glutamato, en lugar de como
receptores de AAEs.
10
La unión del neurotransmisor al receptor produce la apertura de canales iónicos en la membrana de la
neurona que provocan una leve despolarización o hiperpolarización, y así un potencial postsináptico
excitatorio (PPE) o inhibitorio (PPI), respectivamente. La apertura del canal se puede producir bien como
consecuencia directa de la interacción entre el transmisor y el receptor (receptores ionotrópicos), bien a través
de un complejo sistema de segundos mensajeros, que finaliza con la apertura del canal (receptores
metabotrópicos). Conviene recordar que la diferencia de potencial entre una neurona y el exterior es de
aproximadamente -60 mV. El disparo de la neurona se produce a -40 mV aproximadamente. Por eso, una
despolarización tiende a excitar a la neurona, y una hiperpolarización tiende a inhibirla.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
1.2. Caracterización del receptor NMDA
1.2.1. Distribución y estructura del receptor NMDA
La estructura con mayor densidad de receptores NMDA en el cerebro es,
claramente, el hipocampo. Más específicamente, de las tres áreas principales en que
el hipocampo puede dividirse, CA1, CA3 y giro dentado, las de más alta
concentración en receptores NMDA son CA1 y giro dentado. Otras áreas del
cerebro con una alta concentración de receptores NMDA son el tálamo, el bulbo
olfatorio y la corteza cerebral. Sin embargo, en estas áreas la densidad de receptores
NMDA es aproximadamente la mitad de la observada en el hipocampo (Monaghan
y Cotman, 1985).
Los estudios actuales sobre la composición molecular del receptor NMDA
indican que el receptor está compuesto por dos subunidades: NMDAR1 y
NMDAR2. La segunda subunidad puede presentar cuatro variantes, llamadas
NMDAR2A-NMDAR2D (Moriyoshi, Masu, Ishii et al., 1991). En función de esta
segunda subunidad se puede establecer una clasificación de los receptores NMDA.
No obstante, la subunidad que da las características funcionales definitorias del
receptor NMDA es la NMDAR1, y respecto a ella no cambian los distintos tipos de
receptores NMDA. Nosotros no vamos a detenernos en la composición molecular
del receptor NMDA (para una exposición detallada de la caracterización de ambas
subunidades ver Seeburg, Monyer, Sprengel y Burnashev, 1994), y sí en la
caracterización fisiológica y funcional del receptor.
Los modelos más básicos que pueden elaborarse para dar cuenta de las
diferentes características del receptor NMDA ven al receptor como un complejo con
varios lugares de unión. Estos modelos suponen que en una unidad (probablemente
NMDAR1) haya, al menos, un lugar de unión para un aminoácido excitatorio (p. ej.,
glutamato) y un lugar de unión para la glicina, que actuaría como coagonista, con
efectos moduladores sobre el receptor. El canal iónico estaría uniendo la unidad
anterior con la segunda (probablemente NMDAR2), y dentro del canal habría, al
menos, un lugar de unión para el magnesio (Mg2+), y un lugar de unión para la
penciclidina (PCP). Estudios recientes parecen mostrar que el lugar de unión PCP
estaría, aunque orientado hacia el interior del canal, formando parte de la subunidad
NMDAR1 (Moriyoshi et al., 1991). El canal serviría, una vez abierto, para dar paso
hacia el interior celular al calcio (Ca2+) y al sodio (Na+), y para permitir la salida de
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El receptor NMDA y la ketamina
53
potasio (K+) de la célula. En la figura 2.1 puede apreciarse una representación
esquemática de este modelo.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
A
glutam ato
NM DA
AP5
glicina
m edio extracelular
PCP
ketam ina
M K-801
Mg
2+
m edio intracelular
canal iónico cerrado
+
B
Na Ca
2+
glicina
glutam ato
m edio extracelular
m edio intracelular
K
+
canal iónico abierto
C
glutamato
glicina
m edio extracelular
PCP
Mg
2+
m edio intracelular
canal iónico bloqueado
Figura 2.1. Esquema del complejo receptor-NMDA. Se representan los lugares de unión del
agonista (glutamato o NMDA) o del antagonista competitivo (AP5, por ejemplo), el lugar de acción
2+
de la glicina y los lugares dentro del canal donde muestran afinidad el Mg y los antagonistas no
competitivos como el PCP o la ketamina. Todos estos lugares de unión se encuentran en la
subunidad NMDAR1. El canal iónico se encuentra uniendo esta subunidad con la NMDAR2. (A) se
representa el canal cerrado, al estar ausentes del lugar de unión tanto el glutamato como la glicina.
(B) El canal está abierto al estar ocupado el lugar de unión del agonista por glutamato o NMDA y el
lugar de unión de la glicina. (C) El canal está abierto, pero bloqueado.
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El receptor NMDA y la ketamina
55
A partir de este conjunto de características, vamos a ver algunos aspectos
relacionados con el funcionamiento del receptor. En concreto, el efecto bloqueador
que el Mg2+ tiene sobre el receptor, las peculiaridades del canal de Ca2+ y el lugar de
unión para la glicina, y terminaremos con una exposición del modo de acción de los
antagonistas no competitivos que actúan sobre el lugar de unión PCP y con una más
breve de los antagonistas competitivos (que actúan sobre el lugar de unión del
transmisor).
1.2.2. Propiedades del receptor NMDA
1.2.2.1. El efecto del Mg2+
Vimos en el apartado anterior que el Mg2+ era uno de los antagonistas que
resultó crítico en la distinción definitiva entre receptores NMDA y otros receptores
del glutamato. El Mg2+ permitía bloquear las respuestas producidas por el NMDA,
pero no las producidas por otros aminoácidos, como el kainato o el quisqualato
(Evans, Francis y Watkins, 1977). Aunque desde entonces se conocía que el Mg2+
actuaba como un antagonista específico y no competitivo de receptores NMDA, se
desconocía su mecanismo de acción.
Con el desarrollo de nuevas técnicas para medir la corriente de iones en una
neurona, como la fijación de grapa (patch-clamp) y la fijación de voltaje (voltageclamp), comezó a arrojarse luz sobre el mecanismo por el que operaba el Mg2+. Así,
se descubrió que en presencia de Mg2+ en el medio extracelular, las estimulaciones
del receptor con NMDA o con glutamato producían una secuencia típica de rápidas
aperturas y cierres del canal asociado al receptor. Sin embargo, en ausencia del
Mg2+, estos agonistas producían una sola apertura, de larga duración (Nowak,
Bregestovski, Ascher et al., 1984). Así, los rápidos cierres del canal durante la
estimulación con agonistas estaban provocados por el Mg2+, que parecía bloquear el
canal intermitentemente. En principio, este bloqueo intermitente podría estar
motivado por dos razones: bien porque las moléculas de Mg2+ se movieran alrededor
de la entrada del canal, tapándolo ocasionalmente; bien porque estas moléculas
entraran en el canal y lo bloquearan temporalmente en tanto avanzan hacia el
interior.
Posteriormente se han precisado las condiciones bajo las cuales este
antagonismo funciona, y esto ha apoyado la segunda de las alternativas expuestas.
Se ha mostrado que el bloqueo del canal por parte del Mg2+ es dependiente de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
voltaje, de forma que a mayor polarización de la neurona postsináptica, mayor
bloqueo por parte del Mg2+. Con un potencial de membrana postsináptico más
negativo de -30 mV aproximadamente, la presencia de Mg2+ antagoniza las
estimulaciones producidas por NMDA. El bloqueo producido por el Mg2+ es mayor
con la hiperpolarización, produciéndose el bloqueo máximo a -80 mV
aproximadamente (Mayer y Westbrook, 1985, 1987). Este efecto bloqueador no se
produce en ausencia de Mg2+ sea cual sea el potencial, ni se produce en presencia de
Mg2+ si la neurona postsináptica se despolariza lo suficiente. Por tanto, tanto la
presencia del Mg2+ como un potencial de membrana suficientemente negativo son
condiciones necesarias para que se produzca bloqueo. La dependencia de voltaje del
bloqueo producido por Mg2+ apoya la alternativa de que las moléculas de Mg2+
cruzan el canal, en vez de quedarse en su comienzo, dado que sólo en la
profundidad del canal puede esperarse una dependencia de voltaje tan acusada, al
estar más cerca del medio intracelular (no obstante, en la actualidad se considera
que existen dos lugares de unión para el Mg2+, uno profundo en el canal y otro más
superficial y menos dependiente de voltaje. Un estudio exhaustivo del lugar de
unión del Mg2+ en el interior del canal puede encontrarse en Ascher y Johnson,
1994; y MacDonald y Nowak, 1990). En la figura 2.1 puede observarse el lugar de
acción del Mg2+ en el interior del canal.
Esta peculiaridad relacionada con la dependencia de voltaje del bloqueo del
receptor NMDA por parte del Mg2+ es fundamental para entender el funcionamiento
del receptor como dispositivo que opera según la regla de Hebb. Este dispositivo es
el responsable de que pueda producirse potenciación a largo plazo (PLP), una forma
de plasticidad sináptica duradera, que defendemos en este trabajo como un modelo
neuronal de aprendizaje que sigue el algoritmo planteado por Hebb (ver capítulo
III). Así, una neurona hiperpolarizada o en reposo que sea estimulada por el
glutamato mediante la activación de sus receptores NMDA, sólo sufrirá una ligera
despolarización (por medio de sus receptores convencionales AMPA, no
bloqueados), insuficiente para que las moléculas de Mg2+ abandonen el canal del
receptor NMDA y permaneciendo, por tanto, éste bloqueado. Sin embargo, en una
neurona parcialmente despolarizada (excitada), como podría ser la anterior después
de varias despolarizaciones que se van sumando como consecuencia de una
estimulación continuada (tetánica), se produciría una despolarización postsináptica
que llevaría al Mg2+ a abandonar el canal de los receptores NMDA y,
consecuentemente, al quedar el canal despejado, se produciría el flujo de iones a
través del mismo (en el caso del receptor NMDA, veremos posteriormente que son
iones de Ca2+ los que fluyen a la neurona postsináptica, y es el Ca2+ el que inicia los
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El receptor NMDA y la ketamina
57
procesos en la célula responsables del mantenimiento de la PLP). Este efecto
sumativo, no lineal, de diferentes despolarizaciones consecutivas explica que la
estimulación tetánica11 de las fibras presinápticas produzca el desbloqueo del canal
por el Mg2+, y veremos en el siguiente capítulo que esta estimulación tetánica es la
que produce PLP. Así, el receptor NMDA es regulado por ligando (el
neurotransmisor), al igual que el resto de receptores, pero adicionalmente, y en esto
es singular, es también regulado por voltage.
Además del Mg2+, hay otros cationes divalentes que también pueden bloquear
el canal, como son manganeso (Mn2+), cobalto (Co2+), niquel (Ni2+) y zinc (Zn2+) y
cadmio (Cd2+). Su lugar de unión al canal sería similar al del Mg2+, excepto en el
caso del Zn2+ y el Cd2+, respecto al que se considera la posibiliddad de que tengan
un lugar de unión diferente, más cerca de la superficie extracelular (Lodge, Jones y
Fletcher, 1994; MacDonald y Nowak, 1990). No obstante, el canal NMDA es
permeable a un catión divalente, el calcio (Ca2+), de extrema importancia en el
funcionamiento del receptor NMDA.
1.2.2.2. El canal de Ca2+
La activación del resto de receptores ionotrópicos de AAEs (AMPA y
kainato), así como de otros receptores de neurotransmisores excitatorios clásicos,
como los receptores nicotínicos de la acetilcolina, lleva a la apertura de un canal por
el que fluye el Na+ al interior celular, seguido de una salida menor de K+ desde el
interior al espacio extracelular. El resultado neto es cierta despolarización de la
neurona, y de ahí su poder excitatorio.
El receptor NMDA comparte estas caracerísticas. Una vez abierto el canal por
la interacción del transmisor con el receptor, se produce un influjo de Na+ y un
menor eflujo de K+, con un resultado neto de despolarización. Pero a diferencia del
resto de receptores excitatorios, el canal asociado al receptor NMDA permite
también el flujo de Ca2+ hacia el interior celular, siendo para esta sustancia para la
que el canal presenta una mejor conductancia (McDermott, Mayer, Westbrook et al.,
1986). Así, el canal asociado al receptor NMDA recibe el nombre de canal de Ca2+.
En el interior celular, el Ca2+ dispara multitud de procesos que comienzan con la
acción de enzimas dependientes de Ca2+. En el siguiente capítulo se revisan estos
procesos, que parecen ser los responsables del mantenimiento de la PLP.
11
Estimulación breve y de alta frecuencia. Habitualmente, un conjunto de aproximadamente 100
estimulaciones eléctricas administradas por segundo, durante algunos segundos, que producen un tren de
potenciales de acción.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Además de los procesos implicados en el mantenimiento de la PLP, la entrada
de Ca2+ produce otros cambios en el interior celular que conducen a una
hiperpolarización, aumentando así el bloqueo por parte del Mg2+. Esto lleva a una
secuencia de despolarizaciones-hiperpolarizaciones, que subyacen a procesos de
ritmicidad neuronal (Lodge et al., 1994). Estos procesos parecen ser los
responsables de fenómenos oscilatorios como los implicados en patrones de
coordinación motora (Alford y Brodin, 1994) y la producción anormal de descargas,
propias de la epilepsia (Clark, Stasheff, Lewis et al., 1994).
1.2.2.3. Modulación por glicina
En la actualidad se conoce que la glicina, un aminoácido con efectos
inhibidores en la médula espinal, actúa también sobre el receptor NMDA.
Concentraciones, incluso muy bajas, de glicina en las inmediaciones del receptor
NMDA produce un gran aumento en el flujo de iones producido tras la unión del
glutamato al receptor (Johnson y Ascher, 1987). Como expusimos previamente, los
modelos actuales sobre el receptor NMDA suponen la existencia de un lugar de
unión en el receptor NMDA para la glicina, adicional al lugar de unión del agonista.
Ya se han encontrado también antagonistas específicos que operan sobre el lugar de
unión de la glicina. Así, se ha mostrado recientemente que el HA-966, que ya hemos
visto que había sido, al igual que el Mg2+, un antagonista útil para bloquear
respuestas producidas por NMDA que actuaba de una forma no competitiva, actúa
sobre el lugar de unión de la glicina (Fletcher y Lodge, 1988). Hasta el
descubrimiento del lugar de unión de la glicina por Johnson y Ascher, el HA-966
era un antagonista de receptores NMDA con un mecanismo de acción desconocido.
Cuando se consigue reducir la concentración de glicina al mínimo, la respuesta
al agonista NMDA se reduce casi a cero, lo que ha llevado a sugerir que la unión de
glicina al receptor es un requisito tan necesario como la unión del NMDA o el
glutamato para que se abra el canal asociado (Kleckner y Dingledine, 1988). Así,
glutamato y glicina estarían actuando como coagonistas del receptor NMDA.
Dado el importante efecto que parece tener la glicina sobre el receptor NMDA,
es necesario estudiar su funcionamiento en condiciones naturales. Se han propuesto
dos mecanismos por los que la glicina podría estar operando bajo estas condiciones
(Watkins, 1994). Por un lado, dada la alta concentración que de glicina hay en el
líquido cefalorraquídeo y en el líquido extracelular, parece plausible que la glicina
esté ocupando su lugar en el receptor NMDA en condiciones fisiológicas normales,
y que el lugar de unión correspondiente del receptor NMDA esté habitualmente
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El receptor NMDA y la ketamina
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ocupado por glicina. Otra posibilidad es que además de glutamato, desde el terminal
presináptico se libere también glicina como cotransmisor. No obstante, hasta nuestro
conocimiento, no se han encontrado datos que sustenten esta segunda posibilidad.
Por último, trabajos recientes apoyan la idea de una cooperación funcional, respecto
al papel del receptor NMDA en el aprendizaje, entre el lugar de unión de la glicina y
el lugar de unión del glutamato. Así, un agonista del lugar de acción de la glicina, la
D-cicloserina, neutralizó los efectos sobre el aprendizaje espacial, tanto del laberinto
de agua como del laberinto radial (ver capítulo IV) producidos por un antagonista no
competitivo NMDA, el MK-801 (Pitkanen et al., 1995).
Por ser un descubrimiento reciente, la acción de la glicina sobre el receptor
NMDA está siendo una de las líneas de investigación principales sobre el receptor
(ver Ascher y Johnson, 1994, para una exposición de los avances). Además, fruto
del interés por la implicación del receptor NMDA en los procesos de aprendizaje y
memoria, en los últimos años se está dirigiendo una gran atención a los efectos del
lugar de acción de la glicina en el receptor NMDA sobre el aprendizaje, habiéndose
encontrado en varios trabajos un efecto facilitador sobre el mismo producido por el
agonista del lugar de acción de la glicina D-cicloserina (Baxter et al., 1994; Flood,
Morley y Lanthorn, 1992; Quartermain et al., 1994; Land y Riccio, 1997; Monahan,
Handelmann, Hood y Cordi, 1989; Riekkinen et al., 1997; Thompson y Disterhoft,
1997a; Thompson, Moskal y Disterhoft, 1992). Este efecto es el esperado si,
efectivamente, la glicina actúa como coagonista del receptor NMDA.
A pesar de lo sugerente de estos resultados, el hecho de que en condiciones
normales la glicina parece estar acoplada al receptor, hace que las propiedades más
interesantes de este receptor -su funcionamiento a modo de un dispositivo hebbianono tengan que ver con el lugar de unión de la glicina, sino con la el lugar de unión
del glutamato y de la dependencia de voltaje para expulsar el Mg2+ del canal iónico.
Como hemos visto, la coocurrencia de ambos eventos es necesaria para que el canal
del receptor quede abierto y libre. En lo que a nuestro trabajo respecta, para
entender la actuación del receptor en la PLP y el lugar de acción del antagonista no
competitivo ketamina, vamos a obviar el papel de la glicina.
1.2.2.4. Antagonistas competitivos
El mecanismo de acción de los antagonistas competitivos es actuar sobre el
lugar de unión del agonista en el receptor, impidiendo que el agonista pueda unirse
al mismo y abrir el canal, y bloqueando así la consecuente despolarización. En el
receptor NMDA, concretamente, parece que agonistas y antagonistas competitivos
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
actúan sólo parcialmente sobre el mismo lugar de unión, y parcialmente sobre
lugares de unión diferentes (Watkins et al., 1990). El objetivo que perseguimos aquí
es, tan sólo, hacer referencia a los antagonistas competitivos más importantes que se
conocen, y en particular a los que citamos en el capítulo IV. En ese capítulo
haremos referencia a ellos directamente por su abreviatura.
Del conjunto de antagonistas que vimos más arriba que habían resultado
críticos en el descubrimiento de los receptores NMDA (Mg2+, HA-966 y D-AA)
aplicados juntos a agonistas, nos queda por ver el modo de acción del D-AA. Éste
fue el primer antagonista del que se conoció que actuaba compitiendo con el NMDA
por el mismo lugar de unión, como así sugeria el paralelismo entre las curvas a dosis
del antagonista y de NMDA (Evans, Francis, Hunt et al., 1979). A este fármaco y a
compuestos relacionados se les conoce como antagonistas (competitivos) de primera
generación. No obstante, estos antagonistas no mostraron mucha potencia,
produciéndose una evolución en ellos y dando lugar a los antagonistas de segunda
generación (Watkins, 1994).
Los antagonistas competitivos de segunda generación más importantes son el
D-2-amino-5-phosphonopentanoate (D-AP5) (Evans y Watkins, 1981), y el
compuesto relacionado D-2-amino-7-phosphonoheptanoate (D-AP7) (Evans,
Francis, Jones et al., 1982). Otros antagonistas de segunda generación pueden verse
en Watkins (1994), siempre basados en la estructura del AP5 y AP7. Estudios
posteriores con radioligandos mostraron una inhibición completa por parte de estos
fármacos de las uniones al ligando [3H]L-glutamato12 (Foster y Fagg, 1984). AP5 ha
sido el antagonista competitivo de receptores NMDA más ampliamente utilizado, y
continúa siéndolo en la actualidad, como puede observarse en nuestra revisión del
capítulo IV.
No obstante, estos antagonistas, aunque muy potentes en la inhibición de las
uniones del agonista al receptor, presentan un problema fundamental. Son sustancias
de una alta polaridad, lo que dificulta su absorción por el tejido nervioso cuando son
administradas periféricamente, al no poder pasar la barrera hematoencefálica (Jane,
Olvermann y Watkins, 1994). Esto sitúa en desventaja a estos antagonistas
competitivos respecto a los no competitivos, que pasan con facilidad la barrera
hematoencefálica. De hecho, casi la totalidad de estudios que veremos en el capítulo
IV que han utilizado antagonistas competitivos, y todos los que han utilizado AP5 ó
AP7, administran el fármaco, bien intraventricularmente, bien directamente en la
estructura cerebral a estudiar (p.ej., hipocampo). Sin embargo, los estudios que
12
L-glutamato cargado radiactivamente con objeto de seguir su pista en el sistema nervioso.
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El receptor NMDA y la ketamina
61
utilizan antagonistas no competitivos (p. ej., ketamina o MK-801) administran el
fármaco intraperitonealmente. Esto supone una gran ventaja en el uso de
antagonistas no competitivos, de la que hemos querido sacar partido en nuestro
trabajo, utilizando ketamina.
Así, en la evolución de los antagonistas competitivos se han introducido
modificaciones en las estructuras moleculares de AP5 y AP7 con el objetivo de
aumentar aún más su potencia y, sobre todo, aumentar su capacidad de ser
absorbidos por el tejido nervioso. Así, han llegado los antagonistas competitivos de
tercera generación. Algunos de ellos son el 3-(2-carboxipiperazin-4-il)propil-lfosfonato (CPP; Harris et al., 1986), sus análogos 3-(2-carboxipiperazin-4-il)-1propenil-1-fosfonato (CPP-ene; Herrling et al., 1989), y 3-(2-carboxipiperidin-4il)propil-l-fosfonato (CPPP; Lodge et al., 1988); y los compuestos relacionados
ácido cis-4-fosfonometilpiperidina-2-carboxilico (CGS 19755; Murphy et al., 1987)
y los creados más recientemente ácido (E)-2-amino-4-metil-5-fosfono-3-pentanoico
(CGP 37849; Fagg et al., 1990) y su derivado, el ester -carboxietil (CGP 39551;
Fagg et al., 1990). También forman parte de este conjunto los compuestos
NPC 12626 (ácido 2-amino-4,5-(1,2-ciclohexil)-7-fosfonoheptanoico; Ferkany,
Kyle, Willets et al., 1989) y su isómero de nueva creación NPC 17742 (ácido 2amino-4,5-(1,2-ciclohexil)-7-fosfonoheptanoico; Ferkany, Willets, Borosky et al.,
1993), más potente y de mejor absorción. Una exposición completa de estos
compuestos y otros de esta tercera generación puede encontrarse en Jane et al.
(1994).
La gran mayoría de los fármacos a los que hemos hecho referencia serán de
nuevo citados en el capitulo IV. Concretamente, los antagonistas competitivos de
receptores NMDA de los que se ha estudiado su efecto en tareas de aprendizaje y
memoria son AP5, AP7, CPP, CPPene, CGS 19755, CGP 37849, CGP 39551,
NPC 12626 y NPC 17742. A diferencia de los isómeros del glutamato y el aspartato,
en todos estos compuestos, el isómero efectivo es el D, teniendo un efecto
antagonista mucho menor o nulo el isómero L. Así, veremos en el capítulo IV
efectos diferentes sobre el aprendizaje de algunos de estos isómeros.
1.2.2.5. Antagonistas no competitivos
Ya hemos visto algunos antagonistas no competitivos de receptores NMDA. El
más importante de los vistos es el Mg2+, que actúa bloqueando el canal asociado al
receptor. También los fármacos que actúan sobre el lugar de unión de la glicina son
antagonistas no competitivos, como el HA-966. Nos queda por ver el conjunto
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
mayor de estos antagonistas, los más ampliamente utilizados para inhibir las
respuestas del receptor NMDA junto a los antagonistas competitivos. En general,
este conjunto de antagonistas son conocidos como anestésicos disociativos, y uno de
sus más típicos representantes es la ketamina. Su funcionamiento y propiedades las
veremos en la segunda parte del capítulo.
2. La ketamina
La ketamina (2-(o-clorofenil)-2-metilaminociclohexanona hydrocloruro) es un
fármaco de la familia de las arylcyclohexylaminas, que durante mucho tiempo ha
sido conocido por sus propiedades anestésicas. En la figura 2.2 se representa su
estructura.
Cl
NHCH3
O
Figura 2.2. Estructura de la ketamina
El primero de los fármacos de la familia de las arylcyclohexylaminas que
comenzó a utilizarse como anestésico fue la fenciclidina (PCP) (1-(1fenilciclohexil). Las propiedades anestésicas de estos fármacos van unidas a otras
peculiaridades, que son las que le han dado el apellido de disociativos. Según Lodge
y Johson (1990), el término disociativo hace referencia a la falta de correlación
existente entre el patrón electroencefalográfico cortical y límbico y no se refiere,
como mantienen otros autores (p. ej., Loscher, Fredow y Ganter, 1991), a las
alteraciones del pensamiento y comportamiento similares a las observadas en la
esquizofrenia que son comunes tras la administración de estos fármacos. Estas
alteraciones, no obstante, llevan a que estos fármacos también sean conocidos como
drogas psicotomiméticas. De hecho, el PCP fue retirado para su uso en humanos por
sus propiedades psicotomiméticas, que podían llevar a la aparición de brotes
psicóticos tiempo después de su uso, y fue sustituido por la ketamina, fármaco de
acción menos duradera. En la actualidad el PCP se usa como droga de abuso,
conocida como polvo de ángel (Julien, 1992; Lodge y Johnson, 1990; Velasco y
Álvarez, 1988). Al igual que el PCP, los efectos de la ketamina incluyen analgesia,
alteraciones cardiovasculares y respiratorias y alucinaciones (White y Ryan, 1996).
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El receptor NMDA y la ketamina
63
Debido a estas importantes propiedades, durante años se ha estudiado intensamente
el lugar de acción de estos fármacos, habiéndose encontrado interacciones con
diversos receptores y canales iónicos (ver Lodge y Johnson, 1990 para un resumen
de esos resultados). Sin embargo, en la actualidad parece claro que el mayor lugar
de acción de la ketamina y el PCP es el receptor NMDA.
2.1. La ketamina como antagonista del receptor NMDA
La primera demostración concluyente de que PCP y ketamina actúan como
antagonistas selectivos de receptores NMDA fue por parte de Lodge y su equipo
(Anis, Berry, Burton y Lodge, 1983; Lodge y Anis, 1984). Mostraron que tanto PCP
como ketamina reducían de forma selectiva la acción excitatoria de NMDA, dejando
inalterada la de otros AAEs. La acción de estos fármacos en el bloqueo de los
receptores NMDA es estereoespecífica, siendo el (+) isómero de la ketamina más
potente que el (-) isómero (Berry, Burton, Anis y Lodge, 1983). Desde entonces se
han desarrollado otros fármacos que muestran propiedades antagonistas similares a
las de PCP y ketamina. El que más destaca por su potencia y especificidad es el
MK-801 o dizocilpina ([(+)-5-methyl-10,11-dihydro-5H-dibenzo[a,d]cyclohepten5,10-imine maleate] (Wong, Kemp, Priestley et al., 1986). Sin duda, son PCP,
ketamina y MK-801 los tres fármacos antagonistas no competitivos de receptores
NMDA más utilizados. Los tres son fármacos de polaridad positiva.
El estudio citado de Lodge y su equipo mostró que PCP y ketamina eran
antagonistas selectivos de receptores NMDA, pero no que su modo de acción fuera
no competitivo. Estudios posteriores, no obstante, no han dejado duda de que estos
fármacos antagonizan no competitivamente el receptor. La administración
combinada de ketamina con antagonistas competitivos ha mostrado tener un efecto
no aditivo, lo que indica que actúan sobre diferentes lugares de unión (Martin y
Lodge, 1985). Más específicamente, dos características mostradas por los
anestésicos disociativos hacen suponer que su lugar de acción está en el interior del
canal, como ocurría en el caso del Mg2+. Estas características son la dependencia de
voltaje y la dependencia de uso (Honey, Miljkovic y MacDonald, 1985, con PCP;
Honey et al., 1985, y MacDonald, Miljkovic y Pennefather, 1987, con ketamina;
Huettner y Bean, 1988, y Wong et al., 1986, con MK-801). No obstante, la
administración combinada de ketamina y Mg2+ ha mostrado tener también efectos
no aditivos, sugiriendo que el lugar de acción de ketamina y Mg2+ no es el mismo,
aunque estén ambos dentro del canal (Harrison y Simmonds, 1985).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
La dependencia de voltaje se ha comprobado cuando PCP, ketamina y
MK-801 han sido utilizados para antagonizar las respuestas al receptor NMDA. Se
ha encontrado que este bloqueo es más acusado cuanto más negativo es el potencial
de membrana en la neurona. Teniendo en cuenta que estos fármacos muestran una
polaridad positiva, esta dependencia de voltaje incita a pensar que el lugar de unión
del fármaco al receptor está en el interior del canal, como ocurre en el caso del
Mg2+. Incluso se ha sugerido que el lugar de unión de estos fármacos debe estar,
como el del Mg2+, en la profundidad del canal (MacDonald et al., 1987). No
obstante, la dependencia del voltaje de la ketamina es mucho menos acusada que la
del Mg2+. Asimismo, otras características del bloqueo, relacionadas con su
dependencia de uso sugieren que el lugar de unión de estos fármacos, aunque dentro
del canal, es diferente al del Mg2+.
La dependencia de uso ha sido estudiada previamente en la unión
neuromuscular de invertebrados (Lingle, 1983). Lingle mostró que algunos
antagonistas tienen afinidades diferentes por el receptor dependiendo del estado de
activación del canal (abierto o cerrado) como consecuencia de la unión del agonista
al receptor. A esto se le conoce como bloqueo dependiente de uso o dependiente del
agonista, y es una característica del antagonismo que ejercen los anestésicos
disociativos sobre el receptor NMDA. La ketamina y fármacos afines muestran una
preferencia clara por unirse al receptor cuando éste está ocupado por el agonista y,
por lo tanto, cuando el canal está abierto. Como consecuencia de esto, la velocidad a
la que la ketamina abandona el canal es más lenta que la velocidad a la que lo
ocupa, ya que penetra en el canal cuando éste está abierto, y cuando el canal se
cierra la ketamina está todavia en su interior, quedando encerrada dentro. Hasta que
el canal no vuelva a ser abierto por una nueva unión del agonista, la ketamina
permanecerá encerrada en el interior del canal. Este desbloqueo lento del canal
contrasta con el rápido desbloqueo que se produce cuando el agente bloqueador es
Mg2+ (MacDonald y Nowak, 1990). Además de producirse un desbloqueo lento, la
velocidad a la que el anestésico disociativo produce bloqueo del canal es también
anormalmente lenta (Huettner y Bean, 1988; MacDonald et al., 1987). Huettner y
Bean han mostrado que esta lentitud en el bloqueo es también debida a la
dependencia de uso. En realidad, una vez que el canal está abierto, es rápidamente
bloqueado por el fármaco, quedando la lentitud en el bloqueo explicada porque la
probabilidad con la que el canal del receptor NMDA se abre es escasa. La
dependencia de uso y el aprisionamiento del antagonista en el interior del canal son
características que diferencian el antagonismo que ejercen los anestésicos
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El receptor NMDA y la ketamina
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disociativos y el Mg2+, y que indican la existencia de diferentes lugares de unión
dentro del canal para cada uno.
La conclusión de los diferentes estudios mencionados es que la ketamina y
otros anestésicos disociativos actúan no competitivamente, dentro del canal
asociado al receptor. Más concretamente, se ha sugerido que el lugar de unión de
estos fármacos estarían dentro del canal en un punto menos profundo que el lugar de
unión del Mg2+, llamado boca del canal (MacDonald y Nowak, 1990). El lugar de
unión del PCP en el receptor NMDA en relación al lugar de unión del Mg2+ puede
apreciarse en la figura 2.1. Por convenio, y dado que los lugares de unión de PCP en
el cerebro fueron los primeros en ser estudiados utilizando [3H]PCP13 (Vincent,
Kartalovski, Geneste et al., 1979), a este lugar de unión se le conoce como receptor
PCP (Lodge y Johnson, 1990). Conviene, no obstante, evitar cualquier tipo de
confusión. El receptor PCP no es un receptor independiente al receptor NMDA; es
el lugar de unión, dentro del complejo receptor NMDA, donde antagonistas no
competitivos de receptores NMDA, como PCP o ketamina, actúan. Así, PCP es
antagonista NMDA merced a su acción en el receptor PCP. Una vez descubierto el
receptor, se ha producido, como es habitual, una búsqueda de agonistas y
antagonistas endógenos del receptor que, hasta el momento, no ha arrojado grandes
frutos (Lodge et al., 1994).
Todos los anestésicos disociativos aquí mencionados muestran una alta
afinidad por el receptor PCP, siendo MK-801 el que muestra una afinidad mayor, y
no mostrando ninguna ni los antagonistas competitivos ni el glutamato (Lodge et al,
1994). Desde el descubrimiento de la afinidad al receptor PCP y de las propiedades
antagonistas de receptores NMDA por parte de los anestésicos disociativos, se han
realizado estudios que han relacionado ambas propiedades, habiéndose encontrado
una alta correlación entre la potencia de estos fármacos en estudios de unión al
receptor y su potencia como antagonistas NMDA (una exposición de estos estudios
puede encontrarse en Martin y Lodge, 1988). Asimismo, los estudios que han
comparado la densidad de los lugares de unión PCP y NMDA en diferentes áreas
cerebrales han encontrado una distribución similar, destacando la alta concentración
de ambos receptores en el hipocampo y la corteza (Cotman, Monaghan, Ottersen y
Storm-Mathisen, 1987). Esta distribución nos resulta de importancia por ser
hipocampo y corteza dos de los lugares donde de manera más clara se ha descrito la
existencia de PLP (ver capítulo IV). La alta correlación entre el lugar de unión de
los anestésicos disociativos al receptor PCP y su capacidad de antagonizar el
13
PCP cargado radiactivamente.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
receptor NMDA, unido a la similar distribución de ambos receptores encontrada,
muestra que el mecanismo de acción de estos fármacos para actuar como
antagonistas NMDA está relacionado con su capacidad para unirse al receptor PCP,
y no a ningún otro efecto colateral que puedan ejercer los fármacos actuando sobre
otros sistemas. Esta idea es de gran importancia para nosotros, pues en ocasiones se
ha indicado la incoveniencia de utilizar anestésicos disociativos como antagonistas
de receptores NMDA debido a la supuesta inespecificidad de su acción antagonista.
Para aclarar más la relación existente entre sus propiedades como antagonistas
NMDA y su actuación sobre los lugares de unión PCP es también importante
estudiar si existe una relación entre el antagonismo NMDA de los anestésicos
disociativos y otros efectos conductuales propios de estos fármacos. En la medida en
que diferentes fármacos disociativos, cuya similaridad reside en actuar sobre el
lugar de unión PCP, muestren también los mismos efectos conductuales, puede
inferirse que es su unión al receptor PCP el que produce los efectos del fármaco. Si,
además, la potencia de estos fármacos para producir efectos tan diferentes como
antagonismo NMDA y alteraciones conductuales correlaciona, puede concluirse con
más rotundidad que es aquello en que se parecen los diferentes fármacos, su
capacidad para unirse al receptor PCP, lo que explica sus efectos.
Quizás los más característicos de los efectos conductuales de los anestésicos
disociativos son sus efectos psicotomiméticos en el hombre: la producción de
anormalidades perceptivas similares a las esquizofrénicas. Como la comparación en
el hombre entre la capacidad para antagonizar las respuestas del receptor NMDA y
la capacidad para producir estas anormalidades presenta problemas éticos, se ha
utilizado un paradigma animal de discriminación entre compuestos. Los animales
son entrenados para discriminar un compuesto que produce estas anormalidades,
como PCP de solución salina (mediante una tarea simple de presión de palanca, en
la que el fármaco es el ED para una palanca), y posteriormente se prueba la
capacidad de generalizar la respuesta a otros psicofármacos. En la medida en que la
respuesta se generalice, se asume que los fármacos tienen los mismos efectos
subjetivos sobre el animal. Empleando este procedimiento, animales entrenados con
PCP generalizan su respuestas con facilidad a otros anestésicos disociativos, como
ketamina y MK-801, encontrándose, además, una alta correlación entre la capacidad
de generalización a estos fármacos, su potencia como antagonistas NMDA y su
potencia en estudios de unión al receptor PCP (Herling y Woods, 1982; Holzman,
1982; Koek, Colpaert, Woods y Kamenka, 1989; Koek, Woods y Winger, 1988;
Kozlowski, Browne y Vinick, 1986; Shannon, 1983; Willets y Balster, 1988).
Asimismo, se ha encontrado también que los animales entrenados con MK-801
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El receptor NMDA y la ketamina
67
generalizan sus respuestas a PCP y ketamina (Koek et al., 1989; Tricklebank et al.,
1989) y animales entrenados con ketamina también generalizan sus respuestas a
MK-801 (Benvenga, Wing y Del Vechio, 1991). Sin embargo, en estos estudios, los
animales entrenados previamente con PCP, ketamina o MK-801 no responden a
otros fármacos, también psicoactivos pero que no actúan sobre los lugares de unión
PCP ni antagonizan las respuestas del receptor NMDA, como la morfina, la cocaína
o el LSD.
Más sugerentes aún son los resultados con animales entrenados a discriminar
PCP o MK-801 de solución salina, en los que se compara en una prueba posterior la
generalización a los tres compuestos que mencionamos (PCP, MK-801 y ketamina).
El resultado en la prueba de generalización muestra, independientemente del
compuesto elegido para la discriminación original, una ordenación en la tendencia a
responder a los diferentes compuestos idéntica a la capacidad de los compuestos
para antagonizar el receptor NMDA: MK-801, PCP y ketamina (Koek et al., 1989;
Tricklebank et al., 1989). Incluso si el entrenamiento original es con PCP, los
animales responden más en la prueba ante MK-801 que ante el propio PCP (Koek et
al., 1989). Exactamente los mismos resultados se producen cuando se utiliza en la
prueba un conjunto más amplio de antagonistas no competitivos. El orden en el que
se produce generalización a los mismos es idéntico a su potencia antagonista de los
receptores NMDA (Tricklebank et al., 1989). Estos resultados muestran que el
estado interno producido por los anestésicos disociativos está directamente
relacionado con su capacidad para antagonizar los receptores NMDA. Esta
conclusión queda reforzada por el hecho de que también se produce generalización a
antagonistas competitivos de receptores NMDA (Willets y Balster, 1988; Sanger,
1993).
Por último, la capacidad de los diferentes antagonistas no competitivos para
producir otros efectos conductuales propios de los anestésicos disociativos, como
hiperlocomoción y conducta estereotipada, correlacionan también de forma clara
con su capacidad para antagonizar las convulsiones producidas por la
administración de NMDA (Carter, 1994; Koek y Colpaert, 1990; Tricklebank et al.,
1989). Estos resultados abundan en la idea de que los efectos conductuales de los
anestésicos disociativos están relacionados con su capacidad para antagonizar los
receptores NMDA. Además, si bien es verdad que los antagonistas competitivos,
aunque produciendo estos efectos, lo hacen en menor medida que los antagonistas
no competitivos, esto probablemente no refleja más que su menor capacidad para
superar la berrera hematoencefálica (Tricklebank et al., 1989). Recientemente,
Carter (1994) ha comparado antagonistas NMDA que actúan sobre diferentes
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
lugares del receptor (competitivos, no competitivos que bloquean el canal, como la
ketamina, y no competitivos que actúan sobre el lugar de unión de la glicina) en su
capacidad para antagonizar el receptor y de producir descoordinación motora. La
conclusión del estudio es que se produce una muy alta correlación entre ambos
efectos (r=0.97), independientemente del lugar de acción del fármaco. Asimismo,
también se han observado efectos psicotomiméticos en humanos con antagonistas
competitivos (Kristensen, Svensson y Cordly, 1992). En general, cada vez hay más
evidencias de que los efectos conductuales de los anestésicos disociativos están
producidos por su antagonismo del receptor NMDA y no por ningún otro
mecanismo, y así se muestra en las recientes revisiones de Lodge et al. (1994) y
Herrling (1994).
Además de ketamina, PCP y MK-801, existen bastantes más fármacos
antagonistas NMDA no competitivos. Algunos de ellos son opiáceos que actúan
sobre los receptores sigma, como el allylnormetazocine (Berry, Anis y Lodge,
1984); otros son derivados de la morfina, como el dextromethorphan (Church,
Lodge y Berry, 1985); y otros, como la memantina y la amantadina, que han sido
utilizados previamente en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson, han
mostrado recientemente producir un bloqueo del receptor similar al que producen
PCP o ketamina (Chen et al., 1992). Otros antagonistas no competitivos pueden
encontrarse en Lodge et al. (1994). PCP, ketamina, MK-801, allylnormetazocine,
dextromethorphan, memantina y amantadina han sido utilizados en experimentos en
los que se ha estudiado su efecto sobre el aprendizaje y la memoria, como veremos
en el capítulo IV.
En conclusión, la ketamina es, junto a otros anestésicos disociativos, como
PCP y MK-801, un antagonista selectivo de receptores NMDA. Su acción no aditiva
cuando es administrada junto a antagonistas competitivos indica que su mecanismo
de acción es no competitivo. Su dependencia de voltaje, menos acusada que la del
Mg2+, y su dependencia de uso muestran que su lugar de acción está dentro del canal
en algún punto menos profundo que el lugar de acción del Mg2+, llamado receptor
PCP. Las propiedades antagonistas de la ketamina y fármacos afines se deben a su
afinidad por el receptor PCP, como se muestra en la alta correlación entre la
afinidad por el lugar de unión PCP y el antagonismo NMDA de los anestésicos
disociativos y la alta correlación entre efectos conductuales y potencia para
antagonizar el receptor NMDA de fármacos competitivos y no competitivos. Por
último, las alteraciones conductuales que produce ketamina y fármacos relacionados
son también compartidas por antagonistas NMDA competitivos, lo que indica que
estas alteraciones son producidas por su antagonismo del receptor NMDA.
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El receptor NMDA y la ketamina
69
2.2. Farmacodinámica de los efectos conductuales de la
ketamina
Vimos previamente que la ketamina, como otros antagonistas de receptores
NMDA, produce una serie de efectos conductuales. Algunos de ellos, como los
efectos sobre la locomoción, son particularmente importantes cuando se pretende
estudiar el efecto de la ketamina sobre el aprendizaje y la memoria, pues producen
alteraciones sobre la ejecución que son difícilmente disociables de las alteraciones
sobre los fenómenos de aprendizaje y memoria. Esto es particularmente cierto en la
tarea que utilizamos en nuestros experimentos, en la que se miden las entradas al
comedero. Cualquier alteración motora afecta a la capacidad del animal para
acercarse y entrar al comedero. En este sentido, particular atención merecen los
efectos sobre la sedación, que podrían impedir el movimiento, e hiperlocomotores
de la ketamina. Por tanto, las dosis a las que se producen estos efectos y su
farmacodinámica tienen que ser bien conocidos para valorar su posible participación
en la ejecución durante la tarea de aprendizaje. Dado que en nuestros experimentos
la ketamina se administra intraperitonealmente y la farmacocinética para diferentes
vías de administración es diferente, nos interesan sólo estudios que hayan utilizado
esta vía de administración.
Si bien existen varios trabajos que estudian los efectos conductuales de la
ketamina, es, sin duda, el de Irufine, Shimizu y Nomoto (1991) el que aborda con
mayor sistematicidad el problema fundamental en el que estamos interesados.
Irufine y colaboradores esudiaron el efecto de varias dosis (10, 20, 30, 50, 100 y 150
mg/kg) administradas intraperitonealmente sobre la sedación y la locomoción en
ratones. La diferencia fundamental entre este estudio y otros, y que lo hace más
interesante para nosotros, es que estos efectos fueron medidos en tiempo continuo
desde la administración del fármaco hasta pasadas tres horas de su administración,
obteniéndose así el curso temporal de estos efectos para cada dosis.
Los efectos sobre la locomoción se estudiaron mediante una caja de actividad.
Las dosis de 10, 20 y 30 mg/kg produjeron un espectacular y rápido incremento de
la locomoción, con un aumento máximo (pico) para las tres dosis a los 10 minutos
de la administración del fármaco. Asimismo, se produjo un rápido decaimiento de
estos efectos hiperlocomotores, de forma que a los 30 minutos no quedaban efectos
de la dosis de 10 mg/kg y a los 50 minutos desaparecieron totalmente los efectos de
20 y 30 mg/kg. A la dosis de 50 mg/kg, el pico se produjo a los 20 minutos de su
administración, decayendo también con rapidez y desapareciendo a los 60 minutos.
Con dosis mayores también se produjo efecto hiperlocomotor, produciéndose tanto
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
el pico como la desaparición de estos efectos más tardíamente (tabla 2.1). Es
también interesante comentar que el pico hiperlocomotor no fue proporcional a la
dosis (el pico más alto se produjo para la dosis de 30 mg/kg, seguido de la dosis de
20 mg/kg, 50 mg/kg, 150 mg/kg, 100 mg/kg, y 10 mg/kg).
Los efectos anestésicos o sedantes se estudiaron a partir de la existencia de
descoordinación motora (ataxia) y pérdida del reflejo de enderezamiento para las
dosis de 30, 50, 100 y 150 mg/kg (tabla 2.1). A dosis de 30 y 50 mg/kg sólo se
produjo ataxia. El reflejo de enderezamiento fue normal a esas dosis, por lo que
pueden considerarse dosis claramente subanestésicas. Sólo a la dosis de 150 mg/kg
se observaron auténticos efectos anestésicos, con pérdida del reflejo de
enderezamiento indicativa de sueño. Obviamente, en ese tiempo se produjo una
clara inhibición locomotora.
HIPERLOCOMOCIÓN
DOSIS
10 mg/kg
20 mg/kg
30 mg/kg
50 mg/kg
100 mg/kg
150 mg/kg
PICO
DESAPARICIÓN PICO
10 min.
30 min.
10 min.
50 min.
10 min.
50 min.
4 min.
20 min.
60 min.
4 min.
80 min.
120 min.
6 min.
110 min.
>180 min.
18 min.
ANESTESIA
ATAXIA
PÉRDIDA DEL R.E.
DESAPARICIÓN PICO DESAPARICIÓN
10 min.
no
no
22 min.
no
no
56 min.
no
no
92 min.
6 min.
16 min.
Tabla 2.1. Momento en que se produce el pico y desaparición de los efectos hiperlocomotores y anestésicos
(ataxia y pérdida del reflejo de enderezamiento) de la ketamina a diferentes dosis tras su administración
intraperitoneal en ratones (tabla confeccionada a partir de los resultados de Irufine et al., 1991).
En resumen, respecto a las dosis más similares a las que utilizamos en nuestro
trabajo (en nuestro trabajo utilizamos 6, 15, 25 y 37 mg/kg), estos resultados indican
ausencia de efectos anestésicos, con producción de ataxia que desapareció a los 10
minutos con la dosis de 30 mg/kg. Respecto a la hiperlocomoción, a dosis de 10, 20
y 30 mg/kg se produce un pico a los 10 minutos de la administración,
desapareciendo por completo a los 50 minutos con la dosis de 20 y 30 mg/kg y a los
30 minutos con 10 mg/kg.
Aunque los resultados de Irufine han sido obtenidos con ratones, múltiples
datos muestran que la farmacodinámica de la ketamina es muy similar a la que se
produce en ratas con la misma vía de administración. Respecto a los efectos
obtenidos sobre la locomoción, tanto las dosis como su curso temporal son similares
a los obtenidos previamente por Hetzler y Wautlet (1985) utilizando ratas en un
campo abierto. Asimismo, los resultados sobre ataxia son similares a los obtenidos
también en ratas por Lannes et al. (1991), quienes encuentran ataxia sólo en algunas
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El receptor NMDA y la ketamina
71
ratas a una dosis de 30 mg/kg que desaparece por completo en 20 minutos y
ausencia total de ataxia con dosis menores. Respecto a la pérdida del reflejo de
enderezamiento (anestesia), también se ha encontrado con ratas que la dosis efectiva
para producir anestesia fue de 150 mg/kg, obteniéndose a esa dosis una duración
máxima de la anestesia de 20 minutos (Kelland, Soltis, Boldry y Walters, 1993).
Todos estos datos muestran una farmacodinámica para la hiperlocomoción y la
anestesia en ratas similar a la descrita por Irufine et al. (1991) en ratones. No
obstante, estos datos difieren de los obtenidos por Danysz, Essmann, Bresink y
Wilke (1994) sobre locomoción y ataxia en ratas. Danysz et al. utilizaron dosis de
20, 60 y 100 mg/kg, y encontraron que sólo la dosis de 100 mg/kg fue efectiva para
producir tanto hiperlocomoción como ataxia. Ni a 60 mg/kg, ni a 20 mg/kg se
produjeron ninguno de estos efectos, a diferencia de los resultados expuestos
previamente.
Otro efecto conductual típico de los antagonistas NMDA es la estereotipia. De
nuevo, las dosis necesarias para producir estereotipia en ratas y ratones son muy
similares. Concretamente, estereotipia, medida por oscilaciones de la cabeza, ha
sido obtenida a una dosis mínima de 60 mg/kg en ratas (de entre dosis de 20, 60 y
100 mg/kg) (Danysz et al., 1994) y a 80 mg/kg en ratones (de entre dosis de 20, 40,
80 y 160 mg/kg) (Koek et al., 1989).
Considerando todo esto, puede decirse que tanto las dosis como el curso
temporal de los efectos de la administración intraperitoneal de ketamina es muy
similar en ratas y ratones. En todo caso, y a partir de los resultados de Danysz et al.
(1994) es prudente postular que para obtener los mismos efectos en ratas que en
ratones puede ser necesario utilizar una dosis algo superior en ratas. Así, el cuadro
expuesto resumiendo los resultados de Irufine et al. (1991) en ratones podría ser
considerado como indicativo del tiempo máximo al que se estarían produciendo los
efectos mencionados en ratas a las dosis especificadas, pudiendo estar el tiempo real
algo por debajo del indicado. Esos datos son relevantes para tomar algunas
decisiones procedimentales en nuestros experimentos, así como para la
interpretación de los resultados.
En un intento de eliminar estos efectos, que afectarían a la ejecución, de los
efectos sobre el aprendizaje, una estrategia que hemos seguido en nuestros
experimentos es tratar de que la experiencia de aprendizaje se produzca pasado el
tiempo en que se producen los efectos sobre la locomoción. Claramente, un riesgo
de esta estrategia es que este tiempo sea un índice de la duración de los efectos de la
ketamina como antagonista NMDA, y que pasado este tiempo la ketamina ya no
tenga ningún efecto sobre estos receptores. Sin embargo, existe al menos un trabajo
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
que muestra que los efectos antagonistas NMDA de la ketamina a dosis bajas duran
más tiempo que sus efectos atáxicos o hiperlocomotores (Lannes et al., 1991). La
lógica del estudio de Lannes y colaboradores se fundamenta en la interacción que en
los ganglios basales se produce entre la vía nigroestriatal (dopaminérgica) y la vía
corticoestriatal (glutamatérgica), que están bajo control recíproco (Biggs y Starr,
1997; Calabressi, Pisani, Centonze y Bernardi, 1997; Whitton, 1997). Lannes y
colaboradores estudiaron la eficacia de un antagonista NMDA, ketamina, para
invertir los efectos de un antagonista dopaminérgico, haloperidol. El haloperidol
produce catalepsia. Así, la eficacia de la ketamina para reducir la catalepsia
producida por haloperidol es un índice de su antagonismo NMDA.
Lannes et al. (1991) administraron primero haloperidol y estudiaron los efectos
de la administración posterior de ketamina (intraperitoneal) a varias dosis (15, 22.5
y 30 mg/kg) y en varios momentos (pasados 20, 50, 95 y 170 minutos de la
administración de haloperidol). Los resultados que obtuvieron mostraron que la
dosis de 15 mg/kg fue inefectiva para reducir la catalepsia inducida por haloperidol.
Las dosis de 22.5 y 30 mg/kg mostraron reducción de la catalepsia, observable a los
20 minutos, que se mantuvo a los 50 y a los 95 minutos. A los 170 minutos, si bien
aún se observaba cierta reducción con la dosis de 30 mg/kg, ya no era significativa.
En definitiva, los efectos antagonistas NMDA de la ketamina administrada
intraperitonealmente a una dosis de 30 mg/kg duraron, in vivo, más de 95 minutos y
menos de 170 minutos. Esta duración es claramente mayor que los 50 minutos a los
que desaparecía el efecto hiperlocomotor con la misma dosis. Esto supone una
evidencia indirecta de que el efecto antagonista NMDA de la ketamina se mantiene
pasado el tiempo en que se producen efectos sobre la locomoción, y da una
oportunidad a que, pasados los efectos sobre la locomoción, existan efectos sobre el
aprendizaje.
2.3. El efecto de la ketamina sobre la potenciación a largo
plazo
Otro efecto de la ketamina de importancia capital para nuestro trabajo es su
capacidad para bloquear la PLP. Nuestro interés en la ketamina y los receptores
NMDA no es más que una estrategia para estudiar la relación entre PLP y
aprendizaje. Ahora bien, si la ketamina no es capaz de bloquear la PLP, no tendría
sentido su uso para estudiar la relación entre PLP y aprendizaje. Que el fármaco
antagonista NMDA sea capaz de bloquear la PLP es un punto que no siempre se ha
cuidado en los estudios que relacionan fármacos antagonistas NMDA con el
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El receptor NMDA y la ketamina
73
aprendizaje. Vamos a repasar a continuación la evidencia que relaciona la ketamina
con el bloqueo de la PLP. Existen cuatro estudios, que nosotros conozcamos, en los
que se estudie el bloqueo de la PLP in vivo por ketamina. En todos ellos, los
animales (ratas) estaban anestesiados.
El primero de estos estudios es de Stringer y Guyenet (1983), quienes
estudiaron el efecto de ketamina y PCP sobre la PLP en el área CA1 hipocampal.
Stringer y Guyenet encontraron que ambos fármacos bloquearon la PLP. En
concreto, nos interesan los parámetros bajo los que se consiguió este bloqueo de la
PLP. El fármaco se administró intravenosamente en dosis incrementales durante 32
minutos, hasta un total acumulado de 30 mg/kg. Tras esto las ratas fueron
estimuladas para producir PLP, no observándose signos de la misma. Este bloqueo
de la PLP se mantuvo durante los 45 minutos en que se midieron los efectos de la
estimulación. Este trabajo muestra claramente que la PLP es bloqueada por la
ketamina a 30 mg/kg. No obstante, la vía de administración fue intravenosa, por lo
que los efectos podrían ser diferentes a los obtenidos a partir de administración
intraperitoneal de ketamina, el tipo de administración que empleamos en nuestros
experimentos.
En otros experimentos, no obstante, se ha comprobado el efecto de la ketamina
tras su administración intraperitoneal (Maren, Baudry y Thompson, 1991; Tocco et
al., 1992; Zhang y Levy, 1992). Otra diferencia de estos experimentos con el
anteriormente expuesto es que se estudió la PLP en el giro dentado, no en el área
CA114. En el trabajo de Zhang y Levy se estudiaron los efectos de la estimulación
tetánica de las aferencias tanto sobre la corteza entorrinal medial como lateral. La
dosis de ketamina que utilizaron estos autores fue también de 30 mg/kg, aunque esta
vez administrada intraperitonealmente. Para estudiar sus efectos, emplearon un
diseño intrasujeto con varias condiciones de inducción de PLP (estimulación de la
corteza entorrinal medial o de la corteza entorrinal lateral) y varias condiciones
control. Así, para mantener un nivel estable de ketamina en las diferentes
condiciones, tras la primera administración de ketamina volvieron a administrar 10
mg/kg cada 15 minutos durante los 90 minutos en que se estudió el efecto de la
ketamina. La ketamina bloqueó la inducción de PLP en el giro dentado, tanto ante
aferencias provenientes de la corteza entorrinal medial como lateral. Asimismo,
pasados 90 minutos tras la última inyección de ketamina (10 mg/kg), la PLP pudo
ser inducida en el giro dentado ante estimulaciones de ambas aferencias. Por tanto,
14
En el capítulo III veremos que la PLP tanto en el giro dentado como en el área CA1 hipocampal es
dependiente de los receptores NMDA. Por contra, la PLP en el área CA3 no es dependiente de estos
receptores.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
los resultados de Zhan y Levy muestran un claro bloqueo de la PLP tras la
administración de ketamina intraperitonealmente. Si bien este resultado es muy claro
respecto a la capacidad de la ketamina para bloquear la PLP, es difícil sacar
conclusiones respecto a la dosis del fármaco necesaria para este bloqueo y el tiempo
de duración del mismo, dada la administración inicial de 30 mg/kg seguida por
administraciones posteriores de 10 mg/kg.
Por último, dos trabajos de Baudry, Thompson y colegas (Maren, Baudry y
Thompson, 1991; Tocco et al., 1992), ayudan a resolver parte del problema
planteado. Como en el trabajo de Zhang y Levy, en estos dos trabajos se estudió la
PLP en el giro dentado. Comprobaron que una inyección simple de 30 mg/kg de
ketamina intraperitoneal fue suficiente para bloquear la PLP inducida 15 minutos
después. Adicionalmente, en el trabajo de Maren, Baudry y Thompson (1991) se
comprueba que, si bien la ketamina bloqueó la PLP, el MK-801 fue incapaz de
hacerlo.
En definitiva, la ketamina es un fármaco eficaz para bloquear la PLP in vivo,
tanto administrada intravenosamente como intraventricularmente. Una dosis de 30
mg/kg intraperitoneal es ya suficiente para bloquear la PLP, aunque la duración de
este bloqueo no está clara. A dosis similares a ésta, además, la ketamina es
claramente subanestésica, y otros efectos conductuales son leves y bastante bien
conocidos, como vimos en el apartado anterior. Esto hace de la ketamina un fármaco
útil para su administración como antagonista NMDA dentro de una estrategia
encaminada a relacionar la PLP con el aprendizaje.
Por último, es interesante relacionar estos resultados con los expuestos en el
apartado anterior sobre las dosis a las que la ketamina administrada
intraperitonealmente muestra antagonismo de los receptores NMDA, medido por la
reducción de la catalepsia producida por el haloperidol (Lannes et al., 1991). Estos
resultados mostraban que la ketamina es eficaz para antagonizar el receptor NMDA
a dosis de 22.5 y 30 mg/kg administradas intraperitonealmente, pero no a una dosis
de 15 mg/kg. Esto es coherente con los resultados que acabamos de ver, que indican
que la ketamina es eficaz a una dosis de 30 mg/kg administrada
intraperitonealmente para bloquear la PLP, y apuntan a un paralelismo entre ambos
efectos. Tomados conjuntamente, estos resultados sugieren que una dosis de 22.5
mg/kg de ketamina sería también eficaz para bloquear la PLP, en tanto que una
dosis de 15 mg/kg no podría bloquearla. Asimismo, sugieren que el bloqueo de la
PLP con una dosis de 30 mg/kg duraría más de 90 minutos y algo menos de 170
minutos. Además, estos datos sobre la duración del bloqueo de la PLP por la
ketamina son también coherentes con los expuestos en el trabajo de Zhang y Levy
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El receptor NMDA y la ketamina
75
(1992) más arriba. Aunque estas conclusiones están, obviamente, supeditadas a
confirmación experimental, es importante tenerlas en consideración allí donde no
hay datos directos, como es el caso de la duración que tiene el efecto bloqueador de
la PLP por parte de la ketamina.
2.4. Otros efectos de la ketamina
Los efectos de la ketamina sobre la PLP y sus efectos conductuales son los de
mayor interés para nosotros, dado el objetivo de nuestro trabajo. Sin embargo, estos
no son los efectos por los que la ketamina es más conocida. Ya hemos adelantado
alguno de estos otros efectos, como su capacidad anestésica o sus propiedades
psicotomiméticas. Además, la ketamina ha sido implicada en muchos otros procesos
que han llevado a plantearse su potencialidad terapeútica en diferentes
enfermedades y alteraciones del SNC La implicación de la ketamina es
consecuencia directa de sus propiedades antagonistas de receptores NMDA y el
papel que estos receptores desempeñan en múltiples procesos en el SNC. Además,
debido a su facilidad para pasar la barrera hematoencefálica, facilidad que la
ketamina comparte con otros antagonistas no competitivos, presenta una gran
capacidad de de absorción por el SNC cuando es administrada periféricamente. Esto
hace que su uso clínico presente ventajas respecto a la de antagonistas competitivos.
Una breve exposición del uso clínico de fármacos antagonistas NMDA y de
los argumentos para su utilidad puede encontrarse en Herrling (1994). En Iversen y
Kemp (1994) puede encontrarse una exposición específica del uso clínico de los
antagonistas no competitivos. Algunas de estas aplicaciones terapeúticas son:
terapia anticonvulsiva para reducir ataques epilépticos (Clark et al., 1994; Leander,
Rathbun y Zimmerman, 1988); neuroprotección en caso de muerte neuronal
producida por daño cerebral isquémico (Weiss, Goldberg y Choi, 1986); o
enfermedades degenerativas, como la enfermedad de Parkinson, de Alzheimer, o de
Huntington (Ellison, 1995; Garthwaite, 1994; Mitchell y Carroll, 1997; Montastruc,
Rascol y Senard, 1997; Murman et al., 1997); servir como modelo animal de
esquizofrenia, en los que estudiar el papel, cada vez más importante, que tienen el
glutamato y otros AAEs que actúan sobre el receptor NMDA (Farber et al., 1998;
Javitt y Zukin, 1991; Kim, Kornhuber, Schmid-Berger y Holzmuller, 1989; SamsDodd, 1996); efectos analgésicos y anestésicos (Haas y Harper, 1992; Reich y Silvay,
1989).
Por último, el efecto que nos ocupa en este trabajo, el efecto amnésico de estos
fármacos, lo tratamos en el capítulo IV. Obviamente, este efecto no es útil
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
clínicamente, pero ha puesto de manifiesto la implicación del receptor NMDA en
procesos de aprendizaje y memoria. Esto está llevando a la investigación de fármacos
que potencien el aprendizaje, en lugar de deteriorarlo y, como se expuexto más arriba,
ya se han encontrado interesantes resultados con fármacos que actúan modulando el
receptor NMDA merced a su acción como agonistas sobre el lugar de acción de la
glicina en el receptor, como la D-cicloserina (Baxter et al., 1994; Flood, Morley y
Lanthorn, 1992; Quartermain et al., 1994; Land y Riccio, 1997; Monahan,
Handelmann, Hood y Cordi, 1989; Pitkanen et al., 1995; Riekkinen et al., 1997;
Thompson y Disterhoft, 1997a; Thompson, Moskal y Disterhoft, 1992).
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CAPÍTULO III. LA POTENCIACIÓN A LARGO PLAZO Y SU RELACIÓN
CON EL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA
1. Caracterización de la PLP
1.1. Propiedades de la PLP
1.1.1. Duración
1.1.2. Especificidad
1.1.3. Cooperatividad y umbral de activación
1.1.4. Asociatividad
1.1.5. Dependencia de la actividad conjunta presináptica y postsináptica
1.2. PLP y ritmo theta hipocampal
2. Mecanismos bioquímicos responsables de la iniciación de PLP
2.1. PLP dependiente y PLP independiente de los receptores NMDA
2.2. El receptor NMDA como dispositivo que opera según la regla de Hebb
3. Mecanismos bioquímicos responsables del mantenimiento y la expresión
de PLP
3.1. Cambios a nivel postsináptico
3.1.1. La naturaleza del mecanismo
3.1.1.1. Papel de enzimas dependientes del Ca2+
3.1.1.2. Papel de la síntesis de proteínas
3.1.2. Modificaciones resultantes a nivel postsináptico
3.2. Cambios a nivel presináptico
3.2.1. Aumento de la liberación de neurotransmisor
3.2.2. Mensajeros retrógrados
4. Implicación de la PLP en el aprendizaje y la memoria
4.1. Estudios correlacionales entre la magnitud de la PLP y la magnitud de la
memoria
4.2. El efecto de la experiencia y el aprendizaje sobre la PLP
4.3. El efecto de la inducción de PLP en el posterior aprendizaje
4.4. Similitud en los efectos de tratamientos sobre la PLP y el aprendizaje
4.5. El papel de los receptores NMDA en el desarrollo del cerebro dependiente de la
experiencia
4.6. Aumento del número de receptores relacionado con la PLP y el aprendizaje
4.7. Estudios con mutantes: en busca del gen responsable de la PLP y el aprendizaje
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Capítulo III
La potenciación a largo plazo y su relación con
el aprendizaje y la memoria
La potenciación a largo plazo (PLP) es la forma de plasticidad sináptica con
más posibilidades de estar implicada en el aprendizaje y la memoria que se conoce o
ha conocido alguna vez. Desde su descubrimiento, en 1973, en ningún otro
momento de la historia de las neurociencias ha habido tanta investigación sobre los
mecanismos neuronales e incluso moleculares responsables de que aprendamos y
recordemos. La PLP consiste en un incremento de la eficacia de una sinapsis, que
puede durar incluso meses, como consecuencia de la estimulación intensa del
terminal presináptico. Los argumentos que implican a la PLP en el aprendizaje y la
memoria son tanto teóricos como empíricos. En la primera parte de este capítulo
veremos algunas de las características de la PLP que muestran su relación teórica
con el aprendizaje y la memoria. En la segunda parte, los mecanismos responsables
tanto de su iniciación como de su mantenimiento. En la última parte del capítulo
haremos un recorrido por los diferentes tipos de estudios que han relacionado la
PLP con el aprendizaje y la memoria. Este recorrido terminará en el siguiente
capítulo.
En lo que sigue no pretendemos hacer una exposición detallada de la PLP, sino
centrarnos en las características que más nos interesan, relacionadas con ser un
modelo de plasticidad sináptica del aprendizaje y la memoria. Una amplia revisión
de la PLP puede encontrarse en los monográficos de Baudry y Davis (1991, 1994)
dedicados a esta forma de plasticidad sináptica. Asimismo, un excelente artículo de
revisión es el de Bliss y Collingridge (1993), y revisiones más recientes pueden
encontrarse en los artículos de Maren y Baudry (1995), Martínez y Derrick (1996),
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
McEachern y Shaw (1996), Medina e Izquierdo (1995), Rison y Stanton (1995) o
Shors y Matzel (1997).
1. Caracterización de la PLP
Bliss y Lomo (1973), trabajando con el hipocampo de conejos anestesiados,
encontraron que la estimulación tetánica de la vía perforada producía un incremento
tanto del pico como de la amplitud de los potenciales postsinápticos del giro
dentado, y reducía el umbral necesario para producir un potencial de acción en la
población de neuronas postsinápticas. La potenciación de la respuesta postsináptica
ante la estimulación posterior de la vía perforada podía durar hasta 10 horas. Bliss y
Gardner-Medwin (1973) encontraron el mismo fenómeno en el animal despierto y
hallaron que en él la potenciación llegaba a permanecer hasta 16 semanas. Así, a
nivel fisiológico la PLP puede ser definida como un incremento estable, de larga
duración, de la respuesta postsináptica a una estimulación aferente constante, tras la
estimulación tetánica breve de los mismos aferentes (Teyler y DiScenna, 1987). La
duración es una característica fundamental y definitoria de la PLP.
La PLP también puede observarse en preparaciones in vitro, habiéndose
obtenido en secciones de hipocampo del área CA1 (Schwartzkroin y Wester, 1975),
del área CA3 (Yamamoto y Chujo, 1978) y del giro dentado (Alger y Teyler, 1976).
La posibilidad de estudiar el mismo fenómeno de plasticidad in vivo e in vitro ha
permitido durante estos años abordar el fenómeno tanto desde el nivel bioquímico
como desde el nivel conductual, permitiendo una complementariedad de
perspectivas acorde a la comunicación entre niveles propuesta por Marr (1982), y
que raramente ha sido posible en el campo de las neurociencias.
Respecto a su localización ya hemos apuntado que fue descubierta en el
hipocampo. Sin embargo, desde su descubrimiento se ha encontrado PLP en
multitud de lugares en el sistema nervioso. Además de en las diferentes áreas del
hipocampo (CA1, CA3 y giro dentado), destaca que también se ha encontrado en
diferentes áreas de la corteza sensorial y motora, en la corteza prefrontal, en la
corteza piriforme, en la corteza entorrinal, en el subiculum, en el septum, en el
núcleo geniculado medial del tálamo, en la amígdala, en el núcleo accumbens, en el
cerebelo o en las astas ventrales de la médula. También se ha encontrado PLP en el
sistema nervioso periférico de mamíferos, en vertebrados no mamíferos y en
invertebrados (revisiones de la distribución de la PLP en el sistema nervioso pueden
encontrarse en Bear y Kirkwood, 1993; Laroche, Doyère, Rédini-Del Negro y
Burette, 1995; Shors y Matzel, 1997 o Teyler y DiScenna, 1987). No obstante,
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PLP y aprendizaje
81
conviene advertir que se suele identificar como PLP a cualquier fenómeno de
potenciación sináptica de mayor duración que la potenciación postetánica (que
puede durar, a lo sumo, varios minutos), sin atender a sus mecanismos de iniciación
ni de expresión. Así, varios autores han advertido de que existe el riesgo de
identificar como un único proceso lo que podrían ser fenómenos diferentes (Larson,
Ambros-Ingerson y Lynch, 1991; Shors y Matzel, 1997; Teyler y DiScenna, 1987).
Esto podría explicar cierta heterogeneidad de datos concernientes al tiempo de
duración, a los parámetros de iniciación, al tipo de receptor implicado, a la
2+
implicación del flujo de Ca , etc. De hecho, incluso en el hipocampo se han
encontrado diferentes formas de PLP, dependiendo del área hipocampal implicada,
como se expone más adelante. El hipocampo ha sido y sigue siendo el lugar favorito
donde estudiar PLP (Baudry y Davis, 1991; Bliss y Collingridge, 1993), hasta el
punto de que algunos autores llegan a definirla como un incremento de la fuerza
sináptica propio del hipocampo (Madison, Malenka y Nicoll, 1991). En la figura 3.1
se muestra la anatomía básica del hipocampo y las áreas en las que puede observarse
PLP.
Figura 3.1. Anatomía del hipocampo y áreas en las que se observa PLP. La dirección de las
flechas indica el sentido del flujo de información. Existen tres vías excitatorias principales, que, por
orden, son: (1) la la vía perforada, que conecta la corteza entorrinal con las células granulares
situadas en el giro dentado; (2) las fibras musgosas, cuyos axones parten de las células granulares
del giro dentado para hacer sinapsis con las células piramidales en el área CA3; y (3) los
colaterales de Schaeffer, formados por los axones de las neuronas piramidales de CA3 que hacen
sinapsis con las neuronas piramidales en CA1. Las áreas CA1, CA3 y giro dentado muestran PLP.
En las áreas CA1 y giro dentado puede observarse PLP asociativa, dependiente de los receptores
NMDA. La PLP en el área CA3 tiene diferentes propiedades. En la figura se observa una situación
de registro extracelular de las neuronas piramidales de CA1 (adaptado de Rison y Stanton, 1995).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
En el hipocampo, la PLP en el área CA1 es similar a la que se obtiene en el
giro dentado, pero diferente a la que se observa en el área CA3. La PLP en el área
CA1 y en el giro dentado constituye el modelo más característico de PLP (Madison
et al., 1991). Por su dependencia de la actividad simultánea de las neuronas pre- y
postsinápticas, al estilo de la regla de Hebb, es ésta la forma de PLP más interesante
para los estudiosos del aprendizaje (Brown, Chapman, Kairiss y Keenan, 1988;
Brown, Kairiss y Keenan, 1990a) y sobre la cual trataremos preferentemente en este
capítulo. Como se expone más adelante, la PLP en las áreas CA1 y giro dentado es
dependiente de los receptores NMDA, en tanto que la PLP en el área CA3 no lo es.
Así, aunque se utilice el nombre genérico de PLP, conviene aclarar que gran parte
de lo que se expone a continuación es válido para la PLP en el área CA1 y el giro
dentado, dependiente de los receptores NMDA. Además de ser la más interesante
para nosotros como estudiosos del aprendizaje, es la forma más conocida y
documentada de PLP.
El hecho de ser un fenómeno de plasticidad muy duradero, su dependencia de
la actividad simultánea pre- y postsináptica y su localización en el hipocampo,
estructura consistentemente implicada en procesos de aprendizaje y memoria, hacen
de la PLP un mecanismo neuronal candidato para ser responsable de procesos de
aprendizaje y memoria. A continuación se exponen, en primer lugar, las propiedades
de la PLP más importantes para su consideración como un modelo de plasticidad
sináptica de aprendizaje y memoria. Posteriormente, se expone la relación existente
entre el ritmo theta electroencefalográfico, típico del hipocampo, y la PLP. Esta
relación ha sido descubierta recientemente y resulta muy sugerente.
1.1. Propiedades de la PLP
1.1.1. Duración
La primera propiedad que debe tener una forma de plasticidad sináptica
candidata a ser un mecanismo de almacenamiento de información es que sea
suficientemente duradera. Aunque se conocen diferentes formas de plasticidad
sináptica en el sistema nervioso diferentes a la PLP, todas ellas son de relativa corta
duración (para una revisión de estas formas de plasticidad sináptica a corto plazo
véase Zucker, 1989). Cuando el incremento en la eficacia sináptica dura un segundo
o menos se habla de facilitación sináptica. La aumentación (augmentation), por su
parte, tiene una vida media de varios segundos. En la potenciación postetánica el
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PLP y aprendizaje
83
incremento del potencial postsináptico puede durar varios minutos. Hemos visto que
la PLP tiene un periodo de duración mucho mayor. En preparaciones in vivo la PLP
puede durar varios meses (Bliss y Gardner-Medwin, 1973; de Jonge y Racine,
1985).
La duración de la PLP ha sido el primer argumento (Barnes, 1979) y uno de
los principales que se utilizan en la actualidad para implicarla en procesos de
aprendizaje y memoria (Diamond y Rose, 1994; Martínez y Derrick, 1996). No
obstante, la duración de la PLP también ha sido esgrimida como un argumento
contra su posible función como un mecanismo sináptico responsable de la memoria
(Gallistel, 1995; Shors y Matzel, 1997). La argumentación en contra de su
participación en procesos de memoria se basa en el hecho de que la PLP tiene una
duración limitada, en tanto que algunas memorias persisten durante toda la vida. Sin
embargo, esta crítica ignora el hecho de que la memoria no es un fenómeno unitario,
sino que incluye diferentes sistemas y estructuras anatómicas que, presumiblemente,
incluirán también diferentes mecanismos neuronales (Schacter y Tulving, 1994). Y,
hasta nuestro conocimiento, nadie ha propuesto que la PLP sea la única forma de
plasticidad sináptica implicada en la memoria. Más aún, dado que la PLP es
característica del hipocampo, y dado que el hipocampo parece tener un papel en la
memoria restringido temporalmente (ver p. ej., Zola-Morgan y Squire, 1993), no es
esperable que, si la PLP fuera un proceso implicado en tareas de memoria en el
hipocampo, produjese cambios en la eficacia sináptica que durasen toda la vida. Con
todo, la duración de la PLP hace de ella un fenómeno de plasticidad sináptica ideal
para ser considerado un posible mecanismo de almacenamiento de la información.
1.1.2. Especificidad
En el aprendizaje asociativo se produce un aprendizaje específico de la
relación entre el estímulo y la respuesta implicados en la experiencia de aprendizaje.
Estímulos diferentes al entrenado no tienen efecto alguno sobre la respuesta
aprendida15. Esta elemental idea impone una restricción similar a cualquier
mecanismo neuronal que pretenda explicar el aprendizaje asociativo. Así, por
ejemplo, la PLP puede ser inducida en CA1 estimulando cualquiera de dos vías
independientes: stratum oriens y stratum radiatum. La estimulación tetánica de una
vía produce un posterior incremento de los potenciales postsinápticos en CA1 ante
15
Esto es cierto con las matizaciones provenientes del principio de generalización. No obstante, este
principio no contradice la idea, simplemente establece una gradación entre estímulos en función de su
similitud. En la medida en que dos estímulos se parezcan un estímulo podrá evocar las respuestas aprendidas
para el otro.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
posteriores estimulaciones simples de la misma vía. Sin embargo, si la estimulación
posterior se produce en la vía alternativa se producen potenciales postsinápticos
normales en CA1 (Andersen et al., 1980). Así, la potenciación de la respuesta
postsináptica es específica para la vía condicionada (estimulada tetánicamente) (fig.
3.2). La especificidad de la PLP está bastante documentada (Schwartzkroin y
Wester, 1975; Andersen et al., 1980; Dunwiddie y Lynch, 1978; Barrionuevo y
Brown, 1983, entre otros). Vimos en el capítulo I que, incluso, en las vías
alternativas a las potenciadas es común obtener el efecto opuesto a la PLP, una
depresión de la eficacia sináptica de larga duración (DLP).
Entrenamiento
A
Prueba
SR
SO
SR
CA1
SO
Entrenamiento
CA1
Prueba
B
SR
SO
SR
CA1
SO
CA1
Estimulación tetánica presináptica
Estimulación normal presináptica
Ausencia de actividad
Actividad postsináptica potenciada
Figura 3.2. La PLP es específica para las aferencias que la producen. (A) La estimulación tetánica
de stratum oriens (SO) produce PLP en CA1, observable tanto inmediatamente como en una
prueba posterior ante estimulación simple de SO. (B) La estimulación tetánica de stratum radiatum
(SR) produce PLP en CA1. Sin embargo, en una prueba posterior, no se observa potenciación ante
estimulaciones simples de la otra aferencia (SO) (en la figura no se representan neuronas, sino
poblaciones de neuronas).
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PLP y aprendizaje
85
La especificidad se explica por la agrupación de los receptores NMDA en la
2+
cabeza de las espinas dendríticas, y por la limitada dispersión que el Ca , que
origina la secuencia de procesos que explican el mantenimiento de la PLP (ver más
abajo), tiene en la neurona postsináptica. En conjunto, esto hace que la dispersión
2+
del Ca en el terminal postsináptico quede limitado espacialmente al lugar de
contacto de la sinapsis que ha originado la estimulación, explicando así la
especificidad de la potenciación para esa sinapsis (Brown et al., 1988).
1.1.3. Cooperatividad y umbral de activación
La noción de cooperatividad en la PLP hace referencia a que la magnitud de la
potenciación producida es una función directa de la cantidad de aferencias activadas
(o activación presináptica). No obstante, existe un umbral de activación
-despolarización- postsináptico, por debajo del cual no se desarrolla PLP, o dicho de
otra manera, es necesario un número mínimo de aferencias que despolaricen en
grado suficiente el terminal postsináptico para que se produzca PLP. Este umbral de
activación está cerca del umbral necesario para producir el disparo en la población
de neuronas postsinápticas, aunque este disparo no es necesario para que exista PLP
(McNaughton, Douglas y Goddard, 1978). Así, aunque estimulemos tetánicamente
una vía que sinapte en CA1 o en el giro dentado, si no contiene un número
suficiente de aferencias no se producirá PLP. La misma estimulación en una vía que
contenga aferencias más importantes produciría PLP. La explicación de esta
característica tiene mucho que ver con la explicación de la siguiente, la
asociatividad.
1.1.4. Asociatividad
Hemos visto que para que se produzca PLP basta con que las aferencias sean
estimuladas tetánicamente. Según esto, no parece que sea necesaria la estimulación
del terminal postsináptico. Conviene aclarar, entonces, por qué se dice que la PLP
opera siguiendo el principio de Hebb, que requiere la activación simultánea del
terminal presináptico y postsináptico. Simplemente, la estimulación tetánica aferente
produce una importante despolarización en el terminal postsináptico. Esta
despolarización es la activación de la neurona postsináptica. Ya hemos visto que si
el conjunto de aferencias no es suficientemente importante no se produce PLP, ni
tampoco se produce PLP con estimulaciones no tetánicas, dado que ni en un caso ni
en otro se produce la despolarización suficiente. Por tanto, decimos que la PLP
obedece a la regla de Hebb porque para que se desarrolle es necesario que coincidan
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
en el tiempo la estimulación presináptica con un grado suficiente de despolarización
postsináptica. Esta forma de PLP es conocida como PLP homosináptica, porque sólo
implica a una sinapsis. Como dijimos en el capítulo I, esta característica es
suficiente para que veamos en la PLP un mecanismo de plasticidad sináptica
asociativo que opera en tiempo real. A pesar de que la PLP homosináptica supone
un mecanismo básico de asociación, no se la conoce como PLP asociativa. Este
nombre queda reservado para otra forma de PLP, cuyas características son aún más
sugerentes como posible mecanismo implicado en el aprendizaje asociativo.
Hemos visto que en la PLP intervienen dos conjuntos de neuronas: las que son
estimuladas y las que responden. En términos conductuales, tendríamos el estímulo
y la respuesta. Sin embargo, en el aprendizaje asociativo se necesita, al menos, un
estímulo más. Concretamente, en el condicionamiento clásico la contigüidad
temporal entre un estímulo neutro (estímulo débil), que no provoca respuesta y otro
incondicionado (estímulo fuerte), que provoca una respuesta incondicionada, hace
que el estímulo neutro pase a provocar la respuesta. Un fenómeno muy similar
puede observarse en lo que es conocido como PLP asociativa. En la PLP asociativa
interviene un tercer conjunto de neuronas, anatómicamente diferenciadas, que
también hace sinapsis con la población en la que se espera obtener potenciación,
pero su unión con ellas es más débil. Cabe hablar, así, de input débil e input fuerte.
Con estos elementos, Levy y Steward (1979) encontraron que la estimulación
tetánica de un input fuerte al giro dentado (la vía perforada ipsilateral, con más del
90% de las sinapsis) provocaba PLP en el mismo. La estimulación tetánica de un
input débil (vía perforada contralateral, con menos del 10% de las sinapsis) que
también hace sinapsis con el giro dentado no era, sin embargo, suficiente para
producir PLP. No obstante, si el input débil y el input fuerte eran activados
conjuntamente se producía posterior PLP al input débil. Este resultado también se ha
encontrado en preparaciones in vitro (Barrionuevo y Brown, 1983). La analogía de
la PLP con el condicionamiento clásico resulta inmediata y muy sugerente (fig. 3.3).
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PLP y aprendizaje
A
Entrenamiento
Prueba
EC
EI
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EC?
RI
EI
NR
B
EC
EC?
NR
EI
EI
NR
C
EC
EC?
RI
EI
EI
RC
Input fuerte
Input débil
Estimulación tetánica presináptica
Estimulación normal presináptica
Ausencia de actividad
Actividad postsináptica potenciada
EC, EI, RC y RI: significado habitual en el condicionamiento clásico. NR: no respuesta.
Figura 3.3. PLP asociativa y su relación con el condicionamiento clásico. Un input débil no puede
producir PLP a pesar de que sea estimulado tetánicamente, aunque sí si su activación se produce
junto a la de un input fuerte. (A) La estimulación tetánica del input fuerte por sí solo produce
potenciación en el terminal postsináptico. Esta potenciación es específica para el input fuerte, y no
se produce en una prueba posterior ante estimulación del input débil. En términos de
condicionamiento, el EI produce la RI, aunque esta presentación no es suficiente para que en la
fase de prueba posterior se produzca respuesta al EC. (B) La estimulación tetánica del input débil
es, por sí solo, insuficiente para producir potenciación en el terminal postsináptico. Por tanto, ante
una prueba posterior con la misma estimulación tampoco se observa potenciación. En términos de
condicionamiento, el EC, por sí solo, es insuficiente para producir una respuesta, ni en la fase de
entrenamiento ni en la fase de prueba. (C) La estimulación tetánica conjunta del input débil e input
fuerte produce potenciación en el terminal postsináptico. En una prueba posterior, presentaciones
sólo del input débil son suficientes para producir la respuesta potenciada. En términos de
condicionamiento, la presentación conjunta del EC y el EI producen una respuesta (RI). En una
prueba posterior, presentaciones del EC solo son suficientes para producir la respuesta (RC).
Aún pueden encontrarse más similitudes formales en las condiciones
necesarias para producir condicionamiento clásico y PLP asociativa. Levy y Steward
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
(1983) encontraron un doble condicionante temporal para que la PLP asociativa
pudiera desarrollarse en el giro dentado. En primer lugar, la estimulación del input
débil debía ser inmediatamente anterior al input fuerte o, en todo caso, simultánea.
No se producía PLP al input débil cuando el orden de estimulación era invertido. En
segundo lugar, encontraron una estrecha ventana temporal (menos de 200 ms.)
dentro de la cual debían producirse ambas estimulaciones. Fuera de este intervalo no
se observó PLP asociativa. Resultados muy similares han sido obtenidos por Kelso y
Brown (1986) en estudios in vitro en otro área del hipocampo, CA1. Kelso y Brown
situaron tres electrodos de estimulación en diferentes aferencias a CA1, dos para
estimular débilmente y el otro para producir una estimulación fuerte. No se observó
potenciación a ninguno de los estímulos débiles tras la estimulación del input fuerte
ni tras la estimulación conjunta de los inputs débiles. Sin embargo, cuando
cualquiera de las estimulaciones débiles precedía a la estimulación fuerte en 200 ms.
y terminaba con ella, se observó una clara PLP a la estimulación débil que había
sido emparejada, aunque no a la otra. Esta potenciación no se producía cuando la
estimulación débil comenzaba 600 ms. después de la fuerte. En el condicionamiento
clásico, los efectos de orden y de contigüidad temporal son también críticos. Sin
duda, esta analogía entre el condicionamiento clásico y la PLP asociativa resulta
fascinante.
No obstante, la analogía entre PLP y condicionamiento clásico ha sido
criticada (Diamond y Rose, 1994; Gallistel, 1995; Martínez y Derrick, 1996). El
argumento básico de esta crítica es que las condiciones temporales del
condicionamiento clásico y la PLP son diferentes, tanto en lo referente al intervalo
entre estímulos necesario como al orden de presentación de las estimulaciones. Por
ejemplo, Diamond y Rose argumentan que el intervalo de huella -entre el final del
input débil y el comienzo del input fuerte- más largo efectivo para producir PLP es
40 ms., en tanto que en el condicionamiento es fácil obtener aprendizaje con huellas
claramente mayores. Como ejemplo más significativo de esta diferencia de
condiciones temporales, indican que en algunos casos es posible obtener PLP hacia
atrás -el input fuerte precediendo al input débil-, en tanto que el condicionamiento
hacia atrás no se produce. Por estas diferencias en los parámetros temporales y otras
similares, Diamond y Rose rechazan la analogía entre PLP y condicionamiento
clásico y la consideran de cuestionable valor heurístico.
Merece la pena hacer algún comentario sobre estas críticas. Por ejemplo,
respecto al condicionamiento hacia atrás, desde el descubrimiento del
condicionamiento clásico es una cuestión polémica si es o no posible el
condicionamiento hacia atrás, mostrando el propio Pavlov posturas diferentes al
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PLP y aprendizaje
89
respecto (1927 y 1928). Posteriormente, a pesar de la existencia de algunos
experimentos en los que sí se logró obtenerlo, la visión generalmente aceptada ha
sido que no existían evidencias suficientemente claras para aceptar la existencia del
condicionamiento hacia atrás, atribuyéndose los resultados positivos a la ausencia de
controles para fenómenos como el pseudocondicionamiento (Mackintosh, 1974).
Sin embargo, más modernamente, se acepta que “existe ahora perfectamente
evidencia adecuada de que el condicionamiento excitatorio puede ocurrir hacia atrás
(EI-EC), bajo la adecuada elección de parámetros” (Hall, 1994, p. 25). La
explicación parece ser tan simple como que, con los parámetros adecuados, la huella
del EI persistiría hasta la presentación del EC. No obstante, más allá de que sea
errónea o discutible la falta de correspondencia argumentada entre PLP y
condicionamiento clásico, a nuestro juicio, no es éste el punto crítico. Creemos que
el error fundamental es la facilidad con la que se rechaza la posibilidad siquiera de
una analogía de tal trascendencia en base a las diferencias paramétricas observadas
entre el condicionamiento clásico y la PLP. Por un lado, como hemos visto respecto
al condicionamiento hacia atrás, tras casi un siglo de investigación el tema sigue
abierto. La solución en este caso, como en muchos otros, parece depender de la
elección de los parámetros adecuados. La PLP fue descubierta hace escasamente 20
años y las preparaciones con las que se ha tratado de inducir PLP son prácticamente
idénticas. Es muy posible que los parámetros temporales sean un artefacto de la
preparación experimental, y que cambiando los procedimientos de estimulación,
eligiendo otras aferencias, etc. se obtengan resultados diferentes, como
imposibilidad de obtener PLP hacia atrás o la obtención de PLP tras una huella
mayor entre la estimulación débil y fuerte. En definitiva, en la investigación resulta
muy común que cuestiones paramétricas enmascaren la verdadera naturaleza de un
fenómeno. Por tanto, no parece acertado cuestionar el valor heurístico, generador,
de la analogía entre PLP y condicionamiento clásico en virtud de argumentos
paramétricos.
Aun a pesar de que, como hemos argumentado, creemos que la coincidencia de
parámetros temporales entre PLP y condicionamiento clásico no es necesaria para
mantener la analogía, por simples razones de objetividad es conveniente hacer algún
comentario en apoyo de la analogía. En primer lugar, la explicación de por qué se
obtiene PLP hacia atrás es que, dado que la función del input fuerte es despolarizar
el terminal postsináptico, se producirá PLP siempre que el efecto despolarizador del
input fuerte permanezca hasta que se produzca la estimulación débil; con otras
palabras, que la huella del input fuerte permanezca hasta la presentación del input
débil. Hemos visto que ésta es la misma explicación de por qué se produce
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
condicionamiento hacia atrás. En segundo lugar, no existe coincidencia alguna entre
los parámetros temporales de multitud de fenómenos de condicionamiento clásico.
En el extremo tenemos dos procedimientos típicos y representativos de
condicionamiento clásico, como el condicionamiento de la aversión a un sabor, en el
que el intervalo entre EC y EI puede ser de más de una hora, y el condicionamiento
de la membrana nictitante del conejo, en el que se obtiene condicionamiento con
huellas máximas menores a un segundo. A pesar de estas diferencias paramétricas,
nadie duda de que ambos procedimientos encierran un mismo fenómeno: el
condicionamiento clásico. En tercer lugar, dadas estas diferencias paramétricas entre
procedimientos de condicionamiento, ¿con los parámetros de qué procedimiento
deberían coincidir los de la PLP? Si tuviese sentido responder a esta pregunta, y
teniendo en cuenta la localización preferente de la PLP en el hipocampo, la
respuesta sería que, idealmente, estos parámetros deberían coincidir con los de un
procedimiento de condicionamiento cuyo circuito neuronal estuviese bien
identificado y se mostrara dependiente del hipocampo. Pues bien, el intervalo entre
estímulos óptimo para obtener PLP coincide casi de forma exacta con el intervalo
óptimo para obtener condicionamiento de la membrana nictitante del conejo (200
ms.), y tanto la PLP como este tipo de condicionamiento están íntimamente
relacionados con el hipocampo (p. ej., Berger y Weisz, 1987).
Todo esto no es para decir que sí existe coincidencia de parámetros temporales
entre el condicionamiento y la PLP, ni para extender la analogía entre ambos
fenómenos, sino para mostrar que es tan fácil argumentar en contra de la existencia
de coincidencia en los parámetros temporales como a favor de ella. Creemos que
sobre esta coincidencia hay que ser muy prudentes. Y más aún sobre otro aspecto de
la analogía apenas mencionado por los autores críticos con ésta citados más arriba:
la traducción de EC a estímulación débil y EI a estímulación fuerte. Esta traducción
supone la identificación del estímulo a nivel conductual con su representación
neuronal. Sin duda, hasta hoy, esto no deja de ser un deseo, y ni los estímulos
empleados habitualmente en condicionamiento son traducibles a respuestas
neuronales bien identificadas, ni las estimulaciones de aferencias al giro dentado o a
CA1 son traducibles en términos de estímulos a nivel conductual. Pero, más allá de
estas dificultades, creemos que es apresurado rechazar la analogía entre PLP
asociativa y condicionamiento clásico en base a los datos obtenidos hasta hoy. Y en
todo caso, pensamos que la analogía es, como tantas otras, de extraordinario valor
heurístico.
Martínez y Derrick (1996), basándose en la diferencia discutida entre los
requerimientos de orden de la estimulación entre PLP asociativa y condicionamiento
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PLP y aprendizaje
91
clásico, también rechazan la analogía y proponen otra en su lugar: PLP asociativa y
precondicionamiento sensorial16. Como en el precondicionamiento sensorial ambos
estímulos son neutros y no evocan respuesta (a diferencia del condicionamiento
clásico convencional, en el que el EC, que no evoca respuesta en un principio debe
preceder al EI, que la evoca), Martínez y Derrick razonan que no es necesario un
orden determinado entre estimulaciones para producirlo, lo que asimilaría el
precondicionamiento sensorial a la PLP. Aquí también merece la pena hacer alguna
puntualización. En primer lugar, el precondicionamiento sensorial es una forma de
condicionamiento clásico, compartiendo ambos las mismas leyes (Aguado, 1982,
1989; Mackintosh, 1974). Por tanto, resulta difícil que algo pueda ser un análogo del
precondicionamiento sensorial sin serlo previamente del condicionamiento clásico.
En segundo lugar, debido a que el precondicionamiento sensorial es una forma de
condicionamiento clásico, un estímulo es el predictor y otro el predicho. Así, si A
precede consistentemente a B, A se convierte en predictor de B, pero no B en
predictor de A, por más que ambos estímulos sean neutros. Para que B se convierta
en predictor de A, debe ser B el que preceda a A. Por tanto, el orden en el
precondicionamiento sensorial es, al igual que en el condicionamiento clásico
convencional, definitorio de la asociación que se forma17. Por último, con la
analogía del precondicionamiento sensorial se pierde uno de los elementos de mayor
interés de la analogía con el condicionamiento clásico: el que relaciona a un input
débil con el EC al no evocar ninguno la respuesta, y el input fuerte al EI, al evocar
ambos la respuesta de interés; sin que, por otro lado, se resuelva el problema de la
identificación entre el estímulo y su representación neuronal.
Para acabar este punto, vamos a recordar la idea con la que lo comenzamos. El
principal valor de la PLP como mecanismo asociativo está más allá de la
plausibilidad de la analogía entre PLP y condicionamiento clásico y reside en que,
merced al receptor NMDA, la PLP es un dispositivo de plasticidad que opera, en
tiempo real, según un algoritmo hebbiano. Estamos de acuerdo con Diamond y Rose
en que éste es el mayor valor que encierra la PLP como posible mecanismo de
aprendizaje. La idea de que la PLP es un mecanismo asociativo que opera bajo la
16
El precondicionamiento sensorial es una forma de condicionamiento clásico en la que se asocian dos
estímulos neutros, que no evocan respuesta. En un diseño típico de precondicionamiento sensorial se
emparejan repetidamente, y siempre en el mismo orden, dos estímulos neutros (A B). En una fase posterior
se asocia el segundo estímulo (B) con un EI (B EI). Finalmente, se hace la prueba ante el primer estímulo
(A). Los sujetos aprenden a predecir el EI a partir de A. Para que esta respuesta se produzca es necesario
postular el aprendizaje de la asociación A B (precondicionamiento sensorial), la asociación B EI, y un
proceso por el que el sujeto relacione ambas asociaciones (si A B, y si B EI, entonces A EI).
17
No obstante, lo que sí parece cierto es que la presentación simultánea de estímulos es un procedimiento
más eficaz para obtener precondicionamiento sensorial que para obtener condicionamiento clásico con ECs y
EIs (Rescorla, 1980).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
regla de Hebb permite ver en esta forma de plasticidad un mecanismo subyacente al
condicionamiento clásico, pero también subyacente a otros tipos de aprendizaje.
Esto dependería, simplemente, del circuito cerebral en el que la PLP se desarrollara.
1.1.5. Dependencia de la actividad conjunta presináptica y
postsináptica.
Para que se produzca PLP es necesario la coincidencia temporal de actividad
en las neuronas presináptica y postsináptica. Más que otra característica que
describa la PLP, ésta es la explicación tanto de la cooperatividad como de la
asociatividad. Hasta ahora hemos expuesto la analogía formal entre la PLP y el
aprendizaje asociativo. Pues bien, un algoritmo básico sugerido para dar cuenta del
aprendizaje, la regla de Hebb, postula como mecanismo para que se produzca el
aprendizaje esta misma coincidencia temporal entre la activación de neuronas. Así,
la analogía entre las características del aprendizaje asociativo y la PLP no sólo se
produce a nivel descriptivo, sino también a nivel explicativo.
La cooperatividad se produce como consecuencia de que la estimulación
tetánica de las neuronas presinápticas produce una inmediata despolarización, por
encima de un umbral, de las neuronas postsinápticas, coincidiendo en el tiempo la
actividad presináptica con la despolarización postsináptica. Si la estimulación no
fuese suficientemente intensa, por no intervenir un número suficiente de aferencias
(cooperatividad), no se produciría la suficiente despolarización postsináptica y, por
tanto, no se produciría la coincidencia temporal de ésta con la actividad
presináptica. La estimulación tetánica es necesaria porque supone una estimulación,
aunque breve, continua del terminal postsináptico. Esa estimulación continuada va
produciendo la sumación temporal de pequeñas despolarizaciones que se producen
en el terminal postsináptico con la llegada del neurotransmisor (potencial
postsináptico), hasta que la despolarización postsináptica alcanza un umbral18. La
estimulación tetánica garantiza que la despolarización postsináptica supraumbral
coincida en el tiempo con la actividad presináptica. Esta coincidencia temporal es el
requerimiento básico de la regla de Hebb. Conviene notar, no obstante, que es un
grado suficiente de despolarización postsináptica, y no el disparo, el requisito
18
La sumación temporal de despolarizaciones es, asimismo, la responsable de que en las neuronas
postsinápticas se produzca una despolarización supraumbral que origine un potencial de acción o disparo. Sin
embargo, la despolarización postsináptica necesaria para el establecimiento de PLP en una población de
neuronas, aunque cercana, no es la misma que la requerida para el disparo de esa población. El disparo de la
población no es, por tanto, necesario para el establecimiento de PLP (McNaughton et al., 1978; Teyler y
DiScenna, 1987).
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PLP y aprendizaje
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necesario en la neurona postsináptica que debe coincidir con el disparo de la
neurona presináptica y que esto supone una interpretación amplia de la regla de
Hebb.
Por el mismo mecanismo se explica la asociatividad. Un input débil no
produce PLP al no contener el número de aferencias necesario para despolarizar
suficientemente el teminal postsináptico, incluso siendo estimulado tetánicamente.
Pero si su estimulación se asocia a la de un input fuerte que haga sinapsis en un
lugar cercano, la sumación temporal y espacial de ambas estimulaciones es
suficiente para producir la despolarización necesaria del terminal postsináptico. Esto
es lo que se produce en la PLP asociativa. Por tanto, la sumación de las
despolarizaciones postsinápticas produce una coincidencia de activación entre las
neuronas presinápticas y postsinápticas, que da cuenta de las propiedades de
cooperatividad y asociatividad.
Por último, de todo lo anterior se deduce que la despolarización de la neurona
postsináptica es el elemento crítico para el establecimiento de PLP, y que la
estimulación tetánica aferente es sólo un procedimiento para producir esa
despolarización. Si esto es así, la PLP debería poder ser producida en ausencia de
estimulación tetánica, si se despolariza por otros medios el terminal postsináptico
coincidiendo con la actividad del terminal presináptico. Efectivamente, esto ha sido
demostrado. Si se hace coincidir la estimulación simple de las fibras presinápticas a
CA1 con la despolarización mediante electrodos de las neuronas piramidales de
CA1 se obtiene PLP (Kelso, Ganong y Brown, 1986; Wigstrom, Gustafsson, Huang
y Abraham, 1986). La idea de que éste es el mecanismo por el que la estimulación
tetánica produce PLP queda reforzada por el hecho de que se reproducen las
condiciones temporales de estimulación descritas por Levy y Steward (1983) y
Kelso y Brown (1986) necesarias para que se produzca PLP asociativa. Se produce
potenciación cuando la actividad presináptica coincide con la despolarización
postsináptica o la precede en menos de 100 ms, y no es posible obtener PLP cuando
la despolarización postsináptica precede a la actividad presináptica (Gustafsson,
Wigstrom, Abraham y Huang, 1987) .
El mecanismo molecular que da cuenta de esta importante peculiaridad está
íntimamente relacionado con el receptor NMDA, que es el responsable de la
iniciación de la PLP en el giro dentado y área CA1 hipocampal. Más adelante se
expone el modo en el que el receptor NMDA inicia la PLP, siguiendo un modelo
hebbiano de coincidencia de actividad.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
1.2. PLP y ritmo theta hipocampal
Como hemos visto, la forma más común de inducir experimentalmente PLP es
mediante estimulación tetánica de aferentes a la región en la que la PLP se pretende
establecer. Así, recordemos, Bliss y Lomo estimularon tetánicamente la vía
perforada para producir PLP en el giro dentado. No obstante, esta estimulación de
alta frecuencia es fruto de una manipulación experimental, y supone un patrón de
actividad fisiológica muy particular, que no es probable que se produzca en
condiciones naturales en el hipocampo. Este hecho lleva a plantearse la cuestión de
si la PLP puede producirse bajo condiciones fisiológicas naturales en el organismo o
es exclusivamente fruto de la manipulación experimental. Si postulamos que la PLP
es un mecanismo fisiológico de aprendizaje y memoria, resulta evidente la
necesidad de encontrar condiciones endógenas capaces de producir PLP.
Uno de los mayores descubrimientos en los últimos años en relación a la PLP
ha sido precisamente el encontrar que el ritmo theta (un patrón
electroencefalográfico de frecuencia entre 5 y 8 Hz.), está estrechamente
relacionado con la PLP. Desde hace tiempo se conoce la implicación del ritmo theta
en la conducta exploratoria (Klemm, 1976; Vanderwolf, 1969), y más recientemente
se ha documentado su implicación en el propio aprendizaje (Eichenbaum,
Kuperstein, Fagan y Nagode, 1987; Otto, Eichenbaum, Wiener y Wible, 1991).
Además, el ritmo theta es característico del sistema límbico y olfatorio. Más
concretamente, es un patrón de actividad típico de las neuronas piramidales del
hipocampo, situadas, entre otras áreas, en CA1 y CA3, áreas en las que hemos visto
que es posible inducir PLP.
Larson, Wong y Lynch (1986) comprobaron que estimulando la comisura de
Schaffer (la principal fuente de aferencias a CA1, provenientes de CA3) con
descargas cortas, y estando estas descargas separadas entre sí por el período del
ritmo theta (intervalos de 170 a 200 ms.), se producía PLP en CA1. Esta
estimulación imita el patrón de actividad del ritmo theta. Mediante registros
crónicos se ha comprobado que la PLP inducida por este patrón de actividad es
extremadamente duradera y estable, manteniéndose durante semanas (Staubli y
Lynch, 1987). Resultados similares se han encontrado también en el giro dentado
(Greenstein, Pavlides y Winson, 1988). Se ha comprobado, además, que el umbral
para la inducción de PLP es considerablemente menor cuando ésta se establece con
el patrón de estimulación theta que con estimulación tetánica continua (Diamond,
Dunwiddie y Rose, 1988). Por último, se ha comprobado que antagonistas de
receptores NMDA bloquean completamente la PLP producida mediante el patrón
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PLP y aprendizaje
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del ritmo theta (Larson y Lynch, 1988), lo que indica que la potenciación está
producida por el mismo mecanismo que la PLP obtenida con estimulación tetánica
(más abajo veremos que la dependencia de los receptores NMDA es una propiedad
característica de la PLP, o al menos de la modalidad de PLP propia del giro dentado
y el área CA1).
El descubrimiento de que este patrón de estimulación es efectivo para producir
PLP se ha relacionado con la hipótesis de que ritmos hipocampales endógenos
intervienen en el procesamiento de información por parte del hipocampo. Incluso se
ha propuesto un modelo por el que el patrón electroencefalográfico theta funcionaría
en el hipocampo como uno de los dos componentes necesario en una sinapsis
hebbiana (Diamond y Rose, 1994). Concretamente, durante los periodos de
actividad theta, este patrón aseguraría una despolarización parcial de los receptores
NMDA, sitúandolos en un nivel de despolarización cercano al umbral. Este sería el
componente postsináptico necesario en la regla de Hebb. No obstante, el ritmo theta,
por sí solo, no produciría alteración de la eficacia sináptica, sino que sólo prepararía
a la sinapsis para la misma. El segundo componente necesario sería la activación
aferente que llegaría al hipocampo con información proveniente del entorno. Por
tanto, la información que llegase al hipocampo durante el período de actividad theta
podría iniciar la actividad de mecanismos de almacenamiento de la información
como la PLP. Dado que el ritmo theta es característico de la conducta exploratoria,
las experiencias durante este período alcanzarían más fácilmente la memoria.
En definitiva, y teniendo en cuenta la implicación del hipocampo en múltiples
formas de aprendizaje y memoria, la correspondencia entre un patrón de actividad
endógena típico del hipocampo y un patrón de actividad óptimo para producir PLP
refuerza la hipótesis de que la PLP es una forma de plasticidad sináptica responsable
del aprendizaje y la memoria.
2. Mecanismos bioquímicos responsables de la iniciación
de PLP
Uno de los mayores enigmas respecto a la relación entre plasticidad sináptica y
aprendizaje es el conocimiento del mecanismo molecular por el cual se inicia un
cambio en la eficacia de una sinapsis como consecuencia de la experiencia. Como
vimos en el capítulo I, parece bastante más claro que la consolidación de esos
cambios depende de un proceso de síntesis de proteínas. En la PLP se ha
demostrado que los mecanismos moleculares responsables de su iniciación son
diferentes de los que posibilitan su posterior mantenimiento y expresión. Gran parte
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
del interés actual que ha desencadenado la PLP tiene que ver con el conocimiento
del mecanismo molecular responsable de su iniciación. Este mecanismo es capaz de
detectar la contigüidad temporal de dos estimulaciones mediante un dispositivo de
funcionamiento hebbiano. Es, en definitiva, un mecanismo molecular asociativo,
que sería responsable del aprendizaje. Los mecanismos moleculares responsables
del mantenimiento y expresión de la PLP serían, complementariamente,
responsables de la consolidación de la huella de memoria. En la actualidad, están
mucho más claros los mecanismos responsables de la iniciación que los mecanismos
específicos responsables de su mantenimiento. Fruto del mayor desconocimiento y
controversia sobre los mecanismos de mantenimiento y expresión de la PLP es la
existencia de mayor acúmulo de información sobre ellos. Nuestro interés
fundamental está, no obstante, en los mecanismos responsables de la iniciación de la
PLP.
2.1. PLP dependiente y PLP independiente de los receptores
NMDA
En la actualidad está bien establecido que para la iniciación de PLP se requiere
el aumento del nivel de Ca2+ en la neurona postsináptica (p. ej., Lynch et al., 1983;
Malenka, Kauer, Perkel y Nicoll, 1989), aunque todavía existe debate sobre el
dispositivo por el que el Ca2+ invade la neurona postsináptica. La discusión sobre
cuál es el mecanismo de entrada del Ca2+ en el interior celular es la discusión sobre
el mecanismo responsable de la iniciación de PLP.
Hay varias posibilidades por las que el Ca2+ puede llegar a la neurona
postsináptica. Una de ellas es a través del canal de Ca2+ asociado al receptor NMDA
(ver capítulo II). El incremento del nivel de Ca2+ podría también deberse a la acción
de canales regulados por voltaje o a su liberación desde almacenes en el interior
celular, como el retículo endoplasmático (Teyler y Grover, 1993). Así, puede haber
una PLP dependiente de receptores NMDA y una PLP independiente de ellos.
Grover y Teyler (1990) han mostrado que la PLP inducida con estimulación tetánica
de relativa baja frecuencia (25-100 hz) es dependiente de los receptores NMDA,
accediendo el Ca2+ mediante los canales asociados a estos receptores. Frecuencias
tetánicas mayores (> 150 hz) producen, además de este tipo de PLP, PLP no
dependiente de los receptores NMDA, en la que el Ca2+ accede, adicionalmente, por
medio de canales regulados por voltaje. Tanto en un caso como en el otro, la PLP se
inicia con la entrada de Ca2+ a la neurona postsináptica.
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PLP y aprendizaje
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La PLP dependiente de los receptores NMDA es característica de las áreas
hipocampales CA1 y giro dentado19. No es casualidad que, siendo el hipocampo la
estructura de mayor densidad en receptores NMDA del cerebro, dentro del mismo
las áreas CA1 y giro dentado presenten una densidad de receptores NMDA
notablemente mayor que el área CA3 (ver capítulo II). La prueba más clara de que la
iniciación de, al menos, ciertas formas de PLP depende de los receptores NMDA es
que el bloqueo de este receptor por antagonistas bloquea la iniciación de la PLP tras
estimulación tetánica, sin afectar a la transmisión excitatoria normal, que depende,
al menos en el hipocampo, de los receptores AMPA. Este fenómeno fue demostrado
por primera vez por Collingridge, Kehl y McLennan (1983). Posteriormente,
Collingridge et al. (1990) mostraron que es la iniciación de PLP la que queda
bloqueada por antagonistas NMDA, siendo el posterior mantenimiento y expresión
bloqueado por antagonistas de los receptores del glutamato AMPA. Queremos
remarcar esta idea, de la que emanan importantes predicciones sobre el efecto de
antagonistas NMDA y AMPA en el aprendizaje y la memoria, que veremos en el
capítulo IV: la iniciación de PLP depende de los receptores NMDA, y el posterior
mantenimiento y expresión de la misma de los receptores AMPA. Otra prueba a
favor de esta idea viene a partir de un trabajo en el que se estudia el papel de los
receptores AMPA (Tocco et al., 1992). Estos investigadores mostraron un aumento
de los lugares de unión de los receptores AMPA tras la inducción de PLP en el giro
dentado, confirmando así el papel de estos receptores en la PLP. Sin embargo, la
administración previa a la estimulación tetánica del antagonista NMDA ketamina
bloqueó tanto la posterior PLP como el aumento en los lugares de unión AMPA,
sugiriendo este resultado que los receptores NMDA tienen un papel necesario en la
PLP, previo al de los receptores AMPA.
El uso de antagonistas NMDA para bloquear la iniciación de PLP ha servido
para identificar, también en el hipocampo, un tipo de PLP no dependiente de estos
receptores. Mediante bloqueo farmacológico de los receptores NMDA y tras
estimulación tetánica de alta frecuencia, Grover y Teyler (1990) han conseguido
producir PLP. Esta PLP, independiente de los receptores NMDA, ha sido
descubierta en el área CA3 hipocampal y, como ya hemos apuntado más arriba, sus
propiedades son diferentes de la PLP obtenida en el giro dentado y en el área CA1.
Estas diferencias comienzan por las condiciones que producen PLP y una de las más
19
Sin duda, puede caracterizarse a la PLP en el giro dentado y el área CA1 como dependiente de los
receptores NMDA. No obstante, algunos experimentos sugieren que es posible establecer PLP en el giro
dentado sin la activación de los receptores NMDA. La entrada de Ca2+ se produciría, bien por canales
regulados por voltaje (Malenka, Kauer, Zucker y Nicoll, 1988), bien por liberación del mismo desde
almacenes en el terminal presináptico (Bortolotto et al., 1995).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
relevantes de estas diferencias para nosotros es que para su establecimiento no se
requiere la convergencia de actividad pre- y postsináptica, por lo que su iniciación
nada tiene que ver con un mecanismo hebbiano (una exposición de las diferencias
entre la PLP dependiente de los receptores NMDA y PLP independiente de estos
receptores puede encontrarse en Teyler y Grover, 1993). Además, no parece requerir
la entrada de Ca2+ desde el exterior a la neurona postsináptica, por lo que el Ca2+
podría liberarse desde almacenes en el interior de la neurona (Zalutsky y Nicoll,
1990). Esta forma de PLP es, al igual que la dependiente de los receptores NMDA,
específica para las aferencias que la producen, aunque parece no mostrar ni
cooperatividad ni asociatividad (Teyler y Grover, 1993). No obstante, algunos
investigadores apuntan que estas características también se producirían en la PLP en
el área CA3 (Derrick y Martínez, 1994). Quizás la explicación esté en que existan
varios tipos de PLP no dependiente de receptores NMDA. Varios estudios indican
que el mecanismo de iniciación de la PLP en el área CA3 es dependiente de los
receptores opiáceos y (Branham, 1992; Bramham, Milgram y Srebro, 1991;
Derrick, Rodríguez, Lieberman y Martínez, 1992), y parece que la PLP dependiente
de uno y otro tipo de receptores opiáceos posee propiedades diferentes (Martínez y
Derrick, 1996). Respecto al mecanismo de mantenimiento de la PLP dependiente de
los receptores opiáceos se sabe muy poco, desconociéndose si comparte los mismos
mecanismos moleculares con la PLP dependiente de los receptores NMDA.
Es conveniente hacer una observación respecto a la PLP independiente de los
receptores NMDA en CA3. Según hemos visto, en función de la frecuencia de la
estimulación tetánica que se requiere para inducirla, la dependiente de receptores
NMDA puede producirse sin la independiente; pero, en condiciones naturales, la
estimulación que se requiere para abrir los canales de Ca2+ regulados por voltaje
implica también la entrada de Ca2+ a través del receptor NMDA. Se estaría
produciendo, por tanto, una cooperación de PLP dependiente e independiente de
receptores NMDA para producir un resultado final (Teyler y Grover, 1993). En
definitiva, al menos en el hipocampo y en ausencia de bloqueo farmacológico del
receptor NMDA no parecen poder desligarse los receptores NMDA de la PLP. No
obstante, puede establecerse una clara diferenciación entre la potenciación que se
observa en las áreas CA1 y en el giro dentado por un lado, y la que se observa en el
área CA3. Sólo la primera es inequívocamente dependiente de los receptores
NMDA. La potenciación en CA3, además, presenta otras peculiaridades que han
llevado a que algunos autores no le den el nombre de PLP, a pesar de ser una
potenciación de larga duración (Staubli, 1995).
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PLP y aprendizaje
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Recientemente se ha apuntado la posibilidad de la existencia de otro tipo de
PLP, dependiente de los receptores metabotrópicos del glutamato. Se ha encontrado
que agonistas de receptores metabotrópicos del glutamato pueden producir PLP y
antagonistas bloquearla (Bashir et al., 1993; Bortolotto y Collingridge, 1993;
Richter, Errington, Maegawa y Bliss, 1994). No obstante, este resultado necesita
aún mayor investigación. De hecho, también existen datos en contra procedentes de
otro laboratorio (Manzoni, Weisskopf y Nicoll, 1994).
Aunque fuera del hipocampo la PLP ha sido poco estudiada, recientemente se
ha comprobado que en la corteza somatosensorial la PLP es también dependiente de
los receptores NMDA (Kawakami y Ashida, 1993). Estos autores estimularon
tetánicamente la principal fuente de aferencias de la corteza somatosensorial
primaria (SI) y secundaria (SII), los axones del núcleo talámico lateral posterior
ventral. Encontraron una robusta potenciación en SII, que duró más de 90 minutos.
Como resultado que más nos interesa, comprobaron que la administración de dos
antagonistas de receptores NMDA, AP5 y AP7, antes de la estimulación tetánica,
bloqueó la PLP en SII. Así, la PLP en la corteza somatosensorial es, como la PLP
hipocampal (al menos en CA1 y giro dentado) dependiente de los receptores
NMDA. De nuevo, como hemos dicho respecto a la PLP en CA1 y giro dentado,
esto no resulta sorprendente, a la luz de los datos que muestran la alta concentración
de receptores NMDA en la corteza cerebral (ver capítulo II).
Por todo lo anterior, parece claro que la PLP está estrechamente relacionada
con los receptores NMDA, si bien hay también formas de plasticidad duraderas que
no dependen de estos receptores. El descubrimiento de diferentes formas de PLP
sugiere la posibilidad de que exista un conjunto de fenómenos de plasticidad de gran
duración que podrían dispararse por condiciones diferentes, tener propiedades
diferentes o participar en circuitos neuronales diferentes y, quizás, en formas de
memoria diferentes. No obstante, diversos investigadores alertan sobre el riesgo de
confundir la PLP con otros procesos de plasticidad de cierta duración que, con el
auge de la PLP, empiezan a descubrirse (Baudry y Lynch, 1993; McNaughton et al.,
1993). Las propiedades de especificidad, cooperatividad y asociatividad son
características de la PLP dependiente de los receptores NMDA, estudiada en el giro
dentado y en CA1 (Bliss y Collingridge, 1993). Hasta tal punto ha estado tan ligada
la investigación sobre PLP a la investigación sobre receptores NMDA que resulta
prácticamente imposible encontrar un solo texto que tratando sobre la PLP no haga
referencia a los receptores NMDA o viceversa. Así, Bliss y Collingridge (1993), en
su revisión sobre PLP, dicen: “En este artículo, entendemos por PLP un tipo de
potenciación sináptica, que es dependiente del receptor NMDA y que dura más de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
una hora” (p. 31); o en palabras de Dudai: “Los receptores NMDA se han
convertido recientemente casi en un sinónimo de PLP en la literatura científica”
(1989, p. 97).
2.2. El receptor NMDA como dispositivo que opera según la
regla de Hebb
En una sinapsis excitatoria convencional, la unión del transmisor al receptor
permite la apertura de un canal a través del cual fluyen iones cargados positivamante
al interior de la célula postináptica, despolarizándola. Esto es lo que ocurre, por
ejemplo, con el receptor del glutamato AMPA. La unión del glutamato al receptor
abre canales de sodio (Na+), que permite el paso de estos al interior celular,
produciendo la consecuente despolarización del interior celular un potencial
postináptico excitatorio. Los canales que funcionan de esta manera se dice que están
regulados por ligando, dado que su apertura depende de su unión al
neurotransmisor. Sin embargo, el receptor NMDA es peculiar. Además de estar
regulado por ligando, está regulado por voltaje.
Recordemos del capítulo II que el receptor NMDA es un receptor complejo,
que tiene entre otros lugares de unión, uno para el glutamato, que regula la apertura
de un canal para el Ca2+. Si el receptor NMDA tuviera un funcionamiento
convencional, cuando el glutamato se ligara al receptor, el canal quedaría abierto, y
por el mismo fluiría el Ca2+ hacia el interior celular, lo que debería llevar a un
potencial postsináptico excitatorio. Sin embargo, esto no es así. En condiciones de
reposo en la neurona postsináptica (potencial aproximado de -70 mV), la unión del
glutamato al receptor no produce la entrada de Ca2+ a través del canal. Para que el
flujo de Ca2+ se produzca debe existir, adicionalmente, una despolarización en la
membrana postináptica, de forma que el flujo máximo de Ca2+ a través de le
membrana se produce aproximadamente a -30 mV (Flatman, Schwindt, Crill y
Stafstrom, 1983; Nowak et al., 1984). La dependencia de voltaje del receptor
NMDA para permitir el paso del Ca2+ se debe a que el canal está bloqueado por una
molécula de magnesio (Mg2+), que tiene su lugar de unión en el interior del canal y
es sensible al potencial de membrana, de forma que la afinidad del Mg2+ por el canal
aumenta con la hiperpolarización y disminuye con la despolarización. A -30 mV el
Mg2+ es expulsado del canal, dejando a éste libre para que la unión del glutamato al
receptor NMDA produzca el flujo de iones Ca2+ al interior celular.
En estos términos se pueden explicar las propiedades de cooperatividad y la
asociatividad. La cooperatividad y asociatividad se producen por la necesidad de
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PLP y aprendizaje
101
despolarización de la membrana postsináptica, para liberar el canal del receptor del
2+
bloqueo del Mg . Una estimulación débil no despolarizará lo suficiente la neurona
postsináptica como para desbloquear el canal. Una fuerte sí. La cooperatividad hace
referencia precisamente a la necesidad de un conjunto mínimo de aferencias, de
forma que se obtenga un input fuerte. En la asociatividad, asimismo, es necesaria la
presentación conjunta de un input débil junto con un input fuerte para que se pueda
producir potenciación al input débil.
Resumiendo, la unión del glutamato al receptor en condiciones en que la
2+
neurona postsináptica está despolarizada produce el flujo de Ca al interior de la
neurona postsináptica. Así, para que el receptor NMDA se vuelva activo se deben
dar simultáneamente dos condiciones: 1) unión del glutamato al receptor; 2)
despolarización de la neurona postsináptica. La despolarización postsináptica es la
excitación de la neurona postsináptica. La unión del glutamato al receptor, resultado
de su liberación por parte de la neurona presináptica, es el resultado del disparo de
esta neurona. Así, el receptor NMDA sirve como un dispositivo que detecta la
convergencia de actividad pre- y postsináptica, para permitir posteriormente, por
mecanismos que a continuación se exponen, el incremento de la eficacia de esa
sinapsis. Como hemos visto más arriba, la convergencia de actividad pre- y
postsináptica es la explicación de las características de cooperatividad y
asociatividad, que hacen de la PLP una forma de plasticidad sináptica ideal para dar
cuenta del aprendizaje asociativo.
En definitiva, el mecanismo de acción postulado por Hebb parece haber
encontrado un sustrato físico que lo posibilita en el receptor NMDA, responsable de
la iniciación de un cambio duradero en la eficacia de una sinapsis, la PLP.
3. Mecanismos bioquímicos responsables del
mantenimiento y la expresión de PLP
Como ya hemos dicho, en la actualidad está fuera de duda que el Ca2+ en la
neurona postsináptica juega un papel crítico en el desarrollo de la PLP. Así lo
2+
muestra, por ejemplo, el hecho de que el bloqueante de Ca intracelular EGTA
bloquee la PLP (Lynch et al., 1983). Ya hemos mostrado que el camino por el que el
2+
Ca entra en la neurona postsináptica es a través de canales en los receptores
NMDA. Este era el mecanismo de iniciación de la PLP. En este apartado nos
interesa conocer qué cambios producidos a nivel postsináptico y/o presináptico son
responsables del ulterior mantenimiento y expresión de la PLP. La hipótesis más
evidente, documentada y aceptada es que esos cambios son consecuencia del
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
incremento de Ca2+ intracelular. Esto supondría un mecanismo de acción a nivel
postsináptico. Se postulan, adicionalmente, otros mecanismos de acción a nivel
presináptico.
Un punto crítico es el de la duración del proceso que estabiliza la PLP. La
naturaleza de los mecanismos que se postula que intervienen en el mantenimiento de
la PLP debe tener en cuenta la ventana temporal en que ésta se desarrolla y debe ser
sensible a manipulaciones dentro de esa ventana temporal. En general, se acepta que
se requieren de 1 a 5 minutos para producir una PLP estable (Arai, Larson y Lynch,
1990), aunque se ha sugerido la existencia de diferentes fases relativas al
mantenimiento de la PLP.
En su revisión, Bliss y Collingridge (1993) dividen la PLP en tres procesos, de
distinta duración y bien diferenciados según sus mecanismos de acción. Así,
distinguen una PLP1, cuya duración es de 3 a 6 horas y que es bloqueada por
inhibidores de proteínas kinasas, pero no por inhibidores de síntesis de proteínas;
una PLP2, de duración algo mayor y que es bloqueada por inhibidores de síntesis de
proteínas (transcripción de proteínas a partir del ARNm ya existente), aunque se
muestra independiente de la expresión genética (transcripción de ARNm a partir del
ADN); y una PLP3, con una duración de varios días y que se muestra dependiente
de la expresión genética. La PLP3 sólo se podría inducir en el animal sin anestesia.
Esta división de la PLP en diferentes procesos de duraciones y mecanismos
diferentes es sugerente, aunque ha sido criticada. Hanse y Gustafsson (1994) revisan
los datos a favor de esta división y se posicionan en contra de la misma. Proponen
que la PLP se desarrolla en pocos segundos, que en un minuto ya está
completamente desarrollada y que la estabilización de la PLP depende simplemente
del grado de activación del receptor NMDA y la consecuente entrada de Ca2+ al
interior celular. Argumentan, además, que las manipulaciones que se han visto
efectivas para interferir con la PLP, como los inhibidores de proteínas kinasas o de
síntesis de proteínas, actúan en realidad sobre el mecanismo de iniciación, en lugar
de sobre un mecanismo diferenciado de mantenimiento. Este debate sobre la
existencia siquiera de mecanismos de mantenimiento de la PLP diferentes a los de
iniciación ilustra la falta de claridad de los datos concernientes al mantenimiento de
la PLP. En un extremo, Bliss y Collingridge proponen tres fases en el
mantenimiento de la misma, cada una implicando mecanismos diferentes. En el otro,
Hanse y Gustafsson niegan la existencia de un mecanismo de mantenimiento
diferente al de iniciación.
Nosotros, siguiendo la línea más clásica en la investigación sobre PLP, hemos
separado los mecanismos de iniciación, que ya hemos visto, de los de su posterior
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PLP y aprendizaje
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mantenimiento y expresión, aunque sin establecer diferencias entre las diferentes
fases sugeridas por Bliss y Collingridge. A continuación, vamos a hacer una
exposición somera de los principales datos en relación a estos mecanismos (para un
revisión detallada véanse Baudry y Davis, 1991, 1994; Baudry y Lynch, 1993; Bliss
y Collingridge, 1993 o Voronin et al., 1995).
3.1. Cambios a nivel postsináptico
2+
El hecho más destacado a nivel postsináptico es el incremento de Ca
intracelular. Se han postulado varios mecanismos de transducción que mediarían
2+
entre el incremento de Ca y las modificaciones en la célula postsináptica. Sobre
2+
todo, se ha señalado el papel que las enzimas dependientes del Ca pueden tener en
la formación de la PLP. Asimismo, también se ha postulado que la síntesis de
proteínas interviene en el desarrollo y la expresión de PLP. Como efectos de cada
uno de estos mecanismos sobre la neurona postsináptica se han propuesto el de
producir modificaciones estructurales en la neurona y el de una alteración de las
propiedades de sus receptores. De hecho, la hipótesis más simple barajada es que
2+
enzimas dependientes del Ca produzcan cambios en los receptores AMPA
-encargados de la transmisión normal del impuso nervioso en relación a los AEEs-,
afectando así la transmisión normal regulada por estos receptores, de forma que
como consecuencia de la unión a ellos del neurotransmisor se produzca una mayor
despolarización postsináptica. Por tanto, los receptores NMDA estarían mediando la
iniciación de la PLP, como acabamos de ver, y serían los receptores AMPA los
responsables del posterior mantenimiento y expresión de la misma. Vamos a ver
algunos de los mecanismos propuestos por los que podría alterarse la eficacia de
estos receptores.
3.1.1. La naturaleza del mecanismo
3.1.1.1. Papel de enzimas dependientes del Ca2+
Se ha estudiado, sobre todo, el papel de las proteínas kinasas, aunque también
se han implicado otras, como las fosfolipasas y las proteasas.
La primera kinasa que se implicó en la PLP fue la proteína kinasa C (PKC),
2+
dependiente de Ca y de fosfolípidos. Diversos estudios han mostrado que
inhibidores del enzima bloquean la PLP sin afectar otras formas de plasticidad
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
menos duraderas (Malenka et al., 1989; Malinow, Madison y Tsien, 1988; Malinow,
Schulman y Tsien, 1989). En estos estudios se muestra que los inhibidores de PKC
pueden bloquear la PLP cuando se aplican después de la estimulación tetánica, lo
que sugiere que la actividad de la PKC se produce posteriormente a la iniciación de
la PLP. Complementariamente, compuestos que activan la PKC, como el ester
forbol, producen PLP (Malenka, Madison y Nicoll, 1986). No obstante, hay datos
que muestran que los efectos producidos por el ester forbol desaparecen con éste
(Muller, Turnbull, Baudry y Lynch, 1988) y que sus propiedades críticas son
cualitativamente diferentes a las propiedades de la PLP (Muller, Buchs, Dunant y
Lynch, 1990). Así, tanto la ventana temporal en la que actúa la PKC, como el modo
en que se mantiene su activación tras la estimulación inicial son, en la actualidad,
asuntos de debate. Incluso se discute si la actividad de la PKC se produce
necesariamente a nivel postsináptico, apuntándose la posibilidad de que también
pueda desempeñar un papel en el terminal presináptico (Malinow et al., 1989).
Huang, Colley y Routtenberg (1992) han sugerido que una PKC podría desarrollar
su acción a nivel postsináptico durante algunos minutos, y otra PKC desarrollaría su
acción presinápticamente durante más tiempo. Con todo, no está clara la implicación
de la PKC en el mantenimiento y expresión de la PLP, aunque parece un factor
necesario que podría incidir en el paso de formas de plasticidad menos duraderas a
PLP (Bliss y Collingridge, 1993).
Otros estudios implican a otra proteína kinasa, la kinasa tipo II dependiente de
Ca y de calmodulina (CaMKII). Esta enzima posee interesantes características que
le permiten una regulación de sus propiedades por medio de autofosforilación, lo
que hace de ella un dispositivo bioquímico ideal para producir cambios a largo plazo
(Kennedy, 1989). Inhibidores de esta kinasa han mostrado su capacidad para inhibir
la PLP (Ito, Hidaka y Sugiyama, 1991; Malenka et al., 1989; Malinow et al., 1988).
Otras pruebas que implican a la CaMKII en la PLP están basadas en ratones
mutantes en los que se ha aislado y eliminado el gen responsable de la subunidad de CaMKII. En estos ratones la capacidad para establecer PLP está muy deteriorada
(Silva, Stevens, Tonegawa y Wang, 1992a). Más recientemente, se ha comprobado
que un incremento inducido experimentalmente de CaMKII potencia la transmisión
sináptica, al tiempo que bloquea la posibilidad de obtener más potenciación
siguiendo un protocolo de inducción de PLP, sugiriendo lo último una saturación de
la PLP por la actividad de la enzima (Pettit, Perlman y Malinow, 1994). No
obstante, el modo en que la CaMKII actúa sobre la actividad sináptica es aún
desconocido, siendo probable que forme parte de un patrón más complejo de
coordinación enzimática (Baudry y Lynch, 1993).
2+
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PLP y aprendizaje
105
Otras kinasas que también se han implicado en la PLP son la kinasa
dependiente de adenosín monofosfato cíclico (PKA) y la tirosina kinasa (PTK). La
PTK ha sido implicada en base a estudios en los que se inhibe su actividad (O’Dell,
Kandel y Grant, 1991). En el otro lado, los primeros datos que implicaron a la PKA
en la PLP fueron datos indirectos, que mostraban que el nivel de adenosín
monofosfato cíclico aumenta en relación a la actividad del receptor NMDA
(Chetkovich, Gray, Johnston y Sweatt, 1991). Posteriormente se ha mostrado que
inhibidores de la PKA bloquean la última fase de la PLP y que, inversamente,
análogos de la PKA producen una potenciación sináptica que bloquea la PLP
inducida posteriormente (Frey, Huang y Kandel, 1993). Además, en relación con la
PKA son muy sugerentes algunos resultados recientes que muestran una relación
directa entre la PKA en el hipocampo y el aprendizaje, encontrándose que
inhibidores de la PKA dificultan el aprendizaje de evitación (Bevilaqua et al., 1997),
y que, inversamente, el entrenamiento en evitación produce un aumento en la
actividad de la PKA en el hipocampo (Bernabeu et al., 1997).
Las proteasas han sido también implicadas en la PLP. Un tipo particular de
proteasa, la calpaína, fue una de las primeras enzimas sugeridas como responsable
del mantenimiento de la PLP (Lynch y Baudry, 1984). El interés en la calpaína surge
de que es uno de los principales sustratos de la espectrina, que forma parte del
citoesqueleto, lo que sugiere posibles modificaciones estructurales en la neurona
como base del aprendizaje. Además, la calpaína se ha encontrado principalmente en
las neuronas postsinápticas (Perlmutter et al., 1988). Varios estudios muestran que
inhibidores de la calpaína bloquean la PLP in vivo e in vitro (Denny et al., 1990;
Staubli, Baudry y Lynch, 1984). Por último, la PKC es un sustrato sobre el que actúa
la calpaína, produciendo un componente activo, la proteína kinasa M. No obstante,
hay datos tanto a favor como en contra de la implicación de este último mecanismo
en la PLP (Muller et al., 1990).
Por último, las fosfolipasas son enzimas que están ganando protagonismo en
las investigaciones sobre los mecanismos bioquímicos responsables del
2+
mantenimiento de la PLP. La fosfolipasa A2 (PLA2) se activa con la entrada de Ca
en la neurona postsináptica. Se ha encontrado que inhibidores de la PLA2 bloquean
la PLP in vivo e in vitro (Massicote, Oliver, Lynch y Baudry, 1990; Williams y
Bliss, 1988), aunque quizás los resultados más sugerentes son los que relacionan la
actividad de la PLA2 con los receptores AMPA. En particular, la administración de
PLA2 en membranas sinápticas produce un incremento de la afinidad de los
agonistas por este receptor (Massicotte y Baudry, 1990) que, sin embargo, no se
produce en tejidos en los que no es posible inducir PLP (Baudry, Massicotte y
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Hauge, 1991; Massicotte, Vanderklish, Lynch y Baudry, 1991). Además, la PLA2
parece ser responsable de la producción y liberación de factor activador de plateletas
(PAF), y se sabe que el PAF produce un incremento pronunciado en el nivel de Ca2+
(Marcheselli et al., 1990). El PAF actuaría, así, aumentando el nivel de Ca2+, que
activaría de nuevo la PLA2, activando a su vez el PAF. Baudry y Lynch (1993)
sugieren que este es un posible mecanismo de retroalimentación que explicaría un
incremento del Ca2+ intracelular durante un largo periodo. Asimismo, consecuencia
de la acción de la PLA2 sobre los fosfolípidos es la liberación de ácido araquidónico
(Dumuis et al., 1988), un candidato a ser mensajero retrógrado en la PLP, como
veremos más adelante. De hecho, se ha propuesto que la propia PAF haría funciones
de mensajero retrógrado. Además de bloquear la PLP, inhibidores de la PAF
bloquean el aprendizaje, y análogos lo facilitan (Izquierdo et al., 1995; Jerusalinsky
et al., 1994).
Otras enzimas que, en menor medida, se han relacionado con la PLP son las
fosfotasas (Halpain y Greengard, 1990) y las transglutaminasas dependientes de
Ca2+ (Friedrich, Fesus, Tarcsa y Czeh, 1991).
3.1.1.2. Papel de la síntesis de proteínas
Vimos en el capítulo I que la síntesis de proteínas, si bien es una idea ya
clásica, es uno de los mecanismos que con más claridad forman parte de los
procesos bioquímicos responsables de la memoria, concretamente de la MLP.
Además, la idea ha recobrado protagonismo recientemente a partir de estudios
realizados sobre la memoria de invertebrados, como el expuesto sobre Aplysia, en
los que se han podido estudiar con exactitud los cambios estructurales en sinapsis
concretas originados por la síntesis de proteínas (Bailey y Kandel, 1995). La síntesis
de proteínas también se ha relacionado con el mantenimiento de la PLP.
En general, el grado en que inhibidores de síntesis de proteínas deterioran la
PLP parece depender en exceso del tipo de inhibidor empleado (Bliss y
Collingridge, 1993). Así, aunque en algún estudio inhibidores de síntesis de
proteínas han mostrado su capacidad para interferir con el desarrollo de PLP
(Deadwyler, Dunwiddie y Lynch, 1987), la especificidad del inhibidor ha sido
cuestionada posteriormente incluso por autores del estudio (Baudry y Lynch, 1993).
Según Bliss y Collingridge (1993), los resultados más claros son los obtenidos con
anisomicina, fármaco que bloquea la formación de proteínas a partir de ARNm. Con
su presencia al tiempo que la estimulación tetánica, la duración de la PLP queda
reducida a unas tres horas (Krug, Lossner y Ott, 1984; Otani et al., 1989). Además
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PLP y aprendizaje
107
de mediante el bloqueo de la transcripción del ARNm en proteínas directamente, la
síntesis de proteínas puede bloquearse impidiendo la transcripción de ADN en
ARNm. En realidad, así se estaría bloqueando directamente la expresión genética.
La actinomicina hace esto, habiéndose comprobado que en el periodo en que la PLP
se muestra sensible a la anisomicina, la actinomicina es inocua (Otani et al., 1989),
lo que parece indicar que, al menos durante las primeras horas, es suficiente para la
expresión de PLP con la síntesis de nuevas proteínas a partir de ARNm previamente
existente, no siendo crítico la formación de ARNm. No obstante, el experimento
citado con actinomicina sólo indica que durante las tres primeras horas la PLP no
depende de la transcripción genética, no excluyéndose la posibilidad de que ésta sea
necesaria para duraciones mayores de la PLP. De hecho, hay datos que sugieren que
en genes como el zif/268 y el c-fos se produciría un aumento de su expresión con la
estimulación tetánica de alta frecuencia, efecto que, sin embargo, no se produciría
en presencia de antagonistas del receptor NMDA (Cole, Saffen, Baraban y Worley,
1989; Wisden et al., 1990). Más recientemente, utilizando diversos bloqueadores de
la transcripción genética, se ha encontrado un bloqueo de la PLP (fase 3 o fase L)
cuando el bloqueador es administrado inmediatamente después de la estimulación
tetánica. Así, el desarrollo de una fase tardía de PLP parece requerir la transcripción
genética durante un periodo crítico (Nguyen, Abel y Kandel, 1994).
En resumen, se podrían establecer diferentes fases en la consolidación de la
PLP, como sugieren Bliss y Collingridge (1993). Dada la rapidez con la que se
estabiliza la PLP, la síntesis de proteínas sólo sería necesaria en un segundo
momento y un mecanismo de transcripción genética intervendría aún
posteriormente. Como ya habíamos comentado en relación a las fases propuestas por
Bliss y Collingridge, la primera fase dependería de las proteínas kinasas, cuya
implicación en la PLP vimos en el apartado anterior. No obstante, conviene recordar
que no existe consenso sobre estas distintas fases en el mantenimiento de la PLP.
3.1.2. Modificaciones resultantes a nivel postsináptico
Como consecuencia de los mecanismos que acabamos de repasar y, con
seguridad, de algunos otros aún por descubrir, se ha apuntado la existencia tanto de
modificaciones estructurales en la neurona postsináptica, como de modificaciones
en sus receptores, fundamentalmente en los receptores AMPA. Sin duda,
modificaciones de esta naturaleza conllevan necesariamente la síntesis de proteínas.
Las modificaciones estructurales podrían afectar a la configuración de sinapsis
existentes o a la formación de nuevas sinapsis. Estos cambios estructurales serían el
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
fruto de cambios en el citoesqueleto celular que, como hemos visto, podría ser
alterado, directa o indirectamente, por algunas de las enzimas dependientes del Ca2+.
Una revisión de los datos sobre modificaciones estructurales en las sinapsis durante
la PLP puede encontrarse en Wallace, Hawrylak y Greenough (1991). La lectura
fundamental de estos datos es que la PLP produce modificaciones estructurales
postsinápticas, y no presinápticas. Estas modificaciones, en el número y forma de las
espinas dendríticas, se han encontrado tanto en CA1 (Chang y Greenough, 1984)
como en el giro dentado (Desmond y Levy, 1990). Recientemente, se ha identificado
que, en lo que respecta al área CA1, los cambios en las espinas dendríticas
producidos como consecuencia de la PLP son similares a los producidos durante el
desarrollo: el crecimiento de colonias de espinas pequeñas y un desplazamiento en
el ángulo de las espinas, planteando la cuestión de la existencia de mecanismos de
plasticidad comunes para el aprendizaje y el desarrollo (Hosokawa, Rusakov, Bliss y
Fine, 1995). Una importante cuestión aún sin resolver es si los cambios estructurales
proceden de la modificación de sinapsis existentes o de la formación de sinapsis
nuevas20. Aunque no hay datos que avalen ninguna de las dos propuestas, el hecho
de que el mantenimiento de la PLP dependa de los receptores AMPA y no de los
receptores NMDA hace más sugerente la posibilidad de que se formen nuevos
contactos sinápticos, que serían deficitarios en receptores NMDA. Por el contrario,
modificaciones estructurales en sinapsis ya existentes deberían tener efectos
similares para ambos tipos de receptores.
La otra hipótesis barajada es la existencia de modificaciones en los receptores.
Esta hipótesis ha recibido apoyo directo recientemente con experimentos en los que
se han usado agonistas marcados radiactivamente. Estos experimentos muestran un
aumento de uniones de los agonistas a los receptores tras la producción de PLP,
encontrándose una correlación significativa entre el aumento de uniones y la
magnitud de la PLP (Maren et al., 1993).
Lynch y Baudry (1984) ya apuntaron hace años que el incremento en el flujo
iónico postsináptico que se produce tras la PLP tiene su explicación más fácil en la
existencia de modificaciones selectivas en los receptores AMPA. El esquema más
simple por el que esto podría ocurrir sería que alguna kinasa fosforilara los canales
iónicos asociados a estos receptores. Apoyando esta idea, se ha encontrado que un
inhibidor de kinasas bloquea el proceso de sensibilización que tiene lugar en los
20
En realidad, es la cuestión planteada por Ramón y Cajal hace ya casi un siglo (Ramón y Cajal, 1899),
aplicada a la PLP. Como vimos en el capítulo I, Ramón y Cajal defendía que el aprendizaje podía deberse a la
modificación de la eficacia de sinapsis ya existentes, siguiendo en esto a Tanzi. Adicionalmente, Cajal
postuló que el aprendizaje podía ser también el resultado de la formación de nuevas conexiones entre
neuronas.
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PLP y aprendizaje
109
receptores AMPA como consecuencia de la PLP (Reymann et al., 1990). Más
especificamente, se ha encontrado que la subunidad catalítica de la kinasa PKA
aumenta de forma directa la función del receptor AMPA (Wang, Salter y McDonald,
1991). Por otro lado, a partir del conocimiento de que los receptores AMPA pueden
existir en dos variantes, flip y flop, con diferentes propiedades de conducción, se ha
sugerido que la PLP podría ser una consecuencia de la frecuencia relativa de ambas
variantes en la membrana postsináptica (Sommer et al., 1990). En esta misma línea,
Morris (1994) ha apuntado que se podría producir un paso de un estado no funcional
del receptor AMPA a un estado funcional.
Por último, aunque más raramente, también se ha indicado que los receptores
NMDA podrían estar implicados, además de en la iniciación, en el mantenimiento
de la PLP (Bliss y Collingridge, 1993). Esta idea es sugerida por el hecho de que la
kinasa PKC modifica la función del receptor NMDA. El mecanismo concreto podría
2+
ser la fosforilación de los canales de Ca del receptor, de forma que quedara
2+
alterado el grado en que el Mg bloquea el canal (Chen y Huang, 1992). Así, la
PLP podría conllevar cambios de larga duración en los receptores AMPA, que
serían los responsables de su posterior expresión ante estimulaciones simples, y
cambios de larga duración en los receptores NMDA, que modificarían la
sensibilidad de estos receptores ante nuevas estimulaciones de alta frecuencia
(Rison y Stanton, 1995).
Hasta aquí hemos repasado la naturaleza de los mecanismos de acción y los
consecuentes cambios producidos por ellos en la neurona postsináptica. Creemos
que merecen ser destacadas dos ideas al respecto. En primer lugar, ni los cambios a
nivel postsináptico ni, menos aún, los mecanismos que los precipitan han sido en la
actualidad claramente delimitados. Como hemos visto, abundan datos apoyando
diferentes hipótesis. Quizás sea el momento de realizar una comprobación
sistemática de cada una de ellas, más que de seguir acumulando datos. En segundo
lugar, es particularmente necesario tratar de descifrar el modo específico en que los
diferentes mecanismos de acción, presumiblemente disparados por la entrada de
2+
Ca al interior celular, actúan para producir los cambios perdurables, sean
estructurales, sean sobre los receptores, en el interior de la neurona postsináptica.
Creemos que sólo la especificación del modo de acción de cada uno de los
supuestos mecanismos permitirá una prueba sistemática sobre su implicación en la
PLP. Lo contrario supone, en realidad, una aproximación de caja negra, en la que se
relaciona la manipulación de una variable (una kinasa, por ejemplo) con otra (la
PLP), sin comprender el mecanismo por el que ambas se relacionan. Aunque éste es
el terreno de la biología molecular, el tipo de problema al que se enfrenta tiene
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
mucho en común con problemas frecuentes en psicología. Creemos que, en ambos
casos, la delimitación del mecanismo por el que se relacionan dos variables, y no
sólo el conocimiento de la relación funcional entre ambas, es determinante para la
solución del problema.
3.2. Cambios a nivel presináptico
Además de los cambios a nivel postsináptico, ampliamente aceptados por los
investigadores sobre la PLP, otra posibilidad es que el mantenimiento y expresión
de la PLP sea el resultado, al menos en parte, de modificaciones a nivel
presináptico. Concretamente, se ha propuesto que con la PLP se produciría un
incremento en la liberación de neurotransmisor. Esta idea, aunque en principio
simple y sugerente, es conflictiva, pues implica la existencia de alguna señal desde
la neurona postsináptica hasta la neurona presináptica dado que, al menos el
mecanismo de iniciación de la PLP es puramente postsináptico. En definitiva, se
necesitaría un mensajero retrógrado en el sistema nervioso, y hasta la fecha se
acepta ampliamente que la neurotransmisión se produce en un solo sentido: de la
neurona presináptica a la postsináptica. No obstante, en los últimos años empiezan a
aflorar datos que apuntan a la existencia de mensajeros retrógrados21.
3.2.1. Aumento de la liberación de neurotransmisor
El primer trabajo en el que se muestra la relación entre la PLP y un aumento en
la liberación de sustancia transmisora es el de Skrede y Malthe-Sorensen (1981). En
ese trabajo, los investigadores muestran una significativa correlación positiva entre
la PLP y la liberación de neurotransmisor. Asimismo, Bliss y su equipo han
mostrado en varias ocasiones que la PLP está acompañada de un incremento en la
liberación de glutamato de la neurona presináptica (p.ej., Bliss, Douglas, Errington y
Lynch, 1986; Dolphin, Errington y Bliss, 1982). Dado que la liberación de
neurotransmisor del terminal presináptico está precipitada por la entrada de Ca2+ al
mismo, y que es un incremento de la entrada de Ca2+ en la neurona postsináptica lo
que origina los cambios a nivel postsináptico, se ha planteado que el Ca2+ pueda
jugar también un papel en el incremento de la liberación de neurotransmisor. Así, se
21
La existencia de mensajeros retrógrados tiene una extraordinaria importancia en relación a la plausibilidad
biológica de los modelos conexionistas que utilizan la regla de propagación hacia atrás, como vimos en el
capítulo I. Es ésta la regla de aprendizaje más comúnmente utilizada y, sin embargo, no se conocen en el
sistema nervioso mecanismos de propagación de la actividad hacia atrás. Así, la existencia de mensajeros
retrógrados abre la puerta a la posibilidad de un mecanismo con esa función en el cerebro.
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PLP y aprendizaje
111
2+
ha encontrado que 45 minutos después de la iniciación de PLP los niveles de Ca
en el giro dentado aumentan, lo que parece explicar el aumento en la liberación de
neurotransmisor en sinaptosomas22 previamente sometidos a entrenamiento para
producir PLP (Lynch y Voss, 1991). Alternativamente, se ha propuesto que el
incremento en la liberación de neurotransmisor puede ser consecuencia de un
2+
incremento en la sensibilidad al Ca , más que un aumento en el nivel de éste
(Lynch y Bliss, 1986). Otros procesos que también han sido propuestos como
posible explicación del incremento en la liberación del neurotransmisor están
relacionados con alteraciones en la síntesis del transmisor, el llenado de las
vesículas sinápticas de neurotransmisor y el posterior transporte de éstas hacia la
membrana presináptica (Bliss y Collingridge, 1993).
No obstante, otros resultados ponen en duda el hecho de que durante la PLP se
produzca un incremento en la liberación de neurotransmisor. La evidencia
experimental más fuerte a favor de este argumento proviene de experimentos en los
que se comparan los efectos del neurotransmisor sobre los receptores NMDA y
sobre los receptores AMPA. Como ambos receptores están localizados
conjuntamente en la membrana postsináptica, si se produjera un incremento en la
liberación de neurotransmisor, se esperaría que ambos receptores fueran afectados
en la misma medida. Sin embargo, diversos experimentos muestran que no es esto lo
que ocurre (Kauer, Malenka y Nicoll, 1988; Muller, Larson y Lynch, 1989).
La polémica continúa y sirva como ejemplo que dos publicaciones casi
simultáneas provenientes de laboratorios diferentes llegan a conclusiones contrarias.
Ambos trabajos utilizan estrategias diferentes, si bien coinciden en el objetivo de
medir la probabilidad de liberación del neurotransmisor. Stevens y Wang (1994)
aportan datos que indican que se produce una mayor liberación de neurotransmisor,
y Manabe y Nicoll (1994) aportan datos que le llevan a concluir en sentido
contrario, defendiendo que los cambios en la PLP son exclusivamente
postsinápticos. La razón de estas contradicciones está, a juicio de Malinow (1994),
en la insuficiente resolución de los medios técnicos para medir cambios a ambos
lados de la sinapsis de forma independiente. Con todo, al menos en el giro dentado,
una reciente revisión de la evidencia experimental obtenida tanto in vitro como in
vivo sobre el incremento en la liberación de neurotransmisor en la PLP muestra que
una característica bien establecida de esta forma de PLP es el incremento en la
liberación de glutamato (Richter, Canevari y Bliss, 1995).
22
Preparaciones in vitro de terminales axónicos, en los que puede estudiarse el comportamiento de las
vesículas sinápticas, y así de la liberación del transmisor.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
En todo caso, como hemos visto, no cabe duda de que la iniciación de la PLP
tiene su causa en un mecanismo postsináptico. Así, si en su mantenimiento
interviniera un mecanismo presináptico, debería existir alguna señal que comunicara
la neurona postsináptica con la presináptica. La existencia de tal mensajero
retrógrado, pensamos, debe ayudar a aclarar la posibilidad de cambios presinápticos.
3.2.2. Mensajeros retrógrados
El candidato más clásico que se ha propuesto para ser un mensajero retrógrado
en la PLP es el ácido araquidónico. El ácido araquidónico se ha propuesto en base a
cuatro líneas argumentales principales. Primero, se conoce que tras estimulación de
los receptores NMDA es liberado al medio extracelular (Dumuis et al., 1988).
Segundo, se ha comprobado un incremento de su salida tras la inducción de PLP
(Clements, Bliss y Lynch, 1991). Tercero, la aplicación de ácido araquidónico a
sinapsis hipocampales produce una lenta potenciación de la sinapsis (Barbour,
Szatkowski, Ingledew y Attwell, 1989). Por último, ya vimos previamente que el
ácido araquidónico se libera como consecuencia de la acción de la fosfolipasa A2 y
que inhibidores de ésta bloquean la PLP. No obstante, este resultado no parece
consistente, al no replicarse cuando se cambia el inhibidor utilizado (Massicotte et
al., 1990).
Más recientemente se ha sugerido que el óxido nítrico (NO) podría hacer las
funciones de mensajero retrógrado (Bohme et al., 1991; Madison, 1993; Medina e
Izquierdo, 1995; O’Dell, Hawkins, Kandel y Arancio, 1991; Schuman y Madison,
1991, 1994), en gran parte porque el NO es gaseoso, de menor duración y de más
rápida difusión que el ácido araquidónico. Dos son los argumentos principales que
apoyan la implicación del NO en la PLP: 1) como el ácido araquidónico, el NO
también se libera tras la activación de receptores NMDA; 2) inhibidores del NO
sintetasa, enzima que cataliza la formación de NO, bloquean la PLP (Bohme et al.,
1991; O’Dell, Hawkins, Kandel y Arancio, 1991; Schuman y Madison, 1991).
Coherentemente, además, en varios experimentos estos inhibidores han mostrado ser
capaces de bloquear el aprendizaje, al igual que antagonistas NMDA, como veremos
en el capítulo IV (Fin et al., 1995). Por otro lado, también relacionando NO con PLP
un sugerente estudio ha mostrado que el emparejamiento de estimulación
presináptica por debajo del umbral necesario para producir PLP con NO sí es
suficiente para producir PLP (Zhuo, Small, Kandel y Hawkins, 1993). No obstante,
tampoco está ni mucho menos clara la implicación del NO en la PLP. Algunos
laboratorios no han conseguido replicar los resultados con inhibidores de la NO
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PLP y aprendizaje
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sintetasa, sugiriéndose que los inhibidores utilizados ejercían sus efectos sobre la
PLP por mecanismos diferentes a su acción sobre el NO (Gribkoff y Lum-Ragan,
1992). Más importante es que se ha comprobado que cuando se administran in vivo,
estos inhibidores no bloquean la PLP (Bannerman et al., 1994). Otros mensajeros
retrógrados que se han propuesto alternativa o complementariamente al ácido
araquidónico y al NO son el monóxido de carbono (CO), sustancia de características
muy similares al NO (Bernabeu et al., 1995; Zhuo et al., 1994), y los iones potasio,
que actuarían tras su salida de la neurona postsináptica durante la estimulación
tetánica (Fleck, Palmer y Barrionuevo, 1992).
En general, y considerando tanto la diversidad de los resultados expuestos
como otras características de estas sustancias, podemos decir, siguiendo a Bliss y
Collingridge (1993), que existe un problema común para los diferentes candidatos
expuestos: el curso temporal en el que se produce su acción. Ninguno de ellos
parece ejercer sus efectos con la suficiente rapidez, propiedad que parece necesaria
para un mensajero retrógrado (no obstante, para una valoración más optimista de los
datos sobre mensajeros retrógrados véase Rison y Stanton, 1995, y Medina e
Izquierdo, 1995).
En conclusión, por el momento no existe evidencia experimental concluyente a
favor de la existencia de mensajeros retrógrados en la PLP. Lo mismo cabe decir
respecto a la existencia de modificaciones presinápticas como eventos responsables
de la PLP. Fuera de discusión queda, por otro lado, que el lugar de iniciación de la
PLP es postsináptico y no presináptico y en él están implicados los receptores
NMDA. Asimismo, está fuera de duda que existen mecanismos de mantenimiento y
expresión de la PLP meramente postsinápticos, si bien aún no hay un modelo
integrador para los diferentes candidatos propuestos. Estos mecanismos inciden, de
una forma u otra, en los receptores AMPA, principales responsables del
mantenimiento y la expresión de la PLP. En todo caso, la existencia de mecanismos
postsinápticos no excluye la posibilidad de hallar mecanismos presinápticos
adicionales. La búsqueda de estos mecanismos, así como la de mensajeros
retrógrados plausibles, continúa siendo una de las líneas de investigación más
activas en relación a la neurofisiología de la PLP.
4. Implicación de la PLP en el aprendizaje y la memoria
En la primera parte de este capítulo se han expuesto una serie de
características, como la especificidad o la asociatividad, que hacen de la PLP un
mecanismo de plasticidad sináptica ideal para estar en la base de fenómenos de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
aprendizaje y memoria. Asimismo, vimos que la PLP es un fenómeno típico del
hipocampo, la estructura cerebral más claramente implicada en el aprendizaje y la
memoria. Incluso, expusimos que un patrón electroencefalográfico típico del
hipocampo, el ritmo theta, es suficiente para originar PLP. Por último, estudiamos
cómo las caracerísticas que hacen de la PLP un mecanismo de plasticidad ideal para
el aprendizaje dependen críticamente de las peculiaridades del receptor NMDA, que
detecta la convergencia de actividad pre- y postsináptica para iniciar cambios en la
eficacia de la conexión entre dos neuronas. Esta es, en definitiva, una forma de
implementación de la regla de aprendizaje de Hebb en el sistema nervioso. En
resumen, todos estos fenómenos redundan en la existencia de una relación entre PLP
y aprendizaje. No obstante, esta relación, hasta donde hemos expuesto, está
fundamentada sólo racionalmente, en base a argumentos. Así, son necesarios datos
que relacionen empíricamente PLP con aprendizaje y memoria.
En este apartado vamos a hacer un repaso de los estudios que, empíricamente,
relacionan la PLP con el aprendizaje y la memoria. Estos estudios pueden agruparse
en varios conjuntos, según las estrategias que siguen. Veremos en primer lugar
estudios correlacionales, en los que se estudia la relación existente entre la magnitud
de la PLP y la magnitud de la memoria. Como evidencias más convincentes, al
utilizar una estrategia experimental en lugar de correlacional, repasaremos estudios
en los que se analiza el efecto del aprendizaje en la PLP inducida posteriormente así
como, a la inversa, el efecto de la PLP en el posterior aprendizaje. Asimismo,
también dentro de una metodología experimental, veremos experimentos que
estudian los efectos que la manipulación de una tercera variable tiene tanto sobre la
memoria como sobre la PLP. Es esperable que si la PLP es una forma de plasticidad
sináptica implicada en el aprendizaje y la memoria, manipulaciones que bloqueen la
PLP deberían bloquear también el aprendizaje y la memoria, y viceversa. Dentro de
esta estrategia, la mayor cantidad de datos corresponden a estudios sobre efectos de
antagonistas de receptores NMDA en el aprendizaje y la memoria, que repasaremos
en el próximo capítulo. Como evidencias más indirectas, repasaremos algunos
estudios sobre el papel de los receptores NMDA en la maduración del sistema
nervioso y estudios en los que se produce un aumento del número de receptores del
glutamato como consecuencia del aprendizaje y la PLP. Para finalizar el capítulo,
repasaremos los estudios más novedosos que tratan con la relación existente entre
PLP y aprendizaje, basados en la producción de mutantes que se espera tengan una
incapacidad selectiva para presentar PLP y/o aprendizaje.
Sin duda, la clasificación que hacemos en diferentes estrategias es, al menos en
parte, arbitraria. Hay estudios a los que no es fácil clasificar en una estrategia. Por
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PLP y aprendizaje
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ejemplo, hay experimentos que mezclan una estrategia experimental en la que
manipulan la experiencia de aprendizaje para estudiar su efecto sobre la PLP con
una correlacional en la que relacionan la magnitud de la memoria y la magnitud de
la PLP. No obstante, pensamos que la clasificación que seguimos pone orden en la
gran cantidad de datos que en la actualidad existen relacionando PLP y aprendizaje.
Por otro lado, la mayor parte de las tareas de aprendizaje a las que se irá haciendo
referencia, así como la implicación que en las mismas pueda tener el hipocampo, se
exponen en el capítulo IV.
4.1. Estudios correlacionales entre la magnitud de la PLP y
la magnitud de la memoria
Uno de los primeros estudios sobre los correlatos conductuales de la PLP fue
el llevado a cabo por Barnes (1979). En este estudio, Barnes situó electrodos de
estimulación en la vía perforada y de registro en el giro dentado, produciendo PLP
en el mismo. Además, entrenó a las ratas en una tarea de aprendizaje espacial.
Barnes encontró una alta correlación entre la duración de la PLP producida en el
giro dentado y la duración de la memoria en la tarea conductual. Asimismo,
encontró una relación muy sugerente entre la edad de las ratas y su capacidad para
retener tanto PLP como información en su memoria. Las ratas viejas mostraban un
decaimiento más rápido de la PLP, así como un olvido más rápido de la información
espacial que las ratas jóvenes (Barnes, 1979; Barnes y McNaughton, 1985).
Recientemente, han encontrado evidencias de que el déficit en producir PLP en ratas
viejas tiene que ver con la existencia de un menor número de aferencias a CA123
(colaterales de Schaffer), y no con una alteración en los receptores NMDA (Barnes,
Rao y McNaughton, 1996).
En una línea similar se sitúan los resultados encontrados con el
condicionamiento de evitación. Se ha encontrado una correlación significativa entre
ratas buenas y malas aprendedoras en una tarea de evitación bidireccional y el
umbral para el establecimiento de la PLP en el hipocampo. Los resultados indican
que en las buenas aprendedoras el establecimiento de la PLP es más fácil, como
consecuencia de un umbral para su establecimiento menor, que en las malas
aprendedoras (Ramírez, Orshinger y Carrer, 1988). Estos investigadores dieron un
paso más, estudiando el papel de los receptores NMDA en estos hallazgos, y
encontraron una mayor densidad de estos receptores en el hipocampo de ratas
23
Recuérdese que, según el principio de cooperatividad, la PLP sólo se produce si existe un número de
aferencias suficientes que despolaricen la neurona postsináptica.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
buenas aprendedoras en relación con las malas aprendedoras (Keller, Borghese,
Carrer y Ramírez, 1992). En otro laboratorio también se ha encontrado una
correlación similar entre aprendizaje de la evitación pasiva bidireccional y la PLP,
esta vez en el septum lateral. En este trabajo se encontró que las ratas buenas
aprendedoras mostraron un incremento en la excitabilidad de las sinapsis, en tanto
que las ratas malas aprendedoras mostraron una depresión en su excitabilidad. En
ambos casos, estos cambios en excitabilidad duraron 24 horas. En un segundo
experimento comprobaron que, aunque ambos grupos fueron capaces de establecer
PLP tras estimulación tetánica de la fimbria (aferencias al septum), la magnitud de
la PLP fue ligeramente mayor en los sujetos que mostraron una mejor ejecución en
el aprendizaje previo (Urban, Ontskul, Croiset y Cheng, 1995).
También se ha encontrado una correlación significativa entre la PLP en el giro
dentado de ratas anestesiadas y la adquisición del condicionamiento del miedo al
contexto (Maren, De Oca y Fanselow, 1994). En este trabajo se exploraron, además,
diferencias de sexo en relación a la PLP. En un primer experimento encontraron que
la magnitud de la PLP inducida en el giro dentado fue notablemente superior en
ratas machos que en ratas hembras. De nuevo, los análisis revelaron que esta
diferencia en la magnitud de la PLP estaba altamente correlacionada con la
activación de los receptores NMDA en machos y hembras. En los experimentos 2 y
3 se mostró que los machos mostraron también un condicionamiento del miedo
mayor y más rápido que las hembras.
En definitiva, diversos estudios muestran una correlación entre la magnitud de
la PLP producida tras estimulación tetánica y la magnitud de la memoria en los
mismos animales tras una experiencia de aprendizaje, o entre la magnitud de la
memoria y la facilidad para producir PLP. Asimismo, se produce una estrecha
relación entre la magnitud de la PLP y la memoria con la activación y la densidad de
los receptores NMDA. En los estudios que vamos a exponer a continuación la
estrategia básica seguida es la de someter a los animales a una experiencia o
entrenamiento de aprendizaje específico y medir posteriormente la posible
existencia de cambios fisiológicos similares a los obtenidos durante la PLP. En
algunos de estos estudios también se realizan estudios correlacionales entre la
magnitud de la memoria y la magnitud de la PLP.
4.2. El efecto de la experiencia y el aprendizaje sobre la PLP
Varios experimentos arrojan evidencias indirectas acerca de los efectos de la
experiencia sobre la PLP. Así, en un estudio en el que a ratas se les colocaron
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PLP y aprendizaje
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electrodos de registro en el giro dentado, los animales fueron cambiados de un
contexto estimularmente pobre a otro estimularmente complejo. Durante los
primeros días después del cambio y originados por la conducta de exploración se
observaron en el giro dentado cambios en los potenciales postsinápticos similares a
los obtenidos con la PLP, que fueron desapareciendo al poco tiempo, pero que
volvieron a producirse cuando se cambió a las ratas a un nuevo contexto complejo
(Sharp, McNaughton y Barnes, 1985). Resultados muy similares también fueron
encontrados en otro laboratorio, tanto in vivo como in vitro (Green y Greenough,
1986; Green, McNaughton y Barnes, 1990). Aunque los resultados son indirectos
sobre una posible influencia del aprendizaje en el desarrollo de la PLP, durante
varios años se ha considerado que estos cambios podían estar reflejando el
desarrollo de PLP como consecuencia de la experiencia del sujeto. No obstante,
estudios recientes han mostrado que este incremento de la eficacia sináptica no es
propiamente PLP, dado que: 1) se han encontrado efectos aditivos de la
potenciación obtenida de esta manera y mediante la estimulación tetánica (Erickson,
McNaughton y Barnes, 1993); 2) se ha encontrado que parte de los cambios
fisiológicos producidos tras el cambio de contexto son distintos de los producidos
durante la PLP (Erickson et al., 1993); y 3) se ha encontrado una estrecha
correlación entre los cambios inducidos de esta manera y un ligero aumento en la
temperatura cerebral, aumento que afecta a la velocidad de conducción nerviosa
(Moser, Mathiesen y Andersen, 1993a), de forma que cuando este efecto es
controlado, los pequeños cambios que aún se producen en los potenciales
postsinápticos del giro dentado son fácilmente interpretables como un efecto de
potenciación de corta duración producido por la conducta exploratoria (Moser,
Mathiesen y Andersen, 1993b). No obstante estos resultados, los propios autores
han encontrado evidencias de que no todo el incremento en los potenciales
postsinápticos puede ser explicado por un aumento de la temperatura cerebral.
Encontraron que cuando la temperatura cerebral aumenta como consecuencia de la
conducta exploratoria, la potenciación es mayor que cuando el mismo aumento de
temperatura se produce como consecuencia de un aumento de la temperatura
corporal (Moser, Moser y Andersen, 1993). No obstante, la potenciación observada
presenta características diferentes y es de menor duración (15 a 20 minutos) que la
PLP in vivo
En otros estudios, se ha empleado el condicionamiento de la respuesta de la
membrana nictitante (NMR) del conejo, una tarea en la que el hipocampo está
implicado (ver p. ej., Berger y Weisz, 1987), para estudiar la relación entre
aprendizaje y cambios fisiológicos que podrían estar indicando la presencia de PLP.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Weisz, Clark y Thompson (1984) encontraron una correlación entre la magnitud del
condicionamiento y la amplitud de los potenciales en el giro dentado, siendo los
potenciales de mayor amplitud similares a los obtenidos durante la PLP. Otros
experimentos muestran datos más indirectos obtenidos con el condicionamiento de
la NMR del conejo, en los que, tras el condicionamiento, se apreciaron cambios
bioquímicos típicos de la PLP, aunque no definitorios de la misma, tales como un
aumento en los lugares de unión del glutamato (Mamounas, Thompson, Lynch y
Baudry, 1984) o un aumento en la liberación del neurotransmisor (Laroche,
Errington, Lynch y Bliss, 1987; Richter, Canevari y Bliss, 1995).
En la misma línea pueden situarse algunos estudios llevados a cabo por el
grupo de Laroche con supresión condicionada en ratas (Laroche, Doyère y RédiniDel Negro, 1991a; Laroche, Doyère, Rédini-Del Negro y Burette, 1995). Entrenaron
dos grupos de ratas, uno bajo una condición de condicionamiento y otro bajo una
condición en que EC y EI se presentaron descorrelacionadamente. Tras el
entrenamiento, encontraron un incremento en los potenciales postsinápticos en el
grupo de condicionamiento, y un decremento en el grupo descorrelacionado,
fenómenos similares a los cambios producidos en la PLP y la DLP
respectivamente24. El incremento en los potenciales postsinápticos observado en el
grupo de condicionamiento fue incrementando con los ensayos, hasta alcanzar un
nivel asintótico, de forma paralela a lo que ocurría con la medida conductual de
supresión condicionada. Estudiaron también si estos cambios podían deberse a un
aumento en la temperatura cerebral, como ocurría en los experimentos ya citados
con la conducta de exploración, encontrando una completa falta de correspondencia
entre variaciones en la temperatura en el giro dentado y el incremento en los
potenciales postsinápticos. La conclusión es, por tanto, que el incremento en los
potenciales postsinápticos es consecuencia del entrenamiento en condicionamiento
clásico, y no de un aumento en la temperatura cerebral. No obstante, de nuevo es
necesario decir que la duración del incremento observado en los potenciales
postsinápticos fue de menor duración que los producidos durante la PLP. Por
último, al igual que hemos visto con el condicionamiento de la NMR del conejo,
también con supresión condicionada, el grupo de Laroche ha encontrado un
aumento en la liberación de glutamato tras el aprendizaje, que se asemeja al tipo de
cambios producidos tras la estimulación tetánica que produce PLP (Laroche, Doyère
y Rédini-Del Negro, 1991b). Aunque, obviamente, esto no significa que el
aprendizaje y la estimulación tetánica aumenten la liberación de neurotransmisor a
24
Es interesante observar que la presentación de estímulos descorrelacionadamente refleja a nivel conductual
las condiciones de estimulación neuronal necesarias para producir DLP (ver capítulo I).
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PLP y aprendizaje
119
través de los mismos mecanismos, el hecho de que en ambos casos el aumento en la
liberación del neurotransmisor quede bloqueado por un mismo agente, AP5, sugiere
un mecanismo común (Rédini-Del Negro & Laroche, 1993).
Además de los problemas expuestos, los estudios que muestran un cambio en
los potenciales postsinápticos tras la conducta de exploración presentan otra
dificultad, al no poderse determinar qué tipo de aprendizaje se estaría produciendo
en las ratas, si es que se produce alguno. Por otro lado, los experimentos citados con
el condicionamiento de la NMR del conejo y con supresión condicionada en ratas no
miden PLP directamente, sino algunos correlatos de ésta, como el incremento en los
potenciales postsinápticos. Así, para estudiar el efecto del aprendizaje sobre la
posterior PLP un experimento crucial es estudiar el efecto del entrenamiento en una
forma de aprendizaje bien conocida sobre la posterior inducción de PLP. Cuando se
han llevado a cabo este tipo de experimentos tanto en el condicionamiento de la
NMR en el conejo, como con supresión condicionada en ratas, los resultados han
vuelto a apoyar una relación entre aprendizaje y PLP. Los grupos en los que se
produce condicionamiento muestran una mayor PLP cuando ésta es inducida por
estimulación tetánica un día después del entrenamiento (Loturco, Coulter y Alkon,
1988, con condicionamiento de la NMR) e incluso cinco días después (Bergis,
Bloch y Laroche, 1990, con supresión condicionada). Estos datos muestran, además,
una duración de los cambios producidos tras el aprendizaje mucho mayor que la
obtenida en los experimentos previamente descritos con medición directa de los
potenciales postsinápticos, y comparable ya a la duración común de la PLP.
Resultados muy similares se han obtenido también con otros paradigmas de
aprendizaje. Así, Skelton et al. (1987) colocaron electrodos de estimulación en la vía
perforada y de registro en el giro dentado de ratas que fueron sometidas a un
entrenamiento de condicionamiento operante para conseguir comida. Tras cada
sesión de entrenamiento, se estimuló la vía perforada con objeto de producir PLP en
el giro dentado. La potenciación obtenida fue mayor a medida que las sesiones de
entrenamiento aumentaban. Sin embargo, este efecto no se observó en ratas con
libre disposición de comida, mostrándose así que el entrenamiento en
condicionamiento operante facilita la PLP inducida posteriormente. Más
recientemente, utilizando la misma metodología un interesante trabajo ha mostrado
que es necesario afinar más para encontrar relaciones entre aprendizaje y PLP (Izaki
y Arita, 1996). Utilizando un procedimiento de aprendizaje de evitación
discriminada, estos investigadores mostraron que, 24 horas después de la
experiencia de aprendizaje, la PLP inducida en el giro dentado aumentó con
respecto a animales control. Sin embargo, la PLP inducida en el área CA1 fue
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
menor que en los animales control. En definitiva, el aprendizaje de evitación
produjo una potenciación de la PLP en el giro dentado, pero una inhibición de la
PLP en el área CA1. Este resultado llama la atención sobre las dificultades y
contradicciones que pueden surgir de relacionar cualquier forma de aprendizaje con
cualquier forma de PLP.
En general, todos estos trabajos mantienen un supuesto común, basado de una
manera u otra en el isomorfismo expuesto entre PLP y condicionamiento, por el que
la estimulación a un nivel tiene una correspondencia directa con la estimulación a
otro nivel. Así, se espera que tras estimulaciones a nivel conductual se puedan
obtener las respuestas fisiológicas propias de PLP (incremento en los potenciales
postsinápticos), o una mayor facilidad en la posterior inducción de la misma. Para
ello es necesario asumir que la estimulación conductual en cuestion se traduce en
estimulación fisiológica precisa capaz de inducir PLP. Como ya hemos indicado,
pensamos que esta traducción de estimulación conductual a estimulación fisiológica
es el punto más débil de la analogía entre PLP y condicionamiento. No obstante, hay
un conjunto de trabajos que han tratado de encarar directamente el problema,
soslayando la asunción y así el conflicto de la traducción del nivel conductual al
fisiológico. Para ello, han empleado en tareas de condicionamiento clásico ECs
fisiológicos en lugar de conductuales.
En otros trabajos del grupo de Laroche se utilizó un procedimiento de
supresión condicionada en ratas, aunque muy particular, al emplear como EC la
estimulación tetánica de la vía perforada del hipocampo en sustitución de
estimulación exteroceptiva como EC (Laroche, Doyère y Bloch, 1989). Este tipo de
estimulación de la vía perforada produce PLP. Por lo demás, el procedimiento es
similar a la supresión condicionada normal, empleándose una descarga eléctrica en
las patas como EI. Con este procedimiento, los animales aprenden a asociar la
estimulación en la vía perforada con el EI y dejan de presionar la palanca en
presencia de esta estimulación. Laroche y colaboradores encontraron una alta
correlación entre la magnitud de la PLP establecida y la magnitud del aprendizaje.
Adicionalmente, cuando suprimieron la PLP por diferentes métodos tampoco
obtuvieron evidencia de aprendizaje asociativo. Estos métodos fueron: 1) disminuir
los parámetros de la estimulación en la vía perforada, de forma que no se prudujera
PLP, sino potenciación postetánica; 2) modular inhibitoriamente la estimulación en
la vía perforada mediante estimulación simultánea de las entradas comisurales al
giro dentado; 3) administración crónica previa de AP5 (antagonista de receptores
NMDA), que bloqueó tanto la iniciación de PLP como el aprendizaje de la
asociación mencionada. Así, con este procedimiento la PLP es necesaria para que se
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PLP y aprendizaje
121
produza condicionamiento. Bloquear su inducción por cualquiera de los tres
métodos descritos lleva a que no se produzca la asociación EC-EI. En un
experimento posterior, compararon la función de decaimiento de la PLP con la
función de olvido del condicionamiento durante un periodo de 31 días (Laroche,
Doyère y Rédini-Del Negro, 1991b). En general, los resultados mostraron que las
ratas con una lenta función de decaimiento de PLP y en las cuales podía observarse
potenciación pasado un mes del entrenamiento exhibieron buena retención de la
asociación EC-EI, en tanto que el olvido fue el denominador común en las ratas en
las que la PLP decayó más rápidamente.
Otro conjunto de experimentos son los llevados a cabo por Matthies y
colaboradores (Matthies et al., 1986; Reymann et al., 1982) con una tarea de
evitación bidireccional señalada por un EC. De nuevo se empleó como EC la
estimulación de alta frecuencia de la vía perforada. A lo largo de las sesiones de
condicionamiento, los cambios en los potenciales postsinápticos correlacionaron de
manera robusta con cambios en la respuesta aprendida, correspondiéndose las
sesiones en las que se obtuvo aprendizaje asintótico con las sesiones en las que se
obtuvo PLP asintótica.
A pesar de lo sugerente de estos procedimientos, que sustituyen la
estimulación exteroceptiva por estimulación hipocampal directa, y de la aparente
elegancia de los resultados, pensamos que surge un problema de interpretación
importante. El problema se hace más evidente, no más grave, en los experimentos de
Laroche y colaboradores, en los que se compara estimulación tetánica de la vía
perforada con estimulación de menor frecuencia que produce potenciación
postetánica. El problema es: ¿la estimulación tetánica de alta frecuencia es necesaria
por producir PLP o por ser un estímulo efectivo capaz de ser asociado a una
descarga? Los autores concluyen que la PLP es necesaria para que se produzca la
asociación. No obstante, pensamos que no se puede excluir la segunda
interpretación. Podría ocurrir que la estimulación interoceptiva necesaria para
producir PLP -estimulación de alta frecuencia de la vía perforada- fuera,
simplemente, más saliente que la estimulación de baja frecuencia de la misma vía, y
por eso fuera más fácilmente asociable con un EI. Cuando no se produce PLP
debido al bloqueo de su iniciación, o se producen otros cambios fisiológicos como
estimulación de baja frecuencia, podría ocurrir simplemente que no hubiera una
estimulación suficientemente saliente como para convertirse en EC. Así, no se
estaría produciendo un bloqueo de la asociación EC-EI, sino la ausencia de un
estímulo efectivo para ser asociado.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Gran parte de este problema podria eludirse si se estimularan vías sensoriales
primarias, directamente relacionadas con la estimulación, en lugar de las
proyecciones al hipocampo, cuyo origen sensorial es indeterminado. Esto se ha
llevado a cabo estimulando las proyecciones del tracto olfatorio lateral, que hacen
sinapsis con la corteza piriforme (Roman, Chaillan y Soumireu-Mourat, 1993;
Roman, Staubli y Lynch, 1987). En estos estudios, se empleó un entrenamiento en
discriminación en el que se utillizó como clave que indicaba la presencia de agua un
patrón de estimulación tetánica en el tracto olfatorio lateral. En estas condiciones las
ratas aprendieron fácilmente la tarea. La interesante interpretación que hacen los
autores de esta estimulación en el tracto olfatorio es que la estimulación viene a
sustituir a un olor real. De hecho, tras la estimulación del tracto, las ratas mostraron
conductas de olfateo y exploración. Asimismo, la ejecución de las ratas fue muy
similar a la ejecución cuando la clave discriminativa fue un olor real. Roman y
colaboradores encontraron que a medida que el condicionamiento se iba
adquiriendo, se producía también un incremento en los potenciales postsinápticos
(PLP) de la corteza piriforme, encontrándose una clara correlación entre la
pendiente de los potenciales postsinápticos y el número de respuestas correctas. Sin
embargo, y este dato es crucial, si el animal no había aprendido la discriminación,
no se producía PLP. Así, la estimulación tetánica del tracto olfatorio lateral en sí
misma no se mostró suficiente para producir PLP en la corteza piriforme. Más bien
lo contrario. Cuando se estimuló tetánicamente el tracto olfatorio lateral de ratas
fuera de una situación de aprendizaje, lo que se observó fue depresión
postsináptica25. Por tanto, la potenciación registrada no puede explicarse como el
resultado de la estimulación fisiológica por sí sola, como en el caso de los
experimentos de Matthies y de Laroche que hemos visto, sino que muestra ser
dependiente del aprendizaje.
Si bien la línea clásica en el estudio de la relación entre PLP y aprendizaje y
memoria ha estudiado la PLP en el giro dentado y en CA1, donde es dependiente de
los receptores NMDA, el creciente interés que va adquiriendo la PLP en CA3 ha
25
Así, parece que la estimulación tetánica en el hipocampo y en la corteza piriforme tiene resultados
diferentes, incluso opuestos. En el hipocampo produce PLP, en tanto que en la corteza piriforme produce
depresión a largo plazo (DLP). Una explicación de esta diferencia podría ser que el hipocampo no codifica
estímulos sensoriales concretos, sino que parece tener un papel limitado en el procesamiento y
almacenamiento temporal de determinados tipos de información. Un dispositivo como el receptor NMDA
podría estar implicado en el hipocampo en relación al aprendizaje por razones como las expuestas en el
apartado relacionado con el ritmo theta. Sin embargo, en la corteza piriforme se representan específicamente
olores. La estimulación tetánica de la corteza piriforme estaría representando un olor. Cuando ese olor es
seguido por un EI se produciria PLP. Sin embargo, cuando de forma sistemática el olor no es seguido del EI,
y puede establecerse una correlación negativa entre ambos, se estarían reproduciendo a nivel conductual las
condiciones que, a nivel neuronal, provocan DLP (ver capítulo I).
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PLP y aprendizaje
123
llevado a que surjan los primeros estudios que relacionan la PLP en CA3 con el
aprendizaje. En el primero de estos estudios del que tenemos noticia, se comparó el
efecto de la estimulación de las fibras musgosas, que hacen sinapsis en CA3, en un
grupo de ratas que previamente habían sido entrenadas en un laberinto radial y un
grupo control (Mitsuno et al., 1994). En el grupo sometido previamente a la
experiencia de aprendizaje, la estimulación de las fibras musgosas produjo un
incremento en los potenciales postsinápticos que los autores consideran indicativo
de PLP. En un segundo trabajo, implantaron electrodos crónicamente durante la
tarea de aprendizaje, comprobando que la amplitud de los potenciales postsinápticos
ante estimulaciones de las fibras musgosas aumentaba a medida que el
entrenamiento avanzaba (Ishihara, Mitsuno, Ishikawa y Sasa, 1997). No obstante, un
problema de intepretación con estos experimentos es que el grupo control no tuvo
experiencia alternativa en el laberinto, por lo que las diferencias entre ambos grupos
podrían ser indicativas de procesos de plasticidad de corta duración, como la
potenciación postetánica, motivados por conductas típicas en laberintos, como la
conducta de exploración, sin necesidad de que fueran indicativas de aprendizaje.
En resumen, si bien no son concluyentes, el conjunto de experimentos
expuestos, utilizando paradigmas experimentales y estrategias diferentes, apuntan a
la existencia de relación entre PLP y aprendizaje, indicando que el aprendizaje
previo, bien produce cambios en los potenciales postsinápticos del giro dentado
similares a los producidos durante la PLP, aunque de menor duración, bien facilita
la posterior inducción de PLP.
4.3. El efecto de la inducción de PLP en el posterior
aprendizaje
En general, se han encontrado dos efectos, opuestos, del establecimiento de
PLP sobre el aprendizaje posterior. Por un lado, se ha encontrado que el
establecimiento de PLP previo al entrenamiento facilita el aprendizaje; por otro, que
lo perjudica. Sin embargo, también se han encontrado resultados que muestran
ausencia de efectos.
Utilizando el condicionamiento de la NMR del conejo, ya hemos visto que
existe una correlación entre cambios similares a los producidos en la PLP y
condicionamiento. Berger (1984) estudió si este resultado podía ser algo más que
una correlación. Para ello estimuló con pulsos de alta frecuencia el giro dentado de
un grupo de animales, induciendo así PLP, y con pulsos de baja frecuencia el giro
dentado de un grupo control, estimulación insuficiente para producir PLP. Berger
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
encontró que el posterior aprendizaje de una discriminación entre dos tonos fue más
rápido en los animales en los que había establecido PLP. Este resultado muestra un
efecto facilitador de la PLP sobre el posterior aprendizaje. Sin embargo, en un
trabajo posterior, este efecto no ha podido ser replicado, encontrándose que la
inducción de PLP no afectó al aprendizaje de la discriminación, ni a la posterior
inversión de la misma (Rioux y Robinson, 1995).
Curiosamente, también se ha encontrado el efecto contrario de la PLP sobre el
posterior aprendizaje. Barnes (1979), en el estudio mencionado más arriba, encontró
que el aprendizaje de la alternancia espontánea en un laberinto en T se vio
dificultado si previamente se inducía PLP en los sujetos. Sin embargo, es interesante
destacar que este perjuicio sólo se produjo en ratas viejas, no viéndose alterado el
aprendizaje en ratas jóvenes. La interpretación de estos resultados es que tanto la
PLP como el aprendizaje de alternancia requieren procesos de plasticidad sináptica,
y que las ratas viejas tienen un conjunto limitado de sinapsis plásticas. La PLP
inducida previamente saturaría este conjunto, no habiendo disponibilidad de sinapsis
modificables para el aprendizaje posterior. En ratas jóvenes, al ser el conjunto de
estas sinapsis más amplio, no se presentaría este problema. En esta línea de estudio
se sitúan otros resultados que emplean el laberinto radial en su versión de memoria
de trabajo. En estos trabajos se observa que la estimulación bilateral del haz angular,
que produce PLP hasta un nivel de saturación, impide la posterior adquisición de la
tarea e incluso interfiere con la recuperación de lo ya aprendido si el aprendizaje es
reciente. No obstante, cuando la tarea ya ha sido bien aprendida, la inducción de
PLP no afecta a su recuperación (McNaughton et al., 1986; McNaughton y Morris,
1987).
Estudios posteriores llevados a cabo por el mismo equipo utilizando el
laberinto de agua confirman y amplían estas conclusiones (Castro, Silbert,
McNaughton y Barnes, 1989). En este estudio el procedimiento empleado fue
diferente tanto para producir la saturación de la PLP como en relación a la tarea de
aprendizaje. La saturación de la PLP se consiguió mediante la estimulación tetánica
de la vía perforada durante 19 días consecutivos. La tarea de aprendizaje, como
hemos dicho, tuvo lugar utilizando el laberinto de agua, el último día de
estimulación. Las ratas en las que se había inducido PLP mostraron una ejecución
en el laberinto considerablemente peor que aquéllas que habían recibido
estimulaciones de baja frecuencia en la vía perforada que no producían PLP. No
obstante, la ejecución de ambos grupos cuando la plataforma se hizo visible fue
similar, mostrando que el déficit era específico de la tarea de aprendizaje espacial y
no estaba producido por un problema sensorial. Un último e interesante control que
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PLP y aprendizaje
125
se llevó a cabo en este trabajo fue que cuando se dejó decaer la PLP en las ratas en
las que se había inducido, el efecto perjudicial que ésta producía sobre el
aprendizaje desapareció. Este conjunto de resultados apuntan a una competencia
entre PLP de un lado y los procesos de adquisición y consolidación de otro por los
mismos circuitos neuronales, de manera que la actividad producida por la
potenciación puede interferir con la actividad sináptica necesaria para la adquisición
y consolidación de la información. Una vez que la PLP decae, las sinapsis vuelven a
estar disponibles para alterar su eficacia durante la tarea de aprendizaje.
De nuevo, estos sugerentes resultados no están exentos de problemas. Hay
varios trabajos que no han conseguido replicar los resultados de que la inducción de
PLP hasta la supuesta saturación afecte a una posterior tarea de aprendizaje espacial,
tanto en laberintos radiales como en el de agua (Cain, Hargreaves, Boon y
Dennison, 1993; Jeffery y Morris, 1993; Robinson, 1992; Sutherland, Dringenberg y
Hoesing, 1993), incluso uno por parte del mismo laboratorio de Barnes y
McNaughton, en el que se habían encontrado los resultados a favor de la hipótesis
de la saturación (Korol et al., 1993). Son varias las razones que podrían dar cuenta
de este problema (ver Barnes et al., 1994; Martínez y Derrick, 1996; o Morris, 1994,
para una exposición de las mismas), una de las cuales, enfatizada por Barnes y
colaboradores y por Morris, resulta de particular importancia: el grado en que se
produzca saturación de la PLP en el giro dentado. Barnes y colaboradores han
mostrado que los procedimientos utilizados para inducir saturación de la PLP en los
estudios en que no se observa un déficit en el aprendizaje tras la inducción de PLP,
sólo son eficaces para producir saturación en las sinapsis del hipocampo dorsal, sin
que queden saturadas las del hipocampo ventral. Así, en estos experimentos no se
estaría produciendo saturación completa de las sinapsis hipocampales. Morris,
incluso, argumenta contra la posibilidad siquiera de saturación de la PLP en el
hipocampo.
En resumen, existen resultados opuestos respecto a la influencia que la PLP
tiene sobre el posterior aprendizaje, habiéndose encontrado con unas tareas
facilitación o ausencia de efectos (Berger, 1984; Rioux y Robinson, 1995, con el
condicionamiento de la NMR del conejo) y con otras bloqueo (Barnes, 1979, con
alternancia en un laberinto en T; McNaughton et al., 1986, y McNaughton y Morris,
1987, con laberintos radiales; Castro et al., 1989, con el laberinto de agua). Aunque,
como hemos visto, algunos trabajos no han encontrado bloqueo en alguna de estas
tareas sobre el posterior aprendizaje, esto podría explicarse por una insuficiente
saturación de la PLP. Por otra parte, la disociación existente entre los efectos sobre
el condicionamiento de la NMR y sobre tareas espaciales es coherente con la
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
distinta implicación que el hipocampo tiene en cada una de esas tareas. Las lesiones
hipocampales son críticas para el aprendizaje de tareas espaciales, no siéndolo en el
condicionamiento de la NMR (ver, p. ej., Schmaltz y Theios, 1972; Solomon et al.,
1986). Esta distinta implicación del hipocampo en ambos tipos de tareas resultaría
coherente con el hecho de que la producción de PLP en el giro dentado previamente
al entrenamiento perjudique sólo el aprendizaje de tareas espaciales, que requieren
de la integridad del hipocampo, y no el del condicionamiento de la NMR.
El conjunto de experimentos expuestos parecen conducir a una conclusión
general: la inducción de PLP influye en el posterior aprendizaje. La explicación más
plausible a estos hallazgos es que PLP y aprendizaje compartan, al menos en parte,
los mismos circuitos cerebrales. No obstante, algunos resultados contrarios y los
problemas que surgen para determinar el nivel de la PLP producida en el
hipocampo, y la posible saturación de ésta, no permiten una interpretación precisa
de este tipo de experimentos.
4.4. Similitud en los efectos de tratamientos sobre la PLP y
el aprendizaje
La hipótesis básica subyacente en estos estudios es: si la PLP es un mecanismo
responsable de los cambios sinápticos que dan lugar a la adquisición y/o
consolidación de la información, la PLP debería ser sensible a tratamientos que,
aplicados inmediatamente después del periodo de aprendizaje, lo perjudican.
Siguiendo esta hipótesis, y utilizando inhibidores de síntesis de proteínas que
afectan al aprendizaje administrados tras el entrenamiento, se ha comprobado que
cuando estos inhibidores son administrados justo después de la estimulación tetánica
efectiva para producir PLP, la magnitud de la PLP queda también reducida, como
hemos expuesto previamente en relación a la implicación de la síntesis de proteínas
en la PLP. Asimismo, inhibidores de la calpaína, que hemos visto que bloquean la
PLP, producen también un claro deterioro tanto en el aprendizaje espacial como en
el aprendizaje de discriminaciones olfatorias (Staubli, Baudry y Lynch, 1984, 1985).
Otras sustancias que han mostrado similares efectos sobre la memoria y sobre
la PLP son las benzodiacepinas, aganistas gabaérgicos, fármacos de los que se
conocen desde hace tiempo sus efectos amnésicos (Brown y Dundee, 1968; Lister,
1985). Más recientemente, se ha evaluado el efecto de estos fármacos sobre la PLP
en el hipocampo, encontrándose una supresión parcial de la misma sin que se vean
alteradas otras medidas fisiológicas (del Cerro, Lung y Lynch, 1992). Aunque el
modo de actuación de las benzodiacepinas sobre la PLP aún no está claro, parece
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PLP y aprendizaje
127
probable que intervenga alterando el ritmo theta hipocampal, en el cual los
receptores GABA son responsables de la hiperpolarización basal sobre la cual se
producen los efectos rítmicos despolarizadores como consecuencia de la activación
de los receptores NMDA.
Por otro lado, y siguiendo la misma lógica -estudiar el efecto sobre la PLP de
tratamientos que afectan al aprendizaje-, Bloch y Laroche (1981, 1985) estudiaron el
efecto de la estimulación de la formación reticular mesencefálica sobre la PLP y
sobre el condicionamiento medido a través de supresión condicionada. Encontraron
que la estimulación de la formación reticular facilitó y prolongó la duración de la
PLP en el giro dentado. Paralelamente, el mismo tratamiento facilitó y aumentó la
duración del aprendizaje de supresión condicionada. Además, el gradiente temporal
de la eficacia que la estimulación de la formación reticular tuvo sobre el aprendizaje
y sobre la PLP fue el mismo. El hecho de que una misma manipulación tenga el
mismo efecto sobre el aprendizaje y sobre la PLP, mostrando además la misma
ventana temporal sobre ambos fenómenos parece indicar que existe un mecanismo
único de funcionamiento para ambos.
Como ya hemos indicado, la mayor cantidad de evidencia sobre los efectos que
un mismo tratamiento tiene sobre la PLP y sobre el aprendizaje y la memoria viene a
partir de la administración de fármacos antagonistas de receptores NMDA. Hemos
visto que, al menos determinadas formas de PLP en el hipocampo son dependientes
de los receptores NMDA y que, consecuentemente, la inducción de PLP en el
hipocampo (CA1 y giro dentado) queda bloqueada por antagonistas de estos
receptores. Resulta interesante, por tanto, estudiar si existe un bloqueo similar del
aprendizaje. En el siguiente capítulo se revisarán ampliamente los experimentos
realizados a la luz de esta estrategia, que es la que guía nuestros experimentos en el
presente trabajo.
Por último, el grupo de Iván Izquierdo ha ampliado la estrategia de emplear
antagonistas NMDA al estudio de otros fármacos que afectan también a la PLP,
encontrando que aquellos fármacos que afectan a la PLP afectan en la misma
dirección al aprendizaje. Encuentran, incluso, un paralelismo entre el tiempo en que
el fármaco se muestra eficaz para afectar a la PLP y al aprendizaje. En relación a los
receptores del glutamato, han estudiado el papel de antagonistas NMDA,
antagonistas AMPA, agonistas de los receptores metabotrópicos del glutamato y el
propio glutamato. Asimismo, han estudiado también el papel de la norepinefrina y
de agonistas y antagonistas GABAA. Algunos de estos resultados los veremos en el
capítulo IV, cuando veamos los efectos de antagonistas NMDA sobre la
consolidación. Sirva como resumen de sus hallazgos el título de uno de sus trabajos:
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
“Correlación entre la farmacología de la PLP y la farmacología de la memoria”
(Izquierdo y Medina, 1995).
4.5. El papel de los receptores NMDA en el desarrollo del
cerebro dependiente de la experiencia
El sistema visual se ha utilizado con éxito para estudiar el papel de la
experiencia en el desarrollo madurativo normal del cerebro, tanto en mamíferos
como en vertebrados inferiores. En los primeros, estudios fisiológicos y anatómicos
en la corteza visual primaria del gato han mostrado que en el animal maduro la
corteza visual está organizada en columnas de dominio ocular alterno. Estas
columnas están perfectamente delimitadas y poseen una superficie similar para cada
ojo. Sin embargo, cuando a gatos recién nacidos se les sutura un párpado,
impidiéndoseles así la visión con un ojo, estas columnas no se forman, ganando
terreno la superficie cortical correspondiente al ojo destapado respecto a la del ojo
suturado (Singer, 1987; Wiesel, 1982). El dato importante para nosotros viene de un
experimento del equipo de Singer (Kleinschmidt, Bear y Singer, 1987). Estos
investigadores administraron AP5, antagonista de receptores NMDA, en la corteza
visual, y comprobaron que en estas condiciones la suturación de un párpado no
produjo el cambio previamente descrito, lo que indica un papel de los receptores
NMDA en la plasticidad sináptica durante el desarrollo de la corteza visual.
Adicionalmente, se ha encontrado que este bloqueo de la plasticidad se produjo
mucho más claramente en el gato joven que en el gato maduro (Tsumoto, Hagihara,
Sato y Hata, 1987), en consonancia con la idea de que la plasticidad sináptica tiene
un papel destacado durante el desarrollo del cerebro. Conclusiones similares se han
obtenido con las proyecciones retinotectales de la rana (Cline, Debsky y
Constantine-Paton, 1987).
Estos experimentos relacionan el receptor NMDA con alteraciones en el
desarrollo del sistema nervioso debidas a la experiencia, no estrictamente con el
aprendizaje. No obstante, no hay duda de que tanto en un caso como en otro se
requieren mecanismos de plasticidad sináptica que, estos estudios sugieren, podrían
no resultar muy diferentes en uno y otro caso. Estos datos muestran que podría ser el
mismo mecanismo básico, el receptor NMDA, el que sea responsable de la
plasticidad sináptica durante el desarrollo y durante el aprendizaje, al menos para
algunas formas de ambos. Como ya hemos apuntado, el receptor NMDA podría ser
un dispositivo universal de modificación de la eficacia sináptica, capaz de realizar
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PLP y aprendizaje
129
funciones muy diferentes dependiendo de las propiedades del curcuito neuronal en
el que se halle inmerso.
4.6. Aumento del número de receptores relacionado con la
PLP y el aprendizaje
Varios estudios muestran que tanto el aprendizaje como la PLP producen un
aumento en el número de receptores relacionados con el glutamato. Así, Lynch y
Baudry encontraron un aumento en el número de estos receptores tras la producción
de PLP en el hipocampo de la rata (Lynch y Baudry, 1984) y un incremento en el
número de receptores similar tras el entrenamiento en condicionamiento de la NMR
del conejo (Mamounas, Thompson, Lynch y Baudry, 1984). Un cambio similar en el
número de receptores se produce también tras el entrenamiento de impronta en
pollos. McCabe y Horn (1988) encontraron un aumento en la densidad de los
receptores NMDA tras el aprendizaje.
Por último, de forma paralela a lo que ocurría con los efectos de la PLP sobre
el posterior aprendizaje, también se ha encontrado la relación contraria cuando se
utiliza una tarea espacial, en la que el hipocampo está críticamente implicado.
Utilizando un laberinto radial, se ha relacionado inversamente el número de lugares
de unión disponibles para el NMDA en el cerebro de la rata, sugiriendo que estos
lugares de unión ya habían sido ocupados durante el aprendizaje (Wenk et al.,
1989).
4.7. Estudios con mutantes: en busca del gen responsable de
la PLP y el aprendizaje
La revolución producida en los últimos años en la ingeniería genética ha
alcanzado recientemente a la neurobiología del aprendizaje y la memoria, y se han
tratado de identificar genes cuya expresión resulta en la síntesis de varias de las
moléculas que hemos visto que están implicadas en el establecimiento de la PLP. La
estrategia seguida por varios grupos de investigación es eliminar algún gen,
responsable de la síntesis de algunas de las moléculas que intervienen en la cascada
de procesos que se producen en la neurona postináptica, y estudiar en el animal
resultante (animal normal, a excepción del gen de interés) su capacidad tanto para
aprender como para mostrar PLP. Se espera que esta estrategia, en principio muy
limpia, elimine parte de los problemas que presentan los estudios
psicofarmacológicos que tratan de inhibir la acción de alguna de estas proteínas. Se
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
ha criticado a muchos de los experimentos que repasamos en relación al
mantenimiento de la PLP la falta de especificidad del inhibidor para la molécula
específica en cuestión. Asimismo, como veremos en el siguiente capítulo, a los
estudios psicofarmacológicos en los que se administra un fármaco antagonista de
receptores NMDA se les critica también la existencia de efectos colaterales, que
podrían confundir la interpretación de los efectos específicos del fármaco. Así, se
espera de esta estrategia que elimine específicamente la proteína concreta en la que
estamos interesados, y esto mediante la eliminación del gen responsable de su
transcripción. El primer grupo de trabajos que vamos a ver se ha centrado en varias
tipos de proteínas kinasas, que vimos que eran fundamentales en una primera fase
del mantenimiento de la PLP. Otros trabajos se han centrado en el papel tanto del
receptor NMDA como de receptores metabotrópicos del glutamato.
El primero de estos trabajos, llevado a cabo por el equipo del premio Nobel
Tonegawa, ha abordado el tema de las proteínas kinasas (Silva, Paylor, Wehner y
Tonegawa, 1992b; Silva, Stevens, Tonegawa y Wang, 1992a). Concretamente,
vimos más arriba que Tonegawa y su grupo se interesaron por la kinasa tipo II
dependiente de calcio y calmodulina (CaMKII), y más concretamente por la
subunidad de esta molécula. Tonegawa y colaboradores aislaron el gen
responsable de esta subunidad y crearon ratones sin este gen. Encontraron que los
ratones a los que les faltaba esta subunidad tuvieron mayor dificultad para mostrar
PLP (Silva et al., 1992a). En un segundo estudio, mostraron que los ratones
mutantes aprendieron más lentamente una tarea de aprendizaje espacial en el
laberinto de agua que los ratones control, además de ser más lentos en la
localización de la plataforma. Concretamente, en el ensayo de prueba tardaron el
doble que los ratones normales en encontrar la plataforma sumergida (Silva et al.,
1992b). No obstante, algunos problemas emergen de estos sugerentes experimentos.
A nivel neurofisiológico no se produjo una alteración específica de la PLP, sino que
otra forma de potenciación sináptica de corta duración también se vio reducida. A
nivel conductual, los animales mutantes mostraron alteraciones tales como un
aumento de la actividad medida en un campo abierto y ausencia de habituación de la
misma. Así, la interpretación de los resultados, tanto neurofisiológicos sobre la PLP
como conductuales sobre el laberinto de agua, no resulta directa.
Este mismo grupo ha trabajado también sobre la proteína kinasa C (PKC),
seleccionando una forma de esta proteína específica del sistema nervioso central, la
PKC (Abeliovich et al., 1993). Al igual que en el estudio anterior, en los animales
mutantes, a los que les faltaba PKC, la probabilidad de mostrar PLP tras la
estimulación tetánica fue menor. A nivel conductual, los mutantes PKC mostraron
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PLP y aprendizaje
131
problemas de coordinación que, no obstante, no interfirieron con su capacidad para
orientarse en el laberinto de agua, en el que mostraron una tasa de aprendizaje
similar a los animales control. Sin embargo, en otra tarea de aprendizaje, también
sensible a lesiones del hipocampo, el condicionamiento del miedo al contexto, los
ratones mutantes mostraron una capacidad de aprendizaje significativamente
disminuida. El conjunto de resultados es, también, de difícil interpretación. Por un
lado, los animales mostraron deficiencias en un tipo de aprendizaje dependiente del
hipocampo y sensible a antagonistas de receptores NMDA, el condicionamiento del
miedo al contexto, pero no a otro, también sensible a las lesiones del hipocampo y a
antagonistas NMDA, el laberinto de agua. Por otro, los mutantes PKC mostraron
problemas de coordinación motora, que apuntan hacia efectos inespecíficos o,
cuanto menos, desconocidos de la ausencia de la proteína que podrían estar
incidiendo en la tarea conductual. Por último, si bien es cierto que la probabilidad de
inducir PLP quedó reducida en los ratones mutantes, un problema de interpretación
surge de que ni en este experimento (mutantes PKC) ni en el anterior (mutantes CaMKII) existieron diferencias en la magnitud (pico o amplitud) de los potenciales
postsinápticos en los mutantes que sí mostraron PLP respecto a los animales control.
Otro trabajo procede del equipo de Eric Kandel, esta vez sin Aplysia (Grant et
al., 1992). En él se estudió el papel de otras kinasas: las tirosinas kinasas. Kandel y
sus colaboradores estudiaron cuatro mutantes a cada uno de los cuáles les faltaba un
gen que codificaba una tirosina kinasa particular presente en el hipocampo (fyn, src,
yes o abl). Uno de los mutantes, al que le faltaba el gen que codificaba fyn, sólo
consiguió mostrar PLP con estimulaciones más intensas que las habituales. No
obstante, en estos ratones, ni la transmisión nerviosa normal ni otras formas de
potenciación a corto plazo se alteraron. Como resultado complementario,
encontraron que el mutante fyn se orientaba claramente peor que los animales
controles en el laberinto de agua. De nuevo, este interesante resultado no está exento
de problemas. Parece claro que las proteínas, incluídas tirosinas kinasas, tienen,
tanto dentro de la maquinaria celular adulta como durante su desarrollo, diversas
funciones, una de las cuáles, pero no la única, podría ser intervenir en la PLP. Como
consecuencia de esto, la arquitectura del hipocampo de estos ratones presentó
irregularidades claras, tanto en el número de neuronas como en las conexiones entre
ellas. Esas anormalidades arquitectónicas en las sinapsis hipocampales podrían
explicar la mayor dificultad para obtenerse PLP en el mutante fyn. Asimismo, la
ejecución en la tarea de aprendizaje espacial también presenta serios problemas de
interpretación, al verse también afectada la ejecución en la tarea control de
discriminación entre dos plataformas visibles.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Otros grupos han tratado directamente de crear animales con deficiencias en
algún receptor del glutamato o en alguna subunidad del receptor. Así, un laboratorio
ha creado ratones con una mutación en la subunidad GluR del canal del receptor
NMDA (Sakimura et al., 1995). Aunque la PLP pudo ser inducida en los mutantes
GluR, la magnitud de la misma fue menor que en los ratones control. En la tarea
del laberinto de agua, estos mutantes, aunque aprendieron a orientarse en el
laberinto, mostraron mayores latencias y menor precisión en la búsqueda de la
plataforma oculta que los ratones normales. Un resultado problemático es que estos
mutantes se mostraron visiblemente nerviosos y con una respuesta de sobresalto
aumentada. Los autores concluyen que la subunidad GluR del receptor NMDA es
necesaria tanto para la PLP como para el aprendizaje espacial. No obstante, si bien
los resultados son más claros que los obtenidos con otros mutantes, la existencia de
efectos conductuales distintos al deterioro en la tarea de aprendizaje, mantienen
abierta la posibilidad de que efectos inespecíficos de la ausencia de la subunidad
GluR puedan explicar los resultados.
Otro objetivo ha sido el receptor metabotrópico del glutamato 1 (mGluR1).
Vimos en la primera parte del capítulo que existen algunos trabajos que implican a
receptores metabotrópicos del glutamato en la PLP. Recientemente, el grupo de
Tonegawa ha creado un mutante de uno de estos receptores, mGluR1,
particularmente frecuente en el hipocampo (Aiba et al., 1993). Al igual que en los
mutantes GluR, en estos mutantes la magnitud de la PLP quedó reducida en
relación a animales control. Además, mostraron un deterioro en la adquisición del
condicionamiento del miedo al contexto, aunque aprendieron tan bien como los
controles el condicionamiento del miedo a un estímulo concreto, tarea esta última no
dependiente del hipocampo26. Asimismo, ni la transmisión sináptica normal, ni otras
formas de potenciación menos duraderas que la PLP resultaron alteradas. Aunque,
de nuevo, los resultados son muy interesantes, pues se muestra a nivel conductual un
deterioro selectivo del aprendizaje en tareas que necesitan un hipocampo intacto, y a
nivel neurofisiológico un deterioro específico de la PLP, de nuevo surgen resultados
problemáticos, dado que los mutantes mGluR1 padecían, al igual que hemos visto
con los mutantes PKC, problemas de coordinación motora. Las conclusiones se
complican bastante más si consideramos los resultados obtenidos por un laboratorio
diferente sobre los mismos mutantes (Conquet et al., 1994). Este grupo encontró
también una reducción de la magnitud de la PLP, aunque sólo en CA3, siendo ésta
26
En el capítulo IV analizamos diferentes estudios a partir de los cuáles se concluye que en el
condicionamiento del miedo, cuando el estímulo es el contexto la tarea es dependiente del hipocampo, pero
cuando el estímulo es una clave discreta la tarea se hace independiente de tratamientos que afectan al
hipocampo.
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PLP y aprendizaje
133
normal en CA1 y en el giro dentado27. A nivel conductual encontraron que en el
laberinto de agua los ratones mutantes fueron incapaces de encontrar la plataforma
oculta. Sin embargo, de nuevo varios problemas surgieron con estos animales. Así,
los mutantes mGluR1 fueron más lentos que los animales control en aprender la
tarea del laberinto de agua con la plataforma visible (tarea de control). Además, los
animales mostraron una actividad locomotora reducida y una completa ausencia del
reflejo de enderezamiento. Asimismo, al igual que en el trabajo anterior con los
mismos mutantes, se encontró que los animales mostraron ataxia. Aunque a la luz de
sus resultados, la conclusión de los autores de ambos trabajos da un lugar al receptor
mGluR1 tanto en la PLP como en el aprendizaje de tareas dependientes del
hipocampo, de nuevo pensamos que, debido a la gran cantidad de efectos
adicionales que presentan los animales mutados, resulta difícil establecer una
conexión firme entre el receptor mGluR1 por un lado y la PLP y el aprendizaje por
otro.
Otro mutante que se ha sumado a los estudios sobre la relación entre PLP y
aprendizaje es un ratón al que le falta el gen Thy-1. El grupo de Bliss y Errington
encontró, en un primer estudio, que la PLP en el giro dentado no está implicada en
el aprendizaje espacial. Este ratón no mostró ningún problema para aprender a
localizar la plataforma oculta en el laberinto de agua. Sin embargo, la PLP in vivo en
el giro dentado se vio fuertemente inhibida. De manera interesante, sin embargo, la
PLP en el área CA1 hipocampal se desarrolló con normalidad (Nosten-Bertrand et
al., 1996). Este resultado parece indicar que la PLP en el giro dentado no interviene
en la formación de la memoria espacial, dejando abierto que el hipocampo
intervenga en este tipo de memorias mediante el área CA1. Sin embargo, un nuevo
estudio realizado por el mismo grupo matiza estas conclusiones. Utilizando nuevas
técnicas que permiten monitorizar directamente la PLP in vivo, encontraron que, si
bien la PLP en el giro dentado fue menor en ratones Thy-1 que en ratones control,
puede observarse una PLP muy clara incluso en los ratones Thy-1 (Errington et al.,
1997). Claramente, este nuevo resultado rebaja el alcance de las conclusiones del
experimento anterior.
Para finalizar con el repaso de esta nueva estrategia que explora la relación
entre la PLP y el aprendizaje hay dos aspectos que nos gustaría destacar. Primero, y
como hallazgo fundamental, los resultados obtenidos sobre los diferentes tipos de
mutantes muestran consistentemente efectos perjudiciales sobre la PLP y sobre
27
Recordemos que la forma de PLP que muestra las características de especificidad, cooperatividad,
asociatividad y dependencia de la actividad pre- y postsináptica es la PLP que se desarrolla en CA1 y en el
giro dentado. La PLP en CA3 posee diferentes características y es independiente de los receptores NMDA.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
tareas de aprendizaje dependientes del hipocampo. El análisis que se deriva de este
resultado es que PLP y aprendizaje están relacionados, al ser dependientes de una
causa común (la proteína codificada por el gen), de forma que cuando ésta se altera
(animal mutante), la PLP y el aprendizaje se deterioran. No obstante, conviene
reparar en que este análisis no establece una relación causa-efecto entre PLP y
aprendizaje, sino entre la proteína específica (causa) y aprendizaje y PLP (efectos).
Así, a nivel explicativo, esta estrategia no es más potente que otras (p. ej.,
administración de un farmaco -causa- que se espera bloquee la PLP y el aprendizaje
-efectos-). Segundo, como hallazgos adicionales, los diferentes experimentos
muestran, también de forma consistente, que en los animales mutantes se producen,
además de alteraciones sobre la PLP y el aprendizaje, otros tipos de efectos tanto
fisiológicos como conductuales, que arrojan dudas sobre la interpretación de los
resultados obtenidos. Varios de estos efectos (p. ej., modificación de la arquitectura
del hipocampo o deficiencias en la tarea de discriminación visual del laberinto de
agua) son notablemente problemáticos, más que los efectos colaterales que
habitualmente se han descrito utilizando la estrategia farmacológica con fármacos
antagonistas de receptores NMDA. Así, respecto a la limpieza del procedimiento,
tampoco creemos que esta estrategia esté en ventaja respecto a la estrategia
farmacológica, que describimos en el próximo capítulo, y en la cual se enmarcan los
experimentos de esta tesis (para una completa discusión de la estrategia expuesta en
este apartado ver Deutsch, 1994 y Gerlai, 1996). En palabras de Morris (1994), “la
pequeña revolución industrial en la construcción de ratones con genes neuronales
mutados que ha llegado hasta nosotros tiene el potencial tanto de equivocarnos
como de iluminarnos” (p. 175).
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CAPÍTULO IV. EFECTOS DE FÁRMACOS ANTAGONISTAS DE
RECEPTORES NMDA SOBRE EL APRENDIZAJE Y LA MEMORIA
1. Introducción
1.1. Objetivo del capítulo
1.2. Una estrategia para el estudio de la relación entre PLP y aprendizaje y memoria
1.3. Predicciones en torno al efecto de fármacos antagonistas NMDA y AMPA sobre
el aprendizaje y la memoria
2. Efectos sobre la adquisición y la recuperación
2.1. Efectos sobre tareas de aprendizaje espacial
2.1.1. Efectos sobre el laberinto de agua
2.1.2. Efectos sobre laberintos radiales, laberintos en T y otras formas de
aprendizaje espacial
2.1.3. Conclusiones
2.2. Efectos sobre la memoria de trabajo en tareas no espaciales
2.3. Efectos sobre el condicionamiento de sabores y olores
2.4. Efectos sobre el condicionamiento del miedo y de evitación
2.5. Efectos sobre formas de aprendizaje típicas de especie
2.6. Efectos sobre el condicionamiento de la respuesta de la membrana nictitante del
conejo
2.7. Efectos sobre procedimientos de condicionamiento con múltiples ensayos
2.8. Efectos de la interacción de antagonistas NMDA con fármacos que actúan sobre
otros sistemas de neurotransmsión
3. Efectos sobre la consolidación
3.1. Estudios que no encuentran efectos perjudiciales sobre la consolidación
3.2. Estudios que encuentran efectos perjudiciales sobre la consolidación
3.2.1. Efectos de la administración de antagonistas NMDA tras el entrenamiento
3.2.2. Papel de los receptores NMDA en el proceso de consolidación en relación al
papel de otros receptores
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Capítulo IV
Efectos de fármacos antagonistas de receptores
NMDA sobre el aprendizaje y la memoria
1. Introducción
1.1. Objetivo del capítulo
El interés en estudiar el efecto de fármacos antagonistas de receptores NMDA
sobre el aprendizaje y la memoria está ligado al papel que los receptores NMDA
tienen en la PLP. En este contexto, si bien el estudio del efecto de antagonistas
NMDA sobre el aprendizaje y memoria podría tener interés en sí mismo, su mayor
interés se desprende de que estos estudios están dentro de una estrategia de
investigación para estudiar la relación entre PLP y los procesos de aprendizaje y
memoria. Esta estrategia complementa a las que hemos visto en el capítulo anterior.
Veremos, en primer lugar, en qué consiste esta estrategia y, posteriormente, las
predicciones que pueden establecerse para estos estudios a partir de la relación entre
PLP y aprendizaje y memoria. Tanto la estrategia en que se encuadran los
experimentos como las predicciones servirán para vertebrar la exposición de
experimentos que en torno al efecto de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje y
la memoria se hace en este capítulo.
Los estudios a que vamos a hacer referencia son muy numerosos y
heterogéneos. Todos tienen en común el estudio del efecto de fármacos antagonista
de receptores NMDA sobre tareas de aprendizaje. Por lo demás, difieren en mucho y
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
son difícilmente comparables. Difieren en la tarea de aprendizaje elegida, en el
fármaco utilizado, en la vía y lugar de administración del fármaco, en la relación
temporal entre administración del fármaco, entrenamiento y prueba, en la dosis del
fármaco empleada, en los parámetros elegidos para el procedimiento, en el grado de
control de efectos colaterales, etc. Esta gran heterogeneidad procedimental va
acompañada de una diversidad similar en cuanto a resultados. Existen desde
experimentos que muestran efectos perjudiciales sobre el aprendizaje hasta
experimentos que muestran efectos facilitadores, pasando por los que no encuentran
efecto alguno. Lo mismo cabe decir de las conclusiones a las que llegan las
publicaciones sobre el tema. En definitiva, el panorama de estudios y resultados es
confuso, cuando no contradictorio.
En el presente capítulo intentamos ordenar este panorama tratando de
encontrar explicación a las diferencias que se encuentran entre resultados. Para esto,
hemos utilizado como criterio principal las diferencias procedimentales entre
experimentos. Diferentes tareas de aprendizaje, incluso ligeras variaciones en una
misma tarea, pueden ejercer demandas distintas sobre el sistema cognitivo. Así,
podría ocurrir que sólo algunas tareas fueran sensibles al efecto de antagonistas
NMDA, pudiendo esto explicar la disparidad de resultados. De hecho, esto es lo que
típicamente ocurre tanto con otros fármacos como con lesiones de estructuras
cerebrales específicas. Por ello, los experimentos se han agrupado en apartados
según la tarea de aprendizaje en ellos utilizada.
El objetivo que guía el capítulo es el análisis del conjunto de resultados, más
que su mera exposición, análisis guiado por la estrategia y las predicciones que más
adelante se enuncian. Para ello, dentro de cada apartado los diferentes experimentos
se intentan exponer de forma que exista una continuidad argumental entre ellos que
sirva a este objetivo, sacrificando en ocasiones los objetivos originales de los
autores. La exposición que se hace intercala la descripción de experimentos y
resultados con su análisis, tratando de ofrecer una lectura coherente del conjunto de
resultados.
1.2. Una estrategia para el estudio de la relación entre PLP
y aprendizaje y memoria
En el capítulo III vimos algunas características de la PLP que la hacen un
mecanismo de plasticidad muy sugerente para dar cuenta de los fenómenos de
aprendizaje y memoria, varias de ellas directamente relacionadas con su
dependencia de los receptores NMDA. Asimismo, también hemos visto numerosas
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
139
pruebas, utilizando diferentes estrategias, que muestran la implicación de la PLP en
el aprendizaje y la memoria. Una de la estrategias más importantes, no obstante, fue
sólo esbozada, y consiste en el estudio del efecto que antagonistas de receptores
NMDA tienen sobre el posterior aprendizaje. Esta estrategia es la que seguimos en
los experimentos de la presente tesis. Asimismo, esta estrategia ha sido ya empleada
en multitud de estudios, utilizando diversos antagonistas NMDA, tanto competitivos
como no competitivos, y estudiándose su efecto sobre una gran variedad de tareas de
aprendizaje. En este capítulo se revisan gran parte de los estudios realizados
siguiendo esta estrategia. La lógica que subyace es la siguiente:
Dada la dependencia que la inducción de PLP muestra de los receptores
NMDA, el bloqueo mediante fármacos de estos receptores debe bloquear la
inducción de PLP y, por tanto, en el caso en que la PLP esté implicada en el
aprendizaje, debería dificultarlo.
Conviene hacer un par de consideraciones sobre la lógica expuesta. En primer
lugar (C.1), que el bloqueo de los receptores NMDA bloquea la iniciación de PLP.
Esta presunción se infiere de los datos que muestran que la iniciación de PLP
depende de estos receptores (ver capítulo III), pero esta dependencia no implica
necesariamente que el bloqueo de receptores NMDA produzca el bloqueo de PLP.
Así, siendo éste un supuesto central de la estrategia necesita ser demostrado. Existen
numerosas pruebas de ello. Hay múltiples experimentos que muestran que drogas
antagonistas de receptores NMDA bloquean la iniciación de PLP, pero no la
transmisión nerviosa normal de AEEs, ni la expresión de la PLP previamente
establecida, al estar libres los receptores de AEEs AMPA (p. ej., Butcher,
Hamberger y Morris, 1991; Collingridge et al., 1990; Collingridge, Kehl y
McLennan, 1983; Errington, Lynch y Bliss, 1987; Harris, Ganong y Cotman, 1984;
Larson y Lynch, 1988; Morris, 1989c; Muller, Joly y Lynch, 1988; Robinson y
Reed, 1992; Stringer y Guyenet, 1983; y Walker y Gold, 1991a, entre otros). La
mayoría de estos experimentos se han llevado a cabo utilizando el antagonista
competitivo AP5, aunque también se ha obtenido bloqueo de PLP con PCP (Stringer
y Guyenet, 1983), con MK-801 o con NPC 12626 (Walker y Gold, 1991a). Mención
aparte queremos hacer del fármaco que utilizamos en nuestros experimentos: la
ketamina. Como vimos en el capítulo II, existen diversos estudios que han mostrado
que la PLP queda bloqueada si previamente a la estimulación tetánica se administra
ketamina (Maren, Baudry y Thompson, 1991; Stringer y Guyenet, 1983; Tocco et
al., 1992; Zhang y Levy, 1992).
La segunda consideración (C.2) es que un fármaco antagonista de receptores
NMDA podría producir un efecto perjudicial sobre la ejecución en una tarea de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
aprendizaje sin estar afectando al aprendizaje. De hecho, los diversos fármacos
antagonistas NMDA ejercen una acción sobre los receptores NMDA, pero afectan
también a otros sistemas, produciendo efectos colaterales (side effects). Así, el
efecto final sobre la ejecución podría deberse tanto a un efecto real sobre el
aprendizaje por medio del bloqueo de los receptores NMDA como a otros efectos
inespecíficos del fármaco, como efectos sensoriales, motores, motivacionales o
atencionales (Keith y Rudy, 1990; Martínez, Schulteis y Weinberger, 1991; Shors y
Matzel, 1997). Por tanto, en esta estrategia es necesario conocer y controlar los
efectos colaterales sobre la ejecución de los fármacos con objeto de poder aislar los
efectos del fármaco sobre el aprendizaje debidos a su antagonismo NMDA. En el
análisis de los experimentos que hacemos en este capítulo se presta especial
atención a los posibles efectos colaterales, tratando de diferenciar los efectos
genuinos sobre el aprendizaje y la memoria de otros efectos sobre la ejecución. En
lo que sigue, cuando se haga referencia a los efectos colaterales de un fármaco como
posible explicación de un detrimento en la ejecución se indicará en el texto con C.2.
1.3. Predicciones en torno al efecto de fármacos antagonistas
NMDA y AMPA sobre el aprendizaje y la memoria
Ya hemos hecho referencia a que una de las diferencias procedimentales que
suele distinguir a los estudios que en este capítulo repasamos es la relación temporal
entre administración del fármaco, entrenamiento y prueba. Pues bien, a tenor de lo
expuesto en el capítulo anterior sobre la PLP y el papel de los receptores NMDA en
ella, si la PLP es una forma de plasticidad sináptica implicada en el aprendizaje,
deberían esperarse diferencias en función del momento de administración del
antagonista NMDA con respecto al entrenamiento y a la prueba. Estas diferencias,
además, tendrían un claro significado psicológico, pues en función del momento de
administración del fármaco estarían implicados diferentes procesos de aprendizaje y
memoria. Vamos a ver cuáles serían las diferentes predicciones que pueden
derivarse a partir de una analogía que podemos establecer entre fases de la memoria
y fases de la PLP.
Desde una aproximación clásica en la psicología del procesamiento de la
información es común distinguir tres tipos de memoria: memoria sensorial, memoria
a corto plazo (MCP) y memoria a largo plazo (MLP) (Atkinson y Shiffrin, 1968). El
proceso por el cual el registro sensorial pasa a la MCP es la codificación. El proceso
por el cual la información pasa de la MCP a la MLP y se forma una huella estable
de memoria es la consolidación. Una vez se ha consolidado la huella de memoria,
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
141
ésta se puede mantener en la MLP durante un período de tiempo de duración
variable, a lo que se llama retención. Posteriormente, cuando la información pasa de
la MLP a la MCP y queda accesible se habla de recuperación. Éste es el esquema
básico sobre el cual, de una forma más o menos explícita, se trabaja en
psicofarmacología de la memoria. Así, en primer lugar, suele distinguirse entre los
efectos de un fármaco sobre la adquisición y sobre la recuperación28, bien
administrando el fármaco en las sesiones de entrenamiento, bien antes de la prueba
de recuerdo. En segundo lugar, dentro de los efectos sobre el aprendizaje, suele
distinguirse entre los efectos de la administración previa al entrenamiento
(adquisición) y de la administración tras el entrenamiento (consolidación)
(McGaugh, 1966, 1989).
En relación con la analogía entre PLP y memoria, las fases de adquisición,
retención y recuperación de la información de la memoria se corresponderían con
las de inducción, mantenimiento y expresión de la PLP. Dado que el procedimiento
habitual, tanto para producir aprendizaje como para producir PLP, conlleva cierto
tiempo, al final del entrenamiento coexistirían los procesos de adquisición o
inducción (de las experiencias de la última parte del entrenamiento) con el de
consolidación (de las experiencias de la primera parte del entrenamiento). Por tanto,
la consolidación, tanto en relación a la memoria como a la PLP se iniciaría al final
del proceso de adquisición e inducción, respectivamente, y se prolongaría durante
algún tiempo posterior al entrenamiento (ver fig. 4.1).
Procedimiento
experimental
Entrenamiento o
estimulación tetánica
Demora
Prueba
Adquisición
(entrenamiento)
Retención
Recuperación
Fases en el
aprendizaje
Fases en la PLP
Con solidación
Inducción
(estimulación tetánica)
Mantenimiento
Expresión
Con solidación
Receptores implicados
en la PLP
NMDA
AMPA
AMPA
Figura 4.1. Posible correspondencia entre las fases propias del aprendizaje y memoria y la PLP, con los
receptores del glutamato que serían críticos en cada fase.
28
Por utilizar una terminología más frecuente en psicología del aprendizaje, hablaremos de efecto sobre la
adquisición en lugar de sobre la codificación. Así, en este trabajo distinguiremos entre efectos sobre la
adquisición, efectos sobre la consolidación y efectos sobre la recuperación.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Vimos en el capítulo III que la iniciación de PLP depende de los receptores
NMDA, y el posterior mantenimiento y expresión de la misma se produce como
consecuencia de modificaciones en los receptores AMPA. De esto se deduce que, si
la PLP es un mecanismo de memoria, la adquisición del aprendizaje debería quedar
bloqueado por antagonistas NMDA. Adicionalmente, la recuperación de lo
aprendido debería quedar inalterada por antagonistas NMDA y perjudicada por
antagonistas AMPA (ver fig 4.1).
Concretamente, se derivan cuatro predicciones respecto a la adquisición y la
recuperación de la administración de antagonistas NMDA y de antagonistas AMPA,
dependiendo del momento de su administración:
P.1: la administración de antagonistas NMDA previamente al entrenamiento debería
producir un deterioro en la adquisición;
P.2: la administración de antagonistas NMDA previamente a la prueba no debería
producir efectos sobre la recuperación;
P.3: la administración de antagonistas AMPA previamente al entrenamiento no
debería producir efectos sobre la adquisición;
P.4: la administración de antagonistas AMPA previamente a la prueba debería
producir un deterioro en la recuperación.
Respecto al proceso de consolidación, las predicciones no son tan claras. En
relación a la PLP, la consolidación se situaría entre la última parte de la fase de
inducción y la fase de mantenimiento (figura 4.1; ver también Danysz, Zajacskowski
y Parsons, 1995). Por tanto, podría ser sensible tanto a antagonistas NMDA, en su
primera parte, como a antagonistas AMPA posteriormente. Más concretamente, y
teniendo en cuenta la correspondencia mostrada en la figura 4.1. entre PLP y
aprendizaje y memoria, el aprendizaje podría verse deteriorado tanto por la
administración de antagonistas NMDA inmediatamente después del entrenamiento,
como por la administración de antagonistas AMPA en un momento posterior, una
vez que haya pasado algún tiempo desde el entrenamiento. Así, podríamos enunciar
tres predicciones más:
P.5: la administración de antagonistas NMDA después del entrenamiento debería
producir un deterioro en el aprendizaje;
P.6: la administración de antagonistas AMPA después del entrenamiento debería
producir un deterioro en el aprendizaje;
P.7: la sensibilidad a los antagonistas NMDA tras el aprendizaje debería producirse
previamente a la sensibilidad a los antagonistas AMPA.
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
143
Por último, podemos hacer una última predicción fuera ya de esta analogía.
Vimos en el capítulo III que la PLP es un fenómeno de plasticidad sináptica muy
relacionado con el hipocampo, la estructura cerebral más relacionada con los
procesos responsables de aprendizaje y memoria. Así, una importante hipótesis que
se viene barajando desde el descubrimiento de la PLP es que ésta puede ser un
mecanismo de plasticidad sináptica por el cual el hipocampo esté implicado en estos
procesos. Teniendo en cuenta que la PLP es dependiente de los receptores NMDA
podemos enunciar una última predicción:
P.8: el aprendizaje de tareas sensibles a lesiones hipocampales debería quedar
también deteriorado por la administración de antagonistas NMDA, en tanto que las
tareas insensibles a las lesiones hipocampales no deberían quedar alteradas por
antagonistas NMDA.
Los experimentos sobre el efecto de fármacos antagonistas de receptores
NMDA sobre el aprendizaje y la memoria han estudiado típicamente el efecto de
estos fármacos administrados previamente al entrenamiento o previamente a la
prueba de recuerdo de una tarea ya aprendida (experimentos concernientes a las
predicciones P.1 y P.2); en otras palabras, se ha estudiado el efecto sobre la
adquisición y la recuperación. El número de experimentos que han utilizado
antagonistas AMPA para estudiar su efecto sobre el aprendizaje y la memoria es
mucho menor, ya que sólo recientemente han comenzado a sintetizarse antagonistas
AMPA suficientemente específicos. Aunque en el presente trabajo no estamos
interesados concretamente en estos experimentos, muchos de ellos se han llevado a
cabo en el marco de trabajos que estudian los efectos de antagonistas NMDA, por lo
que en el transcurso del análisis que vamos a hacer sobre estos trabajos,
esporádicamente se irá haciendo referencia a resultados sobre el efecto de
antagonistas AMPA sobre el aprendizaje y la memoria (predicciones P.3 y P.4). En
todo caso, dado que casi la totalidad de experimentos que se exponen tratan sobre
los efectos de antagonistas NMDA sobre la adquisición (P.1), cuando en el texto se
haga referencia a experimentos que traten sobre las predicciones P.2, P.3 ó P.4 se
hará constar explícitamente.
En el segundo apartado de este capítulo se expondrán los estudios sobre
adquisición y recuperación (P.1, P.2, P.3 y P.4). Asimismo, en el transcurso de la
exposición de estos estudios se irán comparando las deficiencias en aprendizaje
derivadas de la administración de antagonistas NMDA y las derivadas de las
lesiones del hipocampo, o de sus eferencias a través del fórnix (P.8).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Son muchos menos los trabajos que han estudiado el efecto sobre la
consolidación, ya sea con antagonistas NMDA o con antagonistas AMPA. Estos
trabajos se revisarán en el tercer apartado del capítulo (predicciones P.5, P.6 y P.7).
Conviene también en este momento situar respecto a estas predicciones los
experimentos que conforman este trabajo, y que veremos en los próximos capítulos.
El objetivo de nuestros cuatro experimentos es estudiar los efectos de la ketamina,
antagonista NMDA, sobre la adquisición y la recuperación del condicionamiento
clásico (P.1 y P.2). Asimismo, se estudian estos efectos tanto sobre tareas sensibles
como insensibles a las lesiones hipocampales, con objeto de estudiar la similitud de
efectos entre lesiones hipocampales y administración de ketamina (P.8).
2. Efectos sobre la adquisición y la recuperación
Como criterio para organizar este apartado utilizamos el tipo de tarea sobre la
que se estudia el efecto del fármaco, en detrimento de criterios alternativos
utilizados frecuentemente en psicofarmacología, como el tipo de fármaco empleado.
Creemos que así se arroja más luz sobre los resultados, en la consideración de que
estos estudios están encuadrados en una estrategia que tiene como objetivo dilucidar
la implicación de la PLP en fenómenos de aprendizaje y memoria. Para este
objetivo, el fármaco es tan sólo un medio para bloquear el receptor NMDA, en tanto
que el análisis de las demandas de las tareas que fueran afectadas de diferente forma
por antagonistas NMDA serviría para concretar el déficit que estaría produciendo el
fármaco. Además, dado que la PLP está típicamente asociada al hipocampo, resulta
relevante distinguir entre las diferentes tareas en función de la sensibilidad que éstas
presenten a las lesiones del hipocampo (P.8). Así, para las diferentes tareas se
expondrá la dependencia que tengan respecto del hipocampo o de otras estructuras
cerebrales ricas en receptores NMDA, particularmente cuando esta información
resulte relevante para analizar los resultados.
Los fármacos utilizados con más frecuencia han sido AP5 (antagonista
competitivo), MK-801 y ketamina (antagonistas no competitivos). También se han
utilizado como antagonistas competitivos AP7, CPP, CPPene, CGS 19755,
CGP 37849 y NPC 12626; y como antagonistas no competitivos PCP,
dextromethorphan, allylnormetazocine, memantina y amantadina. Las tareas sobre
las que se han estudiado estos fármacos son muy diversas, aunque las hemos
clasificado en varios grupos que, aunque no completamente homogéneos, ofrecen
cierta coherencia entre la gran diversidad de experimentos. Esta clasificación está
compuesta por: 1) tareas de aprendizaje espacial; 2) tareas que implican la memoria
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
145
de trabajo no espacial; 3) condicionamiento de sabores y olores; 4)
condicionamiento del miedo y evitación; 5) formas de aprendizaje típicas de
especie; 6) condicionamiento de la membrana nictitante del conejo; y, 7) formas de
condicionamiento con procedimientos que requieren múltiples ensayos. Por último,
estudiaremos los efectos sobre la adquisición de fámacos antagonistas de receptores
NMDA en interacción con fármacos que actúan sobre otros sistemas de
neurotransmisión.
2.1. Efectos sobre tareas de aprendizaje espacial
Una de las teorías clásicas sobre la función del hipocampo es que éste opera a
modo de mapa cognitivo (O’Keefe y Nadel, 1978, 1979). Según esta teoría, el
hipocampo juega un papel crítico en el aprendizaje y la memoria espacial. Con
seguridad, ésta es la razón por la que la mayor parte de estudios sobre el efecto de
antagonistas NMDA se han centrado en tareas de memoria espacial. Además, desde
el punto de vista neurobiológico, su específica sensiblidad a diferentes fármacos y
lesiones la hacen empíricamente diferenciable de otros tipos de memoria. Aun así, la
memoria espacial no es un fenómeno único. Suele establecerse una división entre
memoria de referencia (MR) y memoria de trabajo (MT) (Olton, Becker y
Handelmann, 1979; Olton y Papas, 1979). La MR contiene información general,
constante, aplicable a múltiples situaciones. Cualquier tarea tiene componentes de
MR. La MT contiene información sobre eventos próximos en el tiempo, que son
necesarios para solucionar un problema. Una vez solucionado, se olvida la
información.
Los procedimientos más comúnmente empleados en el estudio de la memoria
espacial han sido el laberinto radial y el laberinto de agua. El laberinto de agua
implica, en su versión más común, a la MR. El laberinto radial permite distinguir
entre ambos tipos de memoria e ilustra operacionalmente la diferencia entre ambas.
En el laberinto radial se trabaja habitualmente tanto con una versión de MR como
con otra de MT.
2.1.1. Efectos sobre el laberinto de agua
En el laberinto de agua, las ratas tienen que nadar en un recipiente circular
lleno de un líquido opaco hasta encontrar una plataforma oculta, ligeramente
sumergida en el líquido, partiendo al comienzo de cada ensayo de una posición
diferente del borde del recipiente circular. Al no existir referencias intra-laberinto,
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
las ratas aprenden la localización de la plataforma merced a claves extra-laberinto.
Esta tarea implica a la memoria de referencia (MR). Como tarea control suele
utilizarse bien llegar a una plataforma visible, situada sobre la superficie, bien una
tarea de discriminación visual entre dos plataformas visualmente diferenciables,
siendo una firme y hundiéndose la otra con el peso del animal. La tarea espacial se
ha mostrado sensible a la extirpación del hipocampo, pero la de discriminación
visual no; O’Keefe y Nadel, 1978).
La comparación entre la tarea de discriminación visual y la tarea espacial
puede ser utilizada en los estudios psicofarmacológicos para excluir la posibilidad
de que el efecto en la tarea espacial se deba a efectos inespecíficos del fármaco
sobre la ejecución (C.2). Si éste fuera el caso, deberían verse deterioradas tanto la
versión espacial como la de discriminación visual. Adicionalmente, un patrón de
resultados similar en ambas tareas para las lesiones hipocampales y el efecto de
antagonistas NMDA estaría sugiriendo que ambas manipulaciones producirían sus
efectos a partir de un mismo mecanismo (P.8), que podría ser la PLP.
Aunque es menos común, también es posible estudiar la MT en el laberinto de
agua (Morris, 1983). En esta versión del laberinto, en una primera fase, y con objeto
de familiarizarse con la tarea, las ratas aprenden a localizar una plataforma en una
posición fija (MR). Durante la fase relevante, la posición de la plataforma cambia,
de forma que la rata tiene que encontrar la nueva posición. Una vez que llega a la
plataforma, la rata es retenida fuera del laberinto durante un periodo de tiempo, y
transcurrido ese tiempo el animal tiene que alcanzar de nuevo la plataforma, situada
en el mismo lugar, partiendo de un punto diferente. En esta segunda fase, se realizan
múltiples ensayos cambiando la posición de la plataforma. Esta tarea implica tanto a
la MR como a la MT.
El trabajo quizás más representativo y clásico de todos los que se han hecho
con antagonistas NMDA con el fin de estudiar el papel de estos receptores tanto en
el aprendizaje como en la PLP es el realizado por Morris, Anderson, Lynch y
Baudry (1986) empleando el laberinto de agua. En un elegante estudio, Morris y
colaboradores mostraron que
la administración crónica de AP5
intraventricularmente interrumpía la normal adquisición del aprendizaje espacial en
el laberinto, aunque dejaba inalterada una tarea de discriminación visual en el
mismo laberinto, mostrando así que el deterioro en la adquisición no era producido
por un deterioro sensoriomotor producido por el fármaco. En el experimento se
utilizaron D-AP5, un antagonista NMDA y su isómero L-AP5, que no comparte
estas propiedades antagonistas (ver capítulo II). El isómero no efectivo como
antagonista NMDA no produjo efecto alguno sobre la adquisición, mostrándose así
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
147
que el efecto que D-AP5 tenía sobre la adquisición era debido a sus propiedades
antagonistas NMDA y no a efectos colaterales del fármaco (C.2). Asimismo,
mostraron que a las dosis usadas en el experimento D-AP5 bloqueó la inducción de
PLP en el giro dentado, lo que no hicieron L-AP5 ni otros tratamientos control. El
patrón de resultados encontrados -interferencia con la tarea de aprendizaje espacial,
pero no con la de discriminación visual- es, como hemos visto, similar al obtenido
mediante la extirpación del hipocampo (P.8). Esto sugirió a los autores que el AP5
podía estar produciendo sus efectos mediante el bloqueo de la PLP en el hipocampo.
En resultados complementarios, comprobaron que a las dosis en que era
bloqueada la adquisición, también quedaba bloqueada la inducción de PLP in vivo
(Davis, Butcher y Morris, 1992; Morris, 1989c; Morris, Anderson, Lynch y Baudry,
1986). Una manera de comprobar si el deterioro que la droga produce sobre el
aprendizaje y sobre la PLP están relacionados es comparar las respuestas de
diferentes dosis sobre ambos procesos. Funciones de respuesta a la dosis similares
para el aprendizaje y para la PLP indicarían que la droga afecta a ambos procesos a
través del mismo mecanismo. Así, apoyando la interpretación de que el efecto del
AP5 sobre el aprendizaje era debido a su acción sobre la PLP, encontraron que el
detrimento en el aprendizaje era dependiente de la dosis de AP5 administrada,
estando este detrimento correlacionado con el bloqueo de PLP en el hipocampo.
Aún más interesante es el hecho de que no se encontrara ninguna dosis capaz de
deteriorar la inducción de PLP sin perjudicar la adquisición del aprendizaje
(Butcher, Davis y Morris, 1990; Davis, Butcher y Morris, 1992). Además, para
apoyar la interpretación de que el efecto que el AP5 produce sobre el aprendizaje es
debido al bloqueo de la PLP en el hipocampo, Morris y su equipo comprobaron que
la administración directa de AP5 en el hipocampo también interfiere con la
adquisición de la tarea del laberinto (Morris, Halliwell y Bowery, 1989) (P.8).
Asimismo, también han mostrado que el efecto del AP5 se produce sólo cuando se
administra antes del entrenamiento, y que administrado antes de la prueba no afecta
a la ejecución (Morris, 1989c). Este último resultado, además de ser una prueba
adicional de que el detrimento en el aprendizaje que produce el fármaco no puede
ser explicado por efectos sensoriomotores inespecíficos del fármaco, muestra que el
AP5 actúa impidiendo la adquisición de la tarea espacial, pero no la recuperación de
la misma si previamente ha sido aprendida (P.2).
Más recientemente, Morris y colaboradores han concretado el déficit
producido por el AP5 sobre el aprendizaje en el laberinto de agua. El entrenamiento
en un laberinto de agua diferente sin la administración de AP5 previamente al
entrenamiento bajo los efectos del fármaco previno el déficit característico
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
producido por el AP5 (Bannerman et al., 1995). Además, la prevención del déficit se
produjo sólo cuando la tarea previamente entrenada era espacial. Estos experimentos
muestran que, si bien los receptores NMDA están implicados en algún aspecto del
aprendizaje espacial, no intervienen en la representación de un contexto específico.
Su función podría tener que ver con alguna habilidad más general propia del
aprendizaje espacial, de tal manera que si esta habilidad se entrena previamente, el
AP5 deja de producir efectos sobre la tarea espacial.
Otro de los trabajos que han generado una gran cantidad de investigación tras
de sí, en parte por su polémico título, es el de Robinson, Crooks, Shinkman y
Gallagher (1989) utilizando MK-801, quienes titularon su artículo “Los efectos
conductuales del MK-801 imitan las deficiencias asociadas a lesiones
hipocampales” (P.8)29. En varios experimentos utilizando el laberinto de agua
mostraron que el aprendizaje espacial queda deteriorado si antes de cada sesión
diaria de entrenamiento se inyecta a los sujetos MK-801. De nuevo, un resultado
complementario hallado por estos investigadores es que la administración del
fármaco antes de la prueba no produjo ningún efecto sobre la capacidad del animal
para llegar a la plataforma (P.2).
Aunque quizás sean estos los dos trabajos más renombrados en relación al
efecto de antagonistas NMDA sobre el laberinto de agua, hay bastantes más trabajos
que han llegado a conclusiones similares. Heale y Harley (1990), utilizando MK-801
y AP5, y Mondadori et al. (1989), utilizando MK-801 y AP7, inyectados de forma
aguda antes de cada sesión, llegan a la misma conclusión: los antagonistas NMDA
afectan a la adquisición cuando son administrados antes del entrenamiento, pero no
alteran la recuperación de lo ya aprendido cuando se administran antes de la prueba
(P.2). Como vimos en el capítulo II, la administración de antagonistas NMDA suele
ir acompañada de efectos sensoriales o locomotores, lo que complica la
interpretación de los resultados. Así, el control de estos efectos es importante.
McLamb et al. (1990) estudiaron el efecto de MK-801 sobre el laberinto de agua a
dosis a las que el fármaco no presenta efectos sensoriomotores, obteniendo, al igual
que los estudios descritos, un deterioro en la adquisición. Asimismo, el MK-801
administrado crónicamente a ratas recién nacidas también produce un detrimento en
la adquisición del laberinto de agua, aunque, al igual que los resultados expuestos
del grupo de Morris, no tuvo efectos en la tarea de discriminación visual, indicando
29
Concretamente, Robinson, Crooks, Shikman y Gallagher (1989) mostraron que formas de aprendizaje que
dependen de un hipocampo intacto (laberinto de agua y la potenciación de la aversión a un olor por un sabor)
quedaron deterioradas por el MK-801, en tanto que formas de aprendizaje parecidas, pero que no requieren
de la integridad del hipocampo no quedaron alteradas por la administración del fármaco.
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
149
de nuevo ausencia de efectos sensoriomotores (Gorter y De Bruin, 1992). También
se ha encontrado un detrimento de la ejecución en el laberinto utilizando ratones y
CPP como antagonista competitivo NMDA (Upchurch y Wehner, 1990). Estos
investigadores realizaron dos protocolos de entrenamiento. En el primero, los
ratones recibieron cuatro ensayos consecutivos antes de ser devueltos a la
jaula-dormitorio. En el segundo, los animales fueron devueltos después de cada uno
de los cuatro ensayos a la jaula-dormitorio. En ambas condiciones el aprendizaje
espacial se vio afectado, siendo el deterioro mayor cuando los cuatro ensayos se
dieron de forma consecutiva.
Whishaw y Auer (1989) encontraron, al igual que McLamb et al. (1990), un
efecto perjudicial sobre el aprendizaje a dosis inferiores a las que el fármaco
produce alteraciones conductuales inespecíficas, esta vez sobre una versión
modificada del laberinto de agua (Whishaw, 1985). En esta versión, la localización
de la plataforma cambia día a día, con lo que, según los autores, se estaría
produciendo un aprendizaje de conceptos. Emplearon MK-801 y hallaron que a
dosis a las que el fármaco no producía otros efectos inespecíficos se producía un
bloqueo del aprendizaje. Asimismo, en un laberinto de agua diferente, aunque en
una tarea que también implica la MR, Kant, Wrigth, Robinson y D’Angelo (1991)
estudiaron la implicación de dos isómeros del MK-801, sólo uno de ellos efectivo
como antagonista de receptores NMDA. El isómero efectivo como antagonista
NMDA bloqueó la adquisición, dejándola inalterada el otro. Nuevamente, no se
encontraron efectos cuando el fármaco se administró antes de una prueba de
recuperación (P.2).
En varios experimentos utilizando ketamina se ha obtenido también un
deterioro del aprendizaje sobre el laberinto de agua (Alessandri, Battig y Welzl,
1989; Lalonde y Joyal, 1991; Wesierska, Macias-González y Bures, 1990). Lalonde
y Joyal (1991) encontraron efectos tanto en la versión clásica del laberinto de agua
como en la versión de Whishaw. No obstante, hallaron que el aprendizaje en la
versión de Whishaw quedaba deteriorado con una dosis menor que la necesaria para
impedir el aprendizaje de la versión clásica. Así, a mayor dificultad en la tarea,
menor dosis de ketamina resultó necesaria para impedir su aprendizaje.
Adicionalmente, a las dosis a las que el aprendizaje de una u otra versión del
laberinto quedó impedido, una vez que la plataforma se hizo visible no se produjo
deterioro del mismo. Como resultado complementario de interés, encontraron que
tras la administración de LGDE (dietil ester ácido l-glutámico), antagonista de
receptores AMPA, no se encontró ningún efecto sobre ninguna de las tareas que se
habían visto afectadas por la administración de ketamina (P.3). Interesa destacar el
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
efecto amnésico selectivo que Lalonde y Joyal encuentran para los receptores
NMDA, en detrimento de antagonistas de otros receptores del glutamato. Wesierska
et al. (1990) estudiaron también el efecto sobre la recuperación (P.2), encontrando
que la recuperación sólo quedaba deteriorado por dosis del fármaco mayores de las
que deterioraban la adquisición, por lo que no puede descartarse que el efecto sobre
la recuperación sea debido a efectos sensoriomotores inespecíficos del fármaco que
no se producen, sin embargo, a las dosis a las que el aprendizaje es afectado.
Asimismo, utilizaron la versión descrita del laberinto para estudiar el efecto de la
ketamina sobre la MT, encontrando que la MT quedaba afectada por dosis de
ketamina menores a las que producían deterioro en la versión de MR.
Como síntesis de estos resultados, en los experimentos expuestos se observa
un consistente deterioro del aprendizaje espacial tras la administración de
antagonistas NMDA (P.1), ya sea con antagonistas competitivos o no competitivos,
o ya sea con administración intraventricular, intraperitoneal o directamente en el
hipocampo. Al tiempo, no se han encontrado efectos ni sobre la discriminación de
dos plataformas visibles (C.2, P.8), ni efectos fiables sobre la recuperación de lo
aprendido (P.2), ni cuando se utilizan otros fármacos, ya sean isómeros del
antagonista NMDA que no comparten sus propiedades antagonistas, ya sean
antagonistas de otros receptores del glutamato, como los antagonistas AMPA (P.3).
No obstante el conjunto de experimentos expuestos, que muestran un efecto
perjudicial sobre el aprendizaje, hay también algunos que muestran un resultado
contrario. Cuando se administró AP5 directamente en la amigdala previamente al
entrenamiento en el laberinto de agua, ni el aprendizaje ni la recuperación (P.2)
quedaron afectados (Liang, Hon y Davis, 1994, experimento 7). Respecto a este
resultado contrario es importante hacer notar que el aprendizaje espacial no es
dependiente de la amígdala, por lo que este resultado es el que habría que esperar
desde la hipótesis de que el AP5 actúa en estos experimentos bloqueando la PLP en
el hipocampo (P.8). Lógicamente, su administración local en la amígdala no tiene
efectos sobre los receptores NMDA en el hipocampo.
En ninguno de los múltiples experimentos hasta aquí citados en relación al
laberinto de agua, y este hecho es muy importante dentro de la estrategia que
identificamos al comenzo del capítulo, se observaron deficiencias en la tarea de
llegar a la plataforma cuando ésta estaba visible, indicando que el menoscabo en la
ejecución no se debía a factores sensoriomotores, sino a un déficit de aprendizaje.
Sin embargo, recientemente se está poniendo en duda las conclusiones de estos
trabajos. En realidad, Keith y Rudy (1990) ya plantearon serias dudas sobre que el
déficit observado en el laberinto de agua no se debiera a un deterioro motor (C.2).
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
151
Más recientemente, un equipo ha publicado varios trabajos concluyendo que los
déficits observados en el laberinto de agua por antagonistas NMDA pueden
explicarse por las perturbaciones conductuales producidas por los fármacos. Sus
resultados han sido obtenidos con varios fármacos antagonistas NMDA, lo que
aporta mayor robustez a sus conclusiones. Utilizando tanto AP5 (Cain, Saucier,
Hall, Hargreaves et al., 1996) como NPC 17742 (Cain, Saucier y Boon, 1997;
Saucier y Cain, 1995; Saucier, Hargreaves, Boon, Vanderwolf et al., 1996) y
CGS 19755 (Cain et al., 1997), han encontrado trastornos sensoriomotores que
correlacionaban tanto con un déficit en la versión espacial como en la versión con la
plataforma visible. Exactamente el mismo patrón de resultados encontraron con un
antagonista muscarínico30, la escopolamina (Saucier et al., 1996). Sin embargo, en
todos los casos, cuando se familiarizó a los sujetos con las destrezas conductuales
requeridas para la tarea mediante un entrenamiento no espacial, el efecto del
fármaco sobre el aprendizaje desapareció.
Como hemos expuesto, Keith y Rudy (1990) fueron los primeros en alertar
sobre la contribución de los efectos sensoriomotores en los resultados obtenidos con
antagonistas NMDA sobre el laberinto de agua. Más recientemente, Keith y Galizio
(1997) han publicado un trabajo en el que desarrollan un nuevo procedimiento en el
que, a partir de la utilización del laberinto de agua, puedan distinguirse los efectos
de un fármaco sobre la adquisición de sus efectos sobre la ejecución. El
procedimiento consiste, simplemente, en que la adquisición se realiza a partir de
varios ensayos en una misma sesión, y en la siguiente sesión se cambia la
localización de la plataforma oculta. Así, en la segunda sesión podría estudiarse al
mismo tiempo la adquisición (de la nueva posición de la plataforma) y la ejecución
o recuperación (de la posición que tenía el día anterior). Consistente con la posición
de Keith y Rudy (1990), los resultados de Keith y Galizio (1997) muestran que el
MK-801 produce deterioro en el aprendizaje sólo a dosis que también deterioran la
ejecución. Sostienen, pues, que los efectos de antagonistas NMDA sobre la
adquisición que diversos estudios encuentran son, simplemente, efectos sobre la
ejecución (C.2). No obstante, una importante diferencia entre el procedimiento
desarrollado por Keith y Rudy y el procedimiento convencional del laberinto de
agua es que en la versión de Keith y Rudy la adquisición se realiza siempre dentro
de la misma sesión. Así, es posible que la implicación de los receptors NMDA, y de
la PLP, sobre la adquisición, se produzca sólo en procedimientos que requieran
memorias de mayor duración. Consistente con esta idea son los resultados de
algunos experimentos que veremos en el siguiente apartado que muestran ausencia
30
Los receptores muscarínicos son el tipo de receptores colinérgicos más común en el SNC.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
de efectos sobre la adquisición intra-sesión, pero un detrimento en la adquisición
entre-sesiones (Handelmann, Contreras y O’Donohue, 1987; Kesner, Dakis y
Bolland, 1993) y de experimentos que muestran que antagonistas NMDA bloquean
el condicionamiento al miedo cuando la prueba se realiza 24 horas después, pero no
cuando se realiza inmediatamente tras el condicionamiento (Kim, DeCola, LandeiraFernández y Fanselow, 1991). Adicionalmente, esta idea es avalada por múltiples
experimentos que muestran efectos de antagonistas NMDA sobre la consolidación y
que veremos al final del capítulo.
Con todo, como se deduce de este conjunto de experimentos recientes, la
posibilidad de que los resultados obtenidos en el laberinto de agua puedan
explicarse por los efectos sensoriomotores colaterales de los fármacos, más que por
su bloqueo de la PLP, no puede descartarse (C.2).
2.1.2. Efectos sobre laberintos radiales, laberintos en T y otras
formas de aprendizaje espacial
Otro conjunto de trabajos tienen como principal protagonista el laberinto
radial. Como ya hemos dicho, este laberinto permite el estudio de tareas que
implican a la memoria de referencia (MR) y tareas que implican a la memoria de
trabajo (MT) (Olton, Becker y Handelmann, 1979; Olton y Papas, 1979). El
laberinto consta de ocho brazos y, dependiendo del tipo de tarea, bien los ocho
contienen alguna bolita de comida, bien sólo cuatro de ellos contienen comida. En la
tarea 8/8 (MT) los animales aprenden a entrar a cada brazo una sola vez en cada
ensayo de forma que con ocho entradas finalizan la tarea. Esta es una prueba de MT.
En la tarea 4/8 (MR y MT) siempre son los mismos cuatro brazos los que están
reforzados, de forma que el animal puede aprender a discriminarlos del resto. Un
animal bien entrenado finalizaría la tarea con cuatro entradas. Entrar en un brazo
que nunca ha sido reforzado es computado como un error de MR. Entrar por
segunda vez en alguno de los brazos reforzados supone un error de MT. Las
lesiones del hipocampo producen deficiencias en la MR si se producen antes del
entrenamiento, pero no antes de la prueba. En cambio, la MT queda perjudicada
tanto si la lesión se produce antes del entrenamiento como antes de la prueba.
Respecto a la caracterización de ambas tareas decir, por último, que si se introducen
en el laberinto claves no espaciales que permiten la discriminación entre brazos a
partir de claves intralaberinto la tarea deja de ser sensible a la lesión del hipocampo
(Jarrard, 1986).
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
153
Diversos estudios muestran que la administración de antagonistas NMDA
impide el aprendizaje del laberinto radial en la versión de MT (Alessandri, Battig y
Welzl, 1989, con ketamina; Butelman, 1989, 1990 y Wozniak et al., 1990, con
MK-801; Danysz, Wroblewski y Costa, 1988, con AP5 y PCP; Kawabe, Ichitani e
Iwasaki, 1998, con AP5; o Kesner, Hardy y Novak, 1983, con PCP). El mismo
resultado sobre la MT se encontró utilizando la alternancia en un laberinto en T,
tanto con MK-801 (Maurice et al., 1994; Wozniak et al., 1990) como con CPPene
(Parada, Czuczwar y Turski, 1992) y NPC 12626 (Walker y Gold, 1991a). Además,
en el trabajo de Parada y colaboradores no se encontró ningún efecto amnésico
cuando se administró antes del entrenamiento NBQX, un antagonista de receptores
AMPA (P.3). Una conclusión similar respecto a la implicación de los receptores
NMDA y receptores AMPA puede establecerse a partir de un trabajo en el que se
estudia el efecto de la administración conjunta de escopolamina, antagonista
muscarínico, con antagonistas NMDA (MK-801 y CGS 19755) o antagonistas
AMPA (YM90K) sobre la versión de MT del laberinto radial. Sólo los antagonistas
NMDA aumentaron los déficits producidos por la escopolamina. Estos resultados
son interpretados por los autores como una implicación de los receptores NMDA,
pero no de los AMPA, en el aprendizaje de tareas espaciales (P.3) mediante su
interacción con el sistema colinérgico (Li, Matsumoto, Tohda, Yamamoto et al.,
1996). Más adelante, en relación con tareas de MT no espaciales, veremos otros
estudios que relacionan la escopolamina, y el sistema colinérgico en general, con los
receptores NMDA.
Aunque los experimentos citados hasta el momento muestran un efecto de
antagonistas NMDA sobre la versión de MT en el laberinto radial, también hay
resultados que matizan la implicación de los antagonistas NMDA en laberintos que
implican a la MT. Bolhuis y Reid (1992) no encontraron un número mayor de
errores en la ejecución en ratas a las que se les administró crónicamente AP5 en
relación a las controles. No obstante, cuando se interrumpió el ensayo dejando una
demora antes de su reanudación los sujetos bajo la influencia del fármaco mostraron
una peor ejecución que los controles. Por tanto, aunque en la tarea convencional de
MT no se encontraron diferencias, cuando la tarea requirió una demanda mayor de
la MT del sujeto, volvió a observarse un deterioro de la ejecución en los animales
tratados con AP5. Asimismo, Tonkiss y Rawlins (1991), utilizando un laberinto en
T, encontraron que el AP5, pero no el MK-801, produjo un detrimento de la MT.
Asimismo, en otro experimento, sólo se encontró un detrimento en la MT con la
dosis mayor de MK-801, dosis a la que se observaban claras alteraciones
conductuales (White y Best, 1998).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Son menos los experimentos realizados sobre la versión 4/8 del laberinto
radial. En algunos de estos experimentos se han estudiado los efectos de
antagonistas NMDA sobre la MT, y sobre la recuperación de la MR, pero no sobre
la adquisición de la MR (Lyford y Jarrard, 1991, con CPP; Ward, Mason y
Abraham, 1990, con MK-801 y CPP). Respecto a la MT, la tarea se vio perjudicada
en ambos experimentos con ambos fármacos. En lo que respecta a la MR, como
acabamos de decir, se estudió el efecto sobre la ejecución de la tarea previamente
aprendida, y no sobre la adquisición. En contra de lo obtenido en el resto de
resultados expuestos, y de lo que podría esperarse por la implicación de los
receptores NMDA en la inducción de PLP y no en su expresión, estos experimentos
mostraron un deterioro de la recuperación (P.2). No obstante, a nuestro juicio surge
un serio problema de interpretación con estos resultados. El problema es que en
estos experimentos los efectos sensoriomotores inespecíficos del fármaco deben ser
controlados con particular atención (C.2), dado que lo que estos resultados
realmente muestran en su conjunto es que en todas las condiciones en que se
administró el fármaco se produjo deterioro de la ejecución (tarea de MT y
recuperación en la tarea de MR previamente aprendida), en contraste con la única
condición en que el fármaco no se administró (adquisición de la tarea de MR). Esta
correlación perfecta entre administración del fármaco y deterioro de la ejecución no
se produce, sin embargo, en los experimentos que muestran en tareas de MR una
adquisición deteriorada tras la administración del fármaco, y posteriormente
ausencia de efectos sobre la recuperación también con la administración del
fármaco. Con este último patrón de resultados, es difícil atribuir los resultados sobre
la adquisición a un problema de ejecución producido por efectos sensoriomotores
del fármaco, dado que el fármaco sigue estando presente en la prueba, en la que no
se observan estos efectos. Sin embargo, con el primer patrón de resultados, que es el
caso de los experimentos de Lyford y Jarrard y de Ward y colaboradores esta
interpretación no puede excluirse.
Los resultados más claros sobre la implicación de la MR y la MT en laberintos
radiales vienen a partir de una completa serie de experimentos realizados por
Shapiro y colaboradores. En consonancia con la mayoría de experimentos
expuestos, hallaron que la administración de MK-801 producía un deterioro tanto en
la versión MT del laberinto radial como en la versión MR cuando el fármaco era
administrado antes de la sesión de entrenamiento, pero no antes de la prueba, lo que
indica un efecto del fármaco sobre la adquisición, pero no sobre la recuperación
(P.2) (Shapiro y Caramanos, 1990). Estos resultados, a diferencia de los descritos
previamente de Lyford y Jarrard (1991) y Ward et al. (1990), permiten excluir una
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
155
explicación de los resultados en términos de efecto del fármaco sobre la ejecución,
como hemos expuesto más arriba (C.2). Sin embargo, en experimentos posteriores
encontraron que el MK-801 sólo producía un detrimento en MT si la prueba se
efectuaba en un contexto nuevo para el sujeto (Caramanos y Shapiro, 1994; Shapiro
y O’Connor, 1992). La explicación dada por estos investigadores es que la sinapsis
NMDA podría ser necesaria para establecer una memoria espacial del entorno
(MR), y sólo indirectamente necesaria en una tarea de MT. Así, las deficiencias
encontradas por Shapiro y Caramanos (1990) en MT podrían deberse a la dificultad
de los sujetos para establecer una representación del contexto31. De hecho, las
deficiencias en MT dejaron de producirse cuando los sujetos fueron sometidos a un
entrenamiento intensivo en el contexto antes de la tarea de MT (Caramanos y
Shapiro, 1994).
En general, los experimentos expuestos con el laberinto de agua sobre la MR y
con el laberinto radial tanto sobre la MR como sobre la MT muestran un claro efecto
de los antagonistas NMDA sobre la MR, y un efecto inconsistente sobre la MT. De
hecho, los resultados de Shapiro y Caramanos muestran que los efectos sobre la MT
son sólo aparentes, y que en realidad son consecuencia de una incapacidad para
establecer una representación espacial del entorno (MR). En esta línea se sitúan
también los resultados de Lalonde y Joyal (1993) con ketamina, que obtienen
efectos sobre una tarea espacial dependiente de la MR y ausencia de efectos sobre
una tarea dependiente de MT. La tarea dependiente de MR consistía en localizar
bolitas de comida dispuestas de forma que siempre ocuparan la misma posición en
una matriz de 4x4 agujeros. La tarea de MT era la alternancia en un laberinto en T.
La ketamina impidió el aprendizaje de la tarea de los agujeros, pero no la alternancia
en el laberinto en T, cuando se administró antes de cada sesión de entrenamiento,
pero no cuando, con objeto de estudiar su efecto sobre la recuperación, fue
31
Nótese que esto parece contradecir los resultados obtenidos con el laberinto de agua por Morris
presentados más arriba (Bannerman et al., 1995). En aquel trabajo, Morris y colaboradores mostraron que el
déficit del antagonista NMDA no tenía que ver con una representación concreta del contexto, en tanto que en
estos trabajos Caramanos y Shapiro muestran que es precisamente una representación del contexto lo que es
impedido por el fármaco. Una importante diferencia que puede explicar estos resultados es que la tarea
empleada por Morris en el laberinto de agua es una tarea de MR, en tanto que la empleada por Caramanos y
Shapiro sobre el laberinto radial es de MT. Asi, la única demanda que tendría la tarea de Caramanos y
Shapiro de la MR espacial es, precisamente, la representación del contexto. En la medida en que la MT no
fuera afectada por antagonistas NMDA, eliminando esta demanda (p. ej., preentrenando en el contexto)
desaparecería el déficit producido por el fármaco, al convertirse en una tarea no dependiente de la MR. Esto
es lo que ocurre. Sin embargo, la tarea empleada por Morris incorpora otras demandas, adicionales a la
representación del contexto, relacionadas con la MR espacial. Es sobre estas habilidades necesarias para
atender a estas demandas sobre las que parecen resultar críticos los antagonistas NMDA. Así, ambos
resultados resultan compatibles bajo el supuesto de que los receptores NMDA sean críticos en la MR
espacial, pero no en la MT espacial.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
administrada antes de la prueba (P.2). De nuevo, el LGDE, antagonista de
receptores AMPA, no afectó al aprendizaje de ninguna de estas tareas (P.3).
¿A qué podría obedecer esta diferente sensibilidad de MT y MR a antagonistas
NMDA que apuntan los resultados? Una importante diferencia entre ambos tipos de
memoria es que la MT es de corta duración y la MR de larga duración. Podría, por
tanto, ocurrir que los antagonistas NMDA sólo intervinieran en memorias espaciales
de larga duración. En esta línea argumental se pueden situar los resultados de otros
experimentos, realizados tanto con PCP como con MK-801. En uno de los primeros
estudios que evaluaron el efecto de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje,
Handelmann, Contreras y O’Donohue (1987) mostraron que aunque el PCP no
afectó al aprendizaje de las ratas entrenadas a elegir uno de los brazos de un
laberinto en T durante el entrenamiento, los sujetos no mostraron signos de haber
aprendido al día siguiente, a diferencia de los sujetos del grupo control. Un
resultado similar se ha obtenido utilizando un laberinto con agujeros llenos de queso
(Kesner, Dakis y Bolland, 1993). Se producía adquisición intra-sesión, pero no hubo
signo de adquisición entre-sesiones. Los autores concluyen un bloqueo específico de
la MLP, que no afecta a la MCP .
También se ha encontrado que el efecto amnésico del MK-801, tanto en una
tarea de laberinto radial como en una de habituación, se observa entre sesiones,
aunque no a lo largo de una sesión (Carey, Dai y Gui, 1998; White y Best, 1998). En
el laberinto radial se ha encontrado que el efecto del MK-801 sobre la adquisición
desaparece cuando la adquisición se mide en una misma sesión . El estudio es
similar a los expuestos con el laberinto radial, midéndose tanto los errores de MT
como los errores de MR. La diferencia es que cada día la comida se situaba en un
brazo diferente, midiéndose la adquisición de MR entre los diez ensayos del mismo
día en que la comida se situaba en el mismo brazo. A diferencia de los experimentos
que estudian la adquisición entre sesiones realizadas en días diferentes, el MK-801
no produjo efecto alguno sobre la MR. De nuevo, los autores concluyen que los
receptores NMDA juegan un papel en la MLP, pero no en la MCP (White y Best,
1998). Por último, en una tarea de habituación a un nuevo contexto utilizando un
procedimiento de campo abierto se ha encontrado que a dosis en las que el MK-801
no afectaba la habituación a lo largo de la sesión ni producía efectos
hiperlocomotores, sí producía un severo déficit cuando la habituación era medida en
la siguiente sesión. En experimentos posteriores comprobaron que el detrimento en
la ejecución no se debía a un efecto de aprendizaje dependiente de estado (Carey et
al., 1998). Nótese que este conjunto de resultados son consistentes con la
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
157
implicación de los receptores NMDA en la MR, y no en la MT, como sugieren los
experimentos expuestos de Shapiro y colaboradores y los de Lalonde y Joyal.
Volviendo sobre las predicciones que formulamos en la introducción, una a la
que ya hemos hecho amplia referencia en el apartado anterior es que los
antagonistas NMDA deberían imitar los efectos producidos por lesiones
hipocampales (P.8). Como ya hemos visto, esta predicción se deriva de la
presunción de que los antagonistas NMDA estarían bloqueando la PLP en el
hipocampo. Así, vimos en el apartado anterior que en el laberinto de agua es muy
común comparar el aprendizaje del laberinto con claves espaciales y con claves
visuales, siendo el resultado general un deterioro específico de la tarea con claves
espaciales. Esta diferenciación es fundamental si se postula que el mecanismo por el
que el antagonista NMDA perjudica el aprendizaje es el bloqueo de la PLP en el
hipocampo, pues sólo la versión del laberinto con claves espaciales es sensible a la
lesión del hipocampo. Pues bien, en el trabajo citado de Lyford y Jarrard (1991) con
laberintos radiales, los autores encontraron, además del mencionado efecto de
antagonistas NMDA sobre la recuperación, el mismo efecto sobre una versión del
laberinto con claves no espaciales, concluyendo, por tanto, que existía
inespecificidad de los efectos del CPP sobre tareas sensibles a lesiones
hipocampales. No obstante, hemos visto que en el trabajo de Lyford y Jarrard, el
entrenamiento se producía sin fármaco y la prueba con él, por lo que los resultados
podrían estar indicando un simple efecto inespecífico del fármaco sobre la ejecución
(C.2). Sin embargo, más recientemente ha vuelto a informarse de inespecificidad de
efectos de antagonistas NMDA sobre tareas de aprendizaje espacial, esta vez en un
estudio que no adolece de las mismas deficiencias (Murray, Ridley, Snape y Cross,
1995).
Murray y colaboradores estudiaron el efecto del MK-801 sobre un laberinto en
T utilizando una versión con claves espaciales extra-laberinto y otra con claves
visuales intra-laberinto, y estudiaron tanto la adquisición de la discriminación como
la posterior inversión de la misma. Obtuvieron un efecto sobre la adquisición sólo
en la tarea con claves visuales y sobre la inversión con ambos tipos de tareas. Sin
duda, esta diferencia es difícilmente compatible con una explicación en términos de
detrimento sensoriomotor producido por el fármaco (C.2). Los autores explican la
diferencia que supone la ausencia de efectos durante la adquisición de la tarea
espacial y los efectos sobre la tarea visual por una mayor dificultad de la última,
quedando esta interpretación avalada por la ejecución en ambas tareas de las ratas
control. Asimismo, explican la ejecución perjudicada en la inversión de la
discriminación de la tarea espacial por una mayor dificultad de esta tarea.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Concluyen, por tanto, que existe inespecificidad de efectos del MK-801 sobre el
aprendizaje de discriminación en el laberinto en T, perjudicando el aprendizaje tanto
con claves visuales como espaciales (P.8), y estando el deterioro en función de la
dificultad de la tarea.
En un trabajo posterior, Murray y Ridley (1997) han estudiado el efecto de la
administración de MK-801 sobre una versión condicional del laberinto en T, tanto
con claves espaciales como visuales (la clave condicional siendo siempre visual). En
este tipo de tareas, los brazos del laberinto, que pueden ser distinguidos visualmente
o espacialmente, según la condición, no tienen un significado constante, variando en
función de la clave condicional. Esto hace que la tarea presente demandas
típicamente asociadas a la MT. Consecuentemente, el aprendizaje de este tipo de
tareas se ve claramente perjudicado por la lesión del hipocampo, tanto con claves
espaciales como visuales (Ridley y Baker, 1997). En el experimento de Murray y
Ridley, el MK-801, al igual que las lesiones del hipocampo, bloqueó el aprendizaje
de la tarea en ambas versiones (P.8). El detrimento obtenido con claves espaciales
contrasta con el obtenido por los mismos autores en la versión no condicional. Así,
los trabajos de Murray y Ridley abundan en la diferente sensibilidad de tareas
espaciales dependientes de MT y de MR a antagonistas NMDA.
Recientemente, otro trabajo ha mostrado diferencias entre los efectos
producidos por lesiones hipocampales y por antagonistas NMDA utilizando una
tarea de preferencia de claves condicionadas (Stevens, Shapiro y White, 1997). En
esta tarea, en una primera fase, ratas privadas de comida son confinadas en días
alternativos en dos brazos de un laberinto, conteniendo comida sólo uno de ellos.
Tras varias sesiones, en una sesión de prueba, las ratas muestran preferencia por el
brazo que contenía comida en la fase anterior. Esta forma de aprendizaje es
críticamente dependiente de la amígdala, tanto en su adquisición, como en la
posterior expresión (McDonald y White, 1995). Sin embargo, no se ha mostrado
dependiente del hipocampo, cuya lesión incluso facilita el aprendizaje (McDonald y
White, 1993). Asimismo, un fenómeno característico que se observa en esta forma
de aprendizaje es que la preexposición al laberinto retrasa la posterior adquisición
de la preferencia. Este fenómeno, similar a la inhibición latente, sí se ha mostrado
dependiente de la integridad del hipocampo (McDonald y White, 1995). Pues bien,
Stevens y colaboradores han puesto a prueba el efecto que el MK-801 puede tener
sobre estos fenómenos, unos dependientes y otros independientes del hipocampo,
con objeto de estudiar las semejanzas entre efectos de antagonistas NMDA y de
lesiones hipocampales (P.8). Como era esperable según P.8, la administración de
MK-801 antes del preentrenamiento suprimió los efectos de la preexposición,
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
159
facilitando el aprendizaje posterior con respecto a un grupo preexpuesto y no tratado
con el fármaco. Sin embargo, en grupos sin preexposición, el MK-801 produjo un
detrimento en la ejecución tanto administrado antes del entrenamiento como antes
de la prueba de recuperación (P.2), mostrando en este caso los mismos efectos que
la lesión de la amígadala, pero no que la lesión del hipocampo (P.8). Dado que
también en la amígdala se produce PLP, estos resultados apuntarían a que el MK801 produjo un detrimento en las tres tareas (efecto de preexposición al laberinto,
adquisición, y recuperación de la PCC) mediante el bloqueo de los antagonistas
NMDA, y consecuentemente la PLP, en el hipocampo y la amígdala. El hecho de
que la PLP también se produzca en la amígdala, así como que el método de
administración del fármaco fuera intraperitoneal, distribuyéndose inespecíficamente
por el cerebro, hace plausible esta explicación, que no apoyaría un paralelismo entre
efecto de antagonistas NMDA y de lesiones hipocampales (P.8).
No obstante todo esto, los resultados obtenidos por Stevens y colaboradores
presentan un serio problema. En todos los casos (efecto de preexposición,
adquisición y recuperación), el efecto del MK-801 puede explicarse por un efecto de
aprendizaje dependiente de estado. Cuando se administra el fámaco antes de la
preexposición, existe un cambio de estado interno entre la fase de preexposición y la
de posterior entrenamiento. Asimismo, un cambio similar se produce entre las fases
de entrenamiento y prueba tanto en el grupo que muestra un déficit en la adquisición
(entrenado con el fármaco y evaluado sin él), como en el grupo que muestra un
déficit en la recuperación (entrenado sin el fármaco y evaluado con él). Este
problema hace difícil concluir nada de estos resultados. Este hecho llama la
atención, de nuevo, sobre la necesidad de controlar la contribución del aprendizaje
dependiente de estado, y de los factores sensoriomotores en general, en los estudios
farmacológicos sobre el aprendizaje (C.2).
Los experimentos sobre el efecto de antagonistas NMDA sobre tareas de
aprendizaje espacial han usado habitualmente ratas y ratones como sujetos, y estos
son los hasta aquí citados. Ocasionalmente se ha trabajado con otros animales. Los
resultados son similares a los expuestos con roedores, como se expone a
continuación.
Tambén se ha estudiado el efecto del MK-801 sobre el aprendizaje de un
laberinto en tortugas (Avigan y Powers, 1995). Dado que se sabe que la corteza
dorsal de las tortugas es rica en receptores NMDA y dado que se ha encontrado la
existencia de PLP en esa zona (Larson-Prior y Slater, 1988), la corteza dorsal de las
tortugas parece ser la más equiparable al hipocampo de los mamíferos. Los autores
compararon el efecto de la administración previa al entrenamiento (40 sesiones) de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
MK-801 con el de lesiones de la corteza dorsal en un laberinto en X (P.8). Ambos
grupos mostraron un detrimento similar en su capacidad de aprendizaje, quedando
éste claramente deteriorado en relación a los grupos de control. Además, un
experimento adicional mostró que el déficit producido por MK-801 no se debía a un
efecto sobre la actividad general (C.2). Este resultado replica con una especie bien
diferente la generalidad de estudios descritos con roedores que relacionan el efecto
de antagonistas NMDA sobre determinadas tareas de aprendizaje con los efectos
que la lesión del hipocampo tiene sobre las mismas.
Por último en lo que respecta al aprendizaje espacial, algunos trabajos han
estudiado el efecto de antagonistas NMDA en palomas. Riters y Bingman (1994)
estudiaron palomas mensajeras en una tarea ecológica, en la que no se utilizaron
ninguno de los laberintos mencionados previamente. En esta tarea, en un primer
ensayo se suelta a las palomas en un punto desconocido, regresando éstas al punto
de origen con dificultad. Posteriormente, en un segundo ensayo, las palomas
mejoran notablemente su orientación cuando son soltadas desde el mismo punto. Sin
embargo, cuando se administró a las palomas MK-801 durante la primera sesión, no
mejoraron su orientación en la segunda sesión, si bien en la primera mostraron un
comportamiento similar a las del grupo control. Experimentos posteriores mostraron
que este resultado no se debió a un aprendizaje dependiente de estado ni a déficits
sensoriomotores (C.2), mostrándose, por tanto, un efecto perjudicial del MK-801
sobre el aprendizaje de la orientación espacial en palomas. Sin embargo, no
obtuvieron efectos sobre una discriminación operante posición color. También con
palomas, otro experimento muestra una curiosa diferencia entre los efectos del
MK-801 en palomas mensajeras y no-mensajeras. Meehan (1996) mostró, utilizando
una tarea de MR en un laberinto radial, que la misma dosis de MK-801 que impidió
la adquisición en palomas convencionales, no afectó al aprendizaje en palomas
mensajeras. Coherentemente con este resultado, diversos datos apuntan a que la
concentración de receptores NMDA en la vía perforada hipocampal en las palomas
mensajeras es mayor que en las no-mensajeras, como consecuencia de la selección
artificial realizada por los criadores (Shapiro y Wieraszko, 1996). La mayor
concentración de receptores NMDA en las palomas mensajeras produciría un menor
efecto relativo del antagonista MK-801 (Meehan, 1996).
2.1.3. Conclusiones
Se pueden extraer algunas conclusiones del conjunto de trabajos expuestos
sobre memoria espacial. En primer lugar, los antagonistas NMDA afectan al
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
161
aprendizaje espacial, no alterando el aprendizaje basado en claves visuales
explícitas, y coincidiendo en esto con los efectos de las lesiones hipocampales (P.8).
Así se muestra en la mayoría de los resultados obtenidos con tareas espaciales y
visuales en el laberinto de agua. No obstante, algunos trabajos recientes del grupo
de Cain y Saucier ponen seriamente en cuestión estas conclusiones, llamando la
atención sobre que los déficits obtenidos en el laberinto de agua podrían ser debidos
a alteraciones motoras, más que a un déficit en la resolución de la tarea espacial
producido por el bloqueo de la PLP. Por tanto, la contribución de los factores
sensoriomotores a los déficits observados en el laberinto de agua es, en la
actualidad, objeto de controversia (C.2). En un reciente examen, Cain (1998)
concluye, a partir de la evidencia existente, que los receptores NMDA no son
necesarios en la formación de memorias espaciales aunque, en condiciones
normales, intervienen en su formación.
En segundo lugar, la diferencia sustancial entre estos resultados y el obtenido
en el experimento de Murray et al. (1995) con el laberinto en T, en el que se
encuentra un efecto del antagonista NMDA sobre la discriminación visual, pero no
espacial, es también relevante. En primer lugar, la diferencia entre la falta de efecto
sobre la tarea de discriminación espacial podría tener su origen en la menor
demanda que el laberinto en T usado por Murray y colaboradores tiene de una
representación espacial para resolver la tarea. Por ejemplo, los animales podrían
aprender fácilmente a girar en un sentido para llegar a la comida. Una estrategia
similar sería mucho más difícil de aplicar en el laberinto radial, o en uno de agua.
En segundo lugar, Murray y colaboradores encuentran sólo efectos del fármaco en la
tarea más difícil según la ejecución de los animales control: la discriminación visual.
Sean cuáles sean las razones de esta mayor dificultad, el estudio revela que la
complejidad de la tarea puede ser una variable crítica para obtener efectos sobre el
aprendizaje de antagonistas NMDA. Más adelante veremos otros estudios que
inciden en este punto.
En tercer lugar, los antagonistas NMDA deterioran la MR si se administran
antes del entrenamiento (P.1), pero no antes de la prueba (P.2), coincidiendo
también en esto con los efectos de las lesiones hipocampales (P.8). Este deterioro
por parte de los antagonistas NMDA de la adquisición, y no de la recuperación, es,
como ya hemos expuesto, consistente con la implicación de la PLP en este tipo de
aprendizaje, mediado por el hipocampo, dado que los antagonistas NMDA bloquean
la iniciación de PLP, pero no su posterior expresión. La excepción a estos resultados
son los experimentos de Lyford y Jarrard (1991), Ward et al. (1990), y Stevens et al.
(1997). No obstante, hemos visto que en estos experimentos no puede descartarse
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
que el efecto sea debido a un deterioro inespecífico sobre la ejecución, o a un efecto
de aprendizaje dependiente de estado más que a un efecto sobre la recuperación
(C.2).
Cuarto, en relación a la MT, los datos resultan menos claros, obteniéndose en
varios trabajos un deterioro sobre la misma y en otros ausencia de efectos. El
problema es que, como señalan Danysz, Zajaczkowski y Parsons (1995), en tareas
espaciales de MT es difícil separar los efectos amnésicos de efectos sobre la
ejecución, a diferencia de tareas de MR, en las que entrenamiento y prueba se
realizan en momentos diferentes. Así, es posible que los efectos encontrados en
algunos experimentos sean producidos por efectos sensoriomotores del fármaco
(C.2). En esta línea se sitúan varios experimentos en los que se observa un efecto
amnésico entre-sesiones, pero o intra-sesión, apuntando a que antagonistas NMDA
impiden formas de memoria a largo plazo, sin alterar memorias a corto plazo (Carey
et al., 1998; Handelmann et al., 1987; Kesner et al., 1993; White y Best, 1998).
Dado que la MT es una forma de memoria de corta duración, resultaría razonable
que quedara inalterada por antagonistas NMDA. De hecho, las diferencias de efecto
de antagonistas NMDA sobre la MT parecen depender de variaciones
procedimentales. La más clara de éstas es la familiaridad del contexto. Shapiro y
colaboradores han mostrado que los efectos de antagonistas NMDA sobre MT
desaparecen cuando el contexto es familiar, sugiriendo que es el aprendizaje de la
representación espacial del contexto (MR) lo que interfiere el fármaco, y no la MT
en sí misma.
Por último, y muy importante, el patrón de resultados expuestos no parece
depender del tipo de fármaco antagonista NMDA que se haya utilizado, pero sí de
que el fármaco antagonice específicamente estos receptores. Isómeros no efectivos
como antagonistas NMDA o antagonistas de receptores AMPA no producen
deterioro de la adquisición (P.3). Dado que los diversos fármacos antagonistas
NMDA actúan sobre el receptor de manera diferente (competitiva o no
competitivamente), y tienen efectos colaterales también distintos, la homogeneidad
de efectos encontrados sólo puede explicarse por aquello que tienen en común: su
capacidad para antagonizar el receptor NMDA (C.2).
2.2. Efectos sobre la memoria de trabajo en tareas no
espaciales
La otra teoría clásica sobre el papel del hipocampo postula que el hipocampo
es el sustrato físico responsable de la MT (Olton et al., 1979). Así, hemos visto que
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
163
el objetivo de la mayor parte de estudios que empleaban antagonistas NMDA en el
laberinto radial se centraba en la MT. Hay otros trabajos que han estudiado el efecto
de antagonistas NMDA en la MT empleando tareas no espaciales.
Empleando una tarea de igualación a la muestra con demora, tarea que
depende de la MT, se ha comprobado que la administración de AP5, al igual que las
lesiones hipocampales, deterioran el aprendizaje de la tarea (Lyford, Gutnikov,
Clark y Rawlins, 1993). El mismo resultado se ha obtenido con los antagonistas
MK-801 y CPP (Cole, Klewer, Jones y Stephens, 1993). Sin embargo, en este
trabajo los autores encontraron efectos diferentes para el MK-801 (antagonista no
competitivo) y el CPP (antagonista competitivo). Concretamente, hallaron que el
CPP perjudicó la tarea sólo cuando se dejó una demora antes de la prueba, en tanto
que el MK-801 produjo efectos incluso sin demora. No parece, sin embargo, ser ésta
la norma, sino más bien la similitud de efectos entre antagonistas competitivos y no
competitivos, tanto en esta tarea como en otras. Así lo muestran varios experimentos
que vemos a continuación, que encuentran similitud en los efectos de antagonistas
competitivos y no competitivos.
Utilizando una tarea de igualación a la muestra con presión de palanca se ha
estudiado el efecto de varios antagonistas NMDA sobre varias demoras (Clissold et
al., 1992; Pontecorvo, Clissold, White y Ferkany, 1991). Estos investigadores
utilizan esta tarea para estudiar los efectos de un gran número de fármacos. De sus
resultados, resulta de relevancia para nosotros la comparación entre los efectos
producidos por antagonistas NMDA y los producidos por escopolamina, conocida la
importancia del sistema colinérgico en la memoria temporal (ver p. ej., Meck y
Church, 1987). Por un lado, dado que tanto antagonistas NMDA como antagonistas
muscarínicos son agentes amnésicos cabría esperar un deterioro en la resolución de
la tarea producido por ambos tipos de fármacos. Por otro lado, dado que es
esperable que los diversos antagonistas NMDA actúen a partir de un mismo
mecanismo, distinto al mecanismo por el que actuaría la escopolamina, cabría
esperar un patrón de resultados similar entre los diferentes antagonistas NMDA y
distinto al de la escopolamina. Los resultados muestran que todos los antagonistas
NMDA produjeron un mismo patrón de resultados, diferente al obtenido por la
escopolamina. Los antagonistas NMDA redujeron la probabilidad de que se
obtuviera una respuesta correcta con las diferentes demoras utilizadas, en tanto que
la escopolamina alteró la ejecución sólo cuando se utilizaron demoras largas. Más
aún, los antagonistas NMDA produjeron varias alteraciones sobre la respuesta que
no produjo la escopolamina, como disminuir la probabilidad de respuesta durante el
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
ensayo y aumentar la probabilidad de respuesta entre ensayos (Pontecorvo et al.,
1991).
Un deterioro en el aprendizaje, aunque con un patrón de actuación diferente
para antagonistas NMDA y muscarínicos, ha sido también encontrado en monos
rhesus en una tarea parecida, utilizando una sola condición de demora (Ogura y
Aigner, 1993). En este estudio, la escopolamina aumentó la latencia de respuesta, en
tanto que el MK-801 aumentó la tendencia a responder, sugiriendo que ambos
fármacos actuaban afectando a procesos diferentes. En un estudio posterior, uno de
los autores encontró un resultado adicional interesante, coherente con la
interpretación de que el sistema NMDA y colinérgico producen un deterioro en la
memoria afectando a procesos diferentes. Administrados conjuntamente un
antagonista NMDA (MK-801) y muscarínico (escopolamina), el efecto perjudicial
que se obtuvo sobre una tarea de reconocimiento visual fue mayor que la adición de
los efectos de uno y otro fármaco (Matsouka y Aigner, 1996). Por último, un patrón
de errores diferente producidos por MK-801 y escopolamina ha sido también
obtenido en una tarea consistente en aprender a presionar por orden tres palancas
(Cohn, Ziriax, Cox y Cory-Slechta, 1992). La escopolamina tendía a producir saltos
en la secuencia, en tanto que el MK-801 producía perseveración en algún elemento
de la misma.
Este conjunto de resultados nos parece particularmente sugerente, pues apunta
a una disociación en los efectos sobre la memoria de dos agentes amnésicos como
son los antagonistas NMDA y las drogas anticolinérgicas, sugiriendo el diferente
patrón de errores que ambos fármacos actúan sobre sistemas o mecanismos de
aprendizaje diferentes. Asimismo, el hecho de que los antagonistas NMDA actúen
perjudicando el aprendizaje a las diferentes demoras y los antagonistas muscarínicos
sólo a demoras largas sugiere que los receptores NMDA podrían jugar un papel
como un mecanismo universal de aprendizaje, y los receptores muscarínicos como
mecanismos de aprendizaje especializados en memoria temporal. No obstante,
también aquí hay, al menos, un resultado en contra. Robinson y Crawley (1993) no
encontraron diferencias utilizando ketamina y MK-801 como antagonistas NMDA,
y escopolamina como antagonista colinérgico, al estudiar sus efectos sobre el
aprendizaje de una tarea de no igualación a la muestra con demora. Los tres
fármacos entorpecieron de una forma similar el aprendizaje a las diferentes demoras
empleadas.
Empleando otro tipo de tareas también se ha encontrado un efecto nocivo
sobre la MT. Así ha ocurrido, por ejemplo, en tareas de discriminación condicional
con demora, utilizando como fármacos tanto MK-801 (Berz, Battig y Welzl, 1992;
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
165
Tan, Kirk, Abraham y McNaughton, 1990) como CPP (Tan et al., 1990) y
CGS 19755 (Berz et al., 1992). Tan y colaboradores comprobaron, adicionalmente,
que a ninguna de las dosis en que ambos fármacos (MK-801 y CPP) entorpecían la
adquisición de la tarea, producían efectos sobre la rapidez del olvido.
En el reforzamiento diferencial de tasas bajas (DRL) ha de pasar un tiempo
mínimo entre dos respuestas del sujeto para que la última sea reforzada. Así, esta
tarea presenta también demandas típicas de MT. Se ha encontrado que, tanto el AP5
administrado crónicamente (Tonkiss, Morris y Rawlins, 1989) como el MK-801
administrado antes de cada sesión (Welzl, Berz y Battig, 1991), impiden la correcta
ejecución en animales previamente entrenados. Welzl et al. (1991) comprobaron
también que si se señalaba con una luz el momento a partir del cual el reforzador
estaba disponible, liberando así la memoria de trabajo del sujeto y haciendo la tarea
no dependiente de ella, la ejecución mejoraba ostensiblemente.
El conjunto de resultados expuestos sobre MT en tareas no espaciales muestra
consistentemente una ejecución perjudicada como consecuencia de la
administración de antagonistas NMDA. ¿A qué podría deberse la diferencia entre
los resultados consistentes obtenidos en tareas de MT no espaciales y la
inconsistencia observada en tareas de MT espaciales? Una explicación podría ser
que, aparte del contenido espacial que obviamente diferencia a ambas tareas, la
mayor parte de las tareas de MT que hemos visto en este apartado requieren que el
animal retenga su respuesta durante un tiempo (igualación a la muestra con demora,
discriminación condicional con demora, DRL). Dado que los antagonistas NMDA
destacan por sus efectos hiperlocomotores (ver capítulo II), el detrimento en la
ejecución en este tipo de tareas podría venir motivado por la mayor tendencia
general a responder bajo el efecto de la droga, más que por un efecto sobre el
aprendizaje. Por otro lado, ya expusimos que las tareas de MT, en las que
entrenamiento y prueba coinciden dentro de la misma fase, son altamente
problemáticas para distinguir los efectos sobre el aprendizaje de los efectos sobre la
ejecución. Así, la explicación apuntada a los efectos de antagonistas NMDA sobre
la MT en base a efectos hiperlocomotores constituye un ejemplo de la dificultad
para distinguir un tipo de efecto de otro. Aunque de los experimentos expuestos no
se puede concluir que sea el efecto hiperlocomotor del fármaco el que explique el
detrimento en la ejecución, lo cierto es que ni esta explicación ni otras que hicieran
referencia a otros efectos inespecíficos del fármaco sobre la ejecución pueden ser
descartadas (C.2). Coherentemente con esta línea argumental, un reciente trabajo
cuestiona la naturaleza de los efectos amnésicos de diferentes fármacos sobre la
MT, advirtiendo sobre la posibilidad de que los resultados se deban a efectos
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
conductuales no mnemónicos (Robinson, 1997). Con todo, no parece que las tareas
de MT, incluyendo las espaciales, sean las más aconsejables para estudiar el efecto
sobre el aprendizaje de antagonistas NMDA.
2.3. Efectos sobre el condicionamiento de sabores y olores
Hemos agrupado bajo este epígrafe experimentos que tienen en común el
estudio del condicionamiento usando como estímulos sabores, olores o ambos. No
obstante, conviene señalar que, a pesar de su aparente similitud, el
condicionamiento de sabores y olores muestran sustanciales diferencias respecto al
sustrato biológico que implican.
Robinson et al. (1989) complementan el estudio citado en el apartado anterior
con un experimento en el que estudian el bloqueo de la potenciación por un sabor de
la aversión a un olor. En este tipo de procedimiento existen tres condiciones:
emparejamiento de un sabor con ClLi (que induce malestar gástrico),
emparejamiento de un olor con ClLi y emparejamiento de sabor y olor con ClLi. En
la prueba se presenta a los tres grupos tanto el sabor como el olor. De esta manera se
puede estudiar la aversión al sabor, la aversión al olor y el efecto de la presentación
conjunta tanto sobre la aversión al sabor como sobre la aversión al olor. El efecto
típico es la potenciación de la aversión al olor cuando se presenta junto al sabor. El
aprendizaje de esta potenciación ha mostrado ser sensible tanto a la integridad del
hipocampo (Bermúdez-Rattoni et al., 1987; Miller et al., 1986), como de la
amígdala (Bermúdez-Rattoni, Grijalva, Kiefer y García, 1986; Hatfield, Graham y
Gallagher, 1992). El resultado fundamental que encontraron Robinson et al. (1989)
al administrar intraperitonealmente MK-801 antes del emparejamiento es un
bloqueo de la potenciación. Este mismo resultado fue replicado por el mismo
laboratorio con la administración intraventricular de AP5 (Willner, Gallagher,
Graham y Crooks, 1992). Experimentos control llevados a cabo mostraron que ni la
adquisición de la asociación olor-descarga (Robinson et al., 1989) ni de la
asociación olor-ClLi (Willner et al., 1992) eran deteriorados por la administración
del antagonista NMDA. Dado que estos aprendizajes son dependientes de la
integridad del hipocampo (Bermúdez-Rattoni et al., 1987; Miller et al., 1986),
Willner et al. (1992) concluyen que no parece que sea el hipocampo el lugar donde
estarían actuando los receptores NMDA en el aprendizaje de la potenciación de la
aversión al olor (P.8). En su lugar, Willner y colaboradores apuntan a la amígdala
como el lugar más probable por el que el antagonista NMDA ejercería su efecto
amnésico. De hecho, Hatfield y Gallagher (1995) han confirmado esta
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
167
interpretación, informando recientemente de un bloqueo de la potenciación al olor
cuando el antagonista AP5 fue administrado directamente en la amígdala. De nuevo,
el aprendizaje simple de la aversión al olor no quedó afectado.
Otro efecto encontrado en los experimentos citados de potenciación de la
aversión al olor consistió en que la aversión en las ratas expuestas sólo al sabor no
quedó disminuida cuando los sujetos fueron inyectados con la droga, o sea, que la
administración de MK-801 o AP5 no afectó al condicionamiento de aversión al
sabor. No obstante, no siendo éste su objetivo, la condición de aversión al sabor no
está bien controlada en estos experimentos. En experimentos específicamente
diseñados para ello, Welzl, Alessandri y Battig (1990) y Aguado et al. (1994) han
estudiado la implicación de los receptores NMDA en el condicionamiento de
aversión al sabor. Welzl y colaboradores comprobaron que la ketamina administrada
antes de la exposición al sabor (EC) impidió la asociación entre el sabor y el
malestar inducido por ClLi (EI). Sin embargo, cuando administraron el fármaco
entre el sabor y el ClLi no afectó la adquisición de la aversión. Esto llevó a los
autores a postular que la ketamina no actúa bloqueando directamente la asociación
sabor-malestar, sino que lo hace impidiendo la formación de la huella de memoria
del sabor. Adicionalmente, como en otros experimentos que ya hemos visto, los
autores comprobaron que la administración de ketamina antes de la prueba no afectó
la recuperación de la asociación ya aprendida (P.2).
Más recientemente, Aguado et al. (1994) pusieron a prueba la explicación dada
por Welzl et al. (1990). En primer lugar, replicaron el efecto básico obtenido por
estos autores: que la administración de ketamina previamente a la exposición al
sabor reducía significativamente la magnitud del condicionamiento, en tanto que la
administración del fármaco antes de la prueba no produjo efectos (P.2).
Posteriormente sometieron a prueba la explicación dada por Welzl y colaboradores
de que la ketamina actúa impidiendo la formación de la huella de memoria del
sabor. Para ello estudiaron el efecto de su administración sobre dos formas de
aprendizaje en procedimientos que requieren la presentación repetida del sabor:
habituación de la neofobia a un nuevo sabor e inhibición latente, siguiendo la lógica
de que si la ketamina impide la formación de la huella del sabor, ambos tipos de
aprendizaje deberían verse perjudicados. Sin embargo, ni la habituación de la
neofobia ni la inhibición latente, una vez controlados los efectos de aprendizaje
dependiente de estado, se mostraron perjudicados por la ketamina. Dado que estos
resultados no son consistentes con la explicación dada por Welzl et al. de que se
estaría impidiendo la huella del sabor, Aguado y colaboradores proponen que la
ketamina estaría actuando no sobre la huella de memoria, sino reduciendo la
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
saliencia del sabor, lo que lo haría más difícilmente condicionable (C.2). Para
comprobar esto, en un último experimento utilizaron un procedimiento de
aprendizaje de aversión con múltiples ensayos. En un procedimento de este tipo,
incluso con estímulos de menor saliencia debería producirse condicionamiento,
aunque más lento. Esto fue justamente lo que obtuvieron. Tras el primer ensayo, el
grupo inyectado con ketamina antes del sabor mostró peor condicionamiento que el
grupo control, desapareciendo las diferencias por completo en los ensayos
siguientes. Aunque este resultado es coherente con la hipótesis de una menor
saliencia del sabor en los animales inyectados con ketamina, los autores señalan que
tampoco puede descartarse una explicación en términos de un efecto de la ketamina
sobre los mecanismos fisiológicos del aprendizaje y la memoria. Un
condicionamiento más lento podría también estar indicando un bloqueo parcial de
los receptores NMDA y de la PLP.
Para acabar con el condicionamiento de aversión al sabor, reflejar que, a
diferencia de los efectos obtenidos por Welzl y colaboradores y por Aguado y
colaboradores con 25 mg/kg de ketamina, cuando se utilizó una dosis de 6 mg/kg de
ketamina, lejana a la que se ha mostrado efectiva para bloquear la PLP (30 mg/kg de
ketamina, ver capítulo II), no se obtuvieron efectos algunos sobre el
condicionamiento de aversión al sabor (Oberling, Di Scala y Sandner, 1996).
Por último, se ha estudiado el efecto de antagonistas NMDA sobre el
condicionamiento a olores. Staubli, Thibault, Dilorenzo y Lynch (1989) estudiaron
el efecto de AP5 en una tarea de discriminación de olores. Esta tarea es sensible a la
sección de conexiones monosinápticas entre la corteza olfatoria y el hipocampo en
el periodo de adquisición, pero no durante una prueba de recuperación (Staubli,
Fraser, Kessler y Lynch, 1986; Staubli, Ivy y Lynch, 1984). En relación al efecto de
antagonistas NMDA, Staubli et al. (1989) encontraron que la administración de AP5
enlenteció la adquisición en la tarea de discriminación de olores. En cambio, cuando
se disminuyó el intervalo entre ensayos o se utilizaron olores más fuertes, no
observaron diferencias entre grupos (aquí también podría aplicarse la explicación de
Aguado et al. (1994) de reducción del aprendizaje por disminución en la saliencia
del estímulo a condicionar (C.2). Al utilizar olores más fuertes, se aumenta su
saliencia y desaparecen las diferencias). De nuevo, una vez aprendida la tarea, no se
observaron diferencias de ejecución en la prueba de recuperación (P.2). En un
segundo experimento de su estudio, entrenaron a los sujetos en una tarea de
evitación activa, no sensible a la denervación del hipocampo (Van Hoesen, Wilson,
MacDougall y Mitchell, 1972), en la que no encontraron que el AP5 perjudicara el
aprendizaje. Es importante remarcar que las dosis de AP5 utilizadas en los
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
169
experimentos de Staubli se corresponden con dosis que bloquean la PLP in vivo.
Concluyen, por tanto, que existe un efecto del AP5 selectivo sobre tareas sensibles a
la extirpación del hipocampo (P.8), siendo el presumible mecanismo de actuación el
bloqueo de la PLP.
Más recientemente, se ha encontrado en ratas recién nacidas que el aprendizaje
de la asociación de un olor con una estimulación táctil agradable es también
perjudicada por la administración de MK-801 administrado inmediatamente antes de
los ensayos de condicionamiento (Weldon et al., 1997).
Algunas conclusiones pueden extraerse del conjunto de resultados descritos en
este apartado. En primer lugar, el aprendizaje de la potenciación de la aversión a un
olor por un sabor, que se ha mostrado tanto dependiente del hipocampo como de la
amígdala, es bloqueado por la admininistración de antagonistas de receptores
NMDA, siendo el lugar más probable sobre el que parece estar actuando el fármaco
la amígdala, dado que las asociaciones control olor-descarga y olor-ClLi, que
requieren un hipocampo intacto, no fueron afectadas por antagonistas NMDA (P.8).
En segundo lugar, en una tarea de discriminación de olores, sensible a la
denervación de conexiones entre la corteza olfatoria y el hipocampo, la
administración de antagonistas NMDA también entorpeció el aprendizaje (P.8).
Tercero, respecto al condicionamiento de aversión al sabor, en el cual no parece
estar implicado el hipocampo, no está claro el papel que los antagonistas NMDA
pueden desempeñar (P.8). Si bien su administración previamente a la administración
del sabor perjudica consistentemente el aprendizaje, los resultados de Aguado y
colaboradores sugieren una explicación a partir de efectos sensoriales del fármaco
(C.2). Por último, y esto en los tres tipos de aprendizaje, cuando se administró el
fármaco antes de la prueba no se produjeron efectos sobre la recuperación (P.2).
2.4. Efectos sobre el condicionamiento del miedo y de
evitación
Fanselow y su equipo han desarrollado en los últimos años un interesante
trabajo utilizando un paradigma: el condicionamiento del miedo al contexto, y un
fármaco antagonista de receptores NMDA: AP5. En este procedimiento, las ratas
son sometidas a varias descargas eléctricas durante el entrenamiento, y en la prueba
(usualmente al día siguiente) se evalúa su inmovilidad en el contexto del
entrenamiento como índice del miedo. Kim, DeCola, Landeira-Fernández y
Fanselow (1991) hallaron que la administración intraventricular de AP5 antes del
entrenamiento bloqueaba la adquisición del miedo, pero su administración antes de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
la prueba no producía efecto alguno (P.2). Un resultado interesante encontrado por
estos investigadores es que el deterioro sobre el aprendizaje sólo se producía si la
prueba se realizaba tras 24 horas, pero no cuando era realizada inmediatamente
después del condicionamiento. Con objeto de determinar más concretamente esta
especificidad temporal, Kim, Fanselow, DeCola y Landeira-Fernández (1992)
estudiaron el efecto del AP5 a diferentes intervalos temporales, determinando que el
efecto amnésico del AP5 sólo se reflejaba si la prueba se realizaba pasados tres
minutos de la última descarga. Como conclusión, sugieren que en el
condicionamiento del miedo existen dos procesos de aprendizaje independientes
implicados en memorias de corta (menos de tres minutos) y de larga duración,
siendo el último proceso dependiente de la PLP y los receptores NMDA y el de
corta duración de la potenciación postetánica (una forma de plasticidad sináptica de
corta duración; ver capítulo III). Obsérvese que esta explicación es consistente con
los experimentos estudiados en relación a tareas espaciales, en los que se observaba
un efecto de antagonistas NMDA sobre la MLP, aunque no sobre la MCP ni sobre la
MT, y experimentos que muestran un efecto de antagonistas NMDA sobre la
adquisición entre-sesiones, pero no intra-sesión (Handelmann, Contreras y
O’Donohue, 1987; Kesner, Dakis y Bolland, 1993).
Con un paradigma algo diferente, en el que se estudia el condicionamiento del
miedo a través de la respuesta de sobresalto en ratas ante claves discretas, Davis y su
equipo han mostrado que la administración de AP5 directamente en la amígdala
bloquea el aprendizaje de la asociación EC-EI tanto utilizando claves visuales como
ECs (Miserendino, Sananes, Melia y Davis, 1990) como utilizando claves auditivas
(Campeau, Miserendino y Davis, 1992). Este resultado es coherente con multitud de
datos que muestran la implicación de la amígdala en el condicionamiento aversivo
(ver Davis, 1992, para una revisión). Además, en ninguno de ambos estudios se
observaron efectos del fármaco administrado antes de la prueba de recuperación
(P.2). Por el contrario, la administración de CNQX en la amígdala, un antagonista
de receptores AMPA, antes de la prueba de recuperación bloqueó la expresión del
miedo (P.4). Por último, comprobaron que también la extinción de la respuesta de
sobresalto quedaba bloqueada con la administración previa al entrenamiento en
extinción de AP5 en la amígdala (Falls, Miserendino y Davis, 1992). Por tanto, tanto
la adquisición como la extinción del condicionamiento del miedo, pero no la
recuperación, mostraron ser dependientes de los receptores NMDA en la amígdala,
en tanto que la recuperación parece depender de los receptores AMPA en la misma
estructura (P.4). El hecho de que el AP5, administrado tras el condicionamiento, no
disminuyera el condicionamiento del miedo al EC indica que: 1) el fármaco no
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
171
produce un déficit perceptivo en relación al EC; y 2) el fármaco no produce una
alteración motora que impida la respuesta de sobresalto (C.2). En un último trabajo
recientemente publicado, Davis ha mostrado que el AP5 también bloquea el
condicionamiento de segundo orden. Dado que en el condicionamiento de segundo
orden, el reforzador es el EC de un condicionamiento anterior, y que el AP5 no
bloquea la expresión del miedo al EC, este resultado indica que el AP5 actúa en el
condicionamiento del miedo bloqueando la asociación entre el EC y el reforzador
(Gewirtz y Davis, 1997).
Continuando su serie de experimentos sobre condicionamiento del miedo,
Fanselow y su equipo trataron de dar con el sustrato anatómico sobre el que el AP5
actúa (Fanselow y Kim, 1994; Fanselow, Kim, Yipp y De Oca, 1994; Young,
Bohenek y Fanselow, 1994). Para ello, administraron AP5 de forma selectiva en el
hipocampo y la amígdala, dado que: 1) son dos estructuras con una alta
concentración de receptores NMDA; 2) diferentes datos sugieren que la amígdala es
una estructura clave en el condicionamiento del miedo cuando se utilizan claves
discretas como EC (Campeau et al., 1992; Miserendino et al., 1990); y 3) diferentes
datos muestran que las lesiones del hipocampo perjudican el condicionamiento del
miedo cuando se utiliza el contexto como EC (Kim y Fanselow, 1992; Phillips y
LeDoux, 1992; Young, Bohenek y Fanselow, 1994). Interesaba, pues, conocer el
papel de la amígdala en el condicionamiento con estímulos contextuales y el del
hipocampo con estímulos discretos. Sus resultados son muy esclarecedores,
indicando que el AP5 administrado directamente en el hipocampo bloquea el
condicionamiento del miedo cuando el EC era el contexto, pero no cuando éste era
un estímulo auditivo discreto (Fanselow et al., 1994), y que su administración en el
núcleo basolateral de la amígdala bloqueó el condicionamiento tanto con claves
contextuales como discretas (Fanselow y Kim, 1994). De estos resultados puede
concluirse que los receptores NMDA -y presumiblemente la PLP- en la amígdala
son críticos en el condicionamiento del miedo, ya sea con claves discretas o
contextuales, y los receptores NMDA -y presumiblemente la PLP- en el hipocampo
sólo son necesarios ante estímulos contextuales. De hecho, ante estímulos
contextuales se obtienen los mismos efectos con la administración de AP5 en el
hipocampo que con la lesión de esta estructura (P.8). Esta conclusión queda
reforzada por el hecho de que la preeexposición al contexto previno el déficit
causado por la lesión del hipocampo (Young et al., 1994). Por último, dado el papel
que, a la luz de sus resultados, parecen tener los receptores NMDA en la amígdala,
comprobaron que la administración de AP5 directamente en la amígdala también
bloqueó la expresión del miedo previamente condicionado (P.2), a diferencia de la
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
mayoría de estudios que estamos viendo (Maren, Aharonov, Stote y Fanselow,
1996).
Antes de pasar a los resultados obtenidos con otras especies, es necesario
indicar que, además de los efectos sobre la extinción obtenidos por Davis y su
equipo expuesto más arriba, hay otro estudio que muestra un bloqueo de la extinción
del condicionamiento del miedo, utilizando en este caso como antagonista NMDA
el MK-801 (Baker y Azorlosa, 1996). Además, el experimento fue diseñado
específicamente para excluir la posibilidad de que un efecto dependiente de dosis o
una menor saliencia del EC pudiera explicar los resultados (C.2).
En otras especies también se ha encontrado bloqueo del condicionamiento del
miedo por antagonistas NMDA. Empleando ratones, Sanger y Joly (1991)
encontraron bloqueo del condicionamiento utilizando los antagonistas no
competitivos MK-801, PCP, dextromethorphan y allylnormetazocine y el
antagonista competitivo CGS 19755.
Finalmente, también con el pez de color se ha encontrado que la
administración de un antagonista NMDA, en este caso MK-801, interrumpe la
adquisición del condicionamiento de miedo ante una luz que indicaba la inminencia
de una descarga eléctrica. Sin embargo, la recuperación no se vio afectada (P.2).
Asimismo, los resultados no parecen poder explicarse por aprendizaje dependiente
de estado (Xu y Davis, 1992). En un trabajo posterior se encontró que el efecto del
MK-801 sobre la adquisición se ceñía a la primera parte del entrenamiento, de
manera que si se administraba el fármaco tras 12 ensayos no se observaba el efecto
perjudicial sobre el aprendizaje. Un hallazgo interesante en este experimento es que
si el entrenamiento previo a la administración consistía en ensayos de
pseudocondicionamiento, el fármaco volvía a producir un perjuicio del aprendizaje.
Este resultado sugiere que los receptores NMDA están críticamente implicados en el
aprendizaje de la asociación EC-EI, produciendo el bloqueo de los receptores
efectos perjudiciales sobre el aprendizaje sólo cuando el entrenamiento incluye
ensayos de condicionamiento (Xu, 1997).
También se ha estudiado el efecto de antagonistas NMDA en el
condicionamiento de evitación, encontrándose, en general, el mismo patrón de
resultados observado con otras tareas: un deterioro de la adquisición, pero no de la
recuperación (P.2). Así, empleando un procedimiento de evitación pasiva en ratas se
ha encontrado que antagonistas NMDA impidieron el aprendizaje cuando se
administraron antes del entrenamiento (Danysz et al., 1988, utilizando PCP y AP5;
Gandolfi et al., 1994, utilizando ketamina, MK-801 y AP5; Venable y Kelly, 1990,
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
173
utilizando CPP y MK-801). El mismo efecto se ha encontrado sobre ratones
(Benvenga y Spaulding, 1988, utilizando MK-801 y PCP; Maurice et al., 1994,
utilizando MK-801; Venable y Kelly, 1990, con CPP y MK-801; Walker y Gold,
1991a, utilizando NPC 12626). Recientemente, Misztal y Danysz (1995) han
empleado un procedimiento de evitación a la oscuridad para evaluar el efecto de
fármacos antagonistas NMDA en relación al de antagonistas AMPA. Emplearon
cuatro fármacos antagonistas de receptores NMDA (MK-801, memantina,
amantadina y CGP 37849) y un fármaco antagonista de receptores AMPA (NBQX).
Encontraron de forma consistente un deterioro en el aprendizaje cuando
administraron cualquiera de los fármacos antagonistas de receptores NMDA antes
del entrenamiento, pero no cuando se administró el fármaco antagonista de
receptores AMPA (P.3). En la misma línea se sitúan los resultados cuando el
antagonista NMDA se administró directamente en la amígdala, observándose un
déficit en la adquisición (Kim y McGaugh, 1992, empleando AP5, MK-801 y CPP;
y Liang et al., 1994, empleando AP5). Los estudios de Kim y McGaugh (1992),
Venable y Kelly (1990), Misztal y Danysz (1995), Liang et al. (1994) y Walker y
Gold (1991a) estudiaron, además, el efecto sobre la recuperación, mostrando todos
ellos ausencia de efecto cuando el fármaco se administró antes de la prueba (P.2).
Un patrón de resultados similar ha sido también obtenido con evitación activa,
encontrándose un perjuicio de la adquisición, pero no de la recuperación (P.2), como
consecuencia de la administración de MK-801 (Delay, 1996). En un segundo
experimento, Delay encontró que el MK-801 también impidió la transferencia de
aprendizaje de una primera sesión, en la que el estímulo que señalaba la descarga
era una luz, a una segunda sesión, en la que el estímulo señalizador era un sonido.
Esta falta de transferencia se produjo tanto administrando el fármaco antes de la
primera sesión como administrándolo antes de la segunda sesión.
También en evitación hay resultados contradictorios. Como ya se ha señalado
en el apartado anterior, Staubli y colaboradores (1989) no encontraron efectos ni
sobre la adquisición ni sobre la recuperación empleando una tarea de evitación
activa y administración crónica de AP5. Asimismo, Mondadori et al. (1989)
encontraron deterioro del aprendizaje cuando la tarea de evitación pasiva fue pasoa-través (step-through), pero una mejora en el aprendizaje cuando la tarea fue de
paso-abajo (step-down), tanto utilizando MK-801 como AP7 administrados antes
del entrenamiento (más adelante, en “Efectos sobre la consolidación”, se analizan
los resultados de Mondadori). Por último, en otro trabajo se han encontrado efectos
tras la administración de MK-801 sólo a dosis del fármaco que produce serias
alteraciones conductuales (Redolat, Carrasco y Simón, 1998).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
El trabajo ya citado de Liang et al. (1994) merece especial mención, pues
aporta una elegante prueba de que el AP5 produjo su efecto actuando sobre el
receptor NMDA y no mediante efectos colaterales (C.2). En el experimento 3
comprobaron que el efecto amnésico producido por el AP5 administrado antes del
entrenamiento fue contrarrestado por la administración de NMDA32 justamente
después del entrenamiento. En la misma línea, encontraron que la administración de
NMLA, isómero de NMDA inefectivo como agonista sobre esos receptores, no
produjo efecto alguno. Conjuntamente, estos resultados indican que es el efecto
sobre al receptor NMDA lo que produce la neutralización del efecto del AP5 por
parte del NMDA, y por tanto sugiere que el detrimento que el AP5 producía sobre el
aprendizaje era debido a su capacidad para antagonizar el receptor, y no a efectos
colaterales del fármaco (C.2). Sus resultados muestran, además, especificidad de los
efectos del AP5 sobre la amígdala, donde encontraron un efecto dependiente de
dosis, y un efecto menor sobre el hipocampo, aunque este último no reconocido por
los autores33. Asimismo, encontraron ausencia total de efecto cuando el fármaco fue
administrado en el estriado (Liang et al., experimento 1).
No es fácil comparar los resultados obtenidos sobre el aprendizaje de evitación
tras la administración de antagonistas NMDA con los obtenidos con lesiones
hipocampales (P.8). Algunos estudios muestran que la ablación del hipocampo
perjudica el aprendizaje de evitación (Liss, 1968; Olton y Isaacson, 1968). Sin
embargo, también se han obtenido resultados contrarios (Van Hoesen, Wilson,
MacDougall y Mitchell, 1972). Sin embargo, puede resultar interesante utilizar los
datos, mucho más claros, que existen sobre la implicación del hipocampo en el
condicionamiento del miedo, dado que ambos son formas de aprendizaje motivadas
por el miedo. Así, en un análisis más detenido, y a la luz de los resultados expuestos
con anterioridad que indican un papel crítico de la amígdala en el condicionamiento
32 Recordar que el NMDA es el agonista que da el nombre al subtipo de receptores del glutamato cuyos
efectos sobre el aprendizaje y la memoria estamos estudiando. El NMLA es el isómero L de NMDA. Este
isómero es inefectivo como agonista sobre el receptor NMDA.
33 Aunque Liang et al. (1994) concluyen ausencia de diferencias entre los grupos control y tratado con AP5
directamente en el hipocampo, pensamos que la interpretación que hacen de sus resultados es parcial. La
mediana del grupo tratado con AP5 fue de 325 segs. en tanto que la del grupo control de 475 segs., lo que
sugiere una diferencia entre ellos. El contraste realizado por los autores fue una U (Mann Whitney) bilateral,
de la cual concluyen diferencias no significativas (p>0.05), siendo los tamaños de grupos n1=15 y n2=19 y el
valor de U=92. Con esos datos, si bien es cierto que un contraste bilateral no muestra diferencias
significativas, un contraste unilateral sí las arroja, y hay razones para presumir una direccionalidad en las
diferencias encontradas sobre el aprendizaje entre un grupo tratado con AP5 y un grupo control que justifican
un contraste unilateral. En segundo lugar, el grupo control hipocampal mostró un nivel de aprendizaje menor
que los grupos controles utilizados con la administración en la amígdala y en el estriado (475 segs. el
hipocampal y 600 segs. los otros dos grupos control). Seguramente, un grupo control para la administración
de AP5 en el hipocampo que mostrara un nivel de aprendizaje similar a los otros dos grupos control llevaría a
obtener diferencias significativas incluso con un contraste bilateral.
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
175
del miedo con estímulos contextuales y discretos, y del hipocampo sólo con
estímulos contextuales (Fanselow y Kim, 1994; Fanselow et al., 1994), conviene
concretar que la tarea de evitación de Liang et al. (1994) conlleva la discriminación
entre dos contextos: un contexto oscuro (seguro) y uno iluminado (con descarga).
Así, el resultado de Liang et al. (1994) va en consonancia con los descritos más
arriba obtenidos en el laboratorio de Fanselow y redunda en la implicación de la
amígdala y el hipocampo, y en concreto los receptores NMDA -y presumiblemente
la PLP- en ambas estructuras, como estructuras críticas en diferentes formas de
condicionamiento motivado por el miedo ante claves contextuales (P.8).
Esta interpretación queda apoyada por un último trabajo, que exponemos aquí
en lugar de en el apartado Estudios sobre la consolidación por continuidad
argumental, aunque el antagonista NMDA se administra inmediatamente después
del entrenamiento, y no previamente al mismo. Empleando una tarea de evitación
pasiva paso-abajo, Roesler y colaboradores (1998) encontraron que la
administración intrahipocampal de AP5 perjudicó el aprendizaje. Sin embargo, la
preexposición al aparato previamente al entrenamiento previno el déficit. Estos
resultados sugieren que el AP5 administrado en el hipocampo podría ser crítico en el
aprendizaje de la tarea de evitación pasiva sólo en tanto que impide la formación de
la huella de memoria mnémica del contexto. Además de ser coherentes con los
resultados de Liang y colaboradores (1994), recordemos que este resultado es
similar al obtenido con el condicionamiento del miedo a un contexto, en el que la
preexposición al contexto previamente al entrenamiento previno el déficit causado
por la administración intrahipocampal de AP5 (Young et al., 1994). En conjunto,
estos resultados sugieren que el déficit producido por la administración
intrahipocampal de AP5 en tareas motivadas por el miedo es mediado por la
necesidad de formación de una representación del contexto. A diferencia de esto, el
déficit producido por la administración intraadmigdalar de AP5 es extensivo a
situaciones en las que no se requiere la formación de la memoria del contexto, como
se desprende de los resultados de Liang y colaboradores y del grupo de Fanselow.
2.5. Efectos sobre formas de aprendizaje típicas de especie
Gran parte de los procedimientos de aprendizaje a los que hemos hecho
referencia hasta el momento están basados en contingencias impuestas al animal en
un laboratorio y lejanas a formas de aprendizaje que los animales muestran en
situaciones naturales. Horn y McCabe, tras más de veinte años estudiando las bases
biológicas de la impronta en pollos, han desembocado también en el estudio del
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
papel de los receptores NMDA en el aprendizaje. Por otro lado, Fleming y su equipo
han estudiado el efecto de algunos agentes presumiblemente amnésicos, entre ellos
antagonistas NMDA, sobre algunas formas de aprendizaje pretendiendo un marco
más ecológico. Asimismo, los Nordeen han estudiado el efecto de antagonistas
NMDA sobre el aprendizaje del canto en pájaros. Por último, hemos introducido en
este apartado una forma de condicionamiento clásico en la que la medida de
condicionamiento es el acercamiento al EC.
Una forma de aprendizaje de conducta típica de especie, no obstante
ampliamente estudiada en laboratorios, es la impronta en pollos (ver Horn, 1985,
para una revisión). Esta forma de aprendizaje depende críticamente de la parte
intermedia y media del hiperestriado medial (IMHV), tanto izquierdo como derecho,
habiéndose encontrado un incremento en la síntesis de RNA en él como resultado
del aprendizaje (Horn, McCabe y Bateson, 1979). No obstante, la implicación de
ambos IMHV en el aprendizaje es distinta, sugiriéndose que el IMHV izquierdo
funcionaría como un almacén a largo plazo, en tanto que el derecho haría un trabajo
más dinámico, pasando la información de un estado de almacenamiento a otro. Se
ha comprobado que si se destruye el IMHV derecho antes o inmediatamente después
del entrenamiento, la retención depende por completo del IMHV izquierdo
(McCabe, 1991). Además, se ha encontrado en el IMHV izquierdo, pero no en el
derecho, un incremento en la cantidad de uniones a receptores NMDA
correlacionado con el aprendizaje (McCabe y Horn, 1988). Dado que es el IMHV
izquierdo el que parece actuar como almacén a largo plazo, este hallazgo es
consistente con los resultados de gran parte de los experimentos expuestos con
tareas espaciales que muestran que los receptores NMDA y la PLP están implicados
específicamente en la MLP, en detrimento de su implicación en memorias de corta
duración. En el experimento que nos interesa en relación con la estrategia de estudio
que repasamos en este capítulo, McCabe, Davey y Horn (1992) trataron de
determinar la posible implicación de los receptores NMDA en la adquisición de la
impronta, administrando para ello AP5 en el IMHV izquierdo y lesionando el
derecho antes del entrenamiento. Como control utilizaron la administración de AP5
en una zona próxima, el hiperestriado accesorio. Los resultados mostraron que la
administración de AP5 en el IMHV izquierdo perjudicó significativamente el
aprendizaje, que no quedó alterado cuando el fármaco se administró en el
hiperestriado accesorio izquierdo. Además de la elegancia del experimento, el
extraordinario nivel de precisión alcanzado por Horn y su grupo en el conocimiento
de las bases biológicas de la impronta en un programa de investigación que dura
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
177
más de veinte años aporta una dosis adicional de solidez a la relación encontrada
entre receptores NMDA y adquisición de la impronta.
Una de las formas de aprendizaje estudiada por Fleming y colaboradores
consiste en exponer a una rata al olor y sabor de una nueva comida aplicada al
hocico de un animal anestesiado situado en la misma jaula. El resultado es una
preferencia de la comida expuesta en relación a otra (Galef, Kennett y Stein, 1985).
Myhal y Fleming (1990) hallaron que los animales tratados con MK-801
intraperitonealmente o con AP5 intraventricularmente, sin embargo, no adquirían la
preferencia por la comida preexpuesta, a diferencia de los animales control. No
obstante, un problema de interpretación que surge en este trabajo es que no puede
excluirse de sus resultados que el efecto se produjera por aversión condicionada a la
comida como consecuencia de la administración del fármaco (C.2). En otro trabajo,
estudiaron el efecto de la administración de MK-801 sobre otra forma de
aprendizaje, la adquisición de la respuesta maternal mediada por la experiencia de
exposición a las crías. No encontraron ningún efecto del fármaco sobre este tipo de
aprendizaje, a diferencia del efecto perjudicial que encontraron sobre un laberinto
radial (Malenfant, O’Hearn y Fleming, 1991). Basado en la ausencia de efectos en
las tareas de exposición de comida y de exposición a las crías, en conjunción con los
efectos encontrados sobre el laberinto radial, los autores concluyen que los
receptores NMDA y la PLP, si bien parecen estar implicados en algunas formas de
aprendizaje, no lo están en todas.
El aprendizaje del canto en pájaros es otra forma de aprendizaje típica de
especie sobre la que que ha sido estudiado el efecto de antagonistas NMDA
(Aamodt, Nordeen y Nordeen, 1996; Basham, Nordeen y Nordeen, 1996). En el
primer trabajo estudiaron el efecto de MK-801 y en el segundo el de AP5. El
segundo trabajo replica y amplía los hallazgos del primero, por lo que es el que
describimos. A un grupo de jóvenes pinzones zebra se les administró AP5 en el
cerebro anterior antes de cada una de las diez sesiones en las que podían oír el canto
de un pinzón adulto. Tres grupos control recibieron AP5 en diez sesiones no
tutorizadas, AP5 en el cerebelo, o solución salina en el cerebro anterior. Los
resultados mostraron una peor adquisición del canto en el grupo administrado con
AP5 en el cerebro anterior. No obstante, su habilidad para discriminar el canto del
pinzón zebra del canto del canario no se vio afectada. Claramente, estos resultados
implican a los receptores NMDA en el aprendizaje del canto en pájaros. Asimismo,
apuntan a una especificidad tanto en su lugar de acción como en sus efectos. Por un
lado, muestran que es el cerebro anterior, o alguna estructura específica en él, el
lugar en el que los receptores NMDA resultan críticos. Por otro, muestran que si
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
bien el aprendizaje vocal del canto se vio afectado, los sujetos aprendieron algo bajo
el efecto del AP5, discriminando posteriormente el canto que habían oído. Parece
que alguna forma de aprendizaje perceptivo se mantuvo inalterado por el AP5.
Por último, una de las formas más directas de medir el condicionamiento,
aunque pocas veces utilizada, es medir el acercamiento a un estímulo apetitivo
(Hearst y Franklin, 1977). Utilizando esta medida del condicionamiento en ratas se
ha mostrado que la administración de AP5 en la amígdala antes de cada sesión de
condicionamiento perjudica la adquisición de la asociación, pero no afecta su
recuperación una vez que la asociación ha sido aprendida (P.2) (Burns, Everitt y
Robbins, 1994).
2.6. Efectos sobre el condicionamiento de la respuesta de la
membrana nictitante del conejo
El condicionamiento clásico, en su formulación más típica, requiere múltiples
emparejamientos EC-EI para que se establezca un aprendizaje estable. De entre
todos los estudios que hemos revisado hasta el momento sobre el efecto de
antagonistas de receptores NMDA en el aprendizaje, pocos han tratado con tareas de
condicionamiento clásico, y los que lo han hecho han utilizado procedimientos de
condicionamiento singulares, en tanto que requerían muy pocos ensayos para
producir un aprendizaje estable. Este es el caso del condicionamiento de aversión a
olores, a sabores o del condicionamiento del miedo. Hasta donde conocemos,
existen muy pocos procedimientos de condicionamiento clásico con múltiples
emparejamientos en el que se haya estudiado el efecto de antagonistas NMDA. Uno
de ellos es el condicionamiento de la respuesta de la membrana nictitante (NMR)
del conejo. Esta forma de aprendizaje depende críticamente de la integridad del
cerebelo (McCormick et al., 1981), aunque, con un procedimiento de demora
convencional, no depende de un hipocampo intacto (Schmaltz y Theios, 1972). No
obstante, los registros de neuronas piramidales y granulares del hipocampo muestran
una estrecha relación entre latencia, duración y topografía de los registros
hipocampales y los de la RC conductual durante el condicionamiento (Berger y
Weisz, 1987); y diversos experimentos muestran el papel crítico del hipocampo para
una correcta sincronización de la RC (Hoehler y Thompson, 1980; James, Hardiman
y Yeo, 1987; Port, Mikhail y Patterson, 1985; Port et al., 1986; Solomon,
Vander Schaaf, Thompson y Weisz, 1986). Asimismo, utilizando la NMR se ha
comprobado que aprendizajes más complejos, como el bloqueo o la inhibición
latente, son claramente deteriorados con las lesiones hipocampales (Solomon y
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
179
Moore, 1975; Solomon, 1987). Estos experimentos y otros han mostrado la
existencia de una potenciación de las respuestas de neuronas hipocampales durante
el condicionamiento, que parece similar a la PLP inducida por estimulación tetánica,
sugiriendo que la PLP podría estar en la base de este tipo de condicionamiento (P.8).
En particular, la potenciación que se produce en las células granulares del giro
dentado con el condicionamiento es muy similar a la PLP inducida mediante
estimulación tetánica (Berger y Sclabassi, 1988).
Robinson (1993) estudió el efecto de la administración de MK-801 sobre el
condicionamiento de la NMR al tiempo que su efecto sobre la actividad de las
neuronas granulares del giro dentado. Encontró un retraso del condicionamiento
como consecuencia de la administración del fármaco. Sin embargo, no encontró
ningún efecto del MK-801 sobre la actividad neuronal relacionada en el giro
dentado, donde se produjo la habitual potenciación de las respuestas de las células
granulares a las aferencias de la vía perforada. Por tanto, no pudo determinar el
lugar de acción del MK-801 para entorpecer el aprendizaje (P.8).
Cox, Guthrie, Macrae y Kehoe (1994) replicaron el efecto del MK-801
administrado previamente al entrenamiento sobre el condicionamiento de la NMR,
obteniendo también un peor condicionamiento el grupo tratado con MK-801.
Además, obtuvieron un resultado complementario. Comprobaron que grupos
control, con una buena adquisición del condicionamiento, mostraban deficiencias en
la ejecución cuando se les administraba MK-801 antes de una sesión de
recuperación (P.2), deficiencias que desaparecían en una posterior sesión, cuando de
nuevo eran evaluados sin los efectos del fármaco. Así, los resultados parecerían esta
mostrando un efecto tanto sobre la adquisición como sobre la recuperación. Por
último, en un trabajo posterior, el mismo laboratorio ha encontrado también un
efecto perjudicial del MK-801 sobre la extinción del condicionamiento (Kehoe,
Macrae y Hutchinson, 1996). Este conjunto de resultados, mostrando déficits
inespecíficos producidos por el fármaco, podrían estar indicando efectos
sensoriomotores del fármaco, más que un efecto sobre los procesos responsables del
aprendizaje y la memoria. De hecho, el análisis de los resultados expuestos
fundamentalmente y el de otros experimentos adicionales en su estudio llevaron a
Kehoe y colaboradores a concluir que la explicación más plausible de los efectos
encontrados por el MK-801 no es la alteración de los mecanismos de plasticidad
responsables de la asociación EC-EI, sino más bien un cambio en la codificación del
EC que afectaría a su saliencia34. Así, no sería a través de su efecto sobre un
34
Esta es la misma explicación que la que ofrecen Aguado et al. (1994) para explicar los efectos sobre el
condicionamiento de aversión al sabor.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
mecanismo neuronal asociativo como el receptor NMDA por lo que se explicaría el
efecto del MK-801 sobre la adquisición de la NMR, sino a través de los efectos del
fármaco sobre el sistema sensorial (C.2). No obstante, los propios autores no
descartan que el MK-801 pudiera actuar dificultando la asociación a través del
receptor NMDA.
Otro experimento muestra también un efecto de otro antagonista NMDA sobre
la adquisición de la NMR explicable por efectos distintos a su antagonismo NMDA.
Ghoneim, Chen, El Zahaby y Block (1994) administraron ketamina a dosis a las que
produce un claro deterioro motor (100 mg/kg). Como era de esperar por sus efectos
motores, bajo la condición de ketamina no se observó la RC. Sin embargo, en
pruebas posteriores en ausencia del fármaco el grupo tratado con ketamina durante
el condicionamiento no mostró ningún deterioro en el aprendizaje. Dado que la
ketamina es a esta dosis un eficaz inhibidor motor, este resultado muestra que el
deterioro del aprendizaje durante la adquisición se debió al efecto motor de la
ketamina, y por tanto a un problema de ejecución, no de aprendizaje (C.2). La
explicación del efecto de la ketamina sobre la NMR por un mecanismo diferente a
su antagonismo sobre los receptores NMDA es consistente con la explicación del
efecto del MK-801, también por un mecanismo distinto a su antagonismo NMDA.
Esta conclusión es, además, coherente con la ausencia de efectos encontrada por
Robinson (1993) del MK-801 sobre la potenciación obtenida en el giro dentado
durante el condicionamiento. Estos tres experimentos conjuntamente sugieren que ni
la administración de MK-801 ni de ketamina afectan la asociación EC-EI en la
adquisición de la NMR, sino que producen sus efectos a través de mecanismos
directamente relacionados con la ejecución (C.2).
En otro trabajo, Robinson, Port y Stillwell (1993) estudiaron el efecto del
MK-801 sobre una tarea de inhibición latente. Recordemos que en esta tarea, el que
va a ser EC durante el condicionamiento se presenta repetidamente previamente al
condicionamiento, obteniéndose como resultado un retraso en el posterior
condicionamiento. Ya hemos mencionado que esta tarea se ha mostrado sensible con
el condicionamiento de la NMR a las lesiones del hipocampo (Solomon y Moore,
1975; Solomon, 1987). El resultado obtenido por Robinson et al. (1993), sin
embargo, no muestra que el MK-801 afecte en manera alguna la inhibición latente,
sugiriéndose que la inhibición latente no es dependiente de la sinapsis NMDA.
Por último, en un reciente trabajo Thompson y Disterhoft (1997b) han
encontrado que tanto el PCP como el MK-801 administrados previamente al
entrenamiento producen un deterioro tanto en el condicionamiento de demora como
en el de huella. Este estudio aporta algunos interesantes resultados
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
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complementarios. En primer lugar, ambos fármacos bloquearon por completo la
adquisición del condicionamiento de huella, en tanto que sólo retrasaron la
adquisición del condicionamiento de demora. Asimismo, ambos fármacos alteraron
la sincronización de las respuestas durante el condicionamiento de huella, pero no
durante el condicionamiento de demora. Claramente, estos efectos diferenciales
sobre el condicionamiento de huella en relación al condicionamiento de demora se
asemejan a los efectos diferenciales que sobre ambas tareas producen las lesiones
del hipocampo (P.8). Asimismo, en el estudio se muestra que ambos antagonistas
NMDA bloquearon la extinción del condicionamiento. Un último resultado
interesante es que a las dosis a las que el fámaco afectó la adquisición no se
produjeron efectos sobre la recuperación (P.2). Estos efectos sólo se observaron a
dosis mayores, a las que también se observó un deterioro de las respuestas
incondicionadas, mostrándose que el deterioro producido por estas dosis, pero no el
producido por dosis más bajas, se debía al deterioro motor producido por el fármaco
(C.2).
En resumen, aunque se han encontrado algunos resultados que muestran que
antagonistas de receptores NMDA perjudican el condicionamiento de la NMR,
parece que su efecto no se debe al bloqueo de un mecanismo neuronal asociativo,
como es el receptor NMDA y la PLP, sino a otros efectos, sensoriales y motores, de
los antagonistas NMDA (C.2). No obstante, el trabajo de Thompson y Disterhoft
(1997b) muestra un claro efecto perjudicial de antagonistas NMDA sobre el
condicionamiento de la NMR, similar además al producido por la lesión del
hipocampo (P.8). Así, se requieren más trabajos para esclarecer el efecto de los
fármacos antagonistas NMDA sobre esta forma de condicionamiento.
2.7. Efectos sobre procedimientos de condicionamiento con
múltiples ensayos
Ya hemos visto que el efecto de antagonistas de receptores NMDA sobre
tareas de condicionamiento clásico empleando procedimientos que impliquen
múltiples emparejamientos EC-EI son muy infrecuentes, siendo el condicionamiento
de la NMR del conejo uno de los pocos procedimientos con múltiples
emparejamientos en el que se ha estudiado el efecto de antagonistas NMDA. En
líneas generales, cabe decir lo mismo sobre el condicionamiento operante. Aunque
casi todas las formas de aprendizaje espacial y tareas de aprendizaje relacionadas
con la memoria de trabajo implican contingencias instrumentales, resulta llamativa
la escasez de estudios sobre el efecto de antagonistas de receptores NMDA sobre
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
procedimientos típicos de condicionamiento operante como el de presión de
palanca.
En relación al condicionamiento operante, en una tarea de presión de palanca
bajo una contingencia de refuerzo continuo los resultados son contradictorios.
Seybold, Miller y Port (1991) encontraron que el MK-801 no produjo ningún efecto
sobre la adquisición. Sin embargo, más recientemente Pallarés, Nadal, Silvestre y
Ferré (1995) han encontrado el efecto contrario utilizando el mismo procedimiento
de aprendizaje, y como fármaco antagonista la ketamina. Pallarés y colaboradores
encontraron un efecto dependiente de dosis sobre la adquisición de la tarea.
Excluyeron además que el efecto encontrado pudiera ser consecuencia del efecto
hiperlocomotor de la ketamina sobre la ejecución evaluando la actividad locomotora
tanto sobre un campo abierto como en un plano inclinado (C.2). En un trabajo
posterior, primer grupo ha vuelto a fallar en la búsqueda de efectos del MK-801
sobre tareas simples de condicionamiento operante. En esta ocasión, volvieron a
encontrar que el fármaco no afectó la adquisición, ni aumentando el número de
sesiones necesarias para llegar al criterio ni afectando al número de respuestas
emitidas durante la adquisición. Adicionalmente, tampoco encontraron efectos sobre
la extinción (Port, Murphy, Miller y Seybold, 1997).
El condicionamiento operante también ha servido como procedimiento para
estudiar la discriminación. Así, se ha estudiado el efecto de los antagonistas NMDA
no competitivos MK-801 y PCP y los antagonistas competitivos CPP y NPC 12626
en una tarea en la que dos estímulos señalaban la disponibilidad de reforzamiento en
una de dos palancas (Clissold, Ferkany y Pontecorvo, 1991). El diseño que
emplearon fue intrasujeto, teniendo las ratas que aprender una nueva discriminación
bajo el efecto de diferentes fármacos. Los resultados obtenidos fueron
contradictorios respecto a la implicación de antagonistas NMDA, encontrándose que
el CPP y el MK-801 retrasaron el aprendizaje, pero no lo alteraron PCP y
NPC 12626. La conclusión de los autores es que los antagonistas NMDA perjudican
el aprendizaje, explicando las diferencias encontradas entre los cuatro antagonistas
por una inadecuada elección de las dosis de PCP y NPC 12626.
En relación al condicionamiento clásico, aparte del condicionamiento de la
NMR, sólo existen dos trabajos, que nosotros conozcamos, en los que se estudie el
efecto de antagonistas NMDA sobre una tarea de condicionamiento clásico con
múltiples emparejamientos, ambos muy recientes en comparación con el resto de
trabajos presentados en este capítulo. El primero de ellos emplea un procedimiento
de condicionamiento de parpadeo en ratas, análogo al condicionamiento de la NMR
en conejos (Servatius y Shors, 1996). En este estudio se encontró que la
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
183
administración del antagonista competitivo NMDA CGP 39551 impidió la
adquisición del parpadeo condicionado. Para evitar la explicación alternativa dada
por Cox y colaboradores a sus resultados sobre condicionamiento de la NMR en
términos de reducción de saliencia del estímulo, Servatius y Shors entrenaron a
grupos de ratas tanto con un tono de intensidad moderada como con un tono de alta
intensidad que, presentado repetidamente por sí sólo, suele producir aumento de las
respuestas de parpadeo por sensibilización. Comprobaron que el antagonista NMDA
no redujo la sensibilización producida por el tono de alta intensidad, aunque sí el
aprendizaje de su relación entre el tono y la descarga. Así, tanto utilizando un tono
de intesidad moderada como de alta intensidad, el CGP 39551 produjo un
detrimento en el aprendizaje, no explicable por una reducción de la saliencia del
sonido. Asimismo, comprobaron que el fármaco no afectó la posterior recuperación
(P.2), descartándose, por tanto, un efecto del fármaco por un detrimento motor. En
definitiva, encontraron efectos sobre la adquisición y no sobre la recuperación,
descartando que el efecto pudiera deberse a efectos sensoriomotores (P.2, C.2).
El otro trabajo emplea una tarea de condicionamiento apetitivo en ratas, el
mismo procedimiento que utilizamos en nuestros experimentos (Good y Bannerman,
1997). El objetivo principal del estudio de Good y Bannerman es comparar los
efectos de la administración de AP5 y de la lesión del hipocampo (P.8). Para ello,
estudiaron un fenómeno que se ha mostrado dependiente de la integridad del
hipocampo: la especificidad contextual del condicionamiento (Honey y Good, 1993;
sin embargo, ver Hall, Purves y Bonardi, 1996). El fenómeno consiste en que,
adquirida la relación EC-EI en un contexto A, al realizar la prueba en un contexto B
se observa un decremento en la ejecución (Hall y Honey, 1989). El estudio de Good
y Bannerman muestra que la especificidad contextual del condicionamiento quedó
abolida por la lesión del hipocampo, replicando los resultados de Honey y Good,
pero no quedó afectada por la administración de AP5. Como resultado adicional,
cabe comentar que la adquisición simple del condicionamiento no fue interferida por
el AP5 en relación a un grupo control. En definitiva, el estudio muestra ausencia de
efecto del AP5 sobre la adquisición del condicionamiento apetitivo en ratas, así
como ausencia de similitud entre los efectos del AP5 y de lesiones hipocampales
respecto a la especificidad contextual del condicionamiento (P.8).
Por último, recordar que también se ha empleado el procedimiento de
supresión condicionada para estudiar el efecto de antagonistas NMDA sobre el
aprendizaje, aunque empleando como EC la estimulación tetánica de la vía
perforada. Ya expusimos este trabajo con cierto detalle en el capítulo III (Laroche et
al., 1989; Laroche et al., 1991a). En estos estudios, el AP5 tuvo dos efectos. Al
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
tiempo de bloquear la iniciación de PLP en el giro dentado, se bloqueó la
adquisición de la tarea. Aunque este procedimiento parece adecuado en tanto que
permitiría poner a prueba de forma directa el supuesto de que el mecanismo de
actuación del fármaco antagonista NMDA es el bloqueo de la PLP, presenta, a
nuestro entender, los problemas de interpretación que ya expusimos.
2.8. Efectos de la interacción de antagonistas NMDA con
fármacos que actúan sobre otros sistemas de
neurotransmisión
A la luz de lo expuesto hasta el momento, surgen varios interrogantes sobre el
efecto que los antagonistas de receptores NMDA tienen sobre el aprendizaje. En
primer lugar, continúa abierto el debate sobre el tipo de tareas que se ven afectadas
por estos fármacos. Continúa también abierto a debate el grado de similaridad
existente entre los efectos producidos por antagonistas NMDA y por lesiones
hipocampales. Cabe, asimismo, discusión sobre los mecanismos de acción por los
que los fármacos antagonistas de receptores NMDA actúan sobre el aprendizaje: si
actúan bloqueando la PLP, reduciendo la saliencia de la estimulación, disminuyendo
el nivel de activación general del organismo, o por otros efectos colaterales (C.2).
Pero, teniendo en cuenta el conjunto de evidencias presentadas, quedan pocas dudas
sobre una cuestión central: los fármacos antagonistas de receptores NMDA causan
un deterioro en el aprendizaje. Esta idea básica es entendida así por muchos
investigadores que, asumido el papel que los fármacos antagonistas de receptores
NMDA tienen como agente amnésico, han empezado a plantearse la relación de
estos fármacos con otros que, actuando sobre otros sistemas de neurotransmisión,
han sido también implicados en el aprendizaje y la memoria.
Se ha estudiado la relación con los sistemas opiáceo, colinérgico (receptores
muscarínicos), gabaérgico (receptores GABAA), dopaminérgico (receptores D2),
noradrenérgicos (receptores ) y con los receptores AMPA, también receptores del
glutamato. Algunos de estos estudios los veremos en el siguiente apartado, al ser
estudios sobre la consolidación. A continuación vamos a ver algunos estudios que
analizan la interacción entre fármacos antagonistas NMDA y fármacos que actúan
sobre los sistemas opiáceo, colinérgico y dopaminérgico en relación a la adquisición
del aprendizaje.
Diversos estudios han mostrado que la administración de antagonistas
opiáceos potencia el aprendizaje en tareas de aprendizaje espacial, tanto cuando se
administran antes del entrenamiento (Decker, Introini-Collison y McGaugh, 1989),
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
185
como cuando son administrados poco tiempo después del mismo (Gallagher, King y
Young, 1983). Más recientemente, en algunos trabajos se ha encontrado que el
efecto amnésico de antagonistas NMDA puede ser invertido por la administración
de antagonistas opiáceos. Concretamente, en la versión 8/8 del laberinto radial se ha
encontrado que el efecto amnésico producido por la administración antes de la
sesión de MK-801 pudo ser contrarrestada por el antagonista opiáceo naltrexona
administrado entre el MK-801 y el entrenamiento (Bostock, McKay, Fong y Min,
1992). Adicionalmente, estos investigadores encontraron que la naltrexona, por sí
misma, no tuvo efecto sobre el aprendizaje. En otro trabajo, empleando una tarea de
alternancia en un laberinto en Y con ratones, se ha encontrado también un deterioro
en el aprendizaje tras la administración del antagonista NMDA NPC 12626 (Walker
y Gold, 1992). De nuevo, los efectos del antagonista NMDA fueron invertidos por
la administración de un antagonista opiáceo, en este caso naloxona35. Por último, un
resultado similar se ha encontrado utilizando un procedimiento de evitación pasiva.
Siguiendo una lógica inversa a la de los anteriores estudios, este estudio muestra que
el efecto facilitador de la naloxona administrada tras el entrenamiento es
contrarrestado por la administración de MK-801 previamente al entrenamiento
(Quevedo et al., 1997). Estos sugieren un efecto modulador del sistema opiáceo
sobre el sistema NMDA, si bien hasta el momento poco se sabe sobre la naturaleza
de tal modulación36.
Otro sistema de neurotransmisión tradicionalmente relacionado con la
memoria es el colinérgico (ver Bartus, Dean, Pontecorvo y Flicker, 1985, para una
revisión), al que ya hemos hecho referencia mostrando la disociación entre el tipo de
déficits producidos sobre el aprendizaje por antagonistas colinérgicos y antagonistas
NMDA en tareas de memoria de trabajo. En general, los estudios sobre el sistema
colinérgico muestran que antagonistas perjudican el aprendizaje en tanto que
agonistas lo favorecen, tanto si son administrados antes del entrenamiento como
inmediatamente después (Bartus et al., 1985; McGaugh, 1989). En el estudio antes
35 En el experimento de Bostock et al. (1992) no se encontró inversión del efecto del MK-801 cuando se
administró naloxona en lugar de naltrexona. La explicación de los autores es la diferente farmacocinética de
ambos fármacos. En apoyo de esta explicación está el hecho de que Bostock et al. (1992) dejaron 2-3 minutos
entre la administración de naloxona y la prueba, en tanto que Walker y Gold (1992) dejaron 30 minutos.
36 La relación del sistema opiáceo con los receptores NMDA, la PLP y la memoria parece compleja. Así,
como vimos en el capítulo III, existe un tipo de PLP dependiente de los receptores opiáceos. Esto, junto a
otros datos, lleva a postular a autores como Martínez y Derrick (1996) que antagonistas opiáceos deben
perjudicar el aprendizaje. Apoyando esta idea, se ha encontrado un efecto perjudicial de opiáceos como las
dinorfinas sobre el aprendizaje espacial (McDaniel, Mundy y Tilson, 1990). Sin embargo, hemos visto que
algunos experimentos han mostrado más bien un efecto facilitador de antagonistas opiáceos sobre el
aprendizaje. Por otro lado, el antagonismo funcional entre receptores NMDA y receptores opiáceos
trasciende la relación de ambos sistemas con la memoria. Por ejemplo, la administración de naloxona suprime
los efectos anestésicos de la ketamina (Baumeister y Advokat, 1991).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
citado, Walker y Gold (1992) encontraron que el efecto del antagonista NMDA
NPC 12626 pudo también ser invertido por la administración del agonista
colinérgico fisiostigmina entre la administración de NPC 12626 y el entrenamiento.
Es difícil establecer si el resultado es producto de un efecto directo de modulación o
es una mera neutralización de los efectos opuestos producidos por ambos fármacos.
Sin embargo, el resultado, anteriormente revisado, en el que encontraron un efecto
perjudicial de la administración conjunta de MK-801 y escopolamina que fue mayor
que el efecto aditivo de cada uno de los fármacos sugiere que existe una interacción
sinérgica entre los sistemas colinérgico y glutamatérgico (Matsouka y Aigner,
1996).
Esta interacción es también sugerida por un trabajo en el que se estudió el
efecto sobre la recuperación, utilizando una tarea de memoria espacial, de la
administración de MK-801, de escopolamina y de ambos fármacos en conjunto. A
diferencia de la mayoría de estudios descritos hasta ahora, se encontró un efecto
amnésico tanto del MK-801 como de la escopolamina administrados antes de la
prueba de recuperación. El resultado más interesante, no obstante, es que la
administración conjunta de ambos fármacos a dosis inefectivas cuando eran
administradas por sí solas también produjo una peor ejecución en la prueba de
recuperación (Hlinak y Krejci, 1998). Esto es intepretado por los autores como el
resultado de una relación entre los sistemas colinérgico y glutamatérgico. Sin
embargo, en ninguno de los efectos obtenidos puede excluirse que el efecto se
debiera a SDL, con lo que ni puede concluirse la interacción postulada por Hlinak y
Krejci ni el efecto del MK-801 sobre la recuperación (C.2, P.2).
También ha sido estudiado el efecto de antagonistas de receptores NMDA en
relación con el sistema dopaminérgico. Diversos estudios muestran similitud en los
efectos conductuales mostrados por antagonistas NMDA y por agonistas
dopaminérgicos (Schmidt, Bubser y Hauber, 1992; Smith, Acton y Sharp, 1997).
Asimismo, antagonistas NMDA parecen invertir la catalepsia inducida por
antagonistas dopaminérgicos (Mehta y Ticku, 1990). Parece, por tanto, existir una
interacción entre los sistemas dopaminérgico y glutamatérgico, y se ha propuesto el
estriado como la estructura donde podrían interaccionar las aferencias de ambos
sistemas (Micheletti, Lannes, Warter y Zwiller, 1993; Nieoullon y
Kerkerian-Le Goff, 1992). La interacción de estos dos sistemas en el estriado ha
sido estudiada en relación al aprendizaje mediante la administración de fármacos
previamente al entrenamiento en una tarea de condicionamiento operante, en la que
el reforzador sólo estaba disponible tras un breve periodo de tiempo tras la aparición
del estímulo discriminativo (ED) (Baunez, Nieoullon y Amalric, 1994). Tanto AP5,
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
187
administrado directamente en el estriado, como MK-801, administrado
intraperitonealmente, produjeron un deterioro en el aprendizaje, aumentando las
respuestas previas a la aparición del ED. El mismo resultado fue obtenido tras la
administración de dopamina directamente en el estriado. Sin embargo, el antagonista
dopaminérgico raclopride (antagonista de receptores D2) produjo el efecto inverso,
aumentando el número de respuestas dadas tras el tiempo límite. Por último, el
efecto del raclopride (administración subcutánea) fue contrarrestado cuando su
administración fue conjunta a AP5 o a MK-801. Estos datos indican la existencia de
un claro antagonismo entre los sistemas dopaminérgico y NMDA37.
En el siguiente apartado se exponen otros estudios sobre la relación entre
antagonistas de receptores NMDA con fármacos que actúan sobre otros receptores.
La diferencia fundamental con los aquí expuestos es que la administración del
fármaco se realiza tras el entrenamiento. Son, por tanto, estudios sobre la
consolidación.
3. Efectos sobre la consolidación
Recordemos que la estrategia para estudiar el efecto de un fármaco sobre la
consolidación consiste en la administración del fármaco poco tiempo después del
entrenamiento (McGaugh, 1966). Los estudios que han analizado el efecto de la
administración de antagonistas NMDA tras el entrenamiento son bastantes menos
que los que han estudiado el efecto de estos fármacos administrados antes del
entrenamiento, y que acabamos de ver. Sin duda, la razón es que, como vimos en el
capítulo anterior, los receptores NMDA son necesarios para la iniciación de la PLP,
pero no para su mantenimiento. Son los receptores AMPA los que están implicados
en el mantenimiento de la PLP. Así, en lo que a la PLP respecta, el papel de los
receptores NMDA en el aprendizaje se ha centrado fundamentalmente en el proceso
de adquisición. No obstante, también se han realizado algunos estudios sobre el
papel de los antagonistas NMDA en el proceso de consolidación de la huella de
memoria. Como expusimos en la introducción del capítulo (fig. 4.1), los receptores
NMDA podrían tener un papel en la primera parte del proceso de consolidación y
los receptores AMPA en un momento posterior de este proceso (P.5, P.6 y P.7).
37
Sin embargo, un último resultado encontrado por los autores fue que con una dosis baja, a la que el AP5
por sí mismo es inefectivo, el AP5 se comportó de forma inversa que a dosis altas, neutralizando los efectos
de la dopamina y potenciando los del raclopride (Baunez et al., 1994). Así, se observó un efecto opuesto del
AP5 sobre la transmisión dopaminérgica en función de la dosis. Este efecto es consistente con estudios que
muestran efectos excitatorios o inhibitorios del glutamato, dependiendo de su concentración, sobre la
liberación de dopamina (Imperato, Scrocco, Bacchi y Angelucci, 1990; Leviel, Gobert y Guilbert, 1990).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Los resultados de los estudios relativos al efecto de antagonistas NMDA sobre
el proceso de consolidación son más dispares que los que acabamos de exponer
sobre el proceso de adquisición. Esto no debe resultar extraño si consideramos que
la ventana temporal en la que los antagonistas NMDA ejercerían su efecto
administrados tras el entrenamiento es muy restringida, según se expuso en el
modelo de la introducción (ver fig. 4.1). Una vez pasado un tiempo tras el
entrenamiento, la huella de memoria dejaría de ser sensible a antagonistas NMDA.
No obstante esta cierta diversidad de resultados, a la que trateremos de dar
explicación al final del apartado, destaca sobre el resto de trabajos, por la ambición
de sus planteamientos y la coherencia de sus resultados, una amplia serie de
experimentos llevados a cabo por Iván Izquierdo y su grupo. En estos experimentos,
además de estudiarse el papel de los receptores NMDA en el proceso de
consolidación, se estudia también el papel de los receptores AMPA, así como la
secuencia temporal en que unos y otros intervienen en la consolidación, en diversas
estructuras encefálicas (P.5, P.6 y P.7). Estos experimentos son inequívocos
respecto a la implicación de los receptores NMDA en una primera fase de
consolidación. La exposición del trabajo de Izquierdo, en la última parte de este
apartado, nos servirá para delinear las conclusiones fundamentales sobre la
implicación de los receptores NMDA, AMPA, así como otros sistemas de
neurotransmisión en el proceso de consolidación.
Vamos a dividir el conjunto de experimentos sobre consolidación en dos
grupos: aquéllos que no encuentran un efecto perjudicial de antagonistas NMDA
sobre la consolidación, y aquéllos que sí encuentran tal efecto.
3.1. Estudios que no encuentran efectos perjudiciales sobre
la consolidación
Algunos de los trabajos que hemos revisado hasta ahora complementan los
experimentos sobre adquisición y recuperación con estudios en los que el fármaco se
administra tras el entrenamiento. Así, en algunos trabajos del grupo de Fanselow
sobre condicionamiento del miedo se comprobó que, si bien la administración
intraventricular (Kim et al., 1991) o directamente en la amígdala (Maren et al.,
1996) de AP5 previamente al entrenamiento impedía el condicionamiento, cuando el
fármaco se administraba inmediatamente después de la sesión de condicionamiento,
éste no se veía afectado. Tampoco obtuvieron efectos amnésicos de la
administración tras el entrenamiento, habiéndolos obtenido con la administración
intraperitoneal previa al entrenamiento, Robinson et al. (1989) trabajando con el
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
189
laberinto de agua y utilizando MK-801. Asimismo, en evitación pasiva, cuando se
administraron tras el entrenamiento no afectaron al aprendizaje AP5, PCP, MK-801,
CPP ni NPC 12626, aunque sí lo habían hecho administrados antes del
entrenamiento (Danysz et al., 1988; Venable y Kelly, 1990; Walker y Gold, 1991a).
El mismo patrón se ha encontrado con MK-801 en una tarea de evitación activa
(Delay, 1996). En conjunto, en estos estudios el patrón general de resultados fue el
de efecto amnésico del farmaco antagonista NMDA cuando fue administrado
previamente al entrenamiento, pero ausencia de efectos tanto con la administración
posterior al entrenamiento como con la administración previa a la prueba (P.2 y
P.5).
De entre el conjunto de estudios que no encuentran un efecto perjudicial de la
administración posterior al entrenamiento de antagonistas NMDA, los resultados
más singulares son aquéllos en los que se encuentra incluso un efecto facilitador. El
más conocido de estos trabajos es el de Mondadori y colaboradores (1989;
Mondadori y Weiskrantz, 1991). Asimismo, por utilizar ketamina, el mismo
fármaco que nosotros utilizamos en nuestro trabajo, vamos a hacer referencia al
trabajo de Scavio, Scavio y Wills (1992), que también encuentra efectos
facilitadores de la administración del fármaco.
Al igual que los estudios vistos previamente, Mondadori et al. (1989)
complementan sus estudios sobre la administración previa al entrenamiento de AP7
y MK-801 con la administración del fármaco tras el mismo. Recordemos que
cuando administraron el fármaco antes del entrenamiento encontraron un efecto
perjudicial en el laberinto de agua y en la evitación paso-a-través y mejora en el
condicionamiento de evitación paso-abajo. Los resultados fueron idénticos para
ambos fármacos. El patrón de resultados obtenido con la administración de los
fármacos tras el entrenamiento fue, sin embargo, notablemente distinto al anterior,
encontrándose ausencia de efectos sobre el laberinto de agua y facilitación de ambos
tipos de aprendizaje de evitación (P.5). De nuevo, los resultados fueron idénticos
para ambos fármacos. Posteriormente, Mondadori y Weiskrantz (1991) trataron de
replicar los resultados sobre la evitación paso-abajo, consiguiéndolo parcialmente, y
añadiendo una dosis adicional de dificultad a la interpretación de sus resultados. En
este estudio, utilizaron de nuevo MK-801 y un nuevo antagonista NMDA,
CGP 37849 y estudiaron el efecto de varias dosis tanto administradas previamente al
entrenamiento como posteriormente al mismo, en un intento de que la dosis elegida
pudiera explicar la discrepancia de resultados obtenidos en los experimentos
anteriores. Si en el estudio anterior habían encontrado mejora en la evitación pasoabajo cuando administraron el fármaco previamente al entrenamiento, en éste
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
obtuvieron mejora sólo cuando utilizaron dosis bajas de ambos fármacos, y ausencia
de efectos con dosis mayores. Cuando la administración del fármaco fue posterior al
entrenamiento encontraron mejora a todas las dosis con MK-801 y mejora a dosis
bajas y ausencia de efectos a dosis altas con CGP 37849 (P.5).
Resumiendo, el conjunto de resultados del grupo de Mondadori muestra: 1) la
evitación pasiva paso-a-través queda perjudicada con la administración del fármaco
previamente al entrenamiento y beneficiada con su administración posterior al
mismo, tanto con MK-801 como con AP7 (P.5); 2) la evitación pasiva paso-abajo
queda deteriorada con la administración previa al entrenamiento sólo a dosis bajas
del fármaco, tanto con MK-801 como con CGP 37849; 3) la evitación pasiva pasoabajo queda deteriorada con la administración posterior al entrenamiento,
dependiendo del fármaco utilizado: a cualquier dosis cuando se utiliza como
antagonista MK-801, y sólo a dosis bajas cuando se utiliza como antagonista
CGP 37849 (P.5). En conjunto, el cuadro que muestran estos resultados no resulta
demasiado coherente. ¿Cómo podemos valorar este conjunto de resultados? En
primer lugar, no hay razones por las que quepa esperar diferencias entre dos
procedimientos de evitación pasiva como son evitación paso-abajo y paso-a-través.
En segundo lugar, respecto a la evitación paso-a-través, es difícil explicar los
resultados opuestos obtenidos cuando el mismo fármaco se administra previamente
y después del entrenamiento. Y esto porque, como vimos en la introducción del
capítulo, entre los procesos de adquisición y consolidación hay un continuo
temporal. Así, se puede esperar que el fármaco actúe sobre un proceso y no sobre el
otro, que actúe sobre los dos, o que actúe sobre los dos con distinta potencia. Pero
resulta difícil explicar que tenga efectos opuestos sobre uno y otro proceso. En
tercer lugar, respecto a la evitación paso-abajo, si bien es coherente que el efecto de
un fármaco sobre el aprendizaje sea dependiente de la dosis, es más difícil explicar
que el efecto se produzca sólo a dosis bajas y desaparezca a dosis mayores. En
definitiva, no parece que los experimentos del grupo de Mondadori tengan la
suficiente coherencia teórica para ser interpretados. Incluso, el conjunto de datos
tampoco parecen tener entre sí la coherencia empírica necesaria para extraer
conclusiones de ellos.
Mención obligada tiene para nosotros el otro estudio en que se obtienen
efectos facilitadores de la administración del fármaco tras el entrenamiento, ya que
en este estudio se utilizó ketamina, el fármaco que empleamos en nuestros
experimentos (Scavio et al., 1992). Scavio y colaboradores se interesaron por el
efecto tras el entrenamiento de cuatro fármacos: ketamina (antagonista NMDA),
escopolamina
(antagonista
muscarínico),
clorpromacina
(antagonista
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
191
dopaminérgico) y anfetamina (potencia el efecto de las catecolaminas, sobre todo de
la dopamina), utilizando como tarea el condicionamiento de la NMR.
Sorprendentemente, encontraron que la ketamina aceleró el condicionamiento
cuando era administrada inmediatamente después de cada sesión de
condicionamiento (P.5). El resto de fármacos enlentecieron el aprendizaje. Para
confirmar que la ketamina estaba incidiendo sobre el proceso de consolidación,
comprobaron que ni la ketamina ni el resto de fármacos afectaron al aprendizaje
administrados una vez transcurridas dos horas desde el entrenamiento. Por último,
complementando los resultados sobre la adquisición del condicionamiento, Scavio y
colaboradores estudiaron también el efecto de estos fármacos sobre la extinción, de
nuevo administrados inmediatamente después de la sesión de extinción. La única
droga que afectó la tasa de extinción fue la ketamina, que retrasó la extinción del
condicionamiento. De nuevo, administrada dos horas después del entrenamiento, la
ketamina no tuvo efecto. Recapitulando, administrada tras el entrenamiento, la
ketamina aceleró la adquisición y retardó la extinción.
Los autores no encuentran una explicación a estos resultados. Nosotros, a la
luz del papel que los antagonistas NMDA tienen en la PLP y el aprendizaje y del
conjunto de resultados estudiados en este capítulo, tampoco encontramos
explicación ni a estos resultados ni a los efectos facilitadores obtenidos por
Mondadori y colaboradores sobre el aprendizaje de evitación. En este contexto
teórico estos resultados son, sin duda, excepcionales, siendo la norma muy distinta:
bien la ausencia de efectos de antagonistas NMDA administrados tras el
entrenamiento, como hemos visto en algunos trabajos, bien un efecto perjudicial tras
su administración, como vamos a ver a continuación. En definitiva, dada la falta de
una explicación coherente y la abundancia de experimentos que muestran un efecto
perjudicial sobre el aprendizaje de la administración de antagonistas NMDA,
creemos que efectos facilitadores como los obtenidos por Mondadori y
colaboradores (1989; Mondadori y Weiskrantz, 1991) y Scavio et al. (1992)
necesitan ser replicados para ser tomados en consideración.
Queremos hacer un último comentario sobre el efecto facilitador de
antagonistas NMDA sobre el aprendizaje. En una reciente revisión, Danysz,
Zajaczkowski y Parsons (1995) destacan estos estudios, citando varios trabajos en
los que tras la administración del fármaco, bien antes del entrenamiento, bien
después del mismo, supuestamente se encuentran efectos facilitadores.
Concretamente, sugieren que antagonistas NMDA facilitarían el aprendizaje a dosis
bajas y lo perjudicarían a dosis altas. No obstante, de alguno de estos trabajos sólo
está publicado el resumen (Walker y Gold, 1991b). En otros, que hemos descrito en
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192
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
apartados anteriores, bien no se encuentra rastro alguno del supuesto efecto
facilitador, sino que lo que realmente se produce es un deterioro del aprendizaje
cuando el fármaco se administra antes del entrenamiento y ausencia de efectos
cuando se administra tras el mismo (Walker y Gold, 1991a); bien se encuentra
ausencia de efectos a lo largo de siete de los ocho ensayos de que constaba el
procedimiento de evitación, con simplemente una ejecución mejorada en el grupo
tratado con el antagonista NMDA en el ensayo cuarto que desaparece en los cuatro
ensayos siguientes (Staubli et al., 1989). Por último, en otro trabajo, llevado a cabo
por el propio equipo de Danysz se encuentra, en ratas no lesionadas, un efecto
perjudicial del MK-801 sobre la tarea de MR en el laberinto radial (Zajaczkowski,
Quack y Danysz, 1996). Todo esto no es para decir que no existan trabajos en los
que se haya encontrado un efecto facilitador, como ya hemos mostrado, sino para
decir que existen menos de los que señalan Danysz y colaboradores (1995), y para
señalar, como también hacen Danysz y colaboradores (1995) que estos resultados, al
menos por el momento, son débiles y deben considerarse con precaución. En los
contados estudios restantes con efectos positivos, es necesario controlar que el
efecto obtenido obedece a un efecto real sobre el aprendizaje, y no a un efecto
inespecífico sobre la ejecución (C.2). En esta línea, resulta inquietante que los
efectos motores de antagonistas de receptores NMDA, como el MK-801, muestre un
patrón bifásico, aumentando la locomoción a dosis bajas e inhibiéndola a dosis
altas38 (Whishaw y Auer, 1989). Por tanto, los supuestos efectos facilitadores a
dosis bajas sobre el aprendizaje podrían ser debidos a simples efectos motores
(Steckler y Sahgal, 1995). Estos efectos sobre la ejecución, que han sido controlados
en multitud de experimentos que muestran un deterioro del aprendizaje tras la
administración de antagonistas NMDA, deben ser igualmente controlados en los
experimentos que muestran una facilitación del aprendizaje (P.5, C.2).
3.2. Estudios que encuentran efectos perjudiciales sobre la
consolidación
Como ya hemos indicado, la mayoría de estudios que han afrontado la
implicación de los receptores NMDA en el proceso de consolidación encuentran un
efecto perjudicial de la administración de antagonistas NMDA tras el entrenamiento.
Al igual que en los estudios que no encuentran tal efecto, destaca la escasa
diversidad procedimiental, a diferencia de los estudios que vimos en la primera
38
Con ketamina ocurriría algo parecido, a tenor de los efectos descritos en el capítulo II (tabla 2.1). Con
dosis bajas se observa hiperlocomoción. Sin embargo, con dosis altas, el efecto anestésico es el que se
observa, inhibiendo la hiperlocomoción.
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
193
parte, en los que el fármaco se administra previamente al entrenamiento. La casi
totalidad de los procedimientos de aprendizaje utilizados son procedimientos de
evitación. De entre este conjunto de trabajos destacan los del grupo de Izquierdo,
que trataremos separadamente. Estos trabajos estudian el papel de los receptores
NMDA en el proceso de consolidación en relación con la función que otros
receptores tienen también en el proceso.
3.2.1. Efectos de la administración de antagonistas NMDA tras
el entrenamiento
La mayoría de estos trabajos han empleado tareas de evitación. En un estudio
ya citado, Liang et al. (1994) encuentran efectos diferentes de la administración del
antagonista directamente en la amígdala y posterior al entrenamiento dependiendo
de la tarea utilizada. Estudiaron los efectos de la administración de AP5 y MK-801
en una tarea de evitación (experimentos 4 y 5) y de AP5 en el laberinto de agua
(experimento 7). Los resultados obtenidos fueron similares a los expuestos con
anterioridad en relación a la adquisición cuando el fármaco se administró
previamente al entrenamiento. La administración posterior al entrenamiento de
ambos fármacos bloqueó la adquisición de la respuesta de evitación, siendo además
el efecto dependiente de la dosis utilizada (P.5). Sin embargo, no afectó al
aprendizaje de la tarea espacial. Asimismo, cuando establecieron una demora (2 y 5
horas con AP5 y MK-801 respectivamente) entre la sesión de condicionamiento y la
administración del fármaco no se produjo deterioro en el aprendizaje de la tarea de
evitación, sugiriendo esta ventana temporal un efecto sobre el proceso de
consolidación, y no otros efectos inespecíficos del fármaco (C.2). Este efecto es
también sugerido por el dato obtenido por los autores de que la administración de
NMDA tras el entrenamiento neutralizaba el efecto amnésico del AP5 administrado
antes del entrenamiento. El conjunto de resultados de Liang y colaboradores
expuestos aquí y en apartados anteriores sobre la administración de antagonistas
NMDA directamente en la amígdala muestran un efecto en el aprendizaje de
evitación tanto sobre el proceso de adquisición (P.1) como sobre el de consolidación
(P.5), aunque no sobre la recuperación (P.2) y una ausencia de efectos sobre el
aprendizaje espacial.
Resultados que también muestran un efecto perjudicial de antagonistas NMDA
tras el entrenamiento también se han obtenido con evitación en ratones y en pollos.
Así, empleando tareas de evitación se ha encontrado en ratones que la
administración del antagonista competitivo de receptores NMDA gamma-LGLA
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
tras el entrenamiento interfirió con la posterior recuperación de lo aprendido
(Ungerer, Mathis, Melan y De Barry, 1990) (P.5).
Otros trabajos que también han encontrado efectos sobre la consolidación de
antagonistas NMDA sobre tareas de evitación son los llevados a cabo por Ng y su
equipo con evitación pasiva en pollos con pocos días de edad (Rickard, Poot, Gibbs
y Ng, 1994; Summers, Crowe y Ng, 1997). El paradigma consiste en permitir que
los pollos picoteen dos gotas de cristal de distintos colores, para en un segundo
momento recubrir una de ellas de una sustancia desagradable. En un ensayo de
prueba posterior, en el que ninguna de las gotas está impregnada, los pollos evitan
picotear la gota que fue aversiva durante el entrenamiento. La administración de
AP5 tras el ensayo de condicionamiento produjo un detrimento en la prueba de
recuperación efectuada 80 ó 90 minutos después (Rickard et al., 1994). En un
posterior experimento estudiaron el efecto del AP5 administrado tras un ensayo de
recuerdo, obteniendo de nuevo una peor ejecución que los animales control en la
prueba de recuperación posterior (Summers et al., 1997) (P.5).
Una prueba elegante de la implicación de los receptores NMDA en el proceso
de consolidación es obtener efectos inversos para agonistas y antagonistas NMDA.
La elegancia es mayor si se muestra, además, que isómeros de los fármacos
utilizados que no actúen sobre el receptor NMDA no producen efectos sobre la
consolidación. Esto es lo que se muestra en un trabajo que estudia el efecto de
agonistas y antagonistas de receptores NMDA y no-NMDA en una tarea de
evitación en un laberinto en T (Flood, Baker y Davis, 1990). Estos investigadores
mostraron que administrados intraventricularmente inmediatamente después del
entrenamiento, tanto agonistas NMDA como no-NMDA39 mejoraron la ejecución en
una prueba efectuada una semana después. Es interesante destacar que aunque el
ácido L-glutámico mejoró la ejecución, el ácido D-glutámico, su isómero inefectivo
como agonista NMDA (ver capítulo II), no mostró efectos, lo que sugiere que los
efectos del fármaco se debieron a su capacidad de antagonizar el receptor NMDA y
no a efectos colaterales (C.2). Cuando se utilizaron antagonistas NMDA y noNMDA40 el resultado fue el inverso: un decremento en la ejecución posterior.
39 Como agonistas NMDA se utilizaron el propio glutamato (ácido L-glutámico) y el ácido (±)--pchlorophenyl-glutámico (CPG). Como agonistas no-NMDA se utilizaron los agonistas específicos que
definen los otros tipos de receptores ionotrópicos del glutamato: ácido kaínico y ácido quisquálico (ver
capítulo II).
40 Como antagonistas NMDA se utilizaron AP5 y ácido D-glutamilaminometil fosfónico (GAMP). Como
antagonistas no-NMDA ácido -D-glutamilaminometil sulfónico (GAMS) y el 6,7-dinitro-quinoxaline-2,3dione (DNQX). GAMS y DNQX no son antagonsitas selectivos de ningún tipo de receptor. No obstante,
muestran una preferencia claramente mayor por los receptores AMPA que por los receptores NMDA
(Watkins, 1994).
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
195
También en este caso se encontró estereoespecificidad en el efecto del AP5,
hallándose que su isómero inefectivo como antagonista NMDA no produjo efectos
(C.2). Además, ninguno de los fármacos agonistas o antagonistas fue efectivo
cuando su administración se produjo 24 horas después del entrenamiento, mostrando
que el efecto previo del fármaco sobre el aprendizaje se producía actuando sobre el
proceso de consolidación y no debido a efectos del fármaco sobre la ejecución (C.2).
Estos resultados muestran la implicación de los receptores NMDA en el proceso de
consolidación, mejorando la huella de memoria la activación de los receptores
mediante agonistas y entorpeciéndola el bloqueo de los mismos mediante
antagonistas (P.5). Asimismo, muestran que en el proceso de consolidación no
intervienen exclusivamente los receptores del glutamato NMDA, sino que también
juegan un papel importante el resto de receptores del glutamato, entre los que se
encuentran los receptores AMPA (P.6).
La misma lógica, o sea, búsqueda de efectos opuestos para agonistas y
antagonistas de receptores NMDA, se emplea en otro estudio sobre aprendizaje de
evitación, tanto pasiva como activa (Quartermain, Nuygen, Sheu y Herting, 1991).
En este trabajo se estudió el efecto de AP7, antagonista NMDA, para bloquear los
efectos de la milacemida (MCM), un análogo de la glicina, y consecuentemente
coagonista del receptor NMDA (ver capítulo II). Como cabría esperar a partir de su
función agonista de los receptores NMDA, los resultados mostraron que la MCM
mejoraba el aprendizaje administrada inmediatamente después del entrenamiento.
Sin embargo, esta facilitación quedó contrarrestada cuando el AP7 se administró
también inmediatamente después del entrenamiento. Dado que el MCM estaría
actuando como coagonista del receptor NMDA, y que el AP7, antagonista NMDA,
bloqueó los efectos facilitadores sobre el aprendizaje de la MCM, la conclusión
razonable de los autores es que los receptores NMDA están implicados en la
consolidación. Así, la activación de los receptores NMDA por medio de la unión de
MCM al lugar de unión de glicina favorecería el aprendizaje, pero su bloqueo por
medio de la unión de AP7 al lugar de unión del glutamato, neutralizaría este efecto
(P.5).
La totalidad de estudios mostrados hasta ahora que encuentran un efecto
perjudicial de los antagonistas NMDA en el proceso de consolidación han utilizado
diferentes procedimientos de evitación. No obstante, hay otros procedimientos
donde también se ha encontrado este efecto. Así, en el aprendizaje de
reconocimiento social en ratas se ha encontrado un deterioro en el aprendizaje tras la
administración del antagonista NMDA después de la experiencia de aprendizaje
(Hlinak y Krejci, 1994). En esta tarea, a una rata macho se le presenta un joven
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196
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
compañero desconocido durante 5 minutos, volviéndosele a presentar el compañero
al cabo de 30 minutos. La disminución en la conducta de exploración tras la segunda
presentación es utilizada como medida de reconocimiento social, mediado por
claves olfatorias. Utilizando este paradigma, Hlinak y Krejci han mostrado que la
administración intraperitoneal de varios antagonistas NMDA (PCP, MK-801, CPP y
CGS 19755) inmediatamente después de la primera presentación del compañero,
hace que el tiempo invertido durante la segunda presentación sea similar al de la
primera, no mostrándose, por tanto, signos de reconocimiento del compañero (P.5).
Sin embargo, ni el CNQX, agonista GABAA, ni el NBQX, antagonista AMPA,
afectaron este aprendizaje. La ausencia de efectos obtenida tras la administración de
antagonistas AMPA en esta tarea no apoya la predicción realizada al principio del
capítulo (P.6). Sin embargo, dado que este tipo de aprendizaje está mediado por
claves olfatorias, este resultado es coherente con el conocimiento de la alta
concentración de receptores NMDA existente en el bulbo olfatorio (Monaghan y
Cotman, 1985).
Por último, los trabajos del grupo de Izquierdo los veremos en el siguiente
apartado. En ellos, además de un procedimiento de evitación se estudia el efecto de
antagonistas NMDA sobre la habituación a un nuevo contexto.
3.2.2. Papel de los receptores NMDA en el proceso de
consolidación en relación al papel de otros receptores
Izquierdo y su grupo llevan tiempo estudiando el papel de diferentes sistemas
de neurotransmisión en la consolidación, y en los últimos años han llevado a cabo
diversos trabajos en torno a los receptores NMDA, entre otros, en el contexto de un
estudio sobre el curso temporal que el proceso de consolidación sigue en las
diferentes estructuras del sistema límbico. Concretamente han estudiado los
parámetros temporales que el proceso de consolidación sigue en la amígdala, el
hipocampo, el septum y la corteza entorrinal, y recientemente están ampliando el
estudio a la corteza parietal posterior. Sus experimentos muestran, a nuestro juicio,
el más completo y coherente conjunto de resultados sobre la implicación de
diferentes sistemas de neurotransmisión en el proceso de consolidación en el sistema
límbico. De la mano de sus resultados iremos confeccionando las conclusiones
sobre los sistemas de neurotransmisión implicados en la consolidación y
concretamente el papel que en ese proceso juegan los receptores NMDA y AMPA
(P.5, P.6 y P.7). Los procedimientos de aprendizaje que han utilizado son evitación
pasiva y habituación a un nuevo contexto.
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
197
Empleando una tarea de evitación pasiva encontraron que la administración de
AP5 en la corteza entorrinal produjo amnesia cuando fue administrado 90 ó 180
minutos tras el entrenamiento, pero no tuvo efecto cuando se administró
inmediatamente después o pasados 360 minutos. Sin embargo, cuando la
administración se realizó en la amígdala, el AP5 produjo amnesia administrado
justamente después del entrenamiento, pero no a los 90 minutos (Ferreira, Da Silva,
Medina e Izquierdo, 1992; Jerusalinsky et al., 1992). Los mismos efectos obtenidos
respecto a la amígdala fueron replicados cuando el AP5 se administró directamente
en el hipocampo (Jerusalinsky et al., 1992). Complementariamente, estudiaron el
efecto del muscimol, agonista de receptores GABAA y del CNQX (ciano-nitroquinoxaline-dione), antagonista de receptores AMPA. El muscimol produjo los
mismos efectos que el AP5 sobre las mismas estructuras y con las mismas demoras
entre el entrenamiento y la administración del fármaco (Ferreira, Da Silva et al.,
1992). El CNQX causó amnesia administrado en la amígdala o en el hipocampo 0,
90 ó 180 minutos después del condicionamiento, pero administrado en la corteza
entorrinal no tuvo ningún efecto (Jerusalinsky et al., 1992).
Como prueba adicional del efecto del AP5 y muscimol en la amígdala
utilizaron un procedimiento en el que una sesión de entrenamiento en evitación con
una descarga leve es “recordada” con una nueva sesión 120 minutos después
(Ferreira, Wolfman et al., 1992). Los sujetos normales muestran un buen
aprendizaje tras la sesión de recuerdo, pero no con sólo una sesión. Sin embargo, la
administración de AP5 y muscimol posteriormente a la primera sesión impidió el
aprendizaje. Esto es interpretado como que el fármaco, al actuar sobre la
consolidación, impide la formación de una huella de memoria tras la primera sesión
de condicionamiento, por lo que no se obtienen efectos aditivos sobre la huella de
memoria tras la segunda sesión.
Los resultados con la tarea de habituación son básicamente similares a los
obtenidos con evitación cuando el AP5 se administró en la corteza entorrinal y el
hipocampo. AP5 y muscimol, administrados en la corteza entorrinal, causaron
deterioro del aprendizaje administrados tras 90 y 180 minutos del entrenamiento,
pero no administrados justo después o tras 360 minutos (Ferreira, Da Silva et al.,
1992). Asimismo, al igual que en evitación, cuando se administraron en el
hipocampo produjeron amnesia sólo cuando fueron administrados inmediatamente
tras el entrenamiento (Izquierdo et al., 1992). La diferencia en los resultados
obtenidos con ambas tareas es que el AP5 no produjo amnesia en la tarea de
habituación ni administrado en la amígdala ni en el septum (Izquierdo et al., 1992),
en tanto que vimos que con evitación pasiva tanto la administración en la amigdala
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
(Ferreira, Da Silva et al., 1992; Izquierdo et al., 1992; Jerusalinsky et al., 1992),
como en el septum (Izquierdo et al., 1992), produjeron amnesia.
Este conjunto de resultados nos permite extraer varias conclusiones sobre el
papel de los receptores NMDA, AMPA y GABAA en el proceso de consolidación en
el sistema límbico. 1) Sobre otras precisiones, muestran que estos tres tipos de
receptores están implicados en el proceso de consolidación. 2) Respecto a los
receptores NMDA, los resultados indican que intervienen en el proceso de
consolidación, ya que al ser bloqueados se produce amnesia (P.5). 3) Por el
contrario, la activación de los receptores GABAA bloquean el proceso de
consolidación. Así lo hace el agonista GABAA muscimol. 4) Más concretamente, los
receptores GABAA parecen actuar inhibiendo el efecto de los receptores NMDA.
Esto es sugerido por la exacta coincidencia del curso temporal de los efectos en
todas las estructuras estudiadas entre AP5 y muscimol. 5) En lo concerniente a los
sistemas glutamatérgico y gabaérgico, el proceso de consolidación implica, primero,
al hipocampo y la amígdala, y después a la corteza entorrinal. Así se desprende del
curso temporal que tanto AP5 como muscimol tienen en esas estructuras, tanto en la
tarea de evitación como en la de habituación. 6) Los receptores AMPA están
también implicados en el proceso de consolidación, aunque sólo en el hipocampo y
en la amígdala, y no en la corteza entorrinal (P.6). 7) El curso temporal de los
receptores NMDA y AMPA en el proceso de consolidación es distinto. Los
receptores AMPA intervienen posteriormente a los receptores NMDA (P.7). 8) Los
resultados sobre habituación, siendo básicamente similares a los de evitación
respecto al curso temporal de los diversos sistemas de neurotransmisión muestran,
sin embargo, que la amígdala no está implicada en ese tipo de aprendizaje. Esto es
coherente con multitud de estudios que muestran una implicación específica de la
amígdala en aprendizajes motivados por el miedo (Davis, 1992).
En otros trabajos del mismo grupo se han replicado y ampliado algunos de los
resultados expuestos. Izquierdo et al. (1992) administraron agonistas y antagonistas
NMDA, GABAA, muscarínicos y -noradrenérgicos en el hipocampo, en la
amígdala y en el septum inmediatamente después del entrenamiento en habituación
y evitación (¡un total de 24 condiciones experimentales!). Los resultados con AP5 y
muscimol fueron los anteriormente expuestos: bloquearon el proceso de
consolidación. Además, las conclusiones sobre el papel del glutamato y GABA en el
proceso de consolidación obtuvieron una contundente evidencia a favor adicional, al
comprobarse que el propio glutamato (agonista NMDA) y la picrotoxina
(antagonista GABAA) facilitaron el proceso de aprendizaje, exactamente el efecto
opuesto al obtenido cuando los fármacos usados fueron un antagonista NMDA y un
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
199
agonista GABAA. Asimismo, se comprobó que el antagonista muscarínico
escopolamina, al igual que hacía AP5 bloqueaba el proceso de consolidación e,
inversamente, el agonista muscarínico oxotremorina lo facilitaba. Otro resultado
igualmente interesante fue que la amnesia producida por el AP5 o la escopolamina
fue contrarrestada si junto a cada uno de los fármacos se administraba picrotoxina
(antagonista GABAA). Por último, la noradrenalina facilitó también el proceso de
consolidación, en tanto que el antagonista de receptores -noradrenérgicos timolol
no produjo ningún efecto por sí solo, pero contrarrestó todos los efectos directos e
indirectos descritos para la picrotoxina. Todos los efectos descritos se produjeron
para las tres estructuras (hipocampo, amígdala y septum) en la tarea de evitación,
pero sólo cuando los fármacos se administraron en el hipocampo en la tarea de
habituación.
Más recientemente, y respecto a la tarea de evitación, el mismo grupo ha
ampliado a la corteza parietal posterior sus estudios sobre el papel de los receptores
NMDA en la consolidación en diversas estructuras encefálicas. Coherentemente con
lo encontrado en experimentos anteriores encontraron que la administración de AP5
en el hipocampo o en la amígdala perjudicó el aprendizaje administrado
inmediatamente después del entrenamiento, pero no administrado 30, 60 ó 90
minutos después del mismo; y que la administración de AP5 en la corteza entorrinal
perjudicó el aprendizaje administrado 30, 60 ó 90 minutos tras el entrenamiento,
pero no inmediatamente después. El resultado más novedoso es que la
administración de AP5 en la corteza parietal también perjudicó el entrenamiento,
siendo su implicación posterior a la de la corteza entorrinal. Concretamente, sólo se
observaron efectos transcurridos 60 ó 90 minutos desde la administración del
fármaco (Zanatta et al., 1996). En otro trabajo han mostrado que los efectos en la
corteza entorrinal y parietal también se observan cuando el AP5 es administrado 180
minutos después del entrenamiento (Izquierdo et al., 1997). Asimismo, al igual que
en experimentos previos, el muscimol, agonista GABAA, produjo los mismos
efectos que el AP5 en las mismas estructuras y a los mismos intervalos temporales
(Izquierdo et al., 1997).
Estos trabajos confirman varias de las conclusiones extraídas anteriormente
sobre el papel de diferentes sistemas de neurotransmisión en el proceso de
consolidación en el sistema límbico, a las que podríamos añadir las siguientes: 1) En
la tarea de evitación están implicados tanto el hipocampo como la amígdala, el
septum y la corteza entorrinal. El hipocampo, la amígdala y el septum parecen
trabajar en paralelo en un primer momento. Posteriormente, la corteza entorrinal
juega su papel, y la corteza parietal interviene aún posteriormente. 2) En la tarea de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
habituación sólo el hipocampo, en un primer momento, y la corteza entorrinal,
posteriormente, están implicados. 3) La acetilcolina, por medio de los receptores
muscarínicos, interviene, junto al glutamato, en el proceso de consolidación. 4) Los
receptores -noradrenérgicos parecen actuar modulando el efecto de las sinapsis
gabaérgicas.
Un último conjunto de resultados del grupo de Izquierdo resulta muy
interesante. Recientemente han encontrado que la misma secuencia temporal en la
que hipocampo, amígdala, corteza entorrinal y corteza parietal intervienen en el
proceso de consolidación se produce respecto a su implicación en la recuperación de
la huella de memoria. Concretamente, estudiaron el efecto de administrar CNQX,
antagonista AMPA, previamente a una prueba de recuperación efectuada 1 día, 31
días ó 60 días tras el entrenamiento. Encontraron que la administración de CNQX
perjudicó la recuperación: 1 día después cuando se administró en el hipocampo o la
amígdala; 1 ó 31 días después cuando se administró en la corteza entorrinal; y 1, 31
ó 60 días después cuando se administró en la corteza parietal (Izquierdo et al.,
1997). Estos resultados muestran que las mismas estructuras que están implicadas en
el proceso de consolidación lo están en el proceso de recuperación, y con una
secuencia temporal similar. Asimismo, muestran que, en todas las estructuras, la
recuperación es dependiente de los receptores AMPA, al ser perjudicada por el
CNQX (P.3).
Veamos a continuación las implicaciones de los trabajos de Izquierdo respecto
a las predicciones realizadas en la introducción del capítulo, así como en relación a
la estrategia general expuesta en la introducción para estudiar la relación entre PLP
y los procesos de aprendizaje y memoria.
En relación a las predicciones realizadas al principio del capítulo sobre el
proceso de consolidación, se pueden extraer varias conclusiones a partir de los
trabajos del grupo de Izquierdo. En primer lugar, la administración de antagonistas
NMDA posteriormente al entrenamiento perjudica el proceso de consolidación
(P.5). Asimismo, la administración de antagonistas AMPA posteriormente al
entrenamiento también perjudica el proceso de consolidación (P.6). Además, los
antagonistas NMDA producen su efecto en un momento del proceso de
consolidación previo al de los antagonistas AMPA (P.7). Por último, respecto a la
recuperación, los trabajos del grupo de Izquierdo muestran que la administración de
antagonistas AMPA previamente a la prueba bloquea la recuperación de lo
aprendido (P.2). Así, los resultados del grupo de Izquierdo son los esperados según
el modelo expuesto sobre la relación entre aprendizaje y memoria, PLP y receptores
NMDA y AMPA (fig. 4.1).
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
201
En segundo lugar, en relación a la idea principal que justifica la estrategia
seguida en los estudios que integran este capítulo, que los antagonistas NMDA
bloquean el aprendizaje mediante el bloqueo de la PLP, es importante conocer el
curso temporal de los efectos que estos fármacos tienen sobre la PLP y compararlos
con los resultados expuestos sobre aprendizaje. Si el mecanismo por el que los
antagonistas NMDA bloquean el aprendizaje es el bloqueo de la PLP, debería haber
una correspondencia entre la ventana temporal en que estos fármacos afectan a la
PLP y al aprendizaje. Lo mismo cabría decir respecto a los antagonistas de
receptores AMPA. Respecto al aprendizaje, hemos visto que el AP5 causó un
deterioro sobre el aprendizaje cuando fue administrado en el hipocampo o en la
amígdala inmediatamente después del entrenamiento, en tanto que el CNQX,
antagonista AMPA, afectó el aprendizaje administrado tanto inmediatamente
después como más tarde. Pues bien, este es el mismo patrón temporal que muestran
AP5 y CNQX para bloquear la PLP: la administración de AP5 y CNQX al comienzo
de la PLP bloquean la misma, aunque administrados más tarde sólo el CNQX es
efectivo para bloquearla (Collingridge et al., 1990). La misma comparación podría
establecerse con agonistas GABAA. Hemos visto que la administración del agonista
GABAA muscimol impidió el aprendizaje cuando fue administrado en el hipocampo
o la amígdala inmediatamente después del entrenamiento. Aunque respecto a la PLP
los datos no son tan concretos, de nuevo se obtiene un efecto similar: la PLP es
fácilmente bloqueada por agonistas GABAA (Izquierdo et al., 1992; McGaugh et al.,
1990). En definitiva, parece razonable concluir, en función del curso temporal de la
acción de estos fármacos sobre la consolidación y la PLP que el mecanismo por el
que estos fármacos perjudican el aprendizaje es precisamente por su capacidad para
bloquear la PLP. Así, si bien es cierto que estos experimentos son deudores de un
supuesto inicial, también es cierto que sirven para validar tal supuesto.
Más recientemente, Izquierdo y Medina (1995) han ampliado este análisis a
diversas sustancias y estructuras encefálicas en un trabajo titulado Correlación entre
la farmacología de la PLP y la farmacología de la memoria. En el trabajo muestran
una clara correlación entre el efecto que diversos fármacos producen sobre la PLP y
los que producen sobre la memoria. Concretamente, muestran que tanto la PLP
como la memoria se ven facilitadas por la administración de glutamato,
norepinefrina, antagonistas GABAA, y agonistas de receptores metabotrópicos41.
Asimismo, estudiando los efectos de la administración de estos fármacos sobre el
hipocampo, la amígdala, el septum y la corteza entorrinal, muestran que cuando las
41
Los receptores metabotrópicos son uno de los tipo de receptores del glutamato (ver capítulo II).
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202
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
memorias son dependientes de la integridad de una estructura, el fármaco sólo afecta
a la memoria cuando es administrado específicamente en esa estructura.
3.3. Valoración
En una valoración del conjunto de resultados expuestos a lo largo de este
apartado sobre los efectos de antagonistas NMDA en el proceso de consolidación, la
primera impresión que se obtiene es la de una gran heterogeneidad en los mismos.
En un conjunto importante de resultados no se obtienen efectos de la administración
de antagonistas NMDA tras la tarea de aprendizaje. En otro conjunto igualmente
grande de ellos se obtiene un claro efecto, mostrándose un deterioro del aprendizaje.
¿Cómo puede explicarse esta disparidad de resultados? Pensamos que un aspecto
crítico es la vía de administración del fármaco. Cuando éste es administrado por vía
intraperitoneal o intraventricular se desconoce tanto el momento preciso en que el
fármaco llega a una determinada estructura del cerebro como la concentración del
mismo en la estructura. Por tanto, cuando el fármaco es administrado después del
entrenamiento es posible que no alcance el tejido cerebral dentro del período crítico
en el que puede afectar al proceso de consolidación, o que no lo haga con una
concentración suficiente para bloquear los receptores NMDA. Esta indeterminación
en el grado en que el tejido cerebral es afectado por el fármaco podría explicar la
diferencia en los resultados obtenidos con administración intraperitoneal o
intraventricular, unos mostrando ausencia de efectos (Danysz et al., 1988; Delay,
1996; Kim et al., 1991; Robinson et al., 1989; Venable y Kelly, 1990; Walker y
Gold, 1991a), y otros mostrando un efecto perjudicial (Flood et al., 1990; Hlinak y
Krejci, 1994; Quartermain et al., 1991; Rickard et al., 1994; Summers et al., 1997;
Ungerer et al., 1990). Por contra, cuando el fármaco se administra directamente en
una estructura cerebral su concentración en el tejido en el momento mismo de su
administración queda controlada. Este es el caso de los estudios de Liang et al.
(1994) y los del grupo de Izquierdo (Ferreira, Da Silva et al., 1992; Ferreira,
Wolfman et al., 1992; Izquierdo et al., 1992; Jerusalinsky et al., 1992; Zanatta et al.,
1996), que obtienen un consistente deterioro sobre el aprendizaje de la tarea con la
administración del fármaco directamente en estructuras del sistema límbico (sin
embargo, ver Maren et al., 1996, para un resultado opuesto). La conclusión, por
tanto, a extraer del conjunto de estudios refereridos es que los receptores NMDA
están implicados en el proceso de consolidación de la huella mnémica (P.5).
Asimismo, los receptores AMPA están también claramente implicados en el proceso
de consolidación (P.6). Además, los resultados del grupo de Izquierdo muestran que,
como se desprende del modelo formulado en la introducción del capítulo (fig. 4.1.),
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Efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje
203
la implicación de los receptores NMDA en el proceso de consolidación es previa a
la implicación de los receptores AMPA (P.7).
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CAPÍTULO V. INTRODUCCIÓN GENERAL A LOS EXPERIMENTOS
1. Justificación de los experimentos
1.1. Objetivos generales
1.2. El fármaco elegido: la ketamina
1.3. Los procesos de aprendizaje y memoria elegidos: adquisición y recuperación
1.4. El procedimiento elegido: el condicionamiento de entrada al comedero
2. Control de efectos colaterales de la ketamina
2.1. Efectos motores de la ketamina
2.2. El aprendizaje dependiente de estado
3. Método General
3.1. Sujetos
3.2. Fármacos
3.3. Aparatos
3.4. Procedimiento
3.5. Análisis estadísticos
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Capítulo V
Introducción general a los experimentos
Los experimentos que componen el presente trabajo tratan con el problema de
los efectos que la ketamina tiene sobre la adquisición y la recuperación en diferentes
tareas usando como procedimiento el condicionamiento clásico de entrada al
comedero en ratas. Vamos a exponer en primer lugar los objetivos generales de los
experimentos. Posteriormente se exponen las razones por las que hemos elegido la
ketamina como fármaco, la adquisición y la recuperación como procesos de
aprendizaje y memoria a estudiar, y el condicionamiento de entrada al comedero
como procedimiento de aprendizaje. Por último, exponemos algunas
consideraciones relativas al control de efectos colaterales de la ketamina en nuestros
experimentos, en particular efectos motores y aprendizaje dependiente de estado.
1. Justificación de los experimentos
1.1. Objetivos generales
Los cuatro experimentos que componen este trabajo responden a
planteamientos comunes, que ya han sido expuestos con amplitud en capítulos
previos. Los experimentos 1, 2 y 3 estudian el efecto de la ketamina sobre la
adquisición del aprendizaje y la recuperación de lo aprendido. Dado que los
receptores NMDA están implicados en la inducción de PLP, pero no en su
mantenimiento ni expresión (ver capítulo III), esperamos obtener un efecto de la
ketamina sobre la adquisición, pero no sobre la recuperación. Éstas son las
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
predicciones 1 y 2 enunciadas en la introducción del capítulo IV, y que ahora
reproducimos en relación a la ketamina:
P.1: la administración de ketamina previamente al entrenamiento debería producir
un deterioro en la adquisición;
P.2: la administración de ketamina previamente a la prueba no debería producir
efectos sobre la recuperación.
Otro planteamiento general que ha guiado nuestros experimentos es dilucidar
la posible similitud entre los efectos que las lesiones hipocampales y la ketamina,
como antagonista NMDA, tienen sobre el aprendizaje. Vimos en el capítulo IV
numerosos estudios interesados por esta similitud, consecuente con las múltiples
evidencias que muestran a la PLP como un fenómeno característico del hipocampo
(ver capítulo III). Los experimentos 1 y 2 nos sirven para contrastar el efecto de la
ketamina sobre una tarea dependiente de la integridad del hipocampo (experimento
1) e independiente de la misma (experimento 2). Asimismo, en las dos fases del
experimento 4 se realiza un contraste similar entre una tarea dependiente y otra
independiente del hipocampo. Nuestra predicción respecto a la similitud de efectos
entre lesiones hipocampales y ketamina es la que ya expusimos en la introducción
del capítulo IV como P.8. Por evitar confusiones, mantenemos aquí la misma
numeración:
P.8: el aprendizaje de tareas sensibles a lesiones hipocampales debería quedar
también deteriorado por la administración de ketamina, en tanto que las tareas
insensibles a las lesiones hipocampales no deberían quedar alteradas por la
ketamina.
Evidentemente, hay otros objetivos que justifican cuatro nuevos experimentos
a añadir a los ya existentes sobre el mismo tema. Estos objetivos son, bien también
teóricos aunque de menor calado, bien directamente procedimentales. Estos últimos
creemos que son también de gran importancia, pues sirven al examen adecuado de
las predicciones planteadas. Unos y otros justifican gran parte de las decisiones
procedimentales tomadas y se exponen en los siguientes apartados.
1.2. El fármaco elegido: la ketamina
El fármaco utilizado en nuestros experimentos es un antagonista de receptores
NMDA. El estudio del efecto de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje, además
del interés que por sí tiene el estudio del efecto de un fármaco sobre los procesos de
aprendizaje y memoria, forma parte de una estrategia para estudiar la relación entre
PLP y estos procesos, como vimos en la introducción del capítulo IV. El antagonista
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Introducción general a los experimentos
209
NMDA elegido es la ketamina, antagonista no competitivo (ver capítulo II), y su vía
de administración intraperitoneal (i.p.). Una ventaja de la ketamina es que, como
otros antagonistas no competitivos, supera fácilmente la barrera hematoencefálica,
por lo que puede ser administrada periféricamente (ver capítulo II). Asimismo, la
ketamina ha mostrado su capacidad para antagonizar el receptor NMDA y bloquear
la PLP (ver capítulo II).
La capacidad de la ketamina para bloquear la PLP es de particular importancia
para nosotros, pues el fármaco no es más que parte de una estrategia para estudiar la
relación entre PLP y apendizaje (ver capítulo III). En este sentido, es importante
señalar que la ketamina ha mostrado mayor facilidad para bloquear la PLP que el
MK-801, el antagonista no competitivo de receptores NMDA más ampliamente
usado en estudios sobre aprendizaje. Así, en algunos estudios se ha encontrado que
la ketamina bloquea la PLP, en tanto que el MK-801 no lo hace (Maren, Baudry y
Thompson, 1991). En otros, aunque se ha encontrado que el MK-801 es capaz de
bloquear la PLP, la dosis necesaria para el bloqueo ha sido de 1 mg/kg, una dosis
casi letal, más de diez veces superior a la que puede utilizarse en estudios
conductuales sobre MK-801 (Abraham y Mason, 1988). Esta dificultad para
producir bloqueo de la PLP con MK-801 ha llevado a cuestionar la utilidad de este
fármaco para la estrategia de relacionar PLP con aprendizaje (Keith y Rudy, 1990).
Esto contrasta con la ketamina, que se ha mostrado en varias ocasiones capaz de
bloquear la PLP a dosis bajas (30 mg/kg), dosis que produce sólo leves efectos
motores, y a la que pueden estudiarse sus efectos conductuales (ver capítulo II), tal y
como hacemos en este trabajo.
1.3. Los procesos de aprendizaje y memoria elegidos:
adquisición y recuperación
Para estudiar el efecto sobre la adquisición, el procedimiento seguido es la
administración del fármaco previamente a cada sesión de entrenamiento. Para
estudiar el efecto sobre la recuperación, las sesiones de entrenamiento se
desarrollaban en ausencia del fármaco, y éste se administra previamente a una
sesión de prueba. Excluimos el estudio sobre el proceso de consolidación por los
problemas de interpretación de estos estudios cuando la administración del fármaco
no se realiza directamente en el tejido cerebral. Así, volviendo a las predicciones
realizadas en la introducción del capítulo IV sobre el efecto de antagonistas NMDA
podemos recordar que, dado que los receptores NMDA están implicados en la
iniciación de PLP, pero no en su mantenimiento ni expresión, podemos predecir que
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
antagonistas NMDA perjudicarán la adquisición, pero no la recuperación de lo ya
aprendido. Estas dos predicciones son claras y directas. Sin embargo, las
predicciones respecto al proceso de consolidación no son tan nítidas. Vimos que los
antagonistas NMDA podrían afectar el proceso de consolidación, pero dentro de una
estrecha ventana temporal tras el entrenamiento. Como ya hemos argumentado, esta
limitación temporal de los efectos sobre la consolidación de antagonistas NMDA
hace difícil establecer predicciones cuando el fármaco se administra
periféricamente, como ocurre en nuestros experimentos, dado que no se puede
precisar el momento de actuación del fármaco sobre el tejido cerebral. Por tanto, en
este trabajo no abordamos el efecto de la ketamina sobre el proceso de
consolidación. En definitiva, al estudiar el efecto de la ketamina administrada
intraperitonealmente sobre la adquisición y la recuperación, esperamos aclarar el
papel de este fármaco en procesos de aprendizaje y memoria.
1.4. El procedimiento elegido: el condicionamiento de
entrada al comedero
En los experimentos de este trabajo utilizamos el condicionamiento de entrada
al comedero en ratas, un procedimiento de condicionamiento clásico apetitivo (ver
p. ej., Farwell y Ayres, 1979; Hall y Honey, 1989). En este procedimiento, el EC
(sonido o luz) precede durante un tiempo al EI (una bolita de comida), terminando
ambos conjuntamente. Tras múltiples emparejamientos las ratas asocian el EC al EI,
siendo el índice de aprendizaje la entrada al comedero durante el periodo en que el
EC está activo previamente a la presentación del EI. Así, cada ensayo de
condicionamiento sirve, a su vez, como un ensayo de prueba. Este procedimiento
tiene algunas ventajas de cara a disociar los efectos sobre el aprendizaje de otros
efectos del fármaco sobre la ejecución, como se expone más adelante. Con la
elección de este procedimiento se persiguen varios objetivos.
En el capítulo IV vimos una gran cantidad de trabajos en los que se estudiaba
el efecto de antagonistas de receptores NMDA sobre la adquisición utilizando
diferentes paradigmas de aprendizaje. Estos paradigmas son muy diversos, pudiendo
encontrarse desde distintas formas de aprendizaje espacial hasta la impronta en
pollos, por poner dos ejemplos. No obstante, ya mostramos que son escasos los
trabajos que estudian el efecto sobre la adquisición de estos fármacos en tareas de
condicionamiento clásico. Esta falta de estudios sobre condicionamiento clásico,
quizás la forma más universal y mejor conocida de aprendizaje asociativo, contrasta
con la caracterización del receptor NMDA y la PLP como dispositivo y forma de
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Introducción general a los experimentos
211
plasticidad sináptica, respectivamente, genuinamente asociativos (ver capítulo III).
El receptor NMDA se comporta como un mecanismo básico que detecta la
convergencia de actividad pre- y postsináptica. La forma más simple de PLP, la PLP
homosináptica, consiste en un incremento de la eficacia sináptica consecuencia de la
actividad simultánea de dos conjuntos de neuronas. Por último, vimos también en el
capítulo III que otra forma de PLP, la PLP asociativa, permite una sugerente
analogía entre PLP y condicionamiento clásico, en la que inputs débiles y fuertes
jugarían el papel de estímulos condicionados e incondicionados (ver fig. 3.3). Ya
hicimos un análisis en aquel momento de los argumentos a favor y en contra de la
analogía. Pero, sin duda, la última palabra sobre la validez de una analogía en
ciencia no pueden tenerla los argumentos, sino que está reservada a los datos
experimentales. En definitiva, por ser el receptor NMDA un mecanismo básico
asociativo, por ser la PLP homosináptica un fenómeno de plasticidad sináptica
asociativo, y por la correspondencia que puede observarse entre PLP asociativa y
condicionamiento clásico, resulta sorprendente la escasez de estudios que hayan
afrontado el papel de los antagonistas NMDA sobre la adquisición del
condicionamiento clásico.
Además, entre los trabajos existentes sobre el efecto de los antagonistas
NMDA en el condicionamiento clásico, varios han utilizado procedimientos de
condicionamiento peculiares, si consideramos como procedimiento estándar de
condicionamiento aquél que conlleva la presentación repetida de dos estímulos en
estrecha contigüidad temporal (Aguado, 1989). Además, una ventaja de los
procedimientos convencionales es que, a partir de los múltiples ensayos que se
necesitan para que se produzca condicionamiento, permiten la confección de curvas
de aprendizaje. Habitualmente, estas condiciones no se dan en el condicionamiento
de aversión al sabor o el condicionamiento del miedo, en el que un sólo ensayo es
suficiente para producir condicionamiento. Además, en el condicionamiento de
aversión al sabor el intervalo entre estímulos efectivo para producir aprendizaje
puede llegar a ser de más de una hora. La mayoría de los estudios que han tratado el
efecto de los antagonistas NMDA en el condicionamiento clásico han utilizado estas
formas de condicionamiento (Aguado et al., 1994; Campeau et al., 1992; Fanselow y
Kim, 1994; Fanselow et al., 1994; Gewirtz y Davis, 1997; Hatfield y Gallagher,
1995; Kim et al., 1991, 1992; Maren et al., 1996; Miserendino et al., 1990;
Robinson et al., 1989; Staubli et al., 1989; Welzl et al., 1990; Willner et al., 1992;
Young et al., 1994).
Entre los pocos procedimientos de condicionamiento clásico con múltiples
emparejamientos de estímulos en estrecha contigüidad temporal que se han
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
empleado para estudiar el efecto de antagonistas NMDA sobre la adquisición del
aprendizaje destaca el condicionamiento de la respuesta de la membrana nictitante
(NMR) en conejos (Cox et al., 1994; Ghoneim et al., 1994; Robinson, 1993). Sin
embargo, ya vimos que sus resultados no son muy claros. Aunque muestran un
deterioro en la respuesta condicionada, no puede concluirse que este deterioro
conductual sea consecuencia de un déficit de aprendizaje, sino que parece deberse a
efectos sensoriales y motores del fármaco (ver, sin embargo, Thompson y
Disterhoft, 1997b). La escasez de experimentos que muestren un detrimento en el
aprendizaje controlando los efectos colaterales del fármaco contrasta ampliamente
con la abundancia de estudios que, utilizando tareas diferentes al condicionamiento
clásico, muestran efectos de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje no atribuibles
a efectos colaterales del antagonista NMDA (ver capítulo IV). Recientemente, se ha
estudiado también el efecto de antagonistas NMDA sobre el procedimiento
equivalente en ratas al condicionamiento de la NMR, el condicionamiento de
parpadeo (Servatius y Shors, 1996). Parece, por tanto, necesario afrontar el estudio
del efecto que antagonistas NMDA tienen sobre procedimientos de
condicionamiento clásico, y en particular sobre procedimientos que impliquen
múltiples emparejamientos entre estímulos en estrecha contigüidad temporal que
permitan un control adecuado de los efectos colaterales del fármaco. Éste es uno de
los objetivos al que sirven los experimentos de este trabajo.
Otro objetivo de los experimentos que componen este trabajo es extender el
estudio de los efectos de antagonistas NMDA a tareas sobre las que previamente no
hayan sido estudiados. Respecto al procedimiento que nosotros utilizamos, hasta
donde llega nuestro conocimiento, existe sólo un reciente trabajo que haya estudiado
el efecto de antagonistas NMDA sobre el aprendizaje (Good y Bannerman, 1997).
Como vimos en el capítulo IV, en ese trabajo se pone a prueba la especificidad
contextual del condicionamiento en grupos tratados con AP5 en relación a un grupo
con lesión del hipocampo. Hay varias razones por las que es relevante la extensión
de ese conocimiento a nuevas tareas. Así, conviene recordar que, incluso aceptando,
a partir del conjunto de experimentos que ya hemos revisado en los capítulos III y
IV, que la PLP es una forma de plasticidad neuronal implicada en el aprendizaje,
hay razones para esperar diferencias en el grado en que tareas diferentes puedan
quedar afectadas. En primer lugar, porque es posible que haya formas de
aprendizaje y memoria que no dependan de la forma de plasticidad sináptica
conocida como PLP (Bliss y Collingridge, 1993; Martínez y Derrick, 1996; Shapiro
y Hargreaves, 1997; Soumirey-Mourat y Roman, 1991; Teyler y Grover, 1993). En
segundo lugar, porque incluso asumiendo que la PLP es un mecanismo neuronal
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Introducción general a los experimentos
213
universal de aprendizaje y memoria, existen diferentes formas de PLP, no todas
dependientes de los receptores NMDA (ver capítulo III). Podría, por tanto, ocurrir
que unas tareas de aprendizaje fueran dependientes de la PLP dependiente de los
receptores NMDA y otras tareas de otras formas de PLP. Además, diferentes formas
de PLP se desarrollan en estructuras cerebrales diferentes. Resulta, por tanto,
relevante conocer cuáles son las tareas que se ven afectadas por la administración de
antagonistas NMDA y cuáles no. El conocimiento de las demandas que desde el
punto de vista psicológico tienen unas y otras tareas y de la implicación que en ellas
puedan tener distintas estructuras cerebrales es fundamental para avanzar en la
relación que la PLP pueda tener con procesos psicológicos específicos.
Un tercer objetivo es el estudio del efecto diferencial de antagonistas NMDA
sobre tareas dependientes de la integridad del hipocampo y sobre tareas que no lo
son. La tradición en el estudio de la relación entre PLP y el aprendizaje y la
memoria ha mostrado un interés particular por estas diferencias, como hemos visto a
lo largo de la revisión realizada en el capítulo IV. Un problema, no obstante, es que
las tareas utilizadas dependientes e independientes de la integridad del hipocampo
difieren entre sí en muchos más aspectos que en esta dependencia. En general, estas
tareas difieren también en el procedimiento de aprendizaje, y por tanto en los
estímulos utilizados, número de ensayos, medida del aprendizaje, etc. Esto hace
difícil aislar las demandas de la tarea que expliquen las diferencias entre los
resultados. En los experimentos del presente trabajo hemos afrontado la cuestión de
los posibles efectos diferenciales de la ketamina sobre tareas dependientes e
independientes del hipocampo, manteniendo constante el procedimiento de
aprendizaje. En el experimento 1 estudiamos el efecto de la ketamina sobre el
condicionamiento clásico de demora corta, tarea no sensible a la lesión del
hipocampo, en tanto que en el experimento 2 estudiamos el efecto del mismo
fármaco sobre el condicionamiento de huella, tarea sensible a la lesión del
hipocampo, utilizando el mismo procedimiento. Asimismo en el experimento 4
estudiamos el efecto del fármaco tanto sobre la discriminación entre dos estímulos
como sobre la posterior inversión de la discriminación aprendida. El aprendizaje de
la discriminación no es sensible a la lesión del hipocampo, en tanto que la inversión
de la misma sí lo es. Hasta donde conocemos no existen estudios que traten de
diferenciar entre tareas sensibles a la lesión del hipocampo y tareas que no lo sean
manteniendo constante el procedimiento y, por tanto, aislando las demandas que
desde el punto de vista de los procesos psicológicos diferencian a unas y otras
tareas.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
2. Control de efectos colaterales de la ketamina
En el capítulo II hicimos una amplia descripción de los efectos conductuales
de la ketamina. En tareas de aprendizaje, la ketamina puede afectar directamente a la
ejecución sin afectar al aprendizaje, confundiéndose ambos efectos. Los efectos
típicamente descritos son hiperlocomoción, estereotipia, ataxia y anestesia. De estos
efectos, los que se producen a las dosis que empleamos en nuestros experimentos
son hiperlocomoción y ataxia, ambos efectos motores. En primer lugar, vamos a ver
algunas medidas que tomamos para controlar estos efectos en nuestros
experimentos. En segundo lugar, veremos algunas medidas para evitar los
problemas derivados del aprendizaje dependiente de estado, que no siendo un efecto
genuino sobre el aprendizaje, puede confundirse con éste en estudios
psicofarmacológicos.
2.1. Efectos motores de la ketamina
Otro de los objetivos que hemos perseguido en la puesta en práctica del
procedimiento de aprendizaje que utilizamos es el control de los efectos
conductuales de la ketamina que puedan confundir su efecto sobre el aprendizaje.
Una importante crítica a los estudios que utilizan antagonistas no competitivos de
receptores NMDA es que los efectos sobre el aprendizaje pueden ser atribuidos a los
efectos motores de estos fármacos (Keith y Rudy, 1990). Dado que la medida de
condicionamiento requiere la entrada al comedero durante el periodo en el que el EC
está activo, merecen especial atención los efectos de la ketamina que pueden afectar
la habilidad motora, como sus efectos anestésicos e hiperlocomotores. Es, por tanto,
fundamental el control de estos efectos. En el capítulo II hicimos una exposición de
los efectos conductuales de la ketamina, en particular sus efectos anestésicos e
hiperlocomotores, y la farmacodinámica de estos efectos a diferentes dosis (tabla
2.1). Para controlar estos efectos en los experimentos sobre aprendizaje una primera
medida es tratar de reducirlos al máximo. Esto puede hacerse permitiendo un tiempo
de recuperación entre la administración del fármaco y la experiencia de aprendizaje
que tenga en cuenta la farmacodinámica de estos efectos motores de la ketamina a
las dosis utilizadas.
En la elección de las dosis hemos tenido en cuenta tanto los datos existentes
sobre dosis a las que la ketamina produce bloqueo de la PLP (ver capítulo II) como
las dosis que se han utilizado en trabajos previos sobre el efecto de la ketamina en el
aprendizaje. Según veíamos en el capítulo II, aunque no existen estudios
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Introducción general a los experimentos
215
sistemáticos sobre diferentes dosis, se ha comprobado que se produce bloqueo de la
PLP a una dosis de 30 mg/kg administrada intraperitonealmente. Por debajo de esta
dosis, no puede afirmarse que la ketamina bloquee la PLP, aunque evidencias
indirectas indican que podría obtenerse bloqueo con dosis de 22.5 mg/kg. Así las
cosas, resulta llamativo que del conjunto de trabajos revisados que estudian el efecto
de la ketamina sobre el aprendizaje sólo un trabajo utilice una dosis máxima
suficiente para bloquear la PLP (Wesierska et al., 1990, utilizan 6, 15 y 37 mg/kg) y
otros dos trabajos utilicen dosis cercanas (Aguado et al., 1994; y Welzl et al., 1990,
utilizan 25 mg/kg). El resto emplean dosis máximas alejadas de las que permiten el
bloqueo de la PLP (p. ej., Robinson y Crawley, 1993, emplean una dosis máxima de
10 mg/kg; Pallarés et al., 1995, una dosis máxima de 12 mg/kg; ó Lalonde y Joyal,
1991, una dosis máxima de 15 mg/kg). Aunque emplear dosis bajas tiene la
indudable ventaja de que se disminuyen los efectos conductuales de la ketamina (ver
capítulo II), es altamente cuestionable que el detrimento que con ellas se obtiene
sobre el aprendizaje pueda ser atribuido al bloqueo de la PLP por parte del fármaco.
En lo que a los experimentos de este trabajo respecta, la dosis máxima utilizada es
de 37 mg/kg para los cuatro experimentos, contando con dosis intermedias de 6 y 15
mg/kg (experimentos 1 y 2) y 25 mg/kg (experimentos 3 y 4).
El tiempo de duración de los efectos motores varía según la dosis de ketamina
utilizada (ver tabla 2.1). Así, son necesarios distintos tiempos de recuperación antes
de que los sujetos sean expuestos a la tarea de aprendizaje. Este tiempo debe ser
suficiente para que puedan ser excluidos de la interpretación de los resultados los
efectos motores de la ketamina. Sin embargo, casi todos los trabajos repasados
relativos a los efectos de la ketamina sobre el aprendizaje utilizan tiempos de
recuperación demasiado cortos. Por ejemplo, Wesierska et al. (1990) emplean un
tiempo de recuperación para la dosis de 37 mg/kg de 30 minutos. Utilizando como
referencia los datos de la tabla 2.1 puede decirse que ese es un tiempo claramente
insuficiente. Asimismo, según nuestra experiencia con la misma dosis, a los 30
minutos de la inyección las ratas muestran diversas anormalidades conductuales,
además de un bajo tono muscular. En nuestros experimentos hemos intentado que la
experiencia de aprendizaje se produzca pasado el tiempo en el que están presentes
los efectos motores de la ketamina. Así, en nuestros experimentos 1 y 2 dejamos un
tiempo de recuperación para esa dosis de 45 minutos, tiempo que ampliamos hasta
60 minutos en los experimentos 3 y 4. Un riesgo de esta estrategia es que, pasado el
tiempo en que la ketamina produce sus efectos conductuales, desaparezca también
su efecto como antagonista NMDA. Sin embargo, como veíamos en el capítulo II,
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
hay datos que muestran que los efectos antagonistas NMDA de la ketamina duran
bastante más tiempo que sus efectos atáxicos o hiperlocomotores.
Una segunda estrategia para controlar los efectos motores de los efectos sobre
el aprendizaje es precisar este efecto a la misma dosis y tiempo de recuperación a
los empleados en la situación de aprendizaje. En caso de obtener un deterioro en el
aprendizaje sin que haya signos de alteraciones motoras puede excluirse que los
efectos obtenidos en la tarea de aprendizaje se deban a efectos motores del fármaco.
Recordemos que una estrategia similar ha sido empleada por Pallarés et al. (1995),
quienes estudiaron la conducta de las ratas sobre un campo abierto y un plano
inclinado bajo las mismas condiciones farmacológicas en que estudiaron el efecto
sobre la adquisición de una tarea de presión de palanca. Una medida motora
independiente de la medida de aprendizaje es la mejor opción cuando interesa
conocer cada uno de los efectos de forma independiente. Sin embargo, no se
garantiza que las demandas motoras de la situación de aprendizaje sean las mismas
que las demandas de la prueba motora. Por ejemplo, teniendo en cuenta que la
estereotipia es típica en los antagonistas NMDA (ver capítulo II), podría ocurrir que
una conducta fácilmente estereotipable como presionar la palanca fuera afectada por
la ketamina, en tanto que las conductas medidas en el campo abierto o en el plano
inclinado no lo fueran. Así, si lo que interesa es conocer el grado en que el efecto
motor de la ketamina afecta a la respuesta de presión de palanca, una alternativa más
adecuada consistiría en medir directamente esa respuesta bajo el efecto de la
ketamina. Aunque esta medida sobre los efectos motores no tiene el grado de
generalización a otras conductas que un conjunto de medidas obtenidas en un campo
abierto, es la que mejor sirve al objetivo de conocer el efecto motor del fármaco
sobre la conducta meta. En nuestros experimentos, en los que la conducta meta es la
entrada al comedero, medimos las entradas al comedero en ausencia del EC para
conocer el efecto de la ketamina sobre esta conducta.
Derivada de la anterior, una tercera estrategia para aislar los efectos motores
de la ketamina de sus efectos sobre el aprendizaje es que la medida de los efectos
motores sirva como control intrasujeto de la medida de aprendizaje. De esta forma
se estaría controlando no sólo el diferente efecto motor que puedan tener distintas
dosis del fármaco, sino el que pueda tener una misma dosis en diferentes sujetos. De
hecho, un control de este tipo es el que se lleva a cabo en el condicionamiento de la
respuesta emocional condicionada mediante la medida de supresión condicionada,
donde la diferente tendencia a presionar la palanca de cada sujeto queda
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Introducción general a los experimentos
217
neutralizada en la razón de supresión42. La razón de supresión da, finalmente, un
índice de aprendizaje limpio de las diferentes tendencias a responder que suelen
mostrar ratas distintas. Un control intrasujeto como éste es particularmente
adecuado cuando se estudia el efecto sobre el aprendizaje de un fármaco con efectos
motores a través de una respuesta que presente demandas motoras claras. En nuestro
procedimiento, un control de este tipo puede hacerse de manera similar a la
supresión condicionada, dado que la conducta meta está bien definida: la entrada al
comedero. Así, podemos medir las entradas al comedero durante el periodo de
duración del EC en relación con las entradas en un periodo de tiempo previo a éste
de igual duración. Esta razón supone una medida de aprendizaje limpia de los
efectos motores que pueda producir el fármaco sobre las entradas al comedero. Esta
es la medida de aprendizaje que empleamos en nuestros experimentos.
2.2. El aprendizaje dependiente de estado
Hay otro punto que merece ser tenido en consideración para estudiar los
efectos de un fármaco sobre el aprendizaje: el aprendizaje dependiente de estado
(SDL). El siguiente relato hace referencia al primer caso descrito de SDL inducido
por drogas e ilustra el fenómeno:
El Dr. Abel me informó sobre el portero irlandés de un almacén, que olvidaba,
cuando estaba sobrio, lo que había hecho cuando estaba borracho; pero cuando
estaba borracho, de nuevo recordaba lo ocurrido en su estado anterior de
intoxicación. En una ocasión, estando borracho, perdió un paquete de algún valor,
y en sus momentos sobrios no pudo dar cuenta de él. La siguiente vez que estuvo
intoxicado, recordó que había dejado el paquete en cierta casa, y no habiendo
ninguna dirección en el paquete, permaneció allí hasta que fue a recogerlo.
(Combe, 1835, p. 389).
Considerando el relato, el SDL puede ser descrito como un detrimento en el
recuerdo consecuencia de un cambio en el estado interno, que es diferente en el
momento del entrenamiento y el momento de la recuperación. Este detrimento del
recuerdo no implica un deterioro de la huella de memoria, ni un deterioro
permanente de la recuperación, ya que cuando el estado interno en el momento de la
recuperación vuelve a ser el mismo que el del momento del entrenamiento, el
detrimento desaparece. Más bien, los diferentes estados internos pueden ser
concebidos como contextos diferentes, pudiendo considerarse el detrimento en la
recuperación propio del SDL un ejemplo de control contextual (Overton, 1985).
42
La razón de supresión es A/(A+B), donde A representa las presiones de palanca durante el periodo en que
el EC está activo y B las presiones de palanca en un periodo de igual duración inmediatamente anterior.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Los estados internos propios del SDL están habitualmente, aunque no
exclusivamente, inducidos por drogas. Así, en el contexto del estudio farmacológico
del aprendizaje y la memoria, el control de los efectos del SDL es de gran
importancia, ya que pueden confundirse los efectos amnésicos de un fármaco con su
capacidad para producir un estado interno. Este riesgo es particularmente importante
cuando la situación de entrenamiento y de prueba se producen en fases diferentes y
se administra el fármaco sólo en una de ellas para estudiar sus efectos, bien sobre la
adquisición (droga a no-droga), bien sobre la recuperación (no-droga a droga). En
estos casos, un detrimento en la ejecución no está a salvo de una explicación en
términos de SDL. Cuando el contexto interno está causado por un fármaco, el SDL
puede ser simétrico (droga a no-droga, y no-droga a droga), o asimétrico. Cuando el
SDL es asimétrico, usualmente se produce en la dirección droga a no-droga, pero no
al contrario (Overton, 1968, 1985). Ya directamente con ketamina, algunos trabajos
han mostrado la existencia de SDL asimétrico en el condicionamiento de aversión al
sabor cuando los animales son entrenados bajo el efecto de ketamina y evaluados en
su ausencia, pero no al contrario (Aguado et al., 1994, con 25 mg/kg de ketamina).
Obviamente, una forma de hacer disminuir o desaparecer el efecto de SDL es
utilizar dosis del fármaco menores, o aumentar el tiempo entre la administración del
fármaco y el entrenamiento. Así, en otro trabajo con condicionamiento de aversión
al sabor, una menor dosis de ketamina no produjo efectos de SDL (Oberling, Di
Scala y Sandner, 1996, con 6 mg/kg de ketamina).
En los estudios farmacológicos sobre adquisición del aprendizaje, una manera
de evitar el problema del SDL es que la medida del aprendizaje se realice en la
misma fase que el entrenamiento. Esta estrategia es la que seguimos en nuestros
experimentos. Cada ensayo de condicionamiento es también un ensayo de prueba,
midiéndose las entradas al comedero durante el periodo de duración del EC, que en
su integridad es previo a la aparición del EI. De esta manera el estado interno
generado por el fármaco no varía entre la situación de entrenamiento y la de
recuperación. Sin embargo, expusimos en el capítulo IV que un problema en
relación a las tareas de MT es que la coincidencia de entrenamiento y prueba en la
misma fase dificultan distinguir los efectos amnésicos de los efectos
sensoriomotores del fármaco. En nuestro procedimiento este problema desaparece,
al incluir la medida de condicionamiento un control intrasujeto de estos efectos,
como ya hemos expuesto.
Por otro lado, evitar el efecto de SDL en experimentos sobre la recuperación
empleando el mismo sistema no es posible, ya que la propia naturaleza de estos
estudios requiere una fase de entrenamiento en la que se produzca la adquisición, y
374
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Introducción general a los experimentos
219
una segunda fase de prueba en la que se estudie la recuperación bajo los efectos del
fármaco. En estos estudios, en el caso de obtener efectos se requieren controles
adicionales para excluir una interpretación en términos de SDL. En todo caso,
cuanto menor sea la dosis del fármaco, o mayor sea el tiempo de recuperación entre
la administración del fármaco y la prueba, menor será la probabilidad de que exista
un estado interno inducido por el fármaco.
3. Método general
En este apartado se recogen los detalles metodológicos coincidentes para los
cuatro experimentos.
3.1. Sujetos
Se utilizaron ratas Wistar macho (Charles River). Al llegar al laboratorio los
animales eran alojados en jaulas individuales (Tecniplast de 367x 207x 140 mm)
donde recibían comida (pienso para ratas y agua ad libitum). Alcanzada la
estabilidad en el peso, se iniciaba un programa gradual de privación de comida que
se describe en procedimiento. El animalario se mantuvo a una temperatura
aproximada de 20ºC y un temporizador se encargaba de establecer el ciclo de
luz-oscuridad (el periodo de luz de 8:00 a 21:00 horas).
3.2. Fármacos
El fármaco administrado fue ketamina (ketamina hidrocloruro, Sigma
Chemicals). La disolución se confeccionó a partir del fármaco en polvo y cloruro
sódico (0.9%, Sigma). Los grupos control fueron inyectados directamente con
cloruro sódico (ClNa). Las proporciones de la disolución fueron 1200 mg. de
ketamina disueltos en 60 ml. de ClNa, de manera que cada ml. de disolución
contenía 20 mg. del fármaco. La siguiente fórmula, resultado de desarrollar una
regla de tres, servía para calcular el volumen de disolución a inyectar por cada
animal considerando su peso y la dosis:
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220
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
V = D x P / C.
donde,
V = volumen a inyectar (en ml).
D = dosis del fármaco (en mg/kg).
P = peso de la rata (en kg).
C = concentración de la disolución (en mg/ml).
3.3. Aparatos
El condicionamiento se llevó a cabo en 8 Cajas de Skinner idénticas (modelo
LE 836, Letika Instruments), controladas en paralelo por un ordenador (Fujitsu
80286). El programa de control de las Cajas de Skinner fue escrito al efecto en
lenguaje C. Asimismo, se crearon diversos programas en lenguaje Basic para
procesar la salida de datos de las cajas. Todas las cajas estaban situadas en cámaras
cerradas que las aislaban tanto acústica como lumínicamente del medio y que
estaban provistas de un ventilador generador de ruido blanco. En el interior de esas
cámaras, pero en el exterior de las cajas se instaló una bombilla (40 watios) a fin de
poder ser utilizada como estimulación luminosa no localizada. Estas Cajas de
Skinner son rectangulares, siendo sus paredes largas y el techo de metacrilato y las
paredes cortas de aluminio. Las dos paredes cortas son modulares (3x3 piezas
cuadradas conforman la pared), de forma que la configuración de palancas, luces,
etc. puede ser cambiada. Una de esas paredes era simplemente de aluminio. La
opuesta se describe a continuación. Teniendo en cuenta que las piezas forman una
matriz 3x3, en la posición 3x2 (abajo, centro) estaba situado el comedero, en las
posiciones 3x1 y 3x3 había dos palancas retráctiles, en las posiciones 2x1 y 2x3 dos
luces, situándose un altavoz en la posición 1x2. Todas estas piezas quedaban
camufladas en el panel de aluminio. Durante todo el experimento, las palancas
fueron retiradas. El suelo estaba formado por las rejillas, bajo las cuales había serrín.
Los comederos utilizados en los experimentos 1 y 2 fueron diferentes de los
utilizados en los experimentos 3 y 4. Los empleados en los dos primeros
experimentos fueron confeccionados artesanalmente para la ocasión, ya que los
comederos convencionales suministrados por Letika no permitían el registro de la
respuesta de entrada al comedero. El comedero diseñado consistía en una abertura
en el panel por la que cabía el hocico de la rata y tras la que se encontraba un
espacio cuadrado (3 cm por 3 cm aprox.) en el que había una pequeña depresión con
forma circular donde caían las bolitas de comida. Una fotocélula detectaba cualquier
pequeño movimiento del hocico del animal en el interior del comedero. Los
comederos empleados en los experimentos 3 y 4 fueron fabricados por Letika. En
374
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Introducción general a los experimentos
221
ellos el interior del comedero (similar al anterior) no era accesible más que
empujando una trampilla cuyo eje estaba en la parte superior. Empujada la trampilla
hasta una determinada posición, un dispositivo electromecánico registraba una
respuesta. Una importante diferencia en los registros de ambos comederos es que el
primero era sensible a cualquier pequeño movimiento del hocico en el interior del
comedero, en tanto que el segundo sólo registraba una respuesta al acceder la rata al
comedero.
3.4. Procedimiento
Privación. La privación de comida comenzaba cuando los animales se
estabilizaban en peso tras su llegada al laboratorio. El objetivo era que se situaran en
el 80% de su peso ad libitum. Cada día las ratas eran pesadas y en función de su
peso se les asignaba una ración de comida (en gramos). En unos 15 días desde el
inicio de la privación se conseguía estabilizar el peso en el 80% del peso ad libitum.
En ese momento empezaba el experimento. Durante todo el experimento las ratas y
la comida eran pesadas diariamante con objeto de mantenerlas en el peso.
Entrenamiento previo. Con el fin de reducir la conducta de exploración
durante el condicionamiento, que puede interferir con la adquisición del aprendizaje,
y de que los animales conocieran la localización del comedero, en el día 0 se
introdujo a los animales en las cajas durante 20 minutos, dejando 10 bolitas de
comida en el comedero disponibles desde el principio. Tras comprobar que todas las
bolitas habían sido comidas, se volvía a colocar a las ratas en las cajas durante otros
20 minutos dispensándose una bolita de comida a un intervalo variable de 2
minutos. Si algún animal no consumía las bolitas en alguna fase, ésta era repetida
hasta que lo hiciera. Los segundos 20 minutos tenían el objetivo adicional de que el
animal asociara el sonido característico del dispensador de bolitas de comida con la
propia bolita. Finalizado el entrenemiento las ratas fueron clasificadas en bloques
según su dificultad en superar la tarea, asignándose los sujetos de cada bloque
aleatoriamente a los diferentes grupos. Al día siguiente comenzaba el
condicionamiento.
Administración
del
fármaco.
La
ketamina
fue
inyectada
intraperitonealmente, en una habitación diferente a la experimental, permaneciendo
los sujetos en ella en oscuridad hasta el momento de la prueba. Se dejó un tiempo
entre la administración del fármaco y la experiencia de condicionamiento, con
objeto de que desaparecieran los efectos motores propios de la ketamina. Este
tiempo fue diferente para cada dosis y se explicita en cada experimento.
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222
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
3.5. Análisis estadísticos
En cada experimento se comprobaron, para las diferentes variables
dependientes los supuestos de normalidad y homocedasticidad con objeto de realizar
un Análisis de Varianza (ANOVA) paramétrico. En caso de producirse violación de
los supuestos se realizaron análisis no paramétricos. Este tipo de análisis no permite
la consideración de un factor de medidas repetidas ni estudiar efecto de interacción.
Así, la lógica de los análisis ha sido algo diferente en un caso y en otro. Todos los
análisis se realizaron con el SPSS/PC 4.0. Como criterio estadístico para alcanzar
diferencias significativas se tomó un nivel de significación =0.05. No obstante, se
han considerado también en la interpretación de los resultados, a nivel de tendencia
estadística, niveles de significación <0.1.
En todos los experimentos existían varias dosis de ketamina y varias sesiones
de condicionamiento, lo que permitía un diseño con dos factores. Así, en caso de
hacer análisis paramétricos, el análisis comenzaba por un diseño de dos factores,
uno de medidas repetidas (bloques de dos sesiones) y otro de agrupamiento (dosis),
estudiándose el efecto de cada uno de ellos y el de la interacción. Para
complementar estos resultados se han seguido dos procedimientos.
El primero se ha llevado a cabo cuando la interacción resultaba significativa y
ha consistido en estudiar los efectos simples de un factor dentro de los niveles del
otro factor. El segundo consistía en contrastar niveles específicos elegidos a priori
de algún factor, que podían obedecer a dos lógicas. Por un lado, contrastes de cada
bloque de los grupos tratados con ketamina con los bloques correspondientes del
grupo Salino, para estudiar diferencias producidas por el fármaco durante la
adquisición. Por otro lado, otros contrastes a priori han consistido en contrastar
dentro de cada grupo los bloques segundo a último con el primero (suponiendo en el
primer bloque un condicionamiento nulo o escaso o, en todo caso, claramente no
asintótico), estudiándose así la adquisición de condicionamiento dentro de cada
grupo, y deduciéndose de esto el efecto de la ketamina sobre la adquisición. Todos
los contrastes a priori se realizaron mediante pruebas F planeadas. Tanto los efectos
simples de un factor dentro de niveles de otro y las pruebas F planeadas se
realizaron en base a las sugerencias de Levine (1991).
Como los análisis no paramétricos no permiten factores de medidas repetidas
ni estudiar el efecto de la interacción, los análisis consistieron en comparaciones
múltiples (Kruskal-Wallis) entre grupos dentro de cada bloque, seguidos de
comparaciones dos a dos (Mann-Whitney) entre grupos. Para las comparaciones
374
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Introducción general a los experimentos
223
dentro de un mismo grupo entre dos sesiones o entre dos medidas de una misma
sesión se utilizó la prueba de Wilcoxon.
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CAPÍTULO VI. EXPERIMENTO 1. EFECTO DE LA KETAMINA SOBRE
EL CONDICIONAMIENTO DE DEMORA CORTA (I)
1. Introducción
2. Diseño y variables
3. Método
3.1. Sujetos
3.2. Procedimiento
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición
4.2. Efectos sobre la recuperación
4.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC
5. Discusión
5.1 Efectos sobre la adquisición
5.2. Efectos sobre la recuperación
5.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC
225
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Capítulo VI
Experimento 1. Efecto de la ketamina sobre el
condicionamiento de demora corta (I)
1. Introducción
En el experimento 1 estudiamos el efecto de la ketamina sobre el
condicionamiento de entrada al comedero, utilizando un procedimiento de demora
corta con un sonido de 5 segs. de duración. Los objetivos de este experimento ya se
han expuesto en el capítulo anterior. Veamos cuáles son las predicciones que se ponen
a prueba.
Las dosis de ketamina utilizadas son 6, 15 y 37 mg/kg administradas i.p.
Recuérdese que sólo la dosis de 37 mg/kg es suficiente para bloquear la PLP, sin que
conozcamos estudios sobre la PLP con dosis de ketamina menores (ver capítulo II).
Por tanto, en la medida en que el bloqueo de la PLP sea el responsable del posible
deterioro de la ketamina sobre el aprendizaje, este detrimento debería obtenerse con la
dosis mayor. Un posible detrimento en el aprendizaje con dosis menores podría indicar,
bien la existencia de bloqueo de la PLP a estas dosis, aunque éste aún no se haya
documentado, bien que la ketamina deteriora el aprendizaje por mecanismos diferentes
a la PLP.
La ketamina se administró previamente al entrenamiento, estudiándose por tanto
sus efectos sobre la adquisición. Adicionalmente, una vez finalizado el entrenamiento,
el grupo control (entrenado sin ketamina) fue sometido a una prueba de recuperación
en una sesión adicional bajo los efectos de la ketamina a la dosis mayor (37 mg/kg).
Recordemos que los receptores NMDA están implicados en la inducción y no en el
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228
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
mantenimiento ni expresión de la PLP (capítulo III). Por tanto, en la medida en que la
ketamina actúe sobre el aprendizaje de manera paralela a la implicación que los
antagonistas NMDA tienen en la PLP, deberían esperarse efectos sobre la adquisición,
pero no sobre la recuperación (P1 y P2; ver introducción del capítulo IV).
El experimento 1, en conjunción con el experimento 2, tratan de responder
también a la cuestión de si los efectos de antagonistas NMDA son similares a los
producidos por lesiones hipocampales. Para ello, en este experimento se emplea una
tarea de aprendizaje no sensible a la extirpación del hipocampo, en tanto que en el
experimento 2 se emplea una tarea perjudicada por la misma. La tarea que empleamos
en el experimento 1, el condicionamiento de demora corta, no es sensible a la
extirpación del hipocampo. Aunque este hecho no se ha estudiado directamente
utilizando el condicionamiento de entrada al comedero, hay diversos estudios con el
condicionamiento de la respuesta de la membrana nictitante (NMR) del conejo que así
lo muestran (Schmaltz y Theios, 1972; Solomon, 1977; Solomon y Moore, 1975;
Solomon, Solomon, Vander Schaaf y Perry, 1983; Solomon et al., 1986). Por tanto, en
la medida en que la administración de ketamina muestre efectos similares a los
producidos por lesiones hipocampales, en este experimento no deberían obtenerse
efectos de la ketamina a ninguna de las dosis utilizadas (P8; ver introducción del
capítulo IV). Con un planteamiento similar, Thompson y Disterhoft (1997b) estudiaron
el efecto de dos antagonistas NMDA (PCP y MK-801) sobre el condicionamiento de
demora y huella con un procedimiento de condicionamiento de la NMR en conejos.
Encontraron un bloqueo completo en el condicionamiento de huella y un retraso en el
condicionamiento de demora (ver capítulo IV).
En el condicionamiento de entrada al comedero de demora corta un estímulo
(EC) precede en algunos segundos y termina junto a la caída de una bolita de comida
(EI). Como consecuencia de la relación dispuesta los animales terminan asociando el
sonido con la comida, entrando al comedero en el periodo de duración del EC. Ésta es
la respuesta condicionada (RC). Con objeto de conocer los efectos motores de la
ketamina a las diferentes dosis utilizadas sobre la RC, medimos también las entradas al
comedero en un periodo previo a la aparición del EC. A partir de las dos medidas
(entradas al comedero durante el EC y entradas al comedero previamente al EC)
elaboramos la razón de facilitación (RF) como medida de condicionamiento.
Asimismo, el análisis de las entradas al comedero previas al EC nos sirvieron para
conocer el efecto motor de la ketamina sobre la respuesta de entrada al comedero43. En
43
Sin duda, la respuesta de entrada al comedero en ausencia del EC es una medida incompleta de la actividad
motora. No obstante, dado que nuestro objetivo fundamental con ella es conocer posibles efectos motores de la
ketamina con objeto de distinguirlos de los efectos sobre el aprendizaje, nos interesa conocer el grado en que la
374
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Experimento 1
229
función del conjunto de datos expuestos en el capítulo II sobre efectos conductuales de
la ketamina podrían esperarse efectos hiperlocomotores del fármaco, que podrían
afectar a las entradas al comedero, contaminando así la RC. La medida de estos efectos
es, por tanto, una forma de conocer su influencia sobre las entradas al comedero en
presencia del EC (RC). Aunque un efecto hiperlocomotor sobre las entradas al
comedero es esperable, resultaría deseable, de cara a eliminar la existencia de efectos
colaterales del fármaco de la interpretación de los resultados, que no existan
diferencias entre los grupos tratados con ketamina y los no tratados. Con este objetivo
hemos empleado tiempos de recuperación tras la administración del fármaco
sensiblemente mayores que los empleados en otros experimentos que evalúan el efecto
de la ketamina sobre el aprendizaje a dosis similares (Lalonde y Joyal, 1991, 1993;
Robinson y Crawley, 1993; Welzl et al., 1990; Wesierska et al., 1990) y muy cercanos
al límite temporal en que estos efectos desaparecen (ver capítulo II).
2. Diseño y variables
Para el estudio del efecto de la ketamina sobre el aprendizaje se utilizaron dos
variables independientes: dosis del fármaco (dosis) y sesiones de condicionamiento,
agrupadas en bloques de dos sesiones (bloques). El resultante es un diseño factorial
con un factor de agrupamiento con cuatro niveles (0 mg/kg, 6 mg/kg, 15 mg/kg y 37
mg/kg de ketamina) y un factor intrasujetos de medidas repetidas (bloques 1º, 2º, 3º, 4º
y 5º)44. En este diseño, la adquisición del condicionamiento viene reflejado por el
efecto principal bloques y el efecto principal dosis sería indicativo del efecto de las
dosis de ketamina sobre la RC, independientemente de las sesiones de
condicionamiento. El efecto en el que estamos interesados, el efecto de la ketamina
sobre el aprendizaje, viene representado por la interacción (dosis x bloques). Para
estudiar el efecto de la ketamina sobre la recuperación, una vez efectuado el
condicionamiento el grupo tratado con solución salina fue inyectado en una sesión
posterior con ketamina (37 mg/kg).
La medida de condicionamiento utilizada es la razón de facilitación (RF). Ésta se
confecciona siguiendo la misma lógica que se sigue en la razón de supresión en el
condicionamiento de la respuesta emocional condicionada (Estes y Skinner, 1947). En
concreto, mediante la fórmula: RF = a / (a+b), donde b es el número de respuestas
respuesta escogida como índice de condicionamiento (entradas al comedero) se ve afectada directamente por el
fármaco.
44 Se utilizaron bloques de dos sesiones, en lugar de sesiones, en un intento de reducir la gran variabilidad
intrasujeto. Sin embargo, al ser el número de sesiones impares, el último bloque (5º) coincide con la última
sesión (9ª).
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230
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
emitidas45 durante el EC y a el número de respuestas durante el periodo de igual
duración al EC justamente anterior a éste. En caso de que a y b fueran iguales RF sería
0.5, lo que indicaría ausencia de condicionamiento. El condicionamiento total se
produciría cuando el animal entrase al comedero sólo durante el EC. En ese caso RF
sería 1, al ser b igual a 0. Para calcular las RF para cada bloque, se sumaron las
respuestas a y b dadas en los 40 ensayos de condicionamiento de ese bloque,
aplicándose sobre esas sumas la fórmula.
Como un índice de la posible alteración motora producida por la ketamina en los
sujetos, y en particular por el grado en que esta alteración pudiera afectar a la RC
(entrada al comedero durante el EC), se registró durante 10 segs. en ausencia del EC la
actividad de los sujetos en el comedero.
3. Método
3.1. Sujetos
Se utilizaron 32 ratas Wistar macho con 90 días de edad aproximadamente a la
llegada al laboratorio y 305 gramos de peso aproximadamente al comienzo de la fase
de privación. Las ratas no habían participado en ningún otro experimento previo.
3.2. Procedimiento
Administración del fármaco
Antes de cada sesión de condicionamiento, las ratas eran inyectadas. i.p. con
ketamina o ClNa. El tiempo entre la inyección del fármaco y el inicio de la sesión
dependió de la dosis del fármaco. Para la dosis de 6 mg/kg (grupo K06) era de 20
minutos, para la de 15 mg/kg (grupo K15) de 30 minutos y para la de 37 mg/kg (grupo
K37) y el grupo inyectado con ClNa (grupo Salino) de 45 minutos. Estos intervalos
fueron escogidos según experimentos piloto y de acuerdo a los datos expuestos en el
capítulo II sobre efectos conductuales de la ketamina.
Condicionamiento
45
Las fotocélulas instaladas en el interior de los comederos para detectar las entradas del hocico del animal
presentaban una gran sensibilidad a cualquier movimiento del hocico en el interior del comedero. Esto hace que
el registro obtenido sea un índice de actividad en el interior del comedero, más que del número de entradas al
mismo. En todo caso, estos registros son una función directa tanto del número de entradas al comedero como del
tiempo de permanencia en él, estando ambas medidas altamente correlacionadas según estudios paramétricos
previos (Caño, Aguado y Menéndez, 1991), por lo que tiene la misma utilidad para nuestros propósitos.
374
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Experimento 1
231
Se efectuaron un total de 9 sesiones de condicionamiento, una diaria. El grupo
Salino disfrutó de una sesión adicional al término de las 9 anteriores con objeto de
estudiar el efecto de la ketamina sobre la recuperación. Cada sesión constaba de 20
ensayos y tenía una duración de 45 minutos. El entrenamiento tenía lugar entre las
14:00 y las 20:00. Los animales eran introducidos por grupos (n=8) en las Cajas de
Skinner, balanceándose cada día el orden de entrada de cada grupo. En cada sesión los
animales eran expuestos a un entrenamiento de condicionamiento clásico de demora 5
segundos. El EC era un tono de 1200 hz y 85 db. La duración del EC era de 5 segs.
(demora) tras los cuales caía una bolita de comida (EI). Como consecuencia de la
exposición a esta relación, los animales entraban al comedero durante el periodo de
duración del EC (RC). El intervalo entre ensayos (IEE) medio fue de 126 segundos. En
cada sesión se registraban el número de entradas al comedero durante 5 segundos en
ausencia del EC y durante los 5 segundos de duración de éste, con las que se
confeccionaba la RF, medida del condicionamiento.
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición
Con objeto de determinar el efecto de las diferentes dosis de ketamina sobre la
adquisición del condicionamiento se realizó un ANOVA mixto sobre las RF, con
bloques de dos sesiones de condicionamiento (bloques) como factor de medidas
repetidas y el tratamiento farmacológico (dosis) como factor de agrupamiento. El
resultado obtenido muestra ausencia de efecto de la dosis (F[3,28]=2.05; p>0.1), efecto
de bloques (F[4,112]=2.85; p<0.05) y efecto de la interacción entre ambas
(F[12,112]=2.42; p<0.05). El efecto dosis x bloques muestra que la ketamina, en
interacción con las sesiones de condicionamiento, puede explicar en parte las
diferencias encontradas en RF. La ausencia de diferencias significativas del efecto
principal dosis es un resultado complementario, que indica que la ketamina, por sí sola,
no afecta a las RF. El efecto principal bloques podría estar indicando una adquisición
general del condicionamiento independientemente de la administración de ketamina.
Sin embargo, teniendo en cuenta que la interacción es significativa, parece más
probable que el efecto principal bloques sea producido por la magnitud de la diferencia
entre bloques de sólo algunos de los grupos. La observación de las medias apoya esta
segunda interpretación. En todo caso, se necesitan análisis posteriores para aclarar esta
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232
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
cuestión. La tabla 6.1 muestra las medias y desviaciones típicas de las RF en este
experimento. En la figura 6.1 se representan las curvas de aprendizaje de cada grupo.
Razones de Facilitación
0,9
Salino
K06
K15
1º
2º
3º
Bloques
K37
0,8
0,7
0,6
0,5
4º
5º
Figura 6.1. Curvas de adquisición del condicionamiento (puntuaciones medias).
Tabla 6.1. Razones de facilitación medias y desviaciones típicas de los diferentes grupos
por bloques de dos sesiones.
Salino
K06
K15
K37
M
SD
M
SD
M
SD
M
SD
1º
0.67
0.10
0.65
0.10
0.63
0.12
0.62
0.10
Bloques
3º
0.76
0.14
0.68
0.14
0.68
0.15
0.62
0.11
2º
0.80
0.14
0.66
0.17
0.64
0.13
0.76
0.13
4º
0.77
0.16
0.64
0.15
0.73
0.15
0.57
0.10
5º
0.80
0.14
0.64
0.14
0.70
0.17
0.62
0.14
Para explorar el efecto de la interacción se realizaron contrastes entre los
diferentes niveles de un factor dentro de cada nivel del segundo factor (efectos
simples). El estudio de las diferencias entre grupos en cada bloque de ensayos permite
determinar entre qué dosis se produjeron las diferencias. Asimismo, aunque el efecto
principal de bloques es significativo, para poder hablar de adquisición en cada grupo
374
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Experimento 1
233
deberían resultar significativas también las diferencias entre bloques dentro de cada
grupo.
En primer lugar, se buscaron las diferencias entre grupos por cada bloque. Los
análisis arrojaron diferencias significativas entre los diferentes grupos en el bloque
cuarto (F[3,28]=3.34; p<0.05) y tendentes a la significación en los bloques segundo
(F[3,28]=2.46; p<0.1), y quinto (F[3,28]=2.41; p<0.1). Asimismo, pruebas F
planeadas permitieron comparar las puntuaciones del grupo Salino con los inyectados
con ketamina dentro de cada bloque. La Tabla 6.2 muestra estos resultados. En ella se
observan diferencias para todos los grupos tratados con ketamina, más acusadas en el
grupo K37. Las medias muestran que la dirección de estas diferencias es indicativa de
un menor condicionamiento en los grupos tratados con ketamina que en el grupo
Salino.
Tabla 6.2. Grupos que difieren del Salino por cada bloque. Los contrastes significativos
son, de izqda. a dcha., para K06: F(1,28)=4.16, F(1,28)=3.45, F(1,28)=5.03; para K15
F(1,28)=5.14; para K37: F(1,28)=4.43; F(1,28)=8.23, F(1,28)=5.73.
1º bloque 2º bloque 3º bloque 4º bloque 5º bloque
K06
*
+
*
K15
*
K37
*
**
*
**p<0.01; *p<0.05; +p<0.1
En segundo lugar, se buscaron las diferencias entre bloques dentro de cada grupo.
Además de permitir explorar la interacción, este análisis permite complementar el
resultado obtenido que muestra un efecto principal de bloques. Los resultados
mostraron diferencias entre los diferentes bloques para el grupo Salino y el K37, pero
no para los grupos K06 y K15 (Salino: F[4,112]=3.15, p<0.05; K06: F[4,112]=0.20,
p>0.1; K15: F[4,112]=1.85, p>0.1; K37: F[4,112]=4.90, p<0.01). Una interpretación
de estas diferencias en bloques para los grupos Salino y K37 es que muestran un efecto
de adquisición del condicionamiento. No obstante, si bien es cierto que la diferencia
entre bloques podría representar un efecto de adquisición, no cualquier diferencia entre
bloques es coherente con este efecto. Suponiendo en el primer bloque el mínimo
condicionamiento, la diferencia debe producirse entre el resto de bloques y el primero,
y debe ser más clara con el transcurso del entrenamiento. Así, se realizaron contrastes
(F planeadas) en los diferentes grupos entre el primer bloque y cada uno de los
restantes. Un efecto de adquisición debería quedar reflejado en que los últimos bloques
fueran significativamente mayores que el primero. Los resultados aparecen en la tabla
6.3.
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234
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Tabla 6.3. Bloques que difieren significativamente del primero en cada grupo. Los contrastes
significativos o tendentes son, de izqda. a dcha., para Salino: F (1,28)=4.98; F (1,28)=3.25; F
(1,28)=3.65, F(1,28)=5.62; para K15: F(1,28)=3.61; para K37: F(1,28)=5.29.
Salino
K06
K15
K37
2º bloque
*
3º bloque
+
4º bloque
+
5º bloque
*
+
*
*p<0.05; +p<0.1
Estos resultados muestran que sólo en el grupo Salino hay un efecto de
adquisición consistente. El grupo K06 no muestra signos algunos de adquisición, y el
grupo K15 indicios muy débiles (sólo el bloque 4º es tendente a la significación
estadística). Asimismo, respecto al grupo K37 tampoco se observa un efecto de
adquisición, ya que ninguno de los últimos bloques difiere del primero. Por tanto, el
efecto de bloques dentro del grupo K37 no significa que exista adquisición en este
grupo. En la figura 6.1 se puede observar que este efecto podría estar explicado, no por
la diferencia respecto al primer bloque, (que sería una evidencia de adquisición), sino
por las diferencias respecto al segundo. Nuevas comparaciones así lo mostraron.
Además del primer bloque, diferían del segundo los bloques tercero (F[1,28]=14.30;
p<0.01), cuarto (F[1,28]=25.84; p<0.01) y quinto (F[1,28]=17.06, p<0.01). Así, el
nivel alcanzado en el segundo bloque no puede interpretarse como un efecto de
adquisición, ya que no se mantiene en ningún otro bloque.
4.2. Efectos sobre la recuperación
Tras la última sesión de condicionamiento (sesión 9), el grupo Salino fue
sometido a una sesión adicional (sesión A), esta vez bajo el efecto de la ketamina (37
mg/kg). La comparación (prueba de Wilcoxon, una cola) del nivel de
condicionamiento entre ambas sesiones mostró un decremento significativo tras la
administración de ketamina (Z= -2.03, p<0.05). En la figura 6.2 pueden apreciarse las
medias y desviaciones típicas en cada sesión.
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Experimento 1
235
0.9
Razones de facilitación
0.81
0.8
0.7
0.7
0.6
0.5
Sesión 9
(Salino)
Sesión A
(Ketamina 37
mg/kg)
Figura 6.2. Prueba de recuperación tras la administración de ketamina al grupo Salino. Las medias
aparecen en la gráfica. Las desviaciones típicas fueron SD=0.14 para la sesión 9 y SD=0.13 para
la sesión A..
Los resultados muestran un decremento en la medida de condicionamiento tras la
administración de ketamina al grupo condicionado en ausencia de la misma. Este
resultado parece mostrar un efecto de la ketamina sobre la recuperación del
condicionamiento previamente adquirido. No obstante, el resultado podría también ser
interpretado en términos de SDL, como veremos en la discusión.
4.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del
EC
Como un índice de la actividad motora se utilizó la actividad en el interior del
comedero, tal y como era registrada por la fotocélula, durante los 10 segs. previos al
EC. Sobre esta medida se realizaron contrastes para estudiar las diferencias entre
grupos en los cinco bloques (prueba de Kruskal-Wallis). Los resultados mostraron
diferencias significativas en el bloque 5º (H=9.54, p<0.05) y tendentes a la
significación en el bloque 4º (H=7.12, p<0.1). El resto de resultados fueron: para el
bloque 1º (H=0.20, p>0.1), para el bloque 2º (H=2.45, p>0.1), y para el 3º (H=1.67,
p>0.1). En la figura 6.3 y tabla 6.4 pueden observarse las medias y desviaciones típicas
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Tabla 6.4. Medias y desviaciones típicas de las entradas al comedero durante 10 segs.
previos al EC en los diferentes grupos por bloque de dos sesiones.
Salino
K06
K15
K37
M
SD
M
SD
M
SD
M
SD
1º
26.5
15.84
27.75
10.92
30.5
19.49
25.75
15.28
2º
26.31
30.21
37.19
25.05
37.5
24.45
23.63
20.36
Bloques
3º
31.94
28.26
38.25
15.99
33
20.09
38.75
21.61
4º
22.69
21.04
50.94
31.61
38.94
27.38
54.31
34.86
5º
17.75
18.18
48.5
26.19
27.5
10.43
47.38
36.87
de las entradas al comedero durante ese periodo de tiempo por cada bloque. En ellas se
puede observar que, cuando existen diferencias, van en la línea de un mayor número de
respuestas en los grupos inyectados con ketamina en relación al Salino.
70
S alin o
K 06
K 15
K 37
Actividad en el comedero
60
50
40
30
20
10
1º
2º
3º
B lo q u e s
4º
5º
Figura 6.3. Actividad en el comedero durante 10 segs. en ausencia de EC (puntuaciones medias).
Para ver entre qué dosis se producían las diferencias se realizaron contrastes (MannWhitney, una cola) entre los diferentes grupos tratados con ketamina y el grupo Salino.
La tabla 6.5 muestra los resultados, en los cuales se aprecian diferencias significativas
en el bloque 4º en los grupos K06 y K37 y tendencia a la significación en el K15,
observándose en el bloque 5º diferencias significativas para todos los grupos.
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Experimento 1
237
Tabla 6.5. Grupos que difieren del grupo Salino. Los contrastes significativos o
tendentes son, de izda. a dcha., para K06: U=11, U=7; para K15: U=17.5, U=14.5;
para K37: U=11, U=14.
1º bloque 2º bloque 3º bloque 4º bloque 5º bloque
K06
*
**
K15
+
*
K37
*
*
**p<0.01; *p<0.05; +p<0.1 (una cola)
Además de esta diferencia entre los grupos inyectados con ketamina y el grupo
Salino, la figura 6.3 muestra una tendencia a incrementar la actividad en el comedero a
medida que avanza el entrenamiento en los grupos tratados con ketamina. Por el
contrario, el grupo Salino parece mostrar una tendencia contraria, reduciendo su
actividad con el transcurso del entrenamiento. Para comprobar estas tendencias
aparentes contrastamos la actividad en el comedero en los bloques 2º a 5º con el
primero. Los resultados se exponen en la tabla 6.6. Es importante destacar que la
diferencia significativa que se obtiene en el grupo Salino es de signo contrario a las
obtenidas con los grupos tratados con ketamina.
Tabla 6.6. Bloques que difieren significativamente del primero en cada grupo. Los
contrastes significativos son, de izqda. a dcha., para Salino: Z=-2.52; para K06:
Z=-1.54, Z=-2.10, Z=-1.96; para K37: Z=-2.10, Z=-2.10, Z=-1.75.
2º bloque
3º bloque
4º bloque
+
*
5º bloque
**
*
*
*
*
Salino
K06
K15
K37
**p<0.01; *p<0.05; +p<0.1 (una cola)
La tabla 6.6 confirma una mayor tendencia a entrar en el comedero para dos de
los grupos tratados con ketamina (K06 y K37), aunque no para el grupo K15.
Asimismo, respecto al grupo Salino, confirma la tendencia contraria. Esta tendencia a
disminuir la actividad en el comedero se hace patente, tras un leve incremento, a partir
del bloque 3º. De hecho, nuevos contrastes con este bloque mostraron diferencias
significativas en el bloque 4º (Z=-1.82, p<0.5) y tendentes a la significación en el 5º
(Z=-1.40, p<0.1).
En conjunto, estos resultados muestran una mayor tendencia a entrar en el
comedero en ausencia de estimulación por parte de los grupos tratados con ketamina,
resultado coherente con el conocimiento de que la ketamina muestra a estas dosis
efectos hiperlocomotores. Sin embargo, los resultados también muestran que las
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238
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
diferencias sólo se producen en los dos últimos bloques, lo que muestra una evolución
de las diferencias con el curso del entrenamiento. Este resultado no es tan fácilmente
explicable atendiendo al efecto hiperlocomotor de la ketamina, dado que éste, en
principio, debería producirse por igual en las primeras y últimas sesiones.
5. Discusión
5.1 Efectos sobre la adquisición
Los resultados, tal y como se aprecian en la figura 6.1, muestran la existencia de
un efecto perjudicial de la ketamina sobre la adquisición del condicionamiento. En el
grupo control se produce un condicionamiento alto y rápido. El nivel de aprendizaje
llega a un valor asintótico (RF=0.8) en el segundo bloque. Por contra, los grupos
tratados con ketamina tienen valores de RF entre 0.6 y 0.7 en el último bloque. Estas
diferencias aparentes se ven confirmadas por los análisis estadísticos, que muestran un
efecto significativo de la interacción dosis x bloques.
Por el contrario, el efecto principal bloques también resultó significativo, lo que
en principio podría sugerir un efecto general de adquisición, independientemente de la
administración de ketamina. Hay varios motivos para rechazar esta interpretación. En
primer lugar, el efecto de la interacción ya mencionado apunta a que hay diferencias
entre los grupos en relación a la adquisición del condicionamiento. En segundo lugar,
este efecto principal puede deberse a la magnitud del efecto en alguno de los grupos,
sin que ello implique que el efecto se esté produciendo en todos y cada uno de ellos.
De hecho, cuando se buscaron diferencias entre bloques dentro de cada uno de los
grupos no se encontraron diferencias en dos de los tres grupos tratados con ketamina
(K06 y K15). Aunque en el grupo K37 sí se encontraron diferencias entre bloques, no
puede hablarse de un efecto de adquisición del condicionamiento, pues la curva que
dibuja este grupo en nada se parece a una curva de adquisición. Tanto los bloques 1º
como los bloques 3º, 4º y 5º fueron significativamente menores que el bloque 2º, lo que
supone un incremento del bloque 1º a 2º, para producirse un decremento posterior
hasta el nivel inicial e incluso por debajo de él en los bloques 3º, 4º y 5º. En tercer
lugar, un efecto de adquisición debería producir diferencias entre los últimos bloques y
el primero, suponiendo en éste el mínimo nivel de condicionamiento. La tabla 6.3
muestra el resultado de estos contrastes. El grupo Salino mostró para los cuatro
bloques siguientes al 1º diferencias significativas o muy cercanas a la significación
estadística en contrastes con el bloque 1º. El grupo K06 no mostró diferencias en
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Experimento 1
239
ninguno de los cuatro bloques siguientes. El grupo K15 mostró tan sólo tendencia a la
significación estadística en el bloque 4º. Por último, el grupo K37 tampoco mostró
diferencias en ninguno de los últimos tres bloques, e incluso mostró un decremento
significativo entre estos tres bloques y el bloque 2º. En definitiva, el efecto principal
bloques no está reflejando una adquisición del condicionamiento en cada uno de los
grupos. Un análisis más detenido muestra que este efecto sólo es significativo en los
grupos Salino y K37, y sólo en el primero puede concluirse que es representativo de
adquisición del condicionamiento.
Las diferencias entre los distintos grupos en cada uno de los bloques también
muestran efectos en la línea de un detrimento en la adquisición del condicionamiento
por parte de los grupos tratados con ketamina. En la tabla 6.2 se observa que los tres
grupos tratados con ketamina muestran niveles de condicionamiento significativamente
menores que el grupo Salino en algunos de los cinco bloques. De los tres grupos
tratados con ketamina, el que muestra diferencias más consistentes con el grupo Salino
es el K37, como era de esperar, al ser la máxima dosis del fármaco empleada y la única
que se ha mostrado eficaz para bloquear la PLP. Este grupo difiere significativamente
del Salino en los bloques 3º, 4º y 5º. En el otro lado, el grupo que difiere menos
consistentemente del Salino es el grupo K15 (sólo lo hace en el segundo bloque),
siendo incluso más sólidas las diferencias encontradas en el grupo K06, con la dosis
menor del fármaco. En conjunto, los resultados muestran un detrimento claro en la
adquisición del condicionamiento producido por la ketamina a la dosis de 37 mg/kg, y
detrimentos, aunque menos consistentes, a dosis menores.
Antes de continuar con la discusión de más resultados merece la pena hacer
algunas consideraciones sobre algunos problemas que puede presentar la lógica de los
análisis de datos hasta ahora discutidos. En primer lugar, que en la figura 6.1 puedan
observarse diferencias claras entre los grupos tratados con ketamina y el grupo Salino,
y que estas diferencias estén refrendadas por los distintos análisis estadísticos no
implica que no haya adquisición del condicionamiento en los grupos tratados con
ketamina. Implica, simplemente, que hay diferencias entre su adquisición y la
adquisición de un grupo control. De ellos puede concluirse, por tanto, un deterioro en
la adquisición, nunca una ausencia de la misma. De hecho, la medida de
condicionamiento elegida, la RF, permite decir que sí hay adquisición del
condicionamiento en los grupos tratados con ketamina, ya que en todos los casos las
RF son superiores a 0.5 (ausencia de condicionamiento). En realidad, las RF se sitúan
entre 0.6 y 0.7, y una RF de 0.66 implica que el animal entra el doble de veces al
comedero en presencia del EC que en su ausencia. En todo caso, conviene recordar que
nuestro objetivo en este trabajo es estudiar si la ketamina produce un deterioro en el
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240
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
condicionamiento, no un bloqueo total del mismo. Paralelamente, no se espera que la
ketamina, ni ningún otro antagonista NMDA, produzca un bloqueo absoluto de los
receptores NMDA ni de la PLP.
En segundo lugar, uno de los análisis que hemos utilizado para concluir la
existencia de adquisición del condicionamiento es el de estudiar el efecto de bloques
dentro de cada grupo, para posteriormente contrastar los bloques 2º a 5º con el bloque
1º. De estos contrastes se deduce un efecto de adquisición cuando los últimos bloques
son significativamene diferentes del 1º. Sin embargo, puede ocurrir que en el bloque 1º
exista ya un nivel de condicionamiento alto, con lo que los contrastes con este bloque
podrían quedar sin significación estadística no porque no exista adquisición, sino
porque ésta se haya desarrollado ya asintóticamente en el bloque 1º, produciendo así un
efecto techo. Este problema es más agudo si la primera medida supone ya una
considerable experiencia de aprendizaje, como ocurre en nuestro experimento, donde
los bloques de dos sesiones suponen un total de 40 ensayos de condicionamiento.
Podría, por tanto, argumentarse que los grupos tratados con ketamina podrían haber
mostrado adquisición del condicionamiento si se hubiesen elegido conjuntos de
ensayos menores (5 o 10 ensayos, por ejemplo). Si bien esto es cierto, no invalida el
análisis que hemos realizado, ni las conclusiones que de él se derivan, teniendo en
cuenta, de nuevo, que nuestro objetivo no es estudiar si se produce adquisición del
condicionamiento, en términos absolutos, en los grupos tratados con ketamina, sino si
la adquisición se ve deteriorada en relación a la adquisición de un grupo entrenado sin
ketamina. El problema surgiría si en el grupo control se alcanzara un nivel asintótico
ya en el primer bloque. En este caso, evidentemente, no podrían utilizarse bloques de
dos sesiones para estudiar la adquisición del condicionamiento a partir de contrastes
del resto de bloques con el 1º. Sin embargo, no es esto lo que ocurre en nuestro
experimento. El grupo Salino muestra un nivel de condicionamiento en el primer
bloque similar e incluso superior a los tratados con ketamina y, sin embargo, está lejos
de resultar asintótico. Los bloques siguientes muestran niveles de condicionamiento
claramente superiores. Así, si la asíntota de condicionamiento para el resto de grupos
está en el nivel alcanzado en el primer bloque, que es similar al alcanzado por el
Salino, la interpretación a realizar, de acuerdo con nuestro objetivo, es que el nivel de
condicionamiento bajo los efectos de la ketamina es menor que en el grupo Salino. Por
supuesto, como dijimos anteriormente, esto no es decir que no exista condicionamiento
en absoluto en los grupos tratados con ketamina.
En resumen, respecto a la adquisición del condicionamiento, nuestros resultados
muestran que éste queda deteriorado por la administración de ketamina. Este resultado
muestra un efecto de la ketamina sobre la adquisición, coherente con el efecto de los
374
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Experimento 1
241
receptores NMDA en la inducción de PLP (P.1). Por otro lado, el hecho de que se haya
obtenido este efecto sobre una tarea no sensible a la extirpación del hipocampo no
apoya un paralelismo entre efectos de antagonistas NMDA y de lesiones hipocampales
sobre el aprendizaje (P.8).
Nuestros resultados muestran también que, aunque el deterioro en el aprendizaje
se produce en todos los grupos, es más consistente en el grupo K37. La mayor
consistencia en el efecto sobre el aprendizaje en el grupo K37 es coherente con el
conocimiento de que esta dosis es suficiente para bloquear la PLP y sugiere que el
fármaco podría estar produciendo el detrimento en el aprendizaje mediante este
bloqueo. Sin embargo, los efectos obtenidos en los grupos K06 y K15 no pueden, en
principio, ser imputados al bloqueo de la PLP, ya que no se conocen estudios que
muestren bloqueo de la PLP a esas dosis. ¿Cómo podría explicarse, entonces, este
efecto? Por un lado, no puede excluirse que la ketamina también bloquee la PLP a
dosis inferiores a 30 mg/kg, aunque esto todavía no haya sido documentado. Por otro
lado, existe la posibilidad de que la ketamina perjudique el aprendizaje por
mecanismos diferentes a su bloqueo de la PLP. En este sentido, la explicación
alternativa más extendida es que los antagonistas NMDA pueden afectar el aprendizaje
debido a sus efectos sensoriomotores (Keith y Rudy, 1990). Por último, no puede
excluirse que la ketamina esté afectando al aprendizaje por mecanismos diferentes a las
dosis de 6 y 15 mg/kg por un lado (efectos sensoriomotores), y de 37 mg/kg por otro
(efectos sensoriomotores más bloqueo de la PLP). Si este fuera el caso, los efectos
propios de la dosis de 37 mg/kg podrían aislarse neutralizando los efectos
sensoriomotores. En el experimento 3 estudiamos de nuevo el condicionamiento de
demora corta introduciendo algunas modificaciones procedimentales con objeto de
reducir la posible contribución de los efectos inespecíficos de la ketamina sobre el
aprendizaje.
5.2. Efectos sobre la recuperación
La figura 6.2 muestra un detrimento en el nivel de condicionamiento en el grupo
entrenado con Salino durante 9 sesiones cuando en una sesión posterior (sesión A) fue
tratado con ketamina (37 mg/kg). Esta diferencia viene avalada por el análisis
estadístico efectuado. El detrimento en la medida de condicionamiento tras la
administración de ketamina puede ser considerada como un efecto de la ketamina
sobre la recuperación de la huella de memoria. Este resultado es contrario al esperado
según la implicación de los receptores NMDA en la PLP (P.2), dado que su bloqueo no
afecta al mantenimiento ni la expresión de la misma. Sin embargo, una interpretación
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
alternativa parece inmediata. El detrimento puede ser un efecto de SDL. En la sesión 9
los sujetos estaban bajo un estado o contexto interno, el habitual en ausencia de
ketamina. En este contexto los animales aprendieron la relación entre el tono y la
comida, entrando al comedero en el periodo en que el tono estaba activo y evitando
entrar cuando estaba ausente. Sin embargo, en la sesión A las ratas estaban en un
contexto interno diferente. Como el portero irlandés del que informaba Combe (ver
capítulo V), es posible que las ratas “olvidaran” bajo el nuevo contexto lo que habían
aprendido en un contexto diferente. Sin embargo, este “olvido” no puede atribuirse a
un efecto del fármaco sobre la huella de memoria, sino a un simple cambio en el
contexto interno. Puede ser explicado, en definitiva, como una forma de control
contextual de la RC (Overton, 1985).
Al problema de una interpretación alternativa en términos de SDL se enfrenta
inevitablemente un experimento que busque el efecto de un fármaco sobre la
recuperación, dado que ello implica un cambio entre el estado interno en el que se
produce la adquisición (sin fármaco) y el estado interno de la prueba de recuperación
(bajo los efectos del fármaco). En el caso en el que los resultados no muestren un
detrimento en el nivel de aprendizaje el experimento es concluyente: no hay efectos del
fármaco sobre la recuperación. Sin embargo, cuando los resultados muestran
diferencias en el nivel de aprendizaje se hacen necesarios controles adicionales para
excluir la interpretación de SDL. En el experimento 3 se vuelve a estudiar el efecto de
la ketamina sobre la recuperación del condicionamiento de demora corta con un diseño
que tiene como objeto aislar el efecto de SDL.
5.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del
EC
En la figura 6.3 se observa una mayor tendencia a entrar en el comedero en
ausencia del EC en los grupos tratados con ketamina. Los análisis estadísticos
confirman estas diferencias para los bloques 4º y 5º. En estos bloques todos los grupos
tratados con ketamina mostraron una actividad en el comedero superior al grupo Salino
estadísticamente significativa. Una actividad en el comedero superior en los grupos
tratados con ketamina es coherente con el conocimiento de que la ketamina produce
efectos hiperlocomotores a las dosis que en este experimento hemos utilizado (ver
capítulo II). Presumiblemente, estos efectos hiperlocomotores estarían afectando
diversas conductas de las ratas en el interior de las Cajas de Skinner, entre ellas la
actividad en el comedero, contaminando así nuestra RC. Como apuntábamos en el
capítulo V, éste es uno de los problemas con que se encuentran los experimentos que
374
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Experimento 1
243
estudian el efecto amnésico de fármacos antagonistas de receptores NMDA. A pesar de
que el tiempo de recuperacion empleado para las diferentes dosis es sensiblemente
superior al empleado en otros experimentos con dosis similares, y que los tiempos de
recuperación empleados para cada dosis deberían ser suficientes para que
desaparecieran los efectos hiperlocomotores según diversos estudios sobre la
farmacodinámica del efecto hiperlocomotor de la ketamina (ver capítulo II), la
ketamina ha afectado la actividad en el comedero a todas las dosis estudiadas. Estos
resultados justifican que hayamos utilizado como medida de condicionamiento las RF
en lugar de contabilizar directamente la RC.
No obstante, un análisis más exhaustivo de estos resultados muestra algunos
aspectos intrigantes. Las diferencias entre los grupos tratados con ketamina y el grupo
Salino se producen a medida que avanza el condicionamiento, resultando
estadísticamente significativas sólo en los dos últimos bloques. De hecho, en el primer
bloque la actividad en el comedero es similar en todos los grupos. Sin embargo, no es
esto lo que cabría esperar, en principio, si los efectos sobre la actividad en el comedero
de la ketamina fueran un simple índice de su efecto hiperlocomotor, dado que el efecto
hiperlocomotor debería producirse desde el bloque 1º y ser similar en todos los
bloques. Varias interpretaciones pueden darse a este aparente efecto de adquisición de
la actividad en el comedero en ausencia del EC.
En primer lugar, conviene reparar en que la actividad en el comedero no es una
medida limpia de actividad locomotora, sino que, desde el comienzo del
entrenamiento, es una medida contaminada por las contingencias de aprendizaje en el
interior de la Caja de Skinner. En el interior del comedero suele encontrarse comida, en
tanto que nunca se encuentra comida fuera del comedero en el contexto de la Caja de
Skinner. Esto supone una relación de contingencia positiva entre el comedero y la
comida (aunque baja, dado que en todo el tiempo en que el sonido está ausente el
comedero no dispone de comida), que, presumiblemente, debe alterar el valor
motivacional del comedero, haciéndolo más atractivo para la rata. En realidad, el
comedero actuaría como un complejo estimular predictor de la comida, al igual que el
sonido, también predictor de la comida, aunque éste con una contingencia perfecta (no
existen ocasiones en que el sonido no vaya seguido de comida ni ocasiones en que la
comida aparezca sin ir precedido del sonido). Así, un aumento en el número de
entradas al comedero con el curso del entrenamiento podría significar una progresiva
adquisición de la relación entre el comedero y la comida. Esto podría explicar el
aumento de la actividad en el comedero con el desarrollo del entrenamiento en los
grupos tratados con ketamina. Sin embargo, también debería esperarse una
competencia entre el comedero y el tono, mucho mejor relacionado con la comida, para
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244
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
adquirir fuerza asociativa con la comida. Esto debería llevar a que, a medida que
avanza el entrenamiento, el tono fuera ganando fuerza asociativa con la comida y el
comedero perdiéndola, disminuyendo las entradas al comedero en ausencia del tono.
Este fenómeno sólo se aprecia, sin embargo, en el grupo Salino. En los grupos tratados
con ketamina, la actividad en el comedero en ausencia del EC continuó aumentando a
lo largo de los cinco bloques. Por tanto, el aumento de las entradas al comedero en
ausencia del EC podría explicarse por un déficit en el aprendizaje de las contingencias
de la situación, y en particular de la validez relativa del tono y el comedero para
predecir la comida. Según este análisis, nada tendría que ver este aumento con un
efecto hiperlocomotor de la ketamina.
Sin embargo, los datos sobre actividad motora en ausencia del EC son también
coherentes con una explicación mixta. Entrar en el comedero es una conducta artificial
en una Caja de Skinner (a diferencia de otras conductas producidas por las ratas de
forma natural indicadoras de su actividad y que suelen medirse en un campo abierto,
como excarbar, acicalarse, cruzarse, etc.). Así, incluso aunque la ketamina ejerciera un
efecto hiperlocomotor, éste sólo podría hacerse patente sobre la actividad en el
comedero a medida que las ratas aprendieran a realizar esta conducta, y esto ocurre con
el curso del entrenamiento. Podría, por tanto, ser un efecto sobre el aprendizaje en
interacción con un efecto hiperlocomotor el que explicara el aparente efecto de
adquisición de la actividad en el comedero en ausencia del EC.
En definitiva, la interpretación del incremento de actividad en el comedero en
ausencia del EC es compleja. Ni un efecto hiperlocomotor del fármaco ni las
contingencias presentes en la situación de aprendizaje pueden ser excluidas de la
interpretación. Para disociar la contribución relativa de cada una de estas potenciales
explicaciones se requiere una medida locomotora independiente de las contingencias
de aprendizaje. No obstante, esto queda fuera del objetivo del presente trabajo, en el
que nuestro interés en los efectos motores de la ketamina está subordinado a nuestro
interés por conocer su efecto sobre el aprendizaje. Los resultados expuestos muestran
que los efectos hiperlocomotores no pueden excluirse, aunque tampoco pueda
asegurarse su existencia, y justifican la adopción de medidas para prevenir que puedan
confundirse con efectos sobre el aprendizaje, tales como utilizar RF y dejar tiempos de
recuperación entre la inyección de ketamina y el entrenamiento suficientemente
grandes.
374
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CAPÍTULO VII. EXPERIMENTO 2. EFECTO DE LA KETAMINA SOBRE
EL CONDICIONAMIENTO DE HUELLA
1. Introducción
2. Diseño y variables
3. Método
3.1. Sujetos
3.2. Procedimiento
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición al EC
4.2. Efectos sobre la adquisición a la huella
4.3. Efectos sobre la recuperación
4.4. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC
5. Discusión
5.1. Efectos sobre la adquisición
5.2. Efectos sobre la recuperación
5.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC
245
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Capítulo VII
Experimento 2. Efecto de la ketamina sobre el
condicionamiento de huella
1. Introducción
El experimento 2 es complementario al experimento 1. En aquél estudiábamos el
efecto de la ketamina sobre una tarea insensible a la extirpación del hipocampo. En el
experimento 2 estudiamos el efecto de la ketamina sobre una tarea sensible a la
extirpación del hipocampo utilizando el mismo procedimiento de aprendizaje utilizado
en el experimento 1. Aunque ha habido diversos estudios que han comparado los
efectos de antagonistas NMDA en tareas sensibles e insensibles a la extirpación del
hipocampo, generalmente han empleado procedimientos diferentes, que hacen
problemática la comparación entre tareas (Lyford y Jarrard, 1991; Morris et al., 1986;
Robinson et al., 1989; Staubli et al., 1989; ver, sin embargo, Thompson y Disterhoft,
1997b, para una comparación utilizando el mismo procedimiento).
En este experimento estudiamos el efecto de la ketamina sobre el
condicionamiento de huella, utilizando el mismo procedimiento y estímulos que en el
experimento 1. La única diferencia con el experimento anterior es la existencia de un
periodo de tiempo entre el final del EC y el EI (huella) de 5 segs. Diversos estudios
muestran que esta discontinuidad temporal hace que la tarea se vuelva sensible a la
lesión del hipocampo. Aunque este hecho no se ha estudiado directamente utilizando el
condicionamiento de entrada al comedero, sí se ha obtenido con otra tarea de
condicionamiento que requiere múltiples emparejamientos: el condicionamiento de la
respuesta de la membrana nictitante (NMR) en conejos. Así, se han descrito
247
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248
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
desviaciones en la sincronización de la NMR en animales hipocampotomizados con
respecto a animales control (James et al., 1987; Port et al., 1986). Más importante,
Solomon y colaboradores (1986) han descrito que la lesión del hipocampo impide por
completo el condicionamiento de huella de la NMR, en tanto que no afecta al
condicionamiento de demora.
Respecto al diseño, el experimento es también idéntico al anterior. Para estudiar
el efecto de la ketamina sobre la adquisición se utilizaron dosis de ketamina de 6, 15 y
37 mg/kg, además de un grupo inyectado con solución salina. Asimismo, para estudiar
el efecto de la ketamina sobre la recuperación, una vez terminado el entrenamiento el
grupo Salino fue inyectado con ketamina (37 mg/kg) en una sesión adicional.
De nuevo, según la implicación de los receptores NMDA en la PLP, las
predicciones son que la ketamina debe afectar la adquisición del condicionamiento
(P.1), pero no su recuperación cuando éste ya ha sido adquirido (P.2). La diferencia en
cuanto a predicciones respecto a este experimento y el anterior se centra, por tanto, en
los efectos sobre la adquisición del condicionamiento. En la medida en que la
administración de ketamina muestre efectos similares a los producidos por las lesiones
hipocampales, deberían obtenerse efectos perjudiciales en este experimento, a
diferencia de lo que se esperaba en el experimento 1 (P.8).
Un fenómeno típico del condicionamiento de huella es un menor
condicionamiento al EC que en el condicionamiento de demora (Cooper, 1991;
Mackintosh, 1974; Pavlov, 1927), llegándose con el entrenamiento continuado a
producirse inhibición de las respuestas al EC y desplazamiento de la respuesta hacia la
huella (Hinson y Siegel, 1980; Kaplan, 1984). Así, en el experimento 2 se midió
también la RC durante el periodo de huella como medida complementaria de
condicionamiento.
2. Diseño y variables
El diseño es similar al empleado en el experimento 1, con un factor intergrupos
(dosis) y otro de medidas repetidas (bloques), ambos con los mismos niveles que en el
experimento anterior. Al igual que en el experimento 1, tras el condicionamiento el
grupo Salino fue inyectado con ketamina (37 mg/kg) para estudiar su efecto sobre la
recuperación.
La medida principal de condicionamiento fue la razón de facilitación (RF), como
medida del condicionamiento al EC. La confección de esta razón se realizó como se
describe en el experimento 1. El mismo esquema se repitió para confeccionar las
374
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Experimento 2
249
razones de facilitación al periodo de huella (RH), en este caso pasando a en la fórmula
de las RF a representar las respuestas recogidas durante el periodo de huella. Una
última variable medida fue la actividad en el comedero producida durante 10 segs. en
ausencia del EC, al igual que en el experimento 1. En resumen, se utilizaron dos
variables independientes (dosis y bloques) y tres variables dependientes (RF, RH y
actividad en el comedero en ausencia del EC).
3. Método
3.1. Sujetos
Se utilizaron 32 ratas Wistar macho con 90 días de edad aproximadamente a la
llegada al laboratorio y 325 gramos de media al comienzo de la fase de privación. Las
ratas no habían participado en ningún otro experimento previo.
3.2. Procedimiento
Administración del fármaco
Las dosis empleadas fueron las mismas que en el experimento 1, formándose
cuatro grupos (Salino, K06, K15 y K37). Los tiempos transcurridos para cada una de
las dosis entre la administración de ketamina y el inicio de la sesión de
condicionamiento fue el mismo que el empleado para el experimento 1.
Condicionamiento
Se efectuaron 9 sesiones de condicionamiento para los cuatro grupos, una por día.
El grupo Salino disfrutó de una sesión adicional al término de las 9 anteriores con
objeto de estudiar el efecto de la ketamina sobre la recuperación. El entrenamiento
tuvo lugar entre las 14:00 y las 20:00 horas. Los animales eran introducidos por grupos
(n=8) en las Cajas, balanceándose cada día el orden de entrada de cada grupo. Las
sesiones, de una duración de 45 minutos, constaban de 20 ensayos cada una. En cada
sesión los animales eran sometidos a un entrenamiento de condicionamiento clásico de
huella, en el que cada ensayo constaba de 5 segs. de EC, seguidos de otros 5 segs.
(huella) hasta la aparición del EI. Como en el experimento 1, el EC era un tono de
1200 hz y 85 db y el EI una bolita de comida. El IEE medio fue de 121 segundos. La
medida fundamental de condicionamiento fue la RF, descrita en el experimento 1.
Asimismo, se midió el condicionamiento a la huella, utilizando para ello la RH.
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250
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición al EC
Para estudiar el condicionamiento al EC, se realizó en primer lugar un ANOVA
de dos factores, uno de medidas repetidas (bloques) y otro de agrupamiento (dosis)
sobre las razones de facilitación al EC (RF). Los resultados arrojaron ausencia de
diferencias significativas para la dosis (F[3,28]=1.70; p>0.1) y para la interacción
(F[12,112]=1.21; p>0.1), y diferencias estadísticamente significativas para el efecto
bloques (F[4,112]=3.72; p<0.01). El efecto bloques puede estar indicando que hubo
adquisición del condicionamiento, independientemente de la dosis de ketamina. La
ausencia de efectos de dosis indica que el fármaco no afecta directamente a las RF.
Más importante para nosotros es la ausencia de efectos de interacción, que apunta a
que el fármaco no está influyendo en la adquisición del condicionamiento, tal y como
es medido por las RF. Las medias y desviaciones típicas de estos datos pueden
observarse en la figura y la tabla 7.1.
0,9
Razones de facilitación al EC
Salino
K06
K15
K37
0,8
Tabla 7.1. Medias de las razones de facilitación al EC y desviaciones típicas de los
diferentes grupos por bloque en el experimento 2.
0,7
Salino
K06
0,6
K15
K37
0,5
M
SD
M
SD
M
SD
M
SD
1º
0.64
0.07
0.57
0.03
0.57
0.07
0.57
1º 0.06
2º
0.64
0.1
0.58
0.09
0.67
0.04
0.62
2º 0.12
Bloques
3º
0.67
0.05
0.64
0.14
0.62
0.09
0.6
3º 0.1
4º
4º
0.68
0.1
0.65
0.12
0.68
0.08
0.57
0.09
5º
0.68
0.13
0.65
0.13
0.68
0.14
0.58
5º 0.09
Bloques
Figura 7.1. Curvas de adquisición del condicionamiento al EC (puntuaciones medias)
374
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Experimento 2
251
El hecho de que el efecto principal bloques sea estadísticamente significativo,
unido a que la interacción bloques x dosis no lo sea, sugiere un efecto de adquisición
del condicionamiento para todos los grupos, independientemente de su tratamiento con
ketamina. Para confirmar esta interpretación, realizamos otros análisis. En primer
lugar, se estudió el efecto simple de bloques dentro de cada grupo (dosis). Los
resultados mostraron diferencias significativas en bloques sólo para los grupos K06
(F[4,112]=2.52; p<0.05) y K15 (F[4,112]=3.38; p<0.05), y ausencia de diferencias
para los grupos K37 (F[4,112]=0.79; p>0.1) y Salino (F[4,112]=0.65; p>0.1). Estos
resultados fueron complementados con contrastes entre los bloques segundo a quinto
con el primero (suponiendo en éste condicionamiento mínimo). Estos contrastes, de
nuevo, no arrojaron ninguna diferencia estadísticamente significativa en los grupos
Salino y K37. Para los otros dos grupos, estas diferencias están recogidas en la tabla
7.2.
Tabla 7.2. Bloques que difieren significativamente del primero en cada grupo. Los
contrastes significativos son, de izqda a dcha., para K06: F(1,28)=4.01, F(1,28)=4.55,
F(1,28)=3.90; para K15: F(1,28)=10.39; F(1,28)=7.56, F(1,28)=6.66.
2º bloque
Salino
K06
K15
K37
**
3º bloque
4º bloque
5º bloque
*
*
**
*
*
**p<0.01; *p<0.05
La ausencia del efecto simple bloques y los posteriores contrastes con el bloque
1º en el grupo Salino parecen indicar, en una primera lectura, ausencia de
condicionamiento en ese grupo. No obstante, este resultado también puede deberse al
nivel de condicionamiento obtenido por ese grupo en el primer bloque. De hecho, eso
es lo que parece deducirse de la figura 7.1. El nivel de condicionamiento entre el grupo
Salino y los tratados con ketamina fue claramente diferente en el bloque 1º. Los
contrastes entre cada uno de los grupos inyectados con ketamina y el Salino en el
bloque 1º mostraron que esas diferencias fueron estadísticamente significativas (ver
tabla 7.3).
Por último, se estudiaron las diferencias entre este grupo y los inyectados con
ketamina por cada bloque. Los resultados de estos contrastes muestran diferencias
estadísticamente significativas en el primer bloque para los tres contrastes, como ya
hemos adelantado. En el resto de bloques, el único grupo que se diferencia
significativamente del Salino es el K37, que lo hace en el bloque 4º y está tendente a la
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252
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
significación en el bloque 5º. En todos los casos, la diferencia indica peor
condicionamiento en los grupos inyectados con ketamina. Los resultados de estos
contrastes pueden apreciarse en la tabla 7.3.
Tabla 7.3. Grupos que difieren del grupo Salino por cada bloque. Los contrastes
significativos o tendentes son, de izqda. a dcha., para K06: F(1,28)=6.33; para K15:
F(1,28)=6.32; para K37: F(1,28)=5.86, F(1,28)=4.9, F(1,28)=3.05).
1º bloque 2º bloque 3º bloque 4º bloque 5º bloque
K06
*
K15
*
K37
*
*
+
*p<0.05; +p<0.1
Estos resultados muestran un peor nivel de condicionamiento obtenido en el
grupo K37 respecto al grupo Salino, al observarse diferencias consistentes en los
últimos bloques. Respecto a los grupos K06 y K15, al diferenciarse sólo en el primer
bloque del grupo Salino, no puede decirse que se vieran afectados en su nivel de
aprendizaje, aunque sí en la velocidad en la que éste se adquirió.
4.2. Efectos sobre la adquisición a la huella
A fin de estudiar el condicionamiento a la huella, se realizó de nuevo un análisis
de varianza con dosis y bloques como factores aunque, en este caso, sobre las razones
de facilitación a la huella (RH). El análisis arrojó ausencia de diferencias significativas
en ambos factores, así como en la interacción (F[3,28]=1.31, p>0.1, para dosis;
F[4,112]=0.85, p>0.1, para bloques; y F[12,112]=1.02, p>0.1, para la interacción). Las
medias y desviaciones típicas pueden observarse en la figura 7.2 y la tabla 7.4.
374
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Experimento 2
Razones de facilitación a la huella
0.9
Salino
K06
K15
K37
1º
2º
3º
Bloques
4º
253
0.8
0.7
0.6
0.5
5º
Figura 7.2. Curvas de adquisición del condicionamiento a la huella (puntuaciones medias)
Tabla 7.4. Medias de las razones de facilitación a la huella y desviaciones típicas de los
diferentes grupos por cada bloque en el experimento 2.
Salino
K06
K15
K37
M
SD
M
SD
M
SD
M
SD
1º
0.62
0.06
0.59
0.07
0.61
0.06
0.57
0.07
2º
0.63
0.07
0.59
0.08
0.66
0.06
0.64
0.13
Bloques
3º
0.64
0.07
0.61
0.12
0.63
0.10
0.63
0.12
4º
0.67
0.12
0.58
0.12
0.64
0.11
0.58
0.11
5º
0.68
0.13
0.59
0.13
0.68
0.14
0.55
0.12
Dada la ausencia de diferencias significativas en los factores principales ni en la
interacción, se continuó la exploración de los resultados en busca de diferencias entre
los grupos tratados con ketamina y el grupo Salino, estudiando las diferencias entre los
grupos tratados con ketamina y el grupo Salino en cada uno de los bloques. Los
resultados se muestran en la tabla 7.5. El único grupo que fue significativamente
diferente del Salino fue el K37, y sólo en el bloque 5º.
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254
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Tabla 7.5. Grupos que difieren del grupo Salino por cada bloque. Los contrastes
significativos son, de izqda. a dcha., para K37: F(1,28)=4.10.
1º bloque 2º bloque 3º bloque 4º bloque 5º bloque
K06
K15
K37
*
*p<0.05
En general, los resultados sobre las RH no muestran diferencias entre grupos a lo
largo de los cinco bloques. Del mismo modo, ni la dosis, ni la interacción dosis x
bloques, resultaron significativas. Sólo el grupo K37 difirió significativamente del
Salino (bloque 5º), resultado similar al obtenido sobre las RF.
4.3. Efectos sobre la recuperación
En el día 10, el grupo Salino fue sometido a una sesión de condicionamiento
(sesión A), esta vez bajo los efectos de la ketamina (37 mg/kg). En la figura 7.3 se
puede observar cierto decremento en el nivel de condicionamiento bajo el efecto del
fármaco, que, no obstante, no resultó significativo estadísticamente (Z= -0.98, p>0.1).
Razones de facilitación
0.9
0.8
0.7
0.68
0.62
0.6
0.5
Sesión 9
(Salino)
Sesión A
(Ketamina 37
mg/kg)
Figura 7.3. Prueba de recuperación tras la administración de ketamina al grupo Salino. Las medias
aparecen en la gráfica. Las desviaciones típicas fueron SD=0.13 para ambas sesiones.
374
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Experimento 2
255
El leve decremento en la medida del condicionamiento obtenido no llega a
resultar estadísticamente significativo, lo que no permite confirmar el efecto obtenido
en el experimento 1. Ni puede hablarse de un efecto de la ketamina sobre la
recuperación, ni de un efecto de SDL.
4.4. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del
EC
Al igual que en el experimento 1, se estudió la actividad en el comedero en
ausencia del EC. Al no cumplirse los supuestos necesarios para un análisis
paramétrico, se utilizó la prueba Kruskal-Wallis para estudiar las diferencias entre
grupos en cada bloque. Los resultados mostraron diferencias estadísticamente
significativas entre los grupos sólo en el bloque 1º (H=9.82, p<0.05). En los restantes,
H=1.22, p>0.1; H=1.10, p>0.1, H=0.34, p>0.1; y H=0.64, p>0.1 para los bloques 2º a
5º respectivamente). En la figura 7.4 y la tabla 7.6 pueden observarse las medias de los
diferentes grupos por cada bloque.
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256
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
70
Actividad en el comedero
60
50
40
30
20
Salino
K06
K15
1º
2º
3º
Bloques
K37
10
4º
5º
Figura 7.4. Actividad en el comedero durante 10 segs. en ausencia de EC (puntuaciones
medias).
Para determinar qué grupos diferían entre sí en el bloque primero se contrastaron
(Mann-Whitney, una cola) el grupo Salino y los tres tratados con ketamina. Los
resultados confirmaron lo que puede apreciarse en la figura 7.4, al mostrar diferencias
estadísticamente significativas del grupo Salino respecto al grupo K37 (U=11, p<0.05)
Tabla 7.6. Medias y desviaciones típicas de las entradas al comedero durante 10 segs. en
ausencia del EC.
Salino
K06
K15
K37
M
SD
M
SD
M
SD
M
SD
1º
42.94
20.12
26.38
15.47
47.19
26.46
25.13
8.38
2º
55.75
37.10
39.5
31.57
41.88
23.24
37.19
16.83
Bloques
3º
65.63
46.45
42.63
29.31
45.69
16.18
48.13
17.96
4º
51.06
51.63
52.38
47.85
42.31
15.82
47.31
26.13
5º
36.5
25.96
53.38
46.91
39.25
16.28
48.88
33.74
y respecto al K06 (U=12, p<0.05), pero no respecto al K15 (U=31, p>0.1).
En la figura 7.4. parece observarse también que los grupos tratados con ketamina
van aumentando su actividad en el comedero a medida que avanza el entrenamiento, al
igual que ocurría en el experimento 1. Para confirmar la fiabilidad de esta aparente
374
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Experimento 2
257
tendencia, contrastamos los bloques 2º a 5º con el bloque 1º (prueba de Wilcoxon). Los
resultados se muestran en la tabla 7.7.
Tabla 7.7. Bloques que difieren significativamente del primero en cada grupo. Los contrastes
significativos o tendentes son, de izqda. a dcha., para Salino: Z=-1.54; para K06: Z=-1.52,
Z=-1.68, Z=-1.68, Z=-1.68; para K37: Z=-1.89, Z=-2.24, Z=-1.96, Z=-1.54.
2º bloque
Salino
K06
K15
K37
4º bloque
5º bloque
+
3º bloque
+
*
*
*
*
*
*
+
*p<0.05; +p<0.1 (una cola)
Estos contrastes confirman un aumento de la actividad en el comedero a medida
que avanza el entrenamiento en los grupos K06 y K37. Sin embargo, es llamativo que
este efecto no se produzca con la dosis intermedia de ketamina (grupo K15).
Por otro lado, la tendencia del grupo Salino es muy diferente a las anteriores. Su
actividad en el comedero dibuja una curva en U invertida, mostrando un aumento de la
actividad en la primera parte hasta alcanzar el pico y un decremento posterior. El
aumento de actividad resultó cercano a la significación en el bloque 3º (ver tabla 7.7).
El decremento posterior al bloque 3º resultó tendente a la significación estadística en el
bloque 4º (Z=-1.54; p<0.1) y estadísticamente significativa en el bloque 5º (Z=-1.96;
p<0.05), cuando se contrastó la actividad en estos bloques con la del bloque 3º.
En general, los resultados sobre actividad en el comedero en ausencia de EC son
muy similares a los obtenidos en el experimento 1. Sin duda, el aspecto más llamativo
es el patrón de actividad del grupo Salino a lo largo del entrenamiento. Este patrón
podría explicarse a partir del análisis de las contingencias propias del
condicionamiento de huella, como veremos en la discusión.
5. Discusión
5.1. Efectos sobre la adquisición
Los resultados mostrados en la figura 7.1 sobre la adquisición al EC (RF)
muestran un efecto perjudicial sobre el nivel de aprendizaje en el condicionamiento de
huella a la dosis de 37 mg/kg de ketamina. Asimismo, muestran que las dosis inferiores
de ketamina, aunque no afectan el nivel final de aprendizaje, sí afectan a su velocidad.
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258
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Estas aparentes diferencias no se vieron reflejadas en el ANOVA general, al no
resultar la interacción dosis x bloques significativa y resultarlo el efecto principal
bloques. Sin embargo, contrastes posteriores sí revelaron la existencia de diferencias
entre los diversos grupos en cuanto a la adquisición del condicionamiento,
confirmando la interpretación expuesta.
En el grupo Salino el condicionamiento obtenido es claramente menor que en el
condicionamiento de demora corta (experimento 1), aunque, siendo la asíntota de
condicionamiento mucho más baja, ésta se adquiere con mayor rapidez que en el
experimento 1. Así, en el bloque 1º el grupo Salino muestra ya un valor casi asintótico,
lo que hace que en este grupo no resulten significativos el efecto de bloques, ni los
contrastes entre los bloques 2º a 5º con el bloque 1º. Evidentemente, esto no representa
una ausencia de condicionamiento, sino un condicionamiento más rápido que en el
resto de grupos, como lo muestra el hecho de que en el bloque 1º todos los grupos
difieran significativamente del grupo Salino (tabla 7.3). El hecho de que el nivel de
condicionamiento alcanzado en este experimento (en torno a 0.68) sea claramente
inferior al obtenido en el experimento anterior (en torno a 0.8) es coherente con el
conocimiento de la mayor dificultad para producir condicionamiento de huella que
condicionamiento de demora (Cooper, 1991; Mackintosh, 1974; Pavlov, 1927).
Las dos dosis más bajas de ketamina (grupos K06 y K15) apenas produjeron un
deterioro del condicionamiento, a diferencia de lo obtenido en el experimento 1. En
ambos grupos se observó un efecto estadísticamente significativo de bloques,
refrendado por diferencias, también estadísticamente significativas, entre varios
bloques y el bloque 1º (tabla 7.2). Estos resultados indican que se produjo adquisición
del condicionamiento en estos grupos. Asimismo, excepto en el bloque 1º, en ningún
otro bloque los grupos K06 y K15 se diferenciaron del grupo Salino (tabla 7.3). La
ausencia de diferencias en los bloques 2º a 5º muestra que estos grupos alcanzaron un
nivel de condicionamiento similar al del grupo Salino, aunque la diferencia obtenida en
el bloque 1º señala que los grupos tratados con ketamina tuvieron una adquisición más
lenta, necesitando más ensayos para llegar al mismo nivel de condicionamiento.
El grupo K37 es el único de los grupos tratados con ketamina que mostró
diferencias consistentes con el grupo Salino. En todos los bloques el nivel de ejecución
del grupo K37 fue menor que en el Salino, resultando esta diferencia significativa en
los bloques 1º y 4º y tendente a la significación en el bloque 5º (tabla 7.3). Las
diferencias en los últimos bloques son particularmente relevantes, pues es en estos
bloques cuando deben producirse los máximos niveles de condicionamiento. Estos
contrastes, por tanto, muestran un nivel de condicionamiento significativamente menor
en el grupo K37 que en el grupo Salino. Además, en el grupo K37 no se encontraron
374
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Experimento 2
259
signos de adquisición del condicionamiento a lo largo del entrenamiento. No resultaron
significativos ni el efecto de bloques ni ningún contraste entre los bloques 2º a 5º con
el 1º (tabla 7.2). Si bien hemos visto que estos contrastes no resultaron significativos
en el grupo Salino por el alto nivel de condicionamiento obtenido en este grupo en el
bloque 1º, no es esto lo que ocurre en el grupo K37. En este grupo, el nivel de
condicionamiento en el bloque 1º es similar a los otros dos grupos tratados con
ketamina, en los que sí se encontraron diferencias entre bloques, y significativamente
menor que el grupo Salino. Por tanto, la ausencia de diferencias entre bloques en el
grupo K37 es indicativa de un déficit en la adquisición del condicionamiento. Por
supuesto, como ya argumentamos en la discusión del experimento 1, de estos
resultados no puede deducirse una falta absoluta de condicionamiento. De hecho,
aunque levemente, las RF se sitúan por encima de 0.5.
En definitiva, respecto al condicionamiento al EC, el grupo Salino mostró un
condicionamiento fiable aunque, al tratarse de condicionamiento de huella, el nivel de
este aprendizaje fue menor que el alcanzado en el experimento 1. En el grupo K37 la
adquisición del condicionamiento se vio claramente perjudicada, mostrándose un nivel
de condicionamiento más bajo que en el grupo Salino. En los grupos K06 y K15, no se
observó un decremento en el nivel de condicionamiento, si bien se tardó más que el
grupo Salino en alcanzar el nivel de aprendizaje.
Además de producirse condicionamiento al EC, en el condicionamiento de huella
también puede producirse condicionamiento al periodo de huella. En nuestro
experimento medimos también las razones de facilitación a la huella (RH) como
medida complementaria de condicionamiento. La figura 7.2 muestra que, en general, se
produjo condicionamiento al periodo de huella, observándose que todas las RH fueron
superiores a 0.5. Sin embargo, el fenómeno típico de desplazamiento de la respuesta
desde el EC hasta la huella con el curso del entrenamiento no llega a apreciarse en este
experimento, pues aunque el grupo Salino muestra un leve incremento en las RH en los
últimos bloques, no se observa un decremento paralelo en las RF. Esta ausencia de
desplazamiento de la respuesta es esperable, dado que el desplazamiento es propio de
entrenamientos mucho más largos.
En relación a la diferencia entre los distintos grupos en relación a la adquisición
del condicionamiento a la huella, el ANOVA mostró, como en el caso del
condicionamiento al EC, ausencia de diferencias en la interacción grupos x bloques.
No obstante, de nuevo contrastes posteriores entre los grupos tratados con ketamina y
el grupo Salino arrojaron resultados que se sitúan en la misma línea de los obtenidos en
el condicionamiento al EC. Los grupos K06 y K15, aunque mostraron un leve perjuicio
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260
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
en el condicionamiento respecto al grupo Salino observable en la figura 7.2, no se
diferenciaron significativamente del grupo Salino en ningún contraste, al igual que
ocurría en el condicionamiento al EC. De nuevo fue el grupo K37 el único que difirió
significativamente del grupo Salino (bloque 5º). En definitiva, el análisis de las RH
redundó en las diferencias encontradas previamente en las RF. Como puede apreciarse
en una comparación de las gráficas 7.1 y 7.2, ambas medidas muestran un gran
paralelismo. El grupo K37 obtuvo niveles de condicionamiento en los últimos bloques
significativamente menores que el grupo Salino, tanto al EC como a la huella. Los
grupos K06 y K15, aunque en general mostraron un nivel de condicionamiento
ligeramente menor que el grupo Salino, no fueron diferentes de éste estadísticamente.
En conjunto, estos resultados muestran un patrón similar al obtenido en el
experimento 1. El grupo K37 mostró un detrimento consistente en el aprendizaje. Los
grupos K06 y K15 mostraron también cierto detrimento en comparación con el Salino,
aunque este detrimento fue claramente más leve que el obtenido en el grupo K37 en
ambos experimentos. No obstante, una diferencia entre los resultados de ambos
experimentos es que en el experimento 1 los grupos K06 y K15 obtuvieron un nivel de
condicionamiento menor que el grupo Salino, en tanto que en este experimento, la
única diferencia entre estos grupos se produjo respecto a la velocidad con que alcanzan
el nivel de condicionamiento. Esta diferencia podría atribuirse, en un principio, a una
mayor eficacia de las dosis bajas de ketamina para entorpecer el condicionamiento de
demora corta que para entorpecer el condicionamiento de huella. Sin embargo, una
explicación más plausible de esta diferencia es que el nivel de condicionamiento
alcanzado por el grupo Salino en el condicionamiento de huella es mucho menor que el
alcanzado en el condicionamiento de demora. Así, en el condicionamiento de huella
podría estar produciéndose cierto efecto suelo en el condicionamiento del grupo
control, que hace difícil que los grupos tratados con ketamina muestren niveles de
condicionamiento significativamente menores. Este problema no existe en el
condicionamiento de demora.
Respecto a las predicciones originales que se ponen a prueba en los experimentos
1 y 2, ambos muestran un efecto consistente de la ketamina sobre la adquisición del
condicionamiento (particularmente claro a la dosis de 37 mg/kg). Este resultado es
consistente con el papel que los receptores NMDA tienen en la PLP (P.1). Asimismo,
no apoyan la similitud propuesta entre déficits producidos por lesiones hipocampales y
por la administración de antagonistas NMDA (P.8). La administración de ketamina
deterioró tanto una tarea sensible a la extirpación del hipocampo (experimento 2) como
una tarea no afectada por la falta del hipocampo (experimento 1). Estos resultados son
contrarios a varios otros que muestran un paralelismo entre lesiones hipocampales y
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Experimento 2
261
administración de antagonistas NMDA, mostrando resultados diferentes sobre tareas
de aprendizaje afectadas de forma diferente por la lesión del hipocampo (ver capítulo
IV). Asimismo, dado que en nuestros experimentos el procedimiento utilizado para los
experimentos 1 y 2 es idéntico en todo, excepto en la existencia de un periodo de
huella que hace la tarea sensible a la lesión del hipocampo, nuestros resultados
sugieren que las diferencias obtenidas en otros experimentos podrían ser explicadas
por algunas diferencias procedimentales entre las tareas sensible y no sensible a la
lesión del hipocampo. Estas diferencias desaparecerían al utilizar procedimientos
idénticos, pero manteniendo demandas en las tareas que las hagan diferencialmente
dependientes del hipocampo, tal y como hacemos en los experimentos 1 y 2.
Por último, un resultado importante del experimento 1 fue la existencia de una
disociación entre el perjuicio en el aprendizaje producido por la dosis mayor de
ketamina y el producido por las dosis menores. Esta diferencia es trascendente
teniendo en cuenta que no se ha documentado que la ketamina bloquee la PLP a dosis
inferiores a 30 mg/kg, y sugiere que la ketamina podría estar actuando por mecanismos
diferentes en los grupos K37 por un lado y en los grupos K06 y K15 por otro. La
disociación entre los déficits de aprendizaje en el grupo K37 y los obtenidos en los
grupos K06 y K15 en este experimento es aún más clara que en el experimento 1, lo
que parece abundar en la existencia de mecanismos diferentes. El efecto sobre el
aprendizaje en el grupo K37 podría deberse al bloqueo de la PLP, en tanto que los
efectos obtenidos en los grupos K06 y K15 podrían atribuirse a efectos
sensoriomotores inespecíficos de la ketamina. No obstante, es importante señalar que
la posibilidad de que la ketamina bloquee la PLP a dosis inferiores a 30 mg/kg existe,
si bien aún no se ha documentado. A la inversa, si el detrimento en los grupos K06 y
K15 se explica por efectos sensoriomotores del fármaco, no puede excluirse que estos
efectos expliquen también el detrimento a la dosis de 37 mg/kg. Para excluir esta
interpretación, en el experimento 3 dejamos un tiempo de recuperación aún mayor
entre la inyección de ketamina y el entrenamiento con la dosis de 37 mg/kg, con objeto
de reducir, aún más, los posibles efectos sensoriomotores del fármaco.
5.2. Efectos sobre la recuperación
Aunque la ketamina (37 mg/kg) produjo un ligero decremento sobre la
recuperación del condicionamiento, éste no llegó a resultar estadísticamente
significativo. Esta ausencia de efectos sobre la recuperación es lo esperable en función
del papel que los receptores NMDA tienen en la PLP (P.2). Sin embargo, hay que ser
cautos con esta interpretación. El ligero decremento que puede apreciarse en la figura
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
7.3, unido al efecto estadísticamente significativo obtenido en el experimento 1, hacen
arriesgado concluir que la administración de ketamina una vez adquirido el
condicionamiento haya sido inocua. De nuevo, el hecho de que en este experimento las
diferencias no resulten estadísticamente significativas puede atribuirse al bajo nivel de
condicionamiento del grupo Salino en el condicionamiento de huella (RF=0.68 vs.
RF=0.81 en el experimento 1), que podría producir cierto efecto suelo. El ligero
detrimento observado puede atribuirse a un efecto de SDL, y no a un efecto de la
ketamina sobre la recuperación, como expusimos en la discusión del experimento 1.
5.3. Efectos sobre la actividad en el comedero en ausencia del
EC
Los resultados obtenidos sobre la actividad en el comedero en ausencia del EC en
los grupos tratados con ketamina son similares a los obtenidos en el experimento 1. En
general, en estos grupos se produce un incremento en la actividad en el comedero en
ausencia del EC a medida que avanza el entrenamiento. Este aumento se produce
claramente en los grupos K06 y K37, como lo muestran los contrastes entre los bloques
2º a 5º con el bloque 1º (tabla 7.7). En cambio, el comportamiento del grupo Salino es
notablemente diferente al observado en el experimento 1. En la figura 7.4 puede
apreciarse que en la primera parte del entrenamiento las entradas al comedero
aumentaron (aunque sólo el contraste del bloque 3º con el 1º estuvo cercano a la
significación estadística) para, en la segunda parte, invertirse la tendencia (bloques 4º y
5º significativamente menores o muy cercanos a la significación en contrastes con el
bloque 3º). Estos resultados dibujan una curva en U invertida para el grupo Salino,
sorprendente en principio.
La falta de estabilidad de la actividad en el comedero en el grupo Salino hace que
sea difícil determinar la existencia de un posible efecto hiperlocomotor en los grupos
tratados con ketamina. En realidad, aunque los contrastes sólo muestran diferencias
significativas entre grupos en el bloque 1º, lo que, más allá de la evolución de la curva
en el grupo Salino, puede observarse en la figura 7.4 es una mayor actividad en el
comedero en este grupo. Este resultado no es el esperado atendiendo a los conocidos
efectos hiperlocomotores de la ketamina y es opuesto al obtenido en el experimento 1.
Creemos que este conjunto de resultados pueden tener una explicación
analizando las contingencias propias de la tarea de aprendizaje. Por un lado, el
aumento de actividad en el comedero con el curso del entrenamiento en los grupos
tratados con ketamina puede explicarse, bien totalmente, bien parcialmente, por un
déficit en el aprendizaje de las contingencias propias de la situación, tal y como se
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Experimento 2
263
propone en la discusión del experimento 1. De hecho, la curva que dibujan los grupos
K06, K15 y K37 en ambos experimentos es muy similar, si bien en este experimento la
actividad en el comedero es ligeramente mayor para los tres grupos, como puede
apreciarse comparando las figuras 6.3 y 7.4.
Por otro lado, ¿cómo explicar la curva que dibuja el grupo Salino? En el
condicionamiento de huella, tras el EC hay un periodo de tiempo (huella), tras el cual
aparece el EI. Como ya hemos mostrado, esto produce que, además de
condicionamiento al EC, se produzca también condicionamiento a la huella. Ahora
bien, el periodo de huella es estimularmente idéntico al periodo de tiempo previo al
EC. Así, en ambos periodos el sujeto está expuesto simplemente al contexto. La única
diferencia entre una situación y otra es su relación temporal con el EC. Pero esta
diferencia es demasiado sutil como para que pueda apreciarse en las primeras fases del
entrenamiento. Entretanto, lo que el sujeto realmente experimenta, ensayo tras ensayo,
es que el EI aparece en estrecha contigüidad temporal con el contexto solo, más que en
contigüidad temporal con el EC. Esto explicaría que en los primeros compases del
entrenamiento, y a medida que éste avanza, la rata vaya incrementando sus visitas al
comedero en ausencia del EC, tanto en el periodo previo al EC como en el periodo de
huella. Este aumento es el que quedaría reflejado en los tres primeros bloques en la
figura 7.4. Sin embargo, con más experiencia en la tarea de aprendizaje, la rata debería
aprender a restar valor predictivo al contexto cuando precede al EC, en tanto que el
valor predictivo de la huella debería mantenerse. Así, podría explicarse el punto de
inflexión en el bloque 3º, que lleva a una progresiva disminución de la actividad en el
comedero previa al EC en los bloques 4º y 5º. Coherentemente, en la figura 7.2 puede
apreciarse un ligero aumento en las razones de facilitación a la huella en los bloques 4º
y 5º en relación al bloque 3º.
Si se explica la evolución de las entradas al comedero en el grupo Salino como el
resultado normal de las contingencias propias del condicionamiento de huella, lo que
de nuevo llama la atención es que los grupos tratados con ketamina no se muestren
sensibles a estas contingencias, al menos con la misma rapidez. Los grupos K06 y K37
comienzan con un nivel significativamente menor de actividad en el comedero en el
bloque 1º que el grupo Salino, para aumentar este nivel a lo largo de los cuatro bloques
siguientes. Esto puede interpretarse, en relación al grupo Salino, como una mayor
dificultad y lentitud para asociar el contexto en ausencia de EC con el EI en un
principio, y posteriormente una total ausencia de discriminación entre las respuestas al
contexto previas al EC y en el periodo de huella. Como en el experimento 1, el análisis
de las diferencias en la actividad al comedero en ausencia del EC entre el grupo Salino
y los grupos tratados con ketamina parecen mostrar más un déficit en el aprendizaje de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
los grupos tratados con ketamina que un efecto sobre la actividad motora de la
ketamina. No obstante, como argumentamos en la discusión del experimento 1, no
puede excluirse que el incremento en actividad en el comedero a lo largo del
entrenamiento tenga que ver con el efecto hiperlocomotor de la ketamina, que sólo se
haría aparente a medida que el animal aprendiera a visitar el comedero.
Estos resultados llaman también la atención sobre una cuestión: el grupo K06 y el
grupo K37 tienen un comportamiento similar, diferente al del grupo K15. Esta
diferencia es muy clara respecto a la medida de actividad en el comedero en ausencia
del EC en este experimento (en el grupo K15 no se produce un incremento de la
actividad con el entrenamiento, ni este grupo es diferente del Salino en el bloque 1º, a
diferencia de lo que ocurre en los grupos K06 y K37), pero también puede apreciarse
en el experimento 1. En aquel experimento, aunque el grupo K15 se diferenciaba
significativamente del Salino, al igual que los grupos K06 y K37, la figura 6.3 muestra
que el nivel de actividad del grupo K15 en los dos últimos bloques se distingue del
exhibido por los grupos K06 y K37. Más aún, respecto a la medida de
condicionamiento (RF en el experimento 1 y 2, y RH en el experimento 2), ya hemos
visto que los análisis efectuados muestran que el grupo K37 muestra un detrimento
consistente del aprendizaje y los grupos K06 y K15 detrimentos menores. Sin embargo,
el hecho es que, aunque estadísticamente no se diferencian los grupos K06 y K15
respecto al grupo Salino, consistentemente se obtiene un menor deterioro en el
condicionamiento en el grupo K15 que en el grupo K06. Aunque la diferencia no
resulte estadísticamente significativa, el hecho de que la tendencia se obtenga en todas
las medidas de condicionamiento estudiadas y que sea consistente con las diferencias
en actividad motora en el comedero observadas en el experimento 1 y en el
experimento 2, aporta cierto crédito a la misma.
En definitiva, respecto a la actividad en el comedero en ausencia del EC, los
grupos K06 y K37 muestran un comportamiento similar, algo diferente al del grupo
K15. Respecto al condicionamiento en los experimentos 1 y 2, el grupo K37 es el que
muestra un deterioro más consistente. Los grupos K06 y K15 muestran cierto deterioro,
que parece mayor en el grupo K06. Conjuntamente, estos resultados podrían sugerir un
efecto sobre el aprendizaje en forma de U de la dosis. Sin embargo, la evidencia para
hablar de este efecto es demasiado débil. Y, en todo caso, primero es necesario mostrar
la existencia de un efecto fiable de la ketamina sobre el aprendizaje. Este es nuestro
objetivo en el presente trabajo. Sólo después de demostrar este efecto pueden surgir
otras preguntas, como si el efecto es dependiente de dosis, o si la dependencia de dosis
es lineal o cuadrática. Entretanto, aunque la existencia de un efecto en U de la dosis es
sugerente, una explicación más simple de estos resultados no puede descartarse. Esta
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Experimento 2
265
explicación tiene que ver con el tiempo de recuperación empleado en los diferentes
grupos (20, 30 y 45 min. en los grupos K06, K15 y K37 respectivamente). El efecto
final de un fármaco sobre una estructura en un momento del tiempo es función tanto de
la cantidad administrada como del tiempo que transcurre desde su administración. O
sea, es posible que en relación a las dosis y las propiedades farmacodinámicas de la
ketamina, el tiempo empleado sea relativamente mayor con la dosis intermedia que con
las otras dos, de forma que, llegado el momento del entrenamiento, la concentración de
ketamina en el sistema nervioso central fuera menor que con la dosis inferior.
Evidentemente, comprobar que esto es lo que efectivamente está ocurriendo en el
grupo K15 requiere manipular el tiempo de recuperación dejando constante la dosis
pero, como ya hemos apuntado, esta manipulación queda fuera de nuestro objetivo en
el presente trabajo.
En los experimentos 3 y 4 dejamos de utilizar las dosis de 6 y 15 mg/kg para
centrarnos en la de 37 mg/kg, al ser ésta la dosis a la que hemos obtenido efectos más
claros sobre el aprendizaje. Sin embargo, a esta dosis también hemos encontrado
algunos resultados que apuntan la posibilidad de que se estén produciendo efectos
colaterales del fármaco, que podrían confundirse con sus efectos sobre la adquisición y
la recuperación. Así puede interpretarse el incremento en actividad en el comedero con
el curso del entrenamiento, efecto del que no puede excluirse una explicación en
términos de las contingencias de aprendizaje, pero que también puede explicarse
atendiendo a las propiedades hiperlocomotoras de la ketamina, como ya hemos visto.
Asimismo, el descenso en el nivel de condicionamiento tras ser administrados 37
mg/kg de ketamina al grupo Salino en una sesión posterior podría estar indicando un
efecto de SDL, en lugar de un efecto de la ketamina sobre la recuperación. En el
experimento siguiente tratamos de replicar el efecto de la ketamina sobre el
aprendizaje introduciendo algunas variaciones procedimentales y de diseño
encaminadas a disminuir la posible contribución de estos efectos colaterales de la
ketamina. Para ello nos centramos en la tarea de aprendizaje y en la dosis en la que
estos efectos han resultados más claros. Estas son la tarea de condicionamiento de
demora y una dosis de 37 mg/kg. Nuestro interés es confirmar que los efectos
obtenidos con la dosis de 37 mg/kg sobre la adquisición y la recuperación obtenidos en
los experimentos 1 y 2 son efectos genuinos sobre estos procesos y no producidos por
efectos colaterales. Junto a la dosis de 37 mg/kg, en los experimentos 3 y 4 estudiamos
los efectos de una dosis menor (25 mg/kg), también utilizada en otros experimentos en
torno al efecto de la ketamina sobre el aprendizaje (Aguado et al., 1994; Welzl et al.,
1990). A diferencia de las dosis de 6 y 15 mg/kg, esta dosis tiene la ventaja de estar
muy cercana a la conocida como efectiva para bloquear la PLP.
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CAPÍTULO VIII. EXPERIMENTO 3. EFECTO DE LA KETAMINA SOBRE
EL CONDICIONAMIENTO DE DEMORA CORTA (II)
1. Introducción
2. Diseño y variables
3. Método
3.1. Sujetos
3.2. Procedimiento
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición
4.2. Efectos sobre la recuperación y efectos de aprendizaje dependiente de estado
4.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del EC
5. Discusión
5.1. Efectos sobre la adquisición
5.2. Efectos sobre la recuperación y efectos de aprendizaje dependiente de estado
5.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del EC
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Capítulo VIII
Experimento 3. Efecto de la ketamina sobre el
condicionamiento de demora corta (II)
1. Introducción
El objetivo principal de este experimento es replicar el efecto perjudicial de la
ketamina sobre la adquisición del aprendizaje y la recuperación obtenido en el
condicionamiento de demora (experimento 1) con la dosis de 37 mg/kg. Esta es la
condición (37 mg/kg de ketamina sobre condicionamiento de demora) en la que se ha
encontrado un efecto perjudicial más claro de la ketamina de entre las estudiadas en los
dos experimentos anteriores. Un importante objetivo en los experimentos previos ha
sido el de reducir al máximo la posible contribución de efectos colaterales de la
ketamina sobre la tarea de aprendizaje. Sin embargo, hemos visto que no puede
excluirse la influencia de estos efectos. En este experimento realizamos algunas
variaciones procedimentales y de diseño encaminadas a reducir aún más la posible
influencia de los efectos motores de la ketamina y controlar específicamente el efecto
de SDL.
La principal variación procedimental consiste en dejar un tiempo de recuperación
mayor entre la administración del fármaco y la tarea de aprendizaje. Ya en los
experimentos 1 y 2 hemos dejado tiempos de recuperación considerablemente mayores
que los utilizados en otros trabajos sobre el efecto de dosis similares de ketamina en el
aprendizaje. Una vez obtenido un efecto perjudicial de la ketamina sobre el aprendizaje
en los experimentos anteriores, en este experimento empleamos un tiempo de
recuperación aún mayor en un intento de reducir al máximo los posibles efectos
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
colaterales de la ketamina. Concretamente, el tiempo de recuperación pasa de ser de 45
minutos en los experimentos anteriores a 60 minutos en este experimento. Según
diversos estudios conductuales, este tiempo es suficiente para que desaparezcan los
efectos motores de la ketamina incluso a una dosis de 50 mg/kg (ver capítulo II).
Una segunda diferencia procedimental de importancia entre este experimento y el
experimento 1 es que en este experimento se redujo el tiempo de duración de la sesión.
Evidentemente, un problema al aumentar el tiempo de recuperación es que cuando los
animales están experimentando la situación de aprendizaje el posible efecto amnésico
de la ketamina haya desaparecido. Para evitar esto, se redujo el tiempo de la sesión de
condicionamiento de 45 minutos a 20 minutos. En la práctica, esto supone que en el
experimento 1 los animales recibían ensayos de condicionamiento desde los 45
minutos de ser administrado el fármaco hasta 90 minutos después de su administración.
En este experimento los ensayos de aprendizaje se reciben entre los 60 y los 80
minutos desde la administración del fármaco. Por tanto, a pesar de aumentar el tiempo
de recuperación, no aumentó el tiempo máximo transcurrido entre la administración
del fármaco y el momento en el que el sujeto recibe la experiencia de aprendizaje. Una
ventaja adicional de reducir el tiempo de duración de la sesión es que la concentración
del fármaco en el cerebro es más uniforme a lo largo de toda la sesión de
condicionamiento, esperándose también un efecto más homogéneo sobre el aprendizaje
en cada ensayo de condicionamiento.
Una tercera diferencia entre este experimento y el experimento 1 es que en este
experimento el diseño nos permite estudiar la posible contribución del SDL en la
prueba de recuperación. Además de un efecto perjudicial sobre la adquisición, en el
experimento 1 se obtuvo un efecto perjudicial sobre la recuperación. Sin embargo,
vimos que no podía excluirse una explicación del efecto en términos de SDL. En este
experimento afrontamos este problema a través de dos estrategias. Por un lado, al
aumentar el tiempo de recuperación tras la administración del fármaco es más
improbable que se produzca un efecto de SDL. Por otro lado, a través de un doble
cambio de tratamiento farmacológico (salino a ketamina y ketamina a salino), tratamos
de diferenciar la posible contribución del SDL de la de un efecto amnésico de la
ketamina en la prueba de recuperación, como se expone más adelante.
Junto a estas diferencias, existen otras, exclusivamente procedimentales, entre
este experimento y el experimento 1 dirigidas a mejorar el procedimiento de
aprendizaje y registro de la RC, tal y como se describe más abajo. Estas diferencias
implican cambios en el EC, cambios en el intervalo entre ensayos, y cambios en el
dispositivo de registro de las entradas al comedero. El EC utilizado en este
experimento fue una serie de clicks (click), en lugar de un tono continuo. Este cambio
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Experimento 3
271
se llevó a cabo para enmascarar el sonido del dispensador de comida, que podía
ensombrecer el EC manipulado por el experimentador46. El intervalo entre ensayos
(IEE) se aumentó para incrementar la eficacia de cada uno de los ensayos de
condicionamiento, dada la relación existente entre IEE y rapidez del condicionamiento
(Cooper, 1991). Como consecuencia de la reducción del tiempo de la sesión y del
aumento de IEE se redujeron el número de ensayos por sesión. Por último, se
cambiaron los comederos respecto al experimento 1, tal y como se describe en Método
General (ver capítulo V).
Aparte de estas diferencias procedimentales, otra diferencia entre este
experimento y el experimento 1 tiene que ver con las dosis de ketamina utilizadas. En
este experimento, junto a la dosis de 37 mg/kg, se utiliza una dosis de 25 mg/kg. A
diferencia de las dosis menores de 37 mg/kg utilizadas en los experimentos previos,
una dosis de 25 mg/kg está muy cercana a la dosis conocida como suficiente para
bloquear la PLP (ver capítulo II). Asimismo, en otros trabajos se ha mostrado efectiva
para perjudicar el aprendizaje (Aguado et al., 1994; Welzl et al., 1990).
Respecto a las predicciones, éstas son las mismas que para el experimento 1. Al
igual que en aquel experimento, en éste se estudia el efecto de la ketamina tanto sobre
la adquisición del aprendizaje como sobre la recuperación de lo aprendido. En función
del papel que los receptores NMDA juegan en la PLP, se esperan efectos sobre la
adquisición, pero no sobre la recuperación (P1 y P2).
2. Diseño y variables
Básicamente, el diseño es similar al empleado en los experimentos anteriores, con
un factor intergrupos (dosis) y otro de medidas repetidas (bloques), y las RF como
medida de condicionamiento. No obstante, una diferencia importante entre este
experimento y los anteriores es que en los anteriores una vez adquirido el
condicionamiento el grupo Salino pasó a ser inyectado con ketamina para estudiar el
efecto de este fármaco sobre la recuperación (cambio de no-droga a droga). En este
experimento se realiza un doble cambio de tratamiento tras el entrenamiento: droga a
no-droga, y no-droga a droga. Tras el entrenamiento, el grupo Salino pasa a ser
46
Al liberar la bolita de comida, el dispensador realizaba un sonido seco que, por contigüidad temporal con la
comida podía convertirse en el mejor predictor de la misma, ensombreciendo así el EC manipulado por el
experimentador. De hecho, un efecto curioso observado en algunas ratas en los experimentos previos es el de
acercarse al comedero durante el periodo de duración del sonido, preparadas para introducir el hocico pero sin
hacerlo. Una vez oído el chasquido del dispensador de bolitas, introducían el hocico. Una conducta de este tipo
computa como ausencia de aprendizaje (ausencia de entradas al comedero durante el sonido), aunque en realidad
supone un perfecto aprendizaje de la relación temporal existente entre el sonido y la comida.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
inyectado con ketamina y los grupos inyectados con ketamina pasan a ser inyectados
con solución salina. Esto ofrece la oportunidad de estudiar la influencia del SDL en un
posible decremento de la ejecución tras el cambio de tratamiento.
El diseño, por tanto, consta de dos fases. En la primera fase, el diseño es una
réplica del empleado en el experimento 1, con bloques de sesiones y dosis como
factores y la razón de facilitación al EC como medida de la variable dependiente,
aunque cambiando las dosis menores de ketamina utilizadas (25 mg/kg en lugar de 6 y
15 mg/kg). En esta fase, por tanto, el factor dosis tuvo tres niveles (0 mg/kg, 25 mg/kg,
y 37 mg/kg de ketamina) y el factor bloques cinco (nueve sesiones, agrupadas las ocho
primeras en bloques de dos sesiones, al igual que en los experimentos 1 y 2). En una
segunda fase (dos sesiones), el tratamiento farmacológico se invirtió respecto a la fase
1. Los grupos tratados con ketamina pasaron a ser tratados con solución salina (grupos
K25SAL y K37SAL) y el grupo tratado con solución salina se dividió en dos, que
pasaron a ser tratados con dosis de 25 y 37 mg/kg de ketamina (grupos SALK25 y
SALK37). Un esquema del diseño se representa en la tabla 8.1.
El objetivo principal en la segunda fase era estudiar el efecto de la ketamina
sobre la recuperación, como se hizo en los experimentos 1 y 2. No obstante, en este
experimento se realizó una inversión de tratamientos simétrica con objeto de estudiar
la influencia del SDL47. Un decremento en el nivel de condicionamiento con el cambio
del tratamiento salino a ketamina (grupos SALK25 y SALK37) podría ser explicado
tanto por un efecto sobre la recuperación como por un efecto de SDL. Esto fue lo que
ocurrió en el experimento 1. Sin embargo, un decremento en el cambio de tratamiento
de ketamina a salino (grupos K25SAL y K37SAL) sólo podría ser explicado por SDL.
El efecto típico de SDL conlleva un empeoramiento de la ejecución tanto con el
cambio de droga a no-droga como de no-droga a droga. Esto se conoce como SDL
simétrico. No obstante, es frecuente encontrar un decremento en la ejecución con el
cambio de droga a no-droga y no con el cambio inverso. Esto es conocido como SDL
asimétrico (Overton, 1968, 1985). El hecho de que el SDL asimétrico se produzca
típicamente en la dirección droga a no-droga puede ser utilizado para interpretar los
posibles resultados de nuestro diseño y distinguir los efectos de la ketamina sobre los
47
Este diseño es parecido al diseño simétrico 2x2 para estudiar el SDL (Overton, 1985). No obstante, en aquél la
prueba se produce en un momento posterior al entrenamiento, cambiándose la condición de droga a no-droga o
viceversa. Al producirse la prueba en un momento diferente al entrenamiento se hace difícil distinguir si el
posible decremento por el cambio en el tratamiento farmacológico se produce por tal cambio o por algún otro
efecto (p. ej., motivacional o motor) directamente producido por la droga en la fase de prueba. En nuestro
procedimiento, al medirse el aprendizaje durante la misma sesión de condicionamiento, se dispone de una
medida de la ejecución antes del cambio de tratamiento y tras él, que permite conocer el efecto de la droga
directamente sobre la conducta y diferenciarlo del producido por el cambio de estado interno.
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Experimento 3
273
mecanismos responsables de la recuperación de un efecto de SDL. Así, las cuatro
posibilidades tras el cambio de tratamiento podrían ser interpretadas del siguiente
modo:
- decremento tanto con el cambio de droga a no-droga como con el cambio de no-droga
a droga: explicado por un efecto de SDL simétrico.
- decremento sólo tras el cambio de droga a no-droga (grupos K25SAL y K37SAL):
explicado por un efecto de SDL asimétrico.
- decremento sólo tras el cambio de no-droga a droga (grupos SALK25 y SALK37):
explicado por un efecto de la ketamina sobre la recuperación.
- ausencia de decremento en todos los grupos: ausencia de efecto sobre la recuperación
y de efecto de SDL.
Tabla 8.1. Diseño del experimento 3. En la primera fase, el nombre del grupo indica el tratamiento dado
al mismo. En la segunda fase, la primera parte del nombre indica el tratemiento en la primera fase y la
segunda parte en la segunda fase. En todos los grupos se llevó a cabo un entrenamiento similar de
condicionamiento clásico en ambas fases.
Fase 1
SALINO
Grupos
K25
K37
Fase 2
SALK25
SALK37
K25SAL
K37SAL
Para estudiar el cambio en la ejecución producido en cada grupo por el cambio de
tratamiento farmacológico entre la fase 1 y la fase 2 se analizaron independientemente
los datos para cada dosis. El análisis consistió en un ANOVA 2x2 con un factor de
medidas repetidas con dos sesiones como niveles48 (última sesión de la primera fase
-sesión 9- y primera sesión de la segunda fase -sesión A-) y otro intergrupo, bien con
los grupos SALK37 y K37SAL, bien con los grupos SALK25 y K25SAL como
niveles. En este diseño, el efecto grupos indicaría que entre los grupos se producen
diferencias, independientemente del cambio de tratamiento entre ambas fases. Los dos
niveles de sesiones se diferencian respecto a dos extremos. Por un lado, implican una
sesión más o una menos de condicionamiento. Por otro, implican un cambio de
tratamiento farmacológico: droga a no-droga o no-droga a droga. No obstante, ambos
significados pueden ser bien diferenciados, pues una sesión más de condicionamiento
llevaría a un incremento en las respuestas dadas en la sesión A, en tanto que el cambio
de tratamiento farmacológico conduciría a un decremento de las respuestas en tal
48
Se utilizaron sesiones y no bloques para estudiar el SDL porque el cambio de tratamiento farmacológico se
produce entre dos sesiones, no entre dos bloques de sesiones.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
sesión. Así, un efecto de bloques con un decremento en el nivel de respuestas indicaría
SDL. Por último, tanto un efecto de la ketamina sobre la recuperación como un efecto
de SDL asimétrico quedaría reflejado en una interacción entre grupos y bloques.
Ambos efectos serían también fácilmente diferenciables, pues el efecto de la ketamina
sobre la recuperación llevaría a un decremento sólo en el grupo que cambia de nodroga a droga, y un efecto de SDL asimétrico llevaría a un decremento sólo en el grupo
que cambia de droga a no-droga.
Por último, al igual que en los experimentos anteriores, se registraron las entradas
al comedero en ausencia del EC en las diferentes sesiones de condicionamiento.
Adicionalmente, y dado que el diseño del presente experimento supone un cambio de
tratamiento farmacológico entre ambas fases (salino a ketamina y viceversa), se
estudió el efecto de ese cambio sobre las entradas al comedero en ausencia del EC
mediante un ANOVA 2x2 similar al expuesto anteriormente. En la medida en que la
ketamina sea responsable del efecto hiperlocomotor observado en los experimentos
anteriores, el cambio de tratamiento de ketamina a salino y viceversa debería invertir
este efecto.
3. Método
3.1. Sujetos
Se utilizaron 32 ratas Wistar macho con 90 días de edad aproximadamente a la
llegada al laboratorio y 348 gramos de peso medio al comienzo de la fase de privación.
Las ratas no habían participado en ningún otro experimento previo. Una rata murió
durante el transcurso del experimento (grupo K37SAL).
374
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Experimento 3
275
3.2. Procedimiento
Administración del fármaco
Antes de cada sesión de condicionamiento, las ratas eran inyectadas
intraperitonealmente con ClNa o ketamina (25 ó 37 mg/kg). El tiempo entre la
administración del fármaco y el comienzo de la sesión de condicionamiento fue mayor
que en experimentos anteriores, con objeto de disminuir los posibles efectos colaterales
de la ketamina. Concretamente, para el grupo K37 fue de 60 minutos y para el grupo
K25 de 40 minutos.
Condicionamiento
El entrenamiento fue en líneas generales el mismo que se realizó en el
experimento 1, condicionamiento clásico de demora corta, aunque se variaron diversos
parámetros, como ya se ha mencionado. Al igual que en el experimento 1, se
efectuaron 9 sesiones de condicionamiento en la primera fase, que tuvieron lugar entre
las 14:00 y las 20:00 horas. En la segunda fase, tras la inversión del tratamiento
farmacológico, se efectuaron dos sesiones más. Los animales fueron introducidos
grupo a grupo (n=8) en las cajas, balanceándose el orden de entrada de cada grupo para
las diferentes sesiones de condicionamiento. La duración de las sesiones se redujo a 20
minutos, con un total de 8 ensayos por sesión, aumentando el IEE a 150 segs. También
varió el EC, siendo un sonido de 10 segs de duración. Coincidiendo con el final del EC
se liberaba una bolita de comida. El EC cambió respecto al utilizado en el experimento
1, para ser un click de 7 veces por segundo, 2000 herzios de frecuencia y 82 db de
intensidad. Estos cambios en el EC fueron realizados con objeto de enmascarar en lo
posible el sonido que producía al final del EC el dispensador de bolitas al liberarse
una. No hubo ninguna diferencia entre ambas fases respecto al entrenamiento.
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición
Para estudiar el condicionamiento al EC, se realizó en primer lugar un ANOVA
de dos factores, uno de medidas repetidas (bloques) y otro de agrupamiento (dosis)
sobre las razones de facilitación al EC (RF). Los resultados arrojaron ausencia de
diferencias significativas para la dosis (F[1,13]=2.35, p>0.1) y para la interacción
(F[8,112]=0.88, p>0.1), y diferencias estadísticamente significativas para bloques
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276
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
(F[4,112]=5.35, p<0.01). El efecto principal bloques, unido a la ausencia de
diferencias significativas de la interacción parecen indicar una falta de incidencia de la
ketamina sobre el aprendizaje. No obstante, como en los experimentos anteriores, se
requieren nuevos análisis para mantener esta interpretación. En la figura 8.1 y en la
tabla 8.2 pueden apreciarse las medias de los distintos grupos.
0,9
Razones de Facilitación
Salino
K25
K37
2º
3º
Bloques
0,8
0,7
0,6
0,5
1º
4º
5º
Figura 8.1. Curvas de adquisición del condicionamiento (puntuaciones medias).
Tabla 8.2. Razones de facilitación medias y desviaciones típicas de los diferentes grupos
por bloque de dos sesiones.
Salino
K25
K37
M
SD
M
SD
M
SD
1º
0.57
0.08
0.61
0.09
0.63
0.09
2º
0.67
0.17
0.79
0.14
0.61
0.14
Bloques
3º
0.73
0.18
0.78
0.15
0.73
0.22
4º
0.81
0.17
0.83
0.10
0.65
0.14
5º
0.78
0.21
0.79
0.20
0.71
0.18
Para comprobar en qué medida puede hablarse de un efecto de bloques
independientemente de los grupos, como puede interpretarse del efecto principal
bloques y ausencia de interacción, se estudió el efecto simple de bloques dentro de
374
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Experimento 3
277
cada dosis. Los resultados arrojaron diferencias significativas en el grupo Salino
(F[4,112]=5.97, p<0.01) y en el grupo K25 (F[4,112]=2.48, p<0.05), y lejanas a la
significación en el grupo K37 (F[4,112]=0.80, p>0.1). Así, no se constata un efecto de
bloques en el grupo tratado con 37 mg/kg de ketamina, aunque sí en el grupo tratado
con la dosis menor (25 mg/kg), mostrando un efecto diferencial de la dosis de 37
mg/kg de ketamina. Para complementar este resultado se realizaron contrastes dentro
de cada grupo entre el primer bloque y cada uno de los restantes. Los resultados de
estos contrastes redundan sobre el resultado anterior, no habiendo ningún bloque
significativamente diferente del primero en el grupo K37. Para los grupos Salino y
K25, estos resultados apoyan la interpretación de un efecto de adquisición del
condicionamiento, presentando todos los bloques RF significativamente mayores que
la obtenida en el bloque primero. La tabla 8.3 resume estos contrastes.
Tabla 8.3. Bloques que difieren significativamente del primero en cada grupo. Los contrastes significativos o
tendentes son, de izqda. a dcha., para Salino: F(1,28)=7.55, F(1,28)=17.78, F(1,28)=37.14, F(1,28)=14.07;
para K25: F(1,28)=10.88, F(1,28)=10.46, F(1,28)=15.98, F(1,28)=5.16; para K37: F(1,28)=3.56.
Salino
K25
K37
2º bloque
**
**
3º bloque
**
**
+
4º bloque
**
**
5º bloque
**
*
**p<0.01; *p<0.05; +p<0.1
Estos resultados son indicativos de adquisición del condicionamiento en el grupo
Salino y en el grupo K25, pero no en el grupo K37. Si bien esta diferencia no queda
reflejada en la interacción del ANOVA general, sí se observa en las diferencias entre
bloques por cada grupo. Asimismo, en la figura 8.1 se observan diferencias entre el
grupo K37 y los otros dos en los dos últimos bloques, en los que parece haberse
alcanzado un nivel de condicionamiento asintótico para los grupos Salino y K25. Así,
se realizaron una última serie de contrastes para determinar la posible existencia de
diferencias significativas entre los diferentes grupos dentro de cada bloque. Los
contrastes arrojaron diferencias significativas en el bloque cuarto (F[2,28]=3.25,
p<0.05). Un contraste adicional realizado sobre las RF obtenidas en este bloque entre
el grupo Salino y los tratados con ketamina sirvió para confirmar que esta diferencia en
el bloque 4º era debida al menor nivel de condicionamiento obtenido por el grupo K37.
El contraste Salino vs. K37 resultó significativo (F[1,28]=5.18, p<0.05).
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278
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
4.2. Efectos sobre la recuperación y efectos de aprendizaje
dependiente de estado
En este apartado se analiza el cambio en la ejecución producido en cada grupo
por el cambio de tratamiento farmacológico producido entre la fase 1 y la fase 2, con
objeto de estudiar el efecto de la ketamina sobre la recuperación, así como el posible
efecto de SDL. Se realizaron dos análisis de varianza 2x2, uno para cada dosis de
ketamina, tal y como se describe en diseño y variables. En ninguno se observó ninguna
diferencia significativa, ni de grupos, ni de sesiones, ni de la interacción. Para la dosis
de 37 mg/kg, los resultados fueron F(1,13)=0.92, p>0.1 para grupos; F(1,13)=0.17,
p>0.1 para sesiones, y F(1,13)=0.00, p>0.1 para la interacción. Idénticos resultados se
obtuvieron para la dosis de 25 mg/kg (F[1,14]=0.13, p>0.1 para grupos; F[1,14]=2.05,
p>0.1 para sesiones, y F[1,14]=2.42, p>0.1 para la interacción).
Así, los resultados obtenidos muestran ausencia de efectos sobre la recuperación,
así como ausencia de SDL tanto para la dosis de 25 mg/kg como de 37 mg/kg. En el
caso de la dosis de 37 mg/kg, el resultado contrasta con el obtenido sobre la
adquisición del condicionamiento, donde el fármaco produce cierto detrimento. En la
figura 8.2 pueden observarse la evolución de los grupos K37SAL y SALK37 con el
cambio de tratamiento farmacológico, ilustrando la ausencia de efecto de interacción.
Puede observarse la ausencia de detrimento tras el cambio de tratamiento, e incluso un
leve aumento del condicionamiento, no significativo estadísticamente.
374
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Experimento 3
279
0.9
0.82
Entradas al comedero
0.79
0.8
0.74
0.71
0.7
0.6
SALK37
K37SAL
0.5
Sesión 9
Sesión A
Figura 8.2. Medias de las sesiones 9 y A en los grupos SALK37 y K37SAL. Las medias aparecen
en la gráfica. Las desviaciones típicas fueron para el grupo SALK37: SD=0.24, SD=0.22, y para el
grupo K37SAL: SD=0.18 y SD=0.19 para las sesiones 9 y A respectivamente.
En definitiva, en línea con el planteamiento expuesto en el apartado de diseño y
variables, al no existir decremento en el nivel de respuestas ni resultar significativa la
interacción, no se encuentran efectos de la ketamina sobre la recuperación, ni efectos
de SDL.
4.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del
EC
De forma similar a lo que se hizo en el experimento 1, se estudió el efecto de la
ketamina sobre las entradas al comedero en ausencia del EC (10 segs.) como un índice
de actividad motora. Se efectuó un ANOVA sobre el número de entradas al comedero
con dosis y bloques como factores. Los resultados del ANOVA general mostraron
ausencia de efectos principales (F[2,28]=1.67, p>0.1 para grupos y F[4,112]=0.70,
p>0.1) para bloques), así como ausencia de interacción entre ambos (F[8,112]=0.73,
p>0.1). Los resultados pueden observarse en la figura 8.3 y la tabla 8.4.
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280
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
6
Entradas al comedero
5
4
3
2
1
Salino
K25
1º
2º
K37
0
3º
Bloques
4º
5º
Figura 8.3. Entradas al comedero durante 10 segs. en ausencia de EC (puntuaciones medias).
Tabla 8.4. Medias y desviaciones típicas de las entradas al comedero durante 10 segs. en
ausencia de EC.
Salino
K25
K37
M
SD
M
SD
M
SD
1º
3.47
2.79
2.88
1.25
4.36
2.12
Bloques
3º
3.06
3.80
3.75
2.38
3.71
4.23
2º
3.44
3.18
3.25
2.89
4.71
2.46
4º
2.56
3.06
2.38
1.58
5.29
2.16
5º
1.56
2.10
3.00
2.98
3.86
2.41
A pesar de la ausencia de diferencias en grupos, y dado que el resultado
fundamental obtenido en la fase de adquisición apunta a la existencia de un efecto
sobre el aprendizaje de la dosis de ketamina de 37 mg/kg, pero no de la de 25 mg/kg,
realizamos un contraste directamente entre los grupos K37 y Salino. Este contraste
mostró la existencia de diferencias tendentes a la significación estadística
(F[1,28]=3.24, p<0.1) entre ambos grupos. Asimismo, realizado este contraste (K37
vs. Salino) dentro de cada bloque se observaron diferencias estadísticamente
significativas en los bloques 4º y 5º (F[1,28]=5.44, p<0.05) en el bloque 4º; y
(F[1,28]=4.41, p<0.05) en el 5º. Este mayor nivel de entradas al comedero en ausencia
374
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Experimento 3
281
del EC por parte del grupo K37 puede observarse en la figura 8.3. Es interesante
observar, asimismo, que este efecto hiperlocomotor de la ketamina fue estable a lo
largo de las sesiones, lo que sugiere que es independiente del entrenamiento.
Un interesante efecto encontrado en el experimento 1 y que puede observarse en
la figura 8.3 es la disminución de entradas al comedero que se produce en el grupo
Salino con el curso del entrenamiento. Para estudiar la fiabilidad de esta disminución
se contrastaron los bloques 2º a 5º con el bloque 1º en el grupo Salino. El contraste del
bloque 5º con el 1º resultó estadísticamente significativo (F[1,28]=6.01, p<0.05),
confirmando el decremento en entradas al comedero con el entrenamiento.
Por último, también se analizó el efecto de la inversión del tratamiento
farmacológico sobre las entradas al comedero en ausencia del EC. Dados los resultados
obtenidos en la primera fase de una mayor tendencia a entrar al comedero por parte de
las ratas inyectadas con 37 mg/kg de ketamina, y en la medida en que esos resultados
sean debidos, al menos en parte, a un efecto hiperlocomotor de la ketamina, la
inversión del tratamiento debería suponer la inversión de esa tendencia de respuesta.
Al igual que se hizo con las RF, para estudiar el efecto de la inversión del
tratamiento se realizaron análisis independientes para cada dosis de ketamina. Así, se
realizaron dos análisis de varianza 2x2, ambos con grupos (SALK37 vs. K37SAL ó
SALK25 vs. K25SAL) como un factor y bloques (último bloque de la primera fase y
primer bloque de la segunda fase) como otro factor. Un efecto producido por la
ketamina sobre la tendencia a entrar al comedero debería quedar reflejado en una
interacción significativa, con un mayor nivel de entradas en los grupos K37SAL en el
primer bloque e, inversamente, con un nivel más alto en el grupo SALK37 en el
segundo. Respecto a la dosis de 37 mg/kg esto fue lo que ocurrió. El análisis no mostró
ningún efecto principal (F[1,13]=1.25, p>0.1 para grupo; y F[1,13]=0.99, p>0.1 para
bloques), pero sí un efecto significativo de la interacción (F[1,13]=9.40, p<0.01). La
figura 8.4 ilustra la interacción obtenida.
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282
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
6
SALK37
K37SAL
Entradas al comedero
5
3.86
3.56
4
3
2.36
2
1
0.63
0
Bloque 5
Bloque A
Figura 8.4. Entradas al comedero durante 10 segs. en ausencia del EC (puntuaciones medias).
Las desviaciones típicas fueron para el grupo SALK37: SD=1.41, SD=3.06, y para el grupo
K37SAL: SD=2.41 y SD=1.65 para los bloques 5 y A respectivamente.
La interacción observada en la figura 8.4 muestra cómo con el cambio de
tratamiento de salino a ketamina aumenta el número de entradas al comedero, en tanto
que cuando el cambio de tratamiento se produce de ketamina a salino las entradas al
comedero disminuyen. Dado que las contingencias de aprendizaje son idénticas en
ambos bloques, esto supone un efecto de la ketamina sobre la RC elegida en nuestro
procedimiento, independiente de las contingencias de aprendizaje.
De nuevo, respecto a la dosis de 25 mg/kg, no se encontraron efectos
significativos sobre las entradas al comedero. No se encontraron efectos ni de grupos,
ni de bloques, ni de la interacción (F[1,14]=2.19, p>0.1 para grupo; F[1,14]=0.10,
p>0.1 para bloques; y F[1,13]=1.75, p>0.1 para la interacción).
5. Discusión
5.1. Efectos sobre la adquisición
Los resultados obtenidos en este experimento muestran un efecto perjudicial de la
ketamina sobre al aprendizaje a la dosis de 37 mg/kg, aunque menor que el obtenido en
374
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Experimento 3
283
el experimento 1, y ausencia de efecto con la dosis de 25 mg/kg. Los grupos Salino y
K25 alcanzan valores asintóticos de RF en torno a 0.8, en tanto que el grupo K37
apenas alcanza valores de RF de 0.7. El detrimento en el grupo K37 no se vio reflejado
en el ANOVA general, al no resultar significativa la interacción y resultarlo el efecto
principal bloques. Sin embargo, un análisis más detenido muestra la existencia de este
efecto.
En primer lugar, puede observarse un menor condicionamiento en el grupo K37
en los dos últimos bloques (figura 8.1), en los que sería de esperar el nivel de
condicionamiento más alto y fiable, resultando la diferencia entre los niveles de
condicionamiento de los grupos Salino y K37 estadísticamente significativa en el
bloque 4º. En segundo lugar, el análisis de las diferencias entre bloques dentro de cada
grupo apoya esta interpretación. Así, el efecto de bloques resultó significativo en los
grupos Salino y K25, pero no en el grupo K37, sugiriendo falta de adquisición del
condicionamiento en el último grupo. Complementando este resultado, en la tabla 8.3
puede observarse que, si bien en los grupos Salino y K25 todos los bloques difieren
significativamente del bloque 1º, en el grupo K37 ningún bloque lo hace, y sólo un
contraste muestra tendencia a la significación estadística.
El detrimento en la adquisición obtenido en este experimento con la dosis de 37
mg/kg viene a replicar, tras diversas modificaciones procedimentales, el efecto
encontrado en el experimento 1. Este detrimento es el esperado en función de la
implicación de los receptores NMDA en la inducción de PLP (P.1). No obstante, un
aspecto importante a destacar en el efecto obtenido en el grupo K37 es que éste es de
menor magnitud que el observado en el experimento 1. En aquél, el nivel de
condicionamiento (RF) se situó en torno a 0.6, en tanto que en éste el nivel se sitúa en
torno a 0.7. Esta diferencia aparente es también apoyada por los análisis estadísticos
realizados en ambos experimentos en los que se contrastan los grupos K37 y Salino. En
el experimento 1 el grupo K37 difirió significativamente del grupo Salino en los tres
últimos bloques, en tanto que en este experimento sólo se produce esta diferencia en el
bloque 4º. En conjunto, estos datos apuntan a una mayor debilidad del efecto en el
grupo K37 en este experimento.
Este resultado es coherente con la ausencia de efecto encontrada con la dosis de
25 mg/kg, que contrasta ampliamente con los efectos obtenidos a dosis menores (6 y
15 mg/kg) en los dos experimentos anteriores. Una importante diferencia entre este
experimento y los anteriores que puede explicar estos resultados es el empleo en este
experimento de un tiempo mayor de recuperación entre la administración del fármaco y
el inicio de la experiencia de aprendizaje. Cuanto mayor es este tiempo, menos efectivo
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284
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
debe mostrarse el fármaco. Respecto a la influencia en los resultados del tiempo de
recuperación empleado en este experimento, nuestros resultados muestran que la dosis
de 25 mg/kg es inefectiva con un tiempo de recuperación de 45 minutos. Sin embargo,
el hecho de que en los dos experimentos anteriores se hayan obtenido efectos con dosis
menores y tiempos de recuperación también menores sugiere que disminuyendo el
tiempo de recuperación podrían obtenerse efectos también a la dosis de 25 mg/kg. Por
supuesto, otra cuestión sería determinar el peso de los efectos colaterales del fármaco
al disminuir el tiempo de recuperación.
Más importante para nuestros propósitos es lo que ocurre con la dosis de 37
mg/kg, dosis a la que hemos encontrado efectos consistentes en los experimentos
previos. Los resultados de este experimento indican que al aumentar el tiempo de
recuperación de 45 a 60 minutos los efectos del fármaco, muy claros en experimentos
anteriores, se debilitan. No obstante, hemos visto que aún pueden detectarse. Parece,
por tanto, que con una dosis de 37 mg/kg, el tiempo de recuperación máximo en que el
fármaco ejerce efectos sobre el aprendizaje se sitúa en torno a 60 minutos. Así, en
nuestra estrategia de usar tiempos de recuperación extensos con objeto de minimizar
efectos colaterales a pesar del riesgo de que también puedan desaparecer los efectos
sobre el aprendizaje, parece haberse alcanzado el límite con la dosis de 37 mg/kg. Así
y todo, aún parecen existir efectos hiperlocomotores de la ketamina, como analizamos
más adelante.
5.2. Efectos sobre la recuperación y efectos de aprendizaje
dependiente de estado
Para estudiar el posible efecto sobre la recuperación de la ketamina, así como la
posible contribución del efecto de SDL en un posible deterioro de la ejecución se
realizó un doble cambio de tratamiento farmacológico de ketamina a salino y de salino
a ketamina. El cambio de tratamiento de salino a ketamina y viceversa no produjo
ningún efecto perjudicial sobre la recuperación, ni con la dosis de 25 mg/kg ni con la
dosis de 37 mg/kg. Por el contrario, se observó un ligero aumento en las respuestas en
ambos grupos, explicable como consecuencia de la sesión adicional de
condicionamiento. Esto indica una ausencia de efecto de la ketamina sobre la
recuperación, así como ausencia de efecto de SDL. La ausencia de efectos de la
ketamina sobre la recuperación a la dosis de 37 mg/kg contrasta con el efecto obtenido
sobre la adquisición del condicionamiento. Este contraste es el esperado a partir del
papel que los receptores NMDA tienen en la PLP (P.1 y P.2).
374
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Experimento 3
285
Asimismo, la ausencia de efecto tras la administración de ketamina (37 mg/kg) a
un grupo con una buena adquisición del condicionamiento previa (Salino) contrasta
también con el detrimento significativo de la ejecución obtenido en el experimento 1
tras dicho cambio de tratamiento. En aquel experimento, el resultado era interpretado
bien como un efecto de la ketamina sobre la recuperación, bien como un efecto de
SDL. En este experimento, ninguno de estos efectos se manifiesta. De nuevo, es fácil
encontrar una explicación inmediata de esta diferencia en el mayor tiempo dejado en
este experimento entre la administración del fármaco y la experiencia de aprendizaje.
Ahora bien, teniendo en cuenta ambos experimentos, nuestra pregunta original
continúa sin respuesta o, más exactamente, recibe dos respuestas contradictorias en los
experimentos 1 y 3. ¿Deteriora la ketamina la recuperación de lo aprendido?
Una posibilidad es que en el experimento 1 realmente se esté produciendo un
efecto de la ketamina sobre la recuperación, y que ese efecto desaparezca en este
experimento como consecuencia de la utilización de un tiempo de recuperación tras la
administración del fármaco excesivo. Una posibilidad alternativa es que el detrimento
observado en el experimento 1 fuera consecuencia de un cambio de contexto interno
(SDL), y que este cambio fuera menos perceptible tras el mayor tiempo de
recuperación empleado en este experimento. Resolver inequívocamente entre estas dos
alternativas requeriría manipulaciones específicas del tiempo de recuperación en un
mismo experimento, empleando un diseño específico para distinguir el efecto sobre los
mecanismos de recuperación del efecto de SDL, como el empleado en este
experimento. De nuevo, esta manipulación está fuera de nuestro propósito en el
presente trabajo.
Sin embargo, algunas razones apuntan a que el efecto obtenido en el experimento
1 sea un efecto de SDL como la alternativa más probable. El mecanismo por el que la
ketamina produciría efectos sobre el aprendizaje y efectos sobre la recuperación es el
mismo: el bloqueo de los receptores NMDA. Dado que el mecanismo es el mismo, la
farmacodinámica debe también ser la misma. Sin embargo, el mecanismo por el que se
espera que la ketamina produzca efectos sobre el aprendizaje y los mecanismos por los
que la ketamina pueda producir efectos de SDL pueden ser muy diferentes. Vimos en
el capítulo II que, si bien los receptores NMDA son el mayor lugar de acción de la
ketamina, ésta no sólo actúa sobre estos receptores. Por tanto, dado que no tienen por
qué coincidir los mecanismos responsables del efecto sobre el aprendizaje y de los
posibles efectos de SDL de la ketamina, la farmacodinámica del fármaco para ambos
efectos puede perfectamente ser diferente. Y lo que la comparación entre los resultados
de los experimentos 1 y 3 muestra es que, como consecuencia del mayor tiempo de
recuperación utilizado en este experimento entre la administración del fármaco y la
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286
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
experiencia de aprendizaje, el efecto sobre el aprendizaje continúa existiendo, aunque
de menor magnitud, en tanto que el efecto tras el cambio de tratamiento desaparece por
completo. O sea, el curso temporal de la ketamina para ambos efectos se muestra
diferente, apoyando la interpretación del efecto obtenido en el experimento 1 con el
cambio de tratamiento de salino a ketamina como un efecto de SDL.
Estos resultados llaman la atención sobre un aspecto extensamente citado en este
trabajo: la dificultad de separar los efectos de un fármaco sobre el aprendizaje y la
memoria de otros efectos inespecíficos del fármaco. Es tentador interpretar el claro
detrimento en la ejecución obtenido en el experimento 1 como un efecto de la ketamina
sobre los mecanismos de recuperación, si bien hemos visto que más bien parece ser un
artefacto producido por el SDL. Asimismo, estos resultados tienen también
implicaciones respecto a la estrategia general seguida en esta serie de experimentos de
emplear tiempos de recuperación anormalmente grandes a pesar del riesgo de que
disminuyan o desaparezcan los efectos sobre el aprendizaje. Los resultados de este
experimento muestran que, al menos parte de los efectos colaterales producidos por la
ketamina, en este caso los efectos de SDL, despararecen empleando un tiempo de
recuperación suficientemente grande, sin que desaparezcan al mismo tiempo los
efectos de la ketamina sobre el aprendizaje.
Por último, y más allá de los argumentos y la interpretación expuesta en relación
al efecto encontrado en el experimento 1, hay una realidad empírica correspondiente a
este experimento que no hay que olvidar. Si aceptamos que la concentración de un
fármaco en el cerebro es función tanto de la dosis del fármaco administrada como del
tiempo transcurrido desde su administración, los resultados de este experimento
muestran que una misma concentración de ketamina en el cerebro produce un efecto
perjudicial sobre el aprendizaje, y ausencia de efectos sobre la recuperación. Por
supuesto, esto no excluye la posibilidad de que la ketamina pueda afectar a la
recuperación a dosis mayores de las que son suficientes para afectar el aprendizaje.
Pero el hecho de que una dosis de ketamina produzca efectos sobre el aprendizaje y no
sobre la recuperación es coherente con los datos que muestran que una concentración
de antagonistas NMDA suficiente para impedir la inducción de PLP no impide su
posterior expresión (ver capítulo III), y apoya las predicciones P1 y P2 puestas a
prueba en el presente trabajo.
374
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Experimento 3
287
5.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del
EC
Al igual que en los experimentos anteriores, se midieron las entradas al comedero
en ausencia del EC como un índice de la actividad locomotora en el interior de la Caja
de Skinner. Hay varios aspectos a destacar en los resultados (figura 8.3). En primer
lugar, el grupo K37 muestra una mayor tendencia a entrar al comedero que el grupo
Salino. Aunque esta diferencia no fue refrendada por un ANOVA general incluyendo
los tres grupos, presumiblemente por el similar comportamiento de los grupos Salino y
K25, sí se observa en un ANOVA que incluye a los grupos Salino y K37 solamente. En
segundo lugar, al igual que ocurre para otras medidas presentadas en este experimento,
el grupo K25 no difiere del grupo Salino. Finalmente, el grupo Salino dibuja una curva
muy similar a la observada en el experimento 1, con un descenso en el número de
entradas al comedero con el transcurso del entrenamiento.
El mayor número de entradas al comedero observado en el grupo K37 con
respecto al Salino replica el resultado obtenido en el experimento 1. Sin embargo, a
diferencia de lo que ocurría en el experimento 1, en el que se apreciaba un aumento de
estas respuestas con el curso del entrenamiento, en este experimento las entradas al
comedero en ausencia del EC se mantuvieron constantes a lo largo del entrenamiento.
La estabilidad en las entradas al comedero en ausencia del EC observada sugiere que
esta medida es independiente del entrenamiento, reforzando una interpretación de los
resultados en términos del efecto hiperlocomotor de la ketamina para los resultados
obtenidos en este experimento. Esta interpretación es confirmada por los efectos
producidos por el cambio de tratamiento farmacológico, que muestra un claro cambio
en la tendencia de respuesta producido por el cambio de tratamiento, independiente del
entrenamiento. Cuando en la segunda fase del experimento el grupo Salino pasó a ser
inyectado con ketamina (grupo SALK37) sus entradas al comedero aumentaron de
manera significativa, en tanto que cuando el grupo K37 pasó a ser inyectado con salino
(grupo K37SAL) sus entradas al comedero disminuyeron (figura 8.4).
La estabilidad en las entradas al comedero en ausencia del EC mostrada por el
grupo K37 está en discrepancia con el progresivo incremento de estas respuestas
obtenido en el experimento 1. Esta discrepancia establece algunas sombras en la
interpretación del efecto de la ketamina sobre las entradas al comedero en ausencia del
EC. En la discusión del experimento 1 argumentamos que el incremento de estas
respuestas con el curso del entrenamiento podía explicarse, al menos en parte, como
consecuencia de las contingencias propias de la situación de aprendizaje. Asimismo,
no se excluía la posible contribución de un efecto hiperlocomotor de la ketamina. Los
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
resultados de este experimento, sin embargo, en el que el efecto de la ketamina sobre
las entradas al comedero se mantiene estable a lo largo del entrenamiento, apoyan una
interpretación en términos de efecto hiperlocomotor del fármaco. ¿Cuál puede ser la
razón de esta discrepancia? En realidad, existen numerosas diferencias
procedimentales entre ambos experimentos que podrían contribuir a esta diferencia de
resultados. El tiempo de recuperación utilizado, el EC (modificado en este experimento
con objeto de facilitar su asociación con el EI), el número de ensayos, el intervalo entre
ensayos, la duración de las sesiones, e incluso el propio registro de la RC son algunas
variaciones procedimentales entre ambos experimentos cuya influencia en el resultado
es difícil de determinar. A partir de estas variaciones procedimentales se podría
aventurar alguna explicación, pero ésta no dejaría de ser una explicación aventurada.
Nuevamente, una adecuada explicación necesitaría ser contrastada en un experimento,
y esto excede las pretensiones de este trabajo.
Recordemos que nuestro objetivo al registrar las entradas al comedero en
ausencia del EC es, simplemente, determinar la posible incidencia de la tendencia a
entrar al comedero en nuestra RC (entrar al comedero estando el EC presente). Y con
respecto a este objetivo, de ambos experimentos se extraen datos paralelos. En ambos
experimentos el grupo K37 tiene una mayor actividad en el comedero en ausencia del
EC que el grupo Salino. En el experimento 1 no puede descartarse una influencia en
este efecto de las contingencias de aprendizaje ni de un efecto hiperlocomotor de la
ketamina. En este experimento los resultados apuntan a una explicación en términos de
efecto hiperlocomotor de la ketamina. Conjuntamente, la conclusión es que un efecto
hiperlocomotor de la ketamina que afecte a las entradas al comedero no puede ser
descartado, y éste es precisamente el efecto que se pretendía descartar. Los datos
recogidos en este experimento indican que, con una dosis de 37 mg/kg, ni siquiera un
tiempo de recuperación de 60 minutos es suficiente para eliminar este efecto. La
necesidad de utilizar medidas que neutralicen la influencia de este efecto sobre la RC,
como las RF utilizadas en estos experimentos, se muestra evidente.
Este resultado es consistente con el obtenido por Good y Bannerman (1997) con
otro antagonista NMDA, AP5, en el único trabajo que conozcamos, aparte del nuestro,
en que se ha estudiado el efecto de antagonistas NMDA sobre el condicionamiento
apetitivo en ratas (ver capítulo IV). En su estudio, Good y Bannerman utilizaron dos
grupos tratados con AP5 administrado intraventricularmente (dosis de 15 mM y
30mM), un grupo con lesión del hipocampo y un grupo control. Aunque Good y
Bannerman, basados en el resultado del análisis estadístico, sostienen que no se
encontraron diferencias entre grupos en sus entradas al comedero durante el intervalo
entre ensayos, pensamos que esto no es lo que se desprende de sus datos. La media
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Experimento 3
289
para los grupos control, hipocampotomizado, tratado con 15 mM de AP5 y tratado con
30 mM de AP5 fue de 4.42, 6.13, 4.86 y 7.00 entradas al comedero respectivamente.
Así, puede observarse que las entradas al comedero del grupo tratado con 30 mM de
AP5 fueron manifiestamente más frecuentes que las del grupo control. Sin embargo, el
único análisis estadístico que realizaron Good y Bannerman incluye a los cuatro
grupos, por lo que la diferencia entre los grupos control y tratado con AP5 (30 mM)
podría quedar ensombrecida en el ANOVA general. Aun así, el resultado de este
ANOVA fue de F(3,45)=2.79. Si bien es verdad que esa F no es significativa con un
nivel de significación <0.05, resultaría significativa con un nivel de significación de
<0.06. Evidentemente, un contraste directo entre el grupo control y el tratado con 30
mM de AP5 arrojaría diferencias incluso con niveles de significación menores. No
parece, por tanto, que pueda mantenerse que no existen diferencias entre los grupos en
sus respuestas en ausencia del EC. Así, el resultado obtenido por Good y Bannerman
con la dosis mayor de AP5 es consistente con los obtenidos en este experimento y en el
experimento 1 con la dosis mayor de ketamina utilizada. Lamentablemente, Good y
Bannerman no reflejan la evolución de estas respuestas durante el entrenamiento, por
lo que no podemos comparar los resultados en este punto.
Volviendo a nuestro experimento, otro resultado a destacar es la falta de eficacia
de la dosis de 25 mg/kg para producir un nivel de entradas al comedero en ausencia del
EC mayor que el del grupo Salino. Asimismo, la inversión del tratamiento
farmacológico en la fase 2 tampoco resultó eficaz para invertir el nivel de entradas al
comedero en ausencia del EC. Estos dos resultados contrastan con los obtenidos con la
dosis de 37 mg/kg en este mismo experimento. La ausencia de diferencias con el grupo
Salino durante la fase de adquisición contrasta, asimismo, con los resultados obtenidos
en el experimento 1, tanto con una dosis de 37 mg/kg, como con dosis menores a 25
mg/kg. Por otra parte, la ausencia de efecto sobre las entradas al comedero en ausencia
del EC obtenida en este experimento es coherente con la también ausencia de efecto
sobre las RF observada en este grupo, tanto durante la adquisición del
condicionamiento como tras el cambio de tratamiento farmacológico. Conjuntamente,
estos resultados muestran que el grupo K25 fue insensible a cualquier efecto de la
ketamina. Sin embargo, hay que ser cautos con la interpretación de este resultado. No
indica necesariamente que la dosis de 25 mg/kg de ketamina no produzca efectos, ya
sobre el aprendizaje, ya locomotores. Lo que realmente muestran es que administrados
25 mg/kg de ketamina i.p., y transcurridos 45 minutos desde su administración, la
ketamina no produce efectos. Presumiblemente, y a partir de los resultados observados
con dosis menores en los experimentos 1 y 2, la disminución del tiempo entre la
administración del fármaco y la prueba conductual llevaría a resultados diferentes. Esta
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
es la misma explicación que dábamos en la discusión del experimento 2 respecto a la
aparente mayor eficacia de la dosis de 6 mg/kg respecto a la de 15 mg/kg.
Un último resultado merece ser comentado. La curva que dibuja el grupo Salino
en su nivel de entradas al comedero en ausencia del EC, descendente con el curso del
entrenamiento, es similar a la observada en el experimento 1. La explicación dada en el
experimento 1 a este efecto se basa en el análisis de las contingencias propias de la
situación de aprendizaje. Asimismo, en el experimento 2 la forma de la curva del grupo
Salino también parecía estar determinada por las contingencias de aprendizaje. El
resultado de este experimento, por tanto, viene a insistir en la influencia de estas
contingencias en el nivel de entradas al comedero en ausencia del EC. El conjunto de
los tres experimentos muestra, por tanto, que ésta no es una medida limpia de actividad
motora. Determinar ese efecto requeriría medidas independientes de las contingencias
de aprendizaje, como las tomadas en un campo abierto (como hacen p. ej., Pallarés et
al., 1995). Sin embargo, como expusimos en el capítulo V, las demandas motoras de
estas medidas y las de la respuesta requerida en la situación de aprendizaje pueden ser
muy diferentes. Si el objetivo es conocer el grado en que estos efectos motores pueden
afectar a una respuesta concreta, el mejor camino es medir directamente este efecto
sobre la respuesta. La medida de estos efectos en nuestros experimentos muestra que,
en caso de haber medido respuestas brutas de entrada al comedero, nuestra medida de
condicionamiento habría estado contaminada por los efectos motores de la ketamina.
En definitiva, el registro de la actividad en el comedero en ausencia del EC realizado
en estos experimentos no es un índice limpio de la actividad locomotora producida por
la ketamina, pero nos indica que nuestra RC, las entradas al comedero, está sesgada
por el efecto hiperlocomotor de la ketamina. Consecuentemente, muestra la necesidad
de contrarrestar este sesgo. Una forma de hacerlo es utilizar razones de facilitación
como medida de condicionamiento.
En conclusión, el resultado obtenido sobre las entradas al comedero en ausencia
del EC en el grupo K37 muestra que, a pesar del amplio tiempo de recuperación
empleado, superior al necesario para que desaparezcan los efectos hiperlocomotores de
la ketamina según diversos estudios conductuales (ver capítulo II), éstos siguen
produciéndose. Si bien la ampliación de 45 a 60 minutos del tiempo entre la
administración del fármaco y el entrenamiento se ha mostrado suficiente para hacer
desaparecer el posible efecto de SDL, no parece suficiente para que desaparezcan los
efectos hiperlocomotores de la ketamina. Este resultado alerta sobre los riesgos de
confundir estos efectos con posibles efectos sobre el aprendizaje y hace evidente la
necesidad de utilizar controles adecuados para estos efectos en experimentos sobre el
efecto de antagonistas NMDA en el aprendizaje y la memoria.
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CAPÍTULO IX. EXPERIMENTO 4. EFECTO DE LA KETAMINA SOBRE LA
DISCRIMINACIÓN Y LA INVERSIÓN DE LA DISCRIMINACIÓN
1. Introducción
2. Diseño y variables
3. Método
3.1. Sujetos
3.2. Procedimiento
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición de la discriminación
4.2. Efectos sobre la inversión de la discriminación
5. Discusión
5.1. Efectos sobre la adquisición de la discriminación
5.2. Efectos sobre la inversión de la discriminación
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Capítulo IX
Experimento 4. Efecto de la ketamina sobre la
discriminación y la inversión de la discriminación
1. Introducción
En el experimento 4 se estudia el efecto de la ketamina sobre el aprendizaje de
una discriminación y la posterior inversión de la misma. El objetivo principal de este
experimento es aportar evidencia empírica sobre el paralelismo sugerido entre los
efectos sobre el aprendizaje producido por las lesiones hipocampales y los producidos
por antagonistas NMDA, poniendo a prueba la predicción P.8.
Un fenómeno típicamente descrito en la literatura sobre los efectos de lesiones
hipocampales en el aprendizaje y la memoria es que la lesión del hipocampo no afecta
a la adquisición de una discriminación, pero sí perjudica la posterior inversión de la
misma, en la que el estímulo reforzado (E+) en la primera fase pasa a ser no reforzado
(E-) en la segunda fase y viceversa. Este resultado se ha encontrado con una amplia
variedad de procedimientos, estímulos y especies. Característicamente, se ha descrito
en diferentes formas de aprendizaje espacial en ratas (Hughey y Koppenaal, 1987;
Jarrard, 1976; Laughlin, Finger y Bell, 1983; Neave, Lloyd, Sahgal y Aggleton, 1994;
Thompson, 1981), y en el condicionamiento de la respuesta de la membrana nictitante
en conejos. Y en este último utilizando gran variedad de estímulos en la
discriminación, como tonos de distinta frecuencia (Berger y Orr, 1983; Orr y Berger,
1985), tonos de distinta duración (Port, Romano y Patterson, 1986) o discriminación
entre luz y tono (Weikat y Berger, 1986). Finalmente, en otras especies también se han
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
encontrado resultados similares tras lesiones de estructuras encefálicas equivalentes al
hipocampo (Benowitz y Teng, 1973, en pollos; Good, 1987, en palomas; o Grisham y
Powers, 1989, en tortugas).
No obstante, también pueden encontrarse algunos resultados contrarios (Marston,
Everitt y Robbins, 1993; Muñoz y Grossman, 1980; Ridley, Timothy, McLean y Baker,
1995). Un factor que podría estar implicado en estos resultados contrarios es que no
todas las llamadas lesiones del hipocampo afectan a las mismas áreas. En unos estudios
se lesiona extensivamente el hipocampo, en otros la fimbria y sus eferencias a través
del fornix, o en otros regiones más localizadas, como el área CA1 o el giro dentado. En
este sentido, resulta interesante el resultado obtenido por Livesey, Meyer y Smith
(1980) con una tarea de presión de palanca, quienes encontraron que lesiones del giro
dentado, pero no del área CA1, afectaron a la inversión de la discriminación. No
obstante, considerando el conjunto de resultados, el detrimento selectivo de la
inversión de una discriminación tras la lesión del hipocampo es un fenómeno
ampliamente contrastado y asumido en la literatura sobre los efectos de las lesiones
hipocampales en el aprendizaje. Un dato adicional que ilustra la tipicidad de un
detrimento en la inversión de la discriminación asociado a lesiones hipocampales es
que cuando se elaboran modelos formales de funcionamiento del hipocampo, el déficit
en la inversión de la discriminación es uno de los fenómenos cuya simulación se exige
al modelo (Gluck y Myers, 1993; Schmajuk y Dicarlo, 1991, 1992; Schmajuk y Moore,
1985, 1988). De hecho, nuestro interés en estudiar el efecto de la ketamina en el
aprendizaje de la adquisición y la inversión de una discriminación está motivado en
primer lugar por ser éste un paradigma que ha producido unos resultados típicos tras
lesiones hipocampales.
Así, volviendo a nuestras predicciones, en la medida en que la ketamina tenga un
efecto sobre el aprendizaje similar al que se obtiene tras la lesión del hipocampo,
deberíamos obtener un patrón de resultados bajo el efecto de la ketamina similar al que
típicamente se obtiene tras la lesión del hipocampo (P.8). Respecto a la tarea de
aprendizaje de este experimento, esto implica que la adquisición de una discriminación
inicial entre dos estímulos no se vea perjudicada por la administración de ketamina,
para, en una fase posterior, en la que los estímulos reforzados y no reforzados
intercambian sus roles, producirse un deterioro en la nueva discriminación (inversión
de la discriminación) en los grupos tratados con ketamina respecto al grupo control.
El procedimiento de condicionamiento utilizado es, al igual que en los
experimentos anteriores, el condicionamiento clásico de entrada al comedero. Sin
embargo, como en este experimento el interés se centra en el estudio de la
discriminación entre los dos estímulos, más que en el condicionamiento a cada uno de
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Experimento 4
295
ellos, utilizamos como índice de aprendizaje la razón de discriminación (RD). Su
lógica es similar a la de la RF, diferenciándose de ésta en que en lugar de ser un índice
de las respuestas emitidas ante el estímulo en relación a las emitidas ante el contexto
(RF), la RD es un índice de las respuestas emitidas ante un estímulo en relación a las
emitidas ante el otro estímulo.
Respecto a las dosis empleadas, en este experimento utilizamos las mismas dosis
que en el experimento anterior (25 y 37 mg/kg de ketamina), empleando un total de
cinco grupos, con objeto de comparar los efectos de ambas dosis tanto sobre la
adquisición como sobre la inversión de la discriminación.
2. Diseño y variables
El diseño constó de dos fases bien diferenciadas. En ambas, el entrenamiento fue
el mismo para todos los grupos, diferenciándose éstos sólo en el tratamiento
farmacológico al que fueron sometidos. En la primera fase se entrenó la adquisición de
una discriminación y en la segunda la inversión de la discriminación previamente
establecida. Se emplearon dos dosis de ketamina (25 mg/kg y 37 mg/kg) y se estudió el
efecto de cada dosis en cada una de las fases. Así, dos grupos fueron tratados con
ketamina (25 mg/kg y 37 mg/kg) desde el inicio del entranamiento con objeto de
estudiar el efecto del fármaco sobre la adquisición de la discriminación. Para estudiar
el efecto de la ketamina sobre la inversión de la discriminación, otros dos grupos
recibieron tratamiento con ketamina (25 mg/kg y 37 mg/kg) al inicio de la fase de
inversión. Estos dos grupos fueron inyectados con solución salina durante la fase
previa. Un último grupo fue tratado con solución salina durante ambas fases. Como
consecuencia de todo esto, los 40 sujetos formaron en la primera fase tres grupos:
inyectados con solución salina (SALINO; n=24), e inyectados con 25 y 37 mg/kg de
ketamina (K25 y K37; n=8). En la segunda fase, el grupo SALINO fue dividido en
tres, que pasaron a ser tratados de nuevo con solución salina (SALSAL; n=8),
ketamina 25 mg/kg (SALK25; n=8) y ketamina 37 mg/kg (SALK37; n=8). Una
representación del diseño puede observarse en la tabla 9.1.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Tabla 9.1. Diseño del experimento 4. En la primera fase, el nombre del grupo indica el tratamiento dado al
mismo. En la segunda fase, la primera parte del nombre indica el tratamiento en la primera fase y la segunda
parte el tratamiento en la segunda fase. En todos los grupos se llevó a cabo el mismo entrenamiento:
discriminación condicionada clásica en la primera fase e inversión de la discriminación en la segunda.
Fase 1 (Discriminación)
SALINO
Grupos
K25
K37
Fase 2 (Inversión)
SALSAL
SALK25
SALK37
---------------
En la primera fase nuestro interés fue estudiar el efecto de las dos dosis ya
utilizadas en el experimento 3, esta vez sobre el aprendizaje de discriminación. Los
grupos relevantes para este objetivo son los grupos SALINO, K25 y K37. En la
segunda fase, nuestro interés fue estudiar esas mismas dosis sobre la inversión de la
discriminación. Para este objetivo, los grupos relevantes son aquéllos que no fueron
sometidos al entrenamiento con ketamina durante la primera fase, o sea los grupos
SALSAL, SALK25 y SALK37. Ambas fases se analizaron de forma independiente,
estudiándose la adquisición de la discriminacion en la primera y la de su inversión en
la segunda. Al igual que en los experimentos anteriores, las sesiones se agruparon en
bloques de dos. Por tanto, en cada fase resulta un diseño factorial con dosis de
ketamina como un factor y bloques de dos sesiones como otro factor. El factor dosis,
por tanto, es un factor intergrupos, con tres niveles (0, 25 y 37 mg/kg de ketamina),
tanto en la fase de adquisición de la discriminación como en la de inversión de la
discriminación El otro factor, bloques, es un factor de medidas repetidas, con siete
niveles en la primera fase y diez en la segunda.
Para estudiar la discriminación usamos una medida de relación entre las
respuestas dadas a un estímulo (E1) y las dadas al otro estímulo (E2), a la que
llamamos razón de discriminación (RD). Concretamente, RD=E1/(E1+E2). Un valor
en RD cercano a 1 indicaría discriminación a favor de E1 (se dan más respuestas ante
E1 que ante E2). Un valor cercano a 0.5 indicaría ausencia de discriminación. Por
último, un valor cercano a 0 estaría indicando discriminación a favor de E2.
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Experimento 4
297
3. Método
3.1. Sujetos
Se utilizaron 40 ratas Wistar macho con 120 días de edad aproximadamente,
procedentes de un experimento previo de aprendizaje de aversión al sabor. Su peso
medio fue de 319 gramos al comienzo de la fase de privación.
3.2. Procedimiento
Administración del fármaco
Se emplearon dos dosis de ketamina (25 mg/kg y 37 mg/kg) y un grupo control
inyectado con solución salina. El tiempo transcurrido entre la administración del
fármaco y el comienzo del condicionamiento fue de 40 minutos para la dosis de 25
mg/kg y 60 minutos para la de 37 mg/kg y para los sujetos inyectados con solución
salina.
Condicionamiento
En el entrenamiento se emplearon dos estímulos, uno acústico (click), y otro
luminoso, una luz difusa, ambos de diez segundos de duración. El click fue el mismo
que el empleado en el experimento 3 (7 veces/seg., 2000 Hz, 82 db). La luz difusa
estaba producida por una bombilla instalada al efecto en la cámara de aislamiento de la
Caja de Skinner, no visible directamente desde el interior de la propia Caja.
Estos estímulos fueron utilizados por diversas razones. En un experimento citado
en el capítulo IV, Clissold y colaboradores (1991) no encontraron discriminaciones
fiables entre dos estímulos en una tarea de discriminación operante en ratas cuando los
estímulos pertenecían a la misma modalidad sensorial (tono vs. click o luz brillante vs.
luz difuminada), pero sí cuando se utilizaba un estímulo visual y otro auditivo. El
hecho razonable, confirmado por los resultados de Clissold y colaboradores en el
contexto del efecto amnésico de fármacos, de que la discriminación intradimensional
es más difícil de establecer que la discriminación extradimensional cobra especial
importancia a la luz de los déficits en el aprendizaje que hemos obtenido en los grupos
tratados con ketamina en los experimentos anteriores. Dados estos déficits, un
problema en este experimento podría ser que los grupos tratados con ketamina
mostraran también deficiencias en la adquisición de la discriminación, lo que
dificultaría el estudio del efecto del fármaco sobre la inversión de la misma. Así, con
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
objeto de facilitar la discriminación inicial y favorecer el estudio de la inversión a
partir de un nivel similar en cada grupo, se utilizaron dos estímulos claramente
distinguibles en la discriminación, correspondientes a distintas modalidades
sensoriales.
Sin embargo, la utilización de estímulos de diversas modalidades sensoriales
presenta también algunos problemas. En un influyente trabajo, Holland (1977) mostró
que la RC puede diferir en función de la modalidad sensorial del EC. El procedimiento
de condicionamiento empleado por Holland era muy similar al empleado en nuestros
experimentos, aunque él registró un rango mucho más amplio de respuestas como RCs.
En líneas generales, sus resultados muestran que estímulos de diferentes modalidades
sensoriales (auditiva y visual), aunque estén asociados con el mismo reforzador,
demostrado tanto por pruebas de bloqueo como de condicionamiento de segundo orden
y sumación, evocan RCs diferentes. Prueba de ello son los cortos y rápidos
movimientos de la cabeza (head-herk) asociados a la estimulación auditiva, o la
respuesta de levantarse sobre las patas traseras (rearing) asociada con la estimulación
visual. De relevancia para nosotros es el hecho de que la respuesta de entrada al
comedero, la utilizada en nuestros experimentos, si bien es ligeramente más frecuente
ante estímulos visuales que auditivos, es producida por ambos tipos de estimulación.
Esta mayor probabilidad de los estímulos visuales para producir la respuesta de entrada
al comedero representaría un problema en el caso de que el objetivo fuese la
comparación de la velocidad del condicionamiento a ambos tipos de estímulos. Sin
embargo, siendo nuestro objetivo el simple establecimiento de condicionamiento a
cada uno de los estímulos, es suficiente con el conocimiento de que éste puede medirse
a través de la respuesta de entrada al comedero con ambas modalidades sensoriales.
Por último, en otro trabajo en el que se utiliza también un procedimiento muy
similar al nuestro, Boakes (1977) distingue varios tipos de RC en función del EC
utlizado. Concretamente, Boakes distingue entre conductas dirigidas hacia la meta
(goal tracking) y conductas dirigidas hacia el EC o señal (sign tracking), encontrando
que el principal factor que influye en la probabilidad de ambas es la localización
espacial de la señal. A mayor localización espacial, mayor número de respuestas
dirigidas hacia la señal. Una importante conclusión de su trabajo es que las respuestas
dirigidas hacia la señal compiten con las respuestas dirigidas hacia la meta.
Dado que, por lo común, la estimulación luminosa es más localizable en el
espacio que la estimulación acústica, es esperable un mayor número de respuestas
dirigidas hacia la señal tras la estimulación luminosa. Además, estos hallazgos son
coherentes con los descritos por Holland, en la medida en que la conducta de
levantarse sobre las patas traseras, referida por Holland como específica para la
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Experimento 4
299
estimulación visual, puede describirse como una respuesta de orientación dirigida
hacia la señal luminosa. Una señal auditiva no produciría una respuesta similar por su
menor localización espacial. En definitiva, estos hallazgos llaman la atención sobre la
posibilidad de que la estimulación luminosa produzca respuestas que compitan con la
respuesta de entrada al comedero (conducta dirigida hacia la meta).
A la vista de estos datos, y para reducir las respuestas de orientación dirigidas
hacia la luz, en lugar de utilizar la estímululación luminosa, localizada, disponible en el
interior de la Caja de Skinner, se utilizó como estímulo luminoso la luz procedente de
una bombilla situada fuera de la Caja de Skinner y no visible desde su interior. Incluso
así, la estimulación luminosa producía la respuesta de levantarse sobre las patas
traseras descrita por Holland, aunque esta respuesta se habituaba tras varios ensayos
con la luz sin reforzar. En definitiva, los estímulos utilizados fueron pertenecientes a
modalidades sensoriales diferentes, visual y auditiva, con objeto de hacer más fácil la
discriminación inicial. El trabajo de Holland muestra que ambos tipos de estimulación
son adecuados para producir la respuesta de entrada al comedero. Por último, los
estudios de Boakes muestran la conveniencia de que la estimulación visual no sea
espacialmente localizada. Así, los estímulos que utilizamos en este experimento son un
click y una luz difusa. El click fue el estímulo reforzado en la primera fase
(discriminación) y la luz el estímulo reforzado en la segunda (inversión de la
discriminación).
Una última consideración a realizar respecto a los estímulos elegidos para la
discriminación en nuestro experimento es que la ketamina pudiera producir algún tipo
de detrimento visual que dificultara el condicionamiento hacia la luz en la segunda
fase. Si bien esta posibilidad no puede ser descartada, no parece ser esto lo que ocurría.
El comportamiento de las ratas inyectadas con ketamina (25 o 37 mg/kg) hacia la luz
fue similar a las del grupo control, mostrando una clara respuesta de orientación hacia
la luz en los primeros ensayos. Esta respuesta se habituaba en la primera fase, tras
varios ensayos no reforzados de la luz.
Todas las sesiones, en ambas fases, tuvieron lugar entre las 14:00 y las 20:00
horas y su duración fue de 20 minutos. En la primera fase, de 14 sesiones de
condicionamiento, el click fue seguido de una bolita de comida, en tanto que la
presentación de la luz no tenía consecuencias. El número de ensayos por sesión fue
diferente en las sesiones 1 a 6 (8 ensayos, 4 reforzados y 4 no reforzados) y en las
sesiones 7 a la 14 (12 ensayos, 8 reforzados y 4 no reforzados). En esta fase el IEE
medio fue de 150 segs. para las seis primeras sesiones y de 95 segs. para las ocho
últimas. En la segunda fase (20 sesiones) se invirtió la relación de los estímulos con el
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
reforzador, pasando la luz a ser el estímulo reforzado (E+) y el click el no reforzado
(E-). En todo lo demás, las sesiones de la segunda fase eran iguales a los ensayos 7 a
14 de la primera fase, con presentaciones de 8 ensayos reforzados y 4 no reforzados.
Obviamente, dado que el número de presentaciones de un estímulo y otro durante toda
la segunda fase y parte de la primera fase no fue similar, las RD fueron corregidas para
evitar el sesgo producido por el desigual número de ensayos de cada tipo. Para ello se
multiplicaron por dos las respuestas dadas a los ensayos no reforzados a partir de la
sesión 7. Por último, el orden de presentación de los ensayos reforzados y no
reforzados fue aleatorizado cada sesión con la restricción de un máximo de dos
ensayos con presentaciones consecutivas del mismo estímulo.
4. Resultados
4.1. Efectos sobre la adquisición de la discriminación
Se realizó un ANOVA general sobre las razones de discriminación (RD), con
bloques y dosis como factores. No se obtuvieron efectos de dosis (F[2,37]=0.31,
p>0.1) ni de la interacción (F[12,222]=0.93, p>0.1), observándose únicamente
diferencias significativas en bloques (F[6,222]=6.58, p<0.1). Estos resultados parecen
indicar la existencia de adquisición en todos los grupos, independientemente del
tratamiento con ketamina. No obstante, siguiendo la misma lógica que en experimentos
anteriores, se necesitan más análisis para confirmar esta interpretación. En la figura 9.1
y la tabla 9.2 se muestran las medias en cada grupo.
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Experimento 4
301
1
Razones de Discriminación
SALINO
K25
K37
3º
4º
Bloques
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
1º
2º
5º
6º
7º
Fig
ura 9.1. Curvas de adquisición de la discriminación (puntuaciones medias)
Tabla 9.2. Medias y desviaciones típicas de las razones de discriminación
Salino
K25
K37
M
SD
M
SD
M
SD
1º
0.55
0.31
0.50
0.38
0.70
0.27
2º
0.70
0.37
0.64
0.35
0.61
0.31
3º
0.78
0.23
0.69
0.21
0.69
0.31
Bloques
4º
0.81
0.22
0.82
0.20
0.80
0.18
5º
0.84
0.24
0.86
0.15
0.89
0.12
6º
0.74
0.22
0.90
0.09
0.87
0.17
7º
0.77
0.27
0.89
0.09
0.90
0.18
Las curvas de adquisición observadas en la figura 9.1 parecen ilustrar la
interpretación de un efecto de adquisición en todos los grupos. Los análisis del efecto
bloques dentro de cada grupo mostraron diferencias significativas para los grupos
Salino (F[6,222]=4.04, p<0.01) y K25 (F[6,222]=3.16, p<0.01), y diferencias
tendentes a la significación estadística en el grupo K37 (F[6,222]=1.85, p<0.1). No
obstante, como se observa en la figura 9.1, este resultado en el grupo K37 no parece
deberse a una peor adquisición, sino al mayor nivel de la RD obtenido en el primer
bloque, que podría estar atenuando el efecto de bloques. Así, los contrastes entre el
bloque primero y los restantes para el grupo K37 no se llevaron a cabo, al no poder
suponerse para el primer bloque condicionamiento mínimo. En su lugar, para el grupo
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302
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
K37, se contrastaron los bloques tercero a séptimo con el segundo, encontrándose
diferencias significativas en el bloque quinto (F[1,37]=4.19, p<0.05) y tendentes a la
significación en los bloques sexto y séptimo (F[1,37]=2.90, p<0.1 para el bloque sexto;
y F[1,37]=3.00, p<0.1 para el séptimo). Los contrastes realizados entre el bloque
primero y los restantes para los grupos Salino y K25 se muestran en la tabla 9.3.
Tabla 9.3. Bloques que difieren significativamente del primero. Los contrastes significativos o
tendentes son, de izqda. a dcha., para Salino: F(1,37)=2.93, F(1,37)=9.88, F(1,37)=14.45,
F(1,37)=16.57, F(1,37)=6.58, F(1,37)=6.05; para K25: F(1,37)=6.72, F(1,37)=8.15, F(1,37)=9.48,
F(1,37)=6.14.
2º bloque 3º bloque 4º bloque 5º bloque 6º bloque 7º bloque
Salino
+
**
**
**
*
*
K25
*
**
**
*
**p<0.01; *p<0.05; +p<0.1
Un último análisis, el efecto simple de grupos dentro de cada bloque, no arrojó
diferencias significativas para ningún bloque, redundando en la ausencia de diferencias
entre los grupos respecto a la adquisición de la discriminación.
4.2. Efectos sobre la inversión de la discriminación
El análisis de varianza efectuado sobre dosis y bloques mostró la existencia de
diferencias significativas en bloques (F[9,189]=7.17, p<0.01), no resultando
significativos dosis (F[2,21]=2.62, p>0.1) ni la interacción (F[18,189]=1.03, p>0.1).
Este resultado podría indicar un efecto de adquisición de la inversión de la
discriminación para todos los grupos que, no obstante, necesita ser confirmado en
análisis posteriores. La figura 9.2 muestra las curvas de aprendizaje de la inversión de
la discriminación en los diferentes grupos (puntuaciones superiores a 0.5 son
indicativas de un mayor número de respuestas al E- y puntuaciones inferiores más
respuestas al E+). La tabla 9.4 muestra las medias y desviaciones típicas.
374
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Experimento 4
303
1
SALSAL
Razones de Discriminación
0,9
SALK25
SALK37
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
1º
2º
3º
4º
5º
6º
Bloques
7º
8º
9º
10º
Figura 9.2. Inversión de la discriminación (puntuaciones medias).
Tabla 9.4. Medias y desviaciones típicas de las razones de discriminación
Salino
K25
K37
M
SD
M
SD
M
SD
1º
0.81
0.21
0.76
0.18
0.76
0.14
2º
0.63
0.28
0.67
0.21
0.60
0.25
3º
0.65
0.18
0.61
0.19
0.54
0.25
4º
0.53
0.32
0.49
0.18
0.65
0.18
Bloques
5º
6º
0.49 0.47
0.31 0.23
0.50 0.46
0.18 0.16
0.55 0.69
0.19 0.22
7º
0.37
0.31
0.40
0.24
0.62
0.25
8º
0.33
0.36
0.45
0.28
0.55
0.21
9º
0.35
0.28
0.45
0.21
0.56
0.31
10º
0.34
0.23
0.30
0.23
0.51
0.27
La figura 9.2 parece ilustrar un detrimento en la inversión de la discriminación
producido en el grupo SALK37. Si bien el efecto principal bloques sugiere la
existencia de un efecto de adquisición de la inversión de la discriminación general para
todos los grupos, para conocer si este efecto se está produciendo realmente en cada
grupo, se estudiaron las diferencias entre bloques dentro de cada grupo. Estos
contrastes mostraron la existencia de un efecto de bloques en los grupos SALSAL
(F[9,189]=4.75, p<0.01), y SALK25 (F[9,189]=3.33, p<0.01), pero no en el grupo
SALK37 (F[9,189]=1.16, p>0.1), apoyando este análisis el efecto observado en la
figura 9.2 de una mayor dificultad para invertir la discriminación en el grupo SALK37.
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304
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Como contrastes adicionales para confirmar esta mayor dificultad en el grupo
SALK37 se estudiaron las diferencias entre el bloque primero y los cinco últimos
(segunda mitad del entrenamiento) en cada uno de los grupos (tabla 9.5). En la tabla se
puede apreciar que en los últimos cinco bloques, en los que cabría esperar diferencias
más consistentes, el grupo SALK37 sólo se diferencia del primero en el último bloque,
en tanto que los grupos SALSAL y SALK25 lo hacen en los cinco.
Tabla 9.5. Bloques que difieren significativamente del primero. Los contrastes significativos son, de
izqda. a dcha, para SALSAL: F(1,21)=16.72, F(1,21)=19.76, F(1,21)=17.47, F(1,21)=18.69,
F(1,21)=22.40; para SALK25: F(1,21)=11.96, F(1,21)=12.84, F(1,21)=7.14, F(1,21)=8.12, F(1,21)=21.08;
para SALK37: F(1,21)=6.71.
6º bloque
**
**
SALSAL
SALK25
SALK37
7º bloque
**
**
8º bloque
**
*
9º bloque
**
**
10º bloque
**
**
*
*p<0.05; **p<0.01
Los resultados expuestos parecen indicar un efecto diferencial de la dosis de 37
mg/kg de ketamina sobre el entrenamiento en inversión de la discriminación. No
obstante, al no quedar esta diferencia reflejada en la interacción del ANOVA general,
hicimos un último análisis conducente a contrastar directamente los grupos dentro de
cada bloque. En la tabla 9.6 se puede observar que el único grupo que mostró
diferencias con respecto al salino (SALSAL) fue el SALK37 (sesión 6ª y tendencia a la
significación en la 7ª), mostrando una peor discriminación que aquél.
Por último, estudiamos la inversión de la discriminación desde una lógica
diferente. Se representan a continuación las respuestas medias dadas por cada grupo a
Tabla 9.6. Grupos que difieren del grupo SALSAL en cada bloque. Los contrastes significativos o
tendentes son, de izqda. a dcha., para SALK37: F(1,21)=4.84, F(1,21)=3.40.
6º bloque
7º bloque
*
+
SALK25
SALK37
8º bloque
9º bloque
10º bloque
*p<0.05; +p<0.1
ambos estímulos a lo largo del entrenamiento en inversión de la discriminación (figs.
9.3, 9.4 y 9.5). En todos los grupos se observa que al comienzo del entrenamiento en
discriminación el estímulo que elicita más respuestas de entradas al comedero es el
reforzado en la fase anterior, y que esta tendencia se va invirtiendo progresivamente
con el curso del entrenamiento. Sin embargo, la inversión no es igual de rápida en los
tres grupos. De nuevo puede observarse que los grupos SALSAL y SALK25 se
comportan de forma similar, mostrando ya en el bloque 6º una inversión en la
374
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Experimento 4
305
tendencia de respuesta a ambos estímulos (figs. 9.3 y 9.4). Sin embargo, en el grupo
SALK37 esa inversión no se tiene lugar hasta el bloque 8º (fig. 9.5).
30
E-
E+
Entradas al comedero
25
20
15
10
5
0
1º
2º
3º
4º
5º
6º
Bloques
7º
8º
Figura 9.3. Evolución de las tendencias de respuesta en el grupo SALSAL
9º
10º
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306
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
30
E-
E+
Entradas al comedero
25
20
15
10
5
0
1º
2º
3º
4º
5º
6º
Bloques
7º
8º
9º
10º
9º
10º
Figura 9.4. Evolución de las tendencias de respuesta en el grupo SALK25
30
E-
E+
Entradas al comedero
25
20
15
10
5
0
1º
2º
3º
4º
5º
6º
Bloques
7º
8º
Figura 9.5. Evolución de las tendencias de respuesta en el grupo SALK37
374
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Experimento 4
307
Las diferentes figuras muestran que la inversión de la discriminación en el grupo
SALK37, además de ser más lenta que en los otros dos grupos, es de menor magnitud.
Esta percepción viene avalada por contrastes entre las respuestas a ambos estímulos
por bloques en cada uno de los grupos. En la tabla 9.7 se muestran los contrastes
unilaterales (prueba de Wilcoxon) en los que se obtiene mayor número de respuestas al
E- que al E+, manteniéndose así la tendencia de respuesta adquirida en la fase anterior.
En la tabla 9.7 se muestran los contrastes unilaterales (prueba de Wilcoxon) inversos,
en los que se obtiene mayor número de respuestas al E+ que al E-, y que son
indicativos de la inversión de la discriminación producida en esta fase. Por un lado,
puede apreciarse que el grupo SALK37 es el que mantiene la tendencia de respuesta
inicial durante más sesiones (tabla 9.7). Por otro lado, respecto a la tendencia inversa,
en la tabla 9.8 se aprecia que el grupo SALK37 en ninguno de los bloques llegó a
emitir respuestas al E+ significativamente mayores que al E-, no pudiendo afirmarse,
por tanto, a nivel estadístico, que en ese grupo se produjera la inversión de la
discriminación inicial. Por contra, para los grupos SALSAL y SALK25 este contraste
alcanzó la significación estadística en tres de los cinco últimos bloques (tabla 9.8).
Tabla 9.7. Bloques en los que las respuestas al E- fueron significativamente mayores que al E+. Los
contrastes significativos o tendencias son, de izqda. a dcha., para SALSAL: Z= -2.38, Z= -2.31, y Z= -2.20;
para SALK25: Z= -2.20, Z= -2.10; para SALK37: Z= -2.37, Z= -1.40, Z= -1.54, Z= -1.52.
1º bloque 2º bloque 3º bloque 4º bloque 5º bloque 6º bloque
SALSAL
**
*
*
SALK25
*
*
SALK37
**
+
+
+
**p<0.01; *p<0.05; +p<0.1 (una cola)
Tabla 9.8. Bloques en los que las respuestas al E+ fueron significativamente mayores que al
E- Los contrastes significativos o tendencias son, de izqda. a dcha., para SALSAL: Z= -1.77,
Z= -2.20; Z= -1.26, Z= -1.69; para SALK25: Z= -1.82, Z= -1.69, Z= -1.96.
6º bloque 7º bloque 8º bloque 9º bloque 10º bloque
SALSAL
*
*
+
*
SALK25
*
*
*
SALK37
*p<0.05; +p<0.1 (una cola)
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308
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
5. Discusión
5.1. Efectos sobre la adquisición de la discriminación
Los resultados, tal y como se muestran en la figura 9.1, reflejan una adquisición
de la discriminación en todos los grupos. De hecho, los grupos tratados con ketamina
muestran un nivel de ejecución incluso ligeramente superior al del grupo Salino en los
últimos bloques. Esta interpretación queda reflejada en el análisis de varianza general,
que mostró diferencias significativas exclusivamente en bloques.
Asimismo, tanto el análisis de bloques dentro de cada grupo como el de grupos
dentro de cada bloque redundaron en los mismos resultados. El análisis de bloques
dentro de cada grupo mostró diferencias significativas en los grupos Salino y K25 y
tendentes a la significación en el grupo K37. No obstante, un simple vistazo a la figura
9.1 permite observar que en el grupo K37 el hecho de que la diferencia en bloques no
alcance la significación estadística no se debe a una peor adquisición, sino al alto nivel
de discriminación obtenido ya en el primer bloque. Por otro lado, el análisis de grupos
dentro de cada bloque no mostró diferencias entre grupos en ninguno de los siete
bloques. En definitiva, la ketamina, ya sea a la dosis de 25 o de 37 mg/kg, no perjudicó
en grado alguno la adquisición de la discriminación.
Estos resultados son coherentes con la hipótesis que se pone a prueba en este
experimento, basada en la existencia de un paralelismo entre efectos de antagonistas
NMDA y de lesiones hipocampales (P.8). Como expusimos en la introducción, las
lesiones hipocampales no afectan la adquisición de una discriminación. Recordemos
que la segunda parte de esta predicción es que deben existir efectos sobre la inversión
de la discriminación.
Sin embargo, la ausencia de efectos encontrada en la adquisición de la
discriminación inicial plantea algunos problemas al ser comparados con los resultados
obtenidos en los experimentos anteriores. En los tres experimentos anteriores existe un
efecto perjudicial de la ketamina (al menos de la dosis de 37 mg/kg) sobre la
adquisición del condicionamiento a un estímulo. Por contra, en este experimento no
hay rastros de tal efecto sobre la adquisición de una discriminación entre dos
estímulos. El hecho de que se observen efectos sobre el condicionamiento a un
estímulo, pero no sobre la discriminación entre dos estímulos es algo inesperado desde
diversos ángulos. Desde la similitud postulada entre los efectos de lesiones
hipocampales y de antagonistas NMDA no es esperable esta diferencia, pues no se ha
descrito una diferencia similar tras lesiones hipocampales. Desde una perspectiva más
374
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Experimento 4
309
general, la explicación de esta diferencia implicaría identificar demandas que
estuvieran presentes en la tarea de condicionamiento a un estímulo y no en la de
discriminación de dos estímulos, demandas adicionales que no podrían ser satisfechas
como consecuencia del detrimento cognitivo producido por el fármaco. Dado que el
procedimiento de condicionamiento utilizado es el mismo para ambas tareas, no resulta
inmediato identificar mayores demandas en el condicionamiento a un estímulo que en
la discriminación entre dos. De ahí que, desde esta perspectiva, la diferencia obtenida
resulte también inesperada.
Conviene considerar varios aspectos para tratar de explicar la diferencia entre el
perjuicio obtenido en los experimentos 1, 2 y 3 y el obtenido en éste. En primer lugar,
con la dosis de 37 mg/kg, el tiempo de recuperación en los dos primeros experimentos
fue significativamente menor que en los dos últimos. Por tanto, en cuanto a la
concentración de ketamina en el momento de la tarea de aprendizaje, que es
dependiente de la dosis administrada y del tiempo de recuperación, este experimento es
comparable con el experimento 3, pero no con los experimentos 1 y 2. Y,
precisamente, en el experimento 3 los resultados mostraron que: a) la dosis de 25
mg/kg no produjo efectos en absoluto; b) la dosis de 37 mg/kg produjo efectos mucho
más leves que en los experimentos anteriores. Por tanto, en un mejor examen de los
datos obtenidos hasta ahora se observa que estos resultados no son tan diferentes de los
obtenidos en experimentos previos con los que puedan ser comparables. Son similares
con la dosis de 25 mg/kg y sólo ligeramente diferentes con la dosis de 37 mg/kg. Sin
embargo, aun así, resta por explicar por qué la misma concentración de ketamina
produce efectos, aunque sean leves, en la adquisición del condicionamiento a un
estímulo, pero no en la discriminación entre dos estímulos.
El segundo aspecto tiene que ver con la estructura de la tarea que los sujetos
tienen que aprender en ambos experimentos. En el experimento 3, condicionamiento a
un estímulo, al sujeto se le presentan ensayos reforzados (A+) en un contexto (C) en el
que nunca hay reforzamiento en ausencia del estímulo. La estructura, por tanto, podría
resumirse como AC+; C-. Conviene reparar, además, en que la medida de
condicionamiento utilizada, la RF, es un índice de las respuestas dadas a A (en rigor,
las dadas al compuesto AC) en relación a las dadas a C. Por tanto, la tarea de
condicionamiento se convierte en una tarea de discriminación entre el
condicionamiento al estímulo y al contexto, como se argumenta en la discusión de los
experimentos previos. Por su parte, en este experimento durante las sesiones se
presentaron dos estímulos fásicos, uno reforzado (A+) y otro no reforzado (B-),
además del contexto. Así, la estructura de aprendizaje en este experimento podría
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310
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
resumirse como AC+; BC-; C-. El índice de aprendizaje utilizado en este caso, la RD,
es un índice de las respuestas dadas a A (AC) en relación a las dadas a B (BC).
En una primera aproximación, tanto un análisis basado en una representación
elementalista de los estímulos como uno que considerase una representación
configuracional de los mismos podrían explicar que la tarea de condicionamiento es
más difícil de adquirir que la tarea de discriminación. Desde un punto de vista
elementalista el condicionamiento a A sería el mismo en ambas tareas, ya que siempre
que se presenta A es reforzado y nunca existe reforzamiento en ausencia de A. Sin
embargo, podría predecirse más condicionamiento a C en la tarea de condicionamiento
simple que a B en la de discriminación ya que C aparece en algunas ocasiones
reforzado (cuando va con A) en la tarea de condicionamiento, en tanto que B nunca es
reforzado en la tarea de discriminación. Esto produciría, preasintóticamente, menos
diferencias entre el condicionamiento a A y a C en el experimento 3 que entre el
condicionamiento a A y a B en este experimento. Desde un punto de vista
configuracional, además, podría predecirse mayor generalización del compuesto AC al
elemento C que del compuesto AC al compuesto BC, ya que la comunalidad entre
estímulos en el primer caso es mayor que en el segundo caso. A esta mejor
discriminabilidad de los compuestos AC y BC puede contribuir, además, que los
elementos distintivos, A y B, sean estímulos claramente diferenciables, pertenecientes
a modalidades sensoriales diferentes, como un click y una luz. Así, tanto el mayor
nivel de condicionamiento esperable a C (experimento 3) que a B (este experimento),
como la mayor generalización esperable entre los estímulos implicados en la medida de
aprendizaje en el experimento 3 (AC vs. C) que entre los estímulos implicados en la
medida de aprendizaje utilizada en este experimento (AC vs. BC) harían de aquélla una
tarea más demandante para el sujeto.
En definitiva, los resultados sobre la adquisición de la discriminación muestran
que ésta no queda afectada por la administración de ketamina, tal y como se esperaba a
partir del paralelismo sugerido entre efectos de antagonistas NMDA y de lesiones
hipocampales (P.8). Aunque en principio, esta ausencia de efectos puede parecer
sorprendente en comparación con los resultados obtenidos en los experimentos
anteriores, un análisis más detenido de las contingencias implicadas en los
experimentos anteriores y en este experimento permite explicar este efecto diferencial.
Sin embargo, es importante remarcar que, si bien este efecto diferencial puede ser
explicado, no es paralelo con los resultados obtenidos con lesiones hipocampales, pues
las lesiones hipocampales no afectan ni a la adquisición de la discriminación (ver
introducción), ni a la adquisición del condicionamiento de demora a un estímulo (ver
experimento 1).
374
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Experimento 4
311
5.2. Efectos sobre la inversión de la discriminación
Los resultados obtenidos sobre la inversión de la discriminación muestran un
claro efecto perjudicial y específico para la dosis de 37 mg/kg de ketamina. Una dosis
de 25 mg/kg no mostró efecto alguno en comparación con el grupo control (figs. 9.2 a
9.4). Aunque este efecto no se vio reflejado en la interacción del ANOVA general,
quedó reflejado en posteriores análisis estadísticos.
Varios análisis estadísticos convergen en mostrar un deterioro producido por la
dosis de 37 mg/kg de ketamina sobre la inversión de la discriminación. El análisis de
los efectos de bloques dentro de cada grupo arrojó efectos muy robustos
estadísticamente en los grupos SALSAL y SALK25, pero ausencia de significación en
el grupo SALK37. Asimismo, en los grupos SALSAL y SALK25 los cinco últimos
bloques se diferenciaron del bloque primero, en tanto que en el SALK37 sólo lo hizo el
último. Los contrastes entre grupos dentro de cada bloque redundaron también en este
efecto, mostrando únicamente diferencias significativas entre los grupos SALK37 y
SALSAL. Por último, el contraste entre las respuestas emitidas a cada estímulo en cada
bloque mostró que sólo en los grupos SALSAL y SALK25 se emitieron respuestas al
E+ significativamente mayores que al E- (a partir del 6º bloque en el grupo SALSAL y
a partir del 7º bloque en el grupo SALK25). El grupo SALK37, en el último bloque
aún no había emitido un número de respuestas al E+ significativamente mayor que al
E-.
El detrimento en la inversión de la discriminación producido por la ketamina, en
conjunción con la ausencia de efecto producido sobre la discriminación inicial, es
exactamente lo esperable en función del paralelismo entre efectos de lesiones
hipocampales y de antagonistas de receptores NMDA, y cuya predicción sirve de base
al presente experimento (P.8). Este resultado viene a sumarse a otros que apoyan un
paralelismo entre efectos de lesiones hipocampales y de antagonistas NMDA (Avigan
y Powers, 1995; Morris et al., 1986; Robinson et al., 1989; Staubli et al., 1989 [ver
capítulo IV]). Sin embargo, también contrasta con los resultados obtenidos en otros
experimentos (Good y Bannerman, 1997; Lyford y Jarrard, 1991; Murray et al., 1995;
Willner et al., 1992 [ver capítulo IV]) y con otros resultados obtenidos en el presente
trabajo. En concreto, contrasta con los obtenidos sobre condicionamiento de demora
(experimento 1) y sobre el condicionamiento de huella (experimento 2), en los que
también se puso a prueba este paralelismo. Se encontraron efectos de la ketamina sobre
ambos tipos de condicionamiento, en tanto que sólo se ha mostrado un efecto de las
lesiones hipocampales sobre el condicionamiento de huella. Asimismo, ya hemos
mencionado que el contraste entre el detrimento obtenido en la adquisición del
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312
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
condicionamiento a un estímulo (experimento 3) y la ausencia de efectos sobre la
discriminación entre dos estímulos (fase 1 de este experimento) es también contrario a
la existencia de un paralelismo entre efectos de lesiones hipocampales y de
antagonistas NMDA. En definitiva, si bien este experimento, tomado de forma aislada,
apoya la existencia del mencionado paralelismo, el conjunto de experimentos que
conforman el presente trabajo no lo hace.
Así, sin necesidad de postular una correspondencia entre lesiones hipocampales y
antagonistas NMDA, la explicación más simple al efecto diferencial obtenido en este
experimento sobre la adquisición e inversión de la discriminación es que la adquisición
de una discriminación es una tarea más fácil de adquirir que su posterior inversión.
Parece evidente que resulta más fácil convertir un estímulo neutro en un excitador o
inhibidor condicionado que convertir un estímulo excitatorio en inhibitorio y
viceversa49. Esta mayor dificultad de la inversión de la discriminación, predicha por
cualquier teoría del condicionamiento, es también observable en los datos del presente
experimento, al resultar más lenta la inversión de la discriminación que la
discriminación inicial. Por tanto, una posibilidad es que la ketamina (37 mg/kg)
produzca efectos diferenciales sobre la inversión de la discriminación porque ésta es
una tarea más compleja que la adquisición inicial. En la primera parte de la discusión
argüíamos una razón similar para explicar la diferencia en los efectos sobre la
adquisición a un estímulo obtenidos en el experimento 3 y la ausencia de efectos sobre
la adquisición de la discriminación obtenida en este experimento. Un argumento
similar se ha utilizado para explicar algunos resultados que muestran que la ketamina
perjudica algunas formas de aprendizaje, pero no otras (Lalonde y Joyal, 1993; Murray
et al., 1995 [ver capítulo IV]). Asimismo, Lalonde y Joyal (1991) mostraron que a
mayor dificultad de la tarea, menor dosis de ketamina resultó necesaria para perjudicar
su adquisición.
En conclusión, si bien los datos de este experimento apoyan un paralelismo entre
lesiones hipocampales y antagonistas NMDA, el conjunto de experimentos descritos
no apoyan tal paralelismo. La única tarea en la que no se han descrito efectos de la
ketamina sobre la adquisición es la discriminación observada en este experimento. Por
contra, se han encontrado efectos sobre el condicionamiento de demora (experimentos
1 y 3), condicionamiento de huella (experimento 2) e inversión de la discriminación
(fase 2 de este experimento). El hecho de que la única tarea sobre la que no se han
49
Nuestros datos no muestran, ni en la discriminación inicial ni en la posterior inversión, que el estímulo no
reforzado se convierta en un inhibidor condicionado, dado que no hemos realizado pruebas específicas para ello
(sumación o retraso). No obstante, desde Pavlov (1927) se conoce la capacidad de un entrenamiento del tipo A+;
B- para hacer de B un inhibidor condicionado. En la actualidad, el fenómeno está bien demostrado (p. ej.,
Marchant y Moore, 1974, utilizando una prueba de sumación).
374
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Experimento 4
313
encontrado efectos pueda ser caracterizada como más simple que el resto podría
apuntar a que la concentración de ketamina no fuera suficiente para producir un
detrimento en aprendizaje en esta tarea, en la línea de los hallazgos de Lalonde y Joyal
(1991). En esta línea argumental también cabe interpretar la disminución en el efecto
producido por la ketamina (37 mg/kg) en el experimento 3 en relación con el obtenido
en el experimento 1, al aumentar el tiempo de recuperación y disminuir,
presumiblemente, la concentración del fármaco en el cerebro en el momento del
entrenamiento. Con todo, la conclusión que puede extraerse es que la ketamina no
parece comportarse produciendo detrimentos selectivos en algunas formas de
aprendizaje, tal y como hacen las lesiones hipocampales. Más bien, los déficits
producidos son bastante generalizados a diferentes tareas, al menos con el
procedimiento de aprendizaje utilizado en nuestros experimentos: el condicionamiento
de entrada al comedero.
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CAPÍTULO X. CONCLUSIONES
1. Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento apetitivo
1.1. Principales hallazgos empíricos
1.1.1. Efectos sobre la adquisición
1.1.2. Efectos sobre la recuperación
1.1.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del EC
1.2. La naturaleza del déficit obtenido
1.3. Conclusiones sobre las predicciones puestas a prueba
1.4. El bloqueo de la PLP por la ketamina
2. Efectos de antagonistas de receptores implicados en la PLP sobre el
aprendizaje y la memoria
2.1. Efectos de antagonistas NMDA sobre la adquisición y la recuperación
2.2. Efectos de antagonistas AMPA sobre la adquisición y la recuperación
2.3. Efectos de antagonistas NMDA y AMPA sobre la consolidación
3. La relación entre PLP y aprendizaje
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Capítulo X
Conclusiones
Recordemos la estrategia que ha guiado el planteamiento del presente trabajo.
El problema último en el que estamos interesados es en la posible relación entre
PLP y aprendizaje. Concretamente, se postula que la PLP es una forma de
plasticidad sináptica responsable del aprendizaje y la memoria (al menos de algunas
formas). Dada la dependencia que muestra un tipo de PLP respecto de los receptores
NMDA, una estrategia para estudiar la relación entre PLP y aprendizaje consiste en
el bloqueo farmacológico de los receptores NMDA. El bloqueo de estos receptores
bloquea la iniciación de PLP y, en el caso de que la PLP estuviera implicada en el
aprendizaje, debería bloquear también el aprendizaje. La ketamina es un fármaco
antagonista de receptores NMDA y en nuestros experimentos hemos estudiado el
efecto de la administración de ketamina sobre el aprendizaje de condicionamiento
clásico apetitivo en ratas.
En estas conclusiones vamos a ir elevando progresivamente el nivel de
abstracción. En primer lugar, vamos a exponer las conclusiones derivadas
directamente de nuestros experimentos: efectos de la ketamina sobre diversas
formas de condicionamiento apetitivo en ratas. El efecto de la ketamina sobre el
condicionamiento clásico apetitivo en ratas no ha sido estudiado previamente y esto
confiere un valor empírico a nuestros resultados independiente de la posible relación
entre PLP y aprendizaje y memoria. En segundo lugar, interpretaremos nuestros
experimentos en el contexto del amplio conjunto de experimentos que estudian el
efecto de fármacos antagonistas NMDA, sean ketamina o no, sobre el aprendizaje y
la memoria, sean de condicionamiento clásico o no. En definitiva, valoraremos la
aportación de la estrategia arriba mencionada, en la que nuestros experimentos se
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
insertan, al estudio de la relación entre la PLP y los procesos de aprendizaje y
memoria. Por último, trataremos de concluir sobre la relación entre PLP y
aprendizaje desde una perspectiva teórica que aborde la relación existente entre
plasticidad sináptica y aprendizaje.
1. Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento
clásico apetitivo
1.1. Principales hallazgos empíricos
1.1.1. Efectos sobre la adquisición
El conjunto de resultados obtenidos en el presente trabajo muestra un efecto
perjudicial de la ketamina sobre la adquisición del condicionamiento de entrada al
comedero en ratas. Este efecto se ha encontrado en el condicionamiento de demora
(experimentos 1 y 3), condicionamiento de huella (experimento 2) y en la inversión
de la discriminación, aunque no en la discriminación inicial (experimento 4). Ésta
es, por tanto, la primera conclusión a extraer de nuestro trabajo. Además, aunque no
pueden descartarse totalmente, los diversos controles efectuados hacen difícil una
explicación de los resultados obtenidos en términos de efectos colaterales
producidos por la ketamina.
De las diversas dosis de ketamina utilizadas a lo largo de los cuatro
experimentos (6 mg/kg, 15 mg/kg, 25 mg/kg y 37 mg/kg), la única que ha producido
efectos consistentes es la de 37 mg/kg. En el experimento 1, las dosis de 6 y 15
mg/kg produjeron efectos menores y menos consistentes que la dosis de 37 mg/kg.
En el experimento 2, las dosis de 6 y 15 mg/kg no alteraron el nivel de
condicionamiento, afectando sólo a la velocidad de adquisición. Los resultados de
los experimentos 1 y 2 muestran, como es esperable, un menor efecto producido por
las dosis de 6 y 15 mg/kg que el producido por la dosis de 37 mg/kg. Sin embargo,
sorprendentemente, los experimentos 3 y 4 muestran una completa falta de efecto de
la dosis de 25 mg/kg, que contrasta con los efectos obtenidos con dosis menores en
los experimentos 1 y 2. El contraste es particularmente llamativo entre los
experimentos 1 y 3, dado que en ambos se emplea una tarea de condicionamiento de
demora. Este contraste puede explicarse por el mayor tiempo de recuperación
empleado en los experimentos 3 y 4, que llevaría a una menor concentración
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
efectiva de ketamina en el momento del entrenamiento. Así, otra conclusión de
nuestro trabajo es que no puede compararse el efecto de dosis utilizando diferentes
tiempos de recuperación para cada dosis, tal y como hacemos en este trabajo y como
es común hacer en otros estudios con antagonistas NMDA sobre el aprendizaje, con
objeto de evitar los efectos colaterales del fármaco, proporcionales a la dosis
utilizada. Por tanto, a pesar de los diferentes efectos obtenidos con dosis diferentes,
nuestros resultados no permiten concluir si el efecto de la ketamina sobre la
adquisición del condicionamiento es dependiente de dosis, limitándose a afirmar la
existencia del efecto con la dosis de 37 mg/kg.
1.1.2. Efectos sobre la recuperación
En el experimento 1 se observó un claro detrimento en el nivel de
condicionamiento tras ser administrados 37 mg/kg de ketamina a un grupo
previamente condicionado en un paradigma de demora. En el experimento 2 se
observó un efecto similar, aunque de menor magnitud y no estadísticamente
significativo, en un paradigma de condicionamiento de huella. Estos resultados
pueden ser interpretados como un efecto de la ketamina sobre los mecanismos
responsables de la recuperación o como un efecto de SDL. En el experimento 3 se
tomaron varias medidas para eliminar y controlar el posible efecto de SDL, entre las
que destaca aumentar el tiempo de recuperación tras la administración de la
ketamina. Como consecuencia, desapareció el efecto de la ketamina sobre la
recuperación. Dado que en ese experimento aún se observa un efecto de la ketamina
sobre la adquisición, el efecto sobre la recuperación obtenido en los experimentos 1
y 2 parece atribuible a un efecto de SDL, y no a un genuino efecto de la ketamina
sobre la huella de memoria mediante la alteración de los mecanismos responsables
de su recuperación. Por tanto, dos conclusiones que emergen de nuestros
experimentos en relación a la recuperación son: 1) la ketamina no afecta a la
recuperación del condicionamiento a dosis que afectan a la adquisición (37 mg/kg);
y 2) a una dosis de 37 mg/kg, la ketamina produce efectos de SDL incluso con un
tiempo de recuperación de 40 minutos (muy superior al utilizado en otros
experimentos con ketamina). Sin embargo, este efecto ya no se observa si la prueba
se realiza a los 60 minutos de la administración.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
1.1.3. Efectos sobre las entradas al comedero en ausencia del EC
Una posibilidad es que los efectos de la ketamina sobre el condicionamiento
sean producidos por efectos colaterales del fármaco, independientes de su
antagonismo de los receptores NMDA y del bloqueo de la PLP. Uno de estos
efectos típicamente asociados a los antagonistas NMDA es la hiperlocomoción (ver
capítulo II). Una medida común para eliminar estos efectos es dejar un tiempo de
recuperación entre la administración del fármaco y el entrenamiento. En nuestros
experimentos, la elección de estos tiempos de recuperación se ha realizado en base a
diversos estudios existentes sobre la farmacodinámica de los efectos conductuales
de la ketamina (ver capítulo II). A resultas de esto, en los cuatro experimentos que
componen el presente trabajo hemos empleado tiempos de recuperación claramente
mayores que los utilizados en experimentos previos a dosis similares (Lalonde y
Joyal, 1991, 1993; Robinson y Crawley, 1993; Welzl et al., 1990; Wesierska et al.,
1990).
Adicionalmente, para conocer el posible efecto hiperlocomotor de la ketamina
en nuestra RC, las entradas al comedero, en los experimentos 1 a 3 hemos medido
las entradas al comedero en ausencia del EC. El análisis de estos datos ha arrojado
algunos resultados interesantes. En primer lugar, en todos los experimentos los
grupos tratados con ketamina han mostrado un nivel mayor de entradas al comedero
que los grupos control, sugiriendo la existencia de un efecto hiperlocomotor de la
ketamina. En segundo lugar, en todos los experimentos se observa una evolución de
las respuestas en los grupos no tratados con ketamina, distinta en los diferentes
experimentos. En los experimentos 1 y 3 (condicionamiento de demora) se observa
un progresivo decremento en las respuestas al contexto. Sin embargo, en el
experimento 2 (condicionamiento de huella) se observa, primero, un aumento y,
posteriormente, un decremento. Esta evolución es coherente con las contingencias
propias del condicionamiento de demora y de huella, y muestra que el nivel de
entradas al comedero en ausencia del EC no es una medida de actividad motora
independiente de las contingencias de aprendizaje. Por tanto, no puede excluirse que
el mayor número de entradas al comedero en los grupos tratados con ketamina esté
reflejando un efecto sobre el aprendizaje (por ejemplo una insuficiente
discriminación entre el EC y el contexto) en lugar de un efecto hiperlocomotor.
Ambos factores pueden contribuir a explicar los datos. Un dato, no obstante, resulta
revelador. En el experimento 3, el cambio de tratamiento de ketamina (37 mg/kg) a
salino y viceversa produjo una inversión perfecta en las respuestas emitidas en
ausencia del EC en ambos grupos. Este dato indica que el incremento en las entradas
al comedero en ausencia del EC es debido, al menos en parte, a efectos de la
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
ketamina independientes de las contingencias de aprendizaje, como son sus efectos
hiperlocomotores. Así, con una dosis de 37 mg/kg, este efecto se observa incluso
tras un tiempo de recuperación de 60 minutos, 30 minutos más que el empleado en
el único experimento que conozcamos en el que se emplea una dosis similar
(Wesierska et al., 1990). Por tanto, una de las principales conclusiones de carácter
procedimental que se extrae del presente trabajo es la necesidad de emplear tiempos
de recuperación mayores a los que se suelen utilizar en el estudio de antagonistas
NMDA como la ketamina para minimizar la contribución de efectos colaterales en
la tarea de aprendizaje.
Como quiera que, a pesar del amplio tiempo de recuperación utilizado en
nuestros experimentos, aún puede observarse la influencia de los efectos motores de
la ketamina, se hace necesario emplear una medida de aprendizaje que neutralice
estos efectos. La medida de aprendizaje empleada en nuestros experimentos, una
razón entre las respuestas emitidas al EC y las emitidas en su ausencia, tiene la
ventaja de ofrecer una medida de aprendizaje que permite neutralizar las distintas
tendencias de respuesta provocadas por las diferentes dosis de ketamina en los
diferentes grupos.
1.2. La naturaleza del déficit obtenido
Nuestros resultados muestran un detrimento en la adquisición del
condicionamiento producido por la ketamina no explicable por los efectos motores
del fármaco. Queda por especificar la naturaleza del tal efecto. Un dato significativo
para determinar la naturaleza del efecto viene dado por la evolución de las
respuestas al contexto. Hemos visto que en los grupos no tratados con ketamina,
éstas experimentan una evolución coherente con las contingencias implicadas en la
situación de aprendizaje, mostrando que esta medida refleja un índice del
condicionamiento al contexto. El mayor condicionamiento contextual observado en
los grupos tratados con ketamina en relación a los control puede explicarse por una
dificultad en el proceso de selección entre dos predictores -sonido y contexto- para
predecir la comida. Esto aumentaría las respuestas al contexto y, consecuentemente,
disminuye el índice de aprendizaje medido en la razón de facilitación. Esta
explicación es coherente con los resultados obtenidos en el experimento 4, en el que
no se obtienen efectos sobre la adquisición de la discriminación, al medirse una
discriminación entre sonido y luz (nunca emparejada con la comida), que resulta
más fácil que la discriminación entre sonido y contexto (repetidamente emparejado
con la comida), solicitada en los experimentos previos. Así, el déficit de aprendizaje
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
que obtenemos en este trabajo puede conceptualizarse como una dificultad para ser
sensible a la diferente validez relativa de una clave tónica -contexto- y una fásica
-sonido- para predecir la comida.
No obstante, hay una explicación alternativa, que alude a posibles efectos
sensoriales producidos por la ketamina. Aguado y colaboradores (1994) propusieron
una reducción en la saliencia del sabor producida por la ketamina como explicación
del retraso obtenido en la adquisición del condicionamiento de aversión al sabor.
Esta explicación también se acomoda bien a resultados obtenidos con olores, en los
que desaparece el déficit en la discriminación entre olores producido por AP5 al
aumentar la intensidad de los mismos (Staubli et al., 1989). Aunque una explicación
de este tipo no puede ser completamente descartada para nuestros datos, no creemos
que sea la más probable. Una predicción en términos de reducción de saliencia del
sonido es coherente con una desaparición, o al menos disminución, del efecto al
aumentar la intensidad de éste, como ocurre en los experimentos con discriminación
de olores de Staubli y colaboradores. Sin embargo, no es esto lo que ocurre en la
adquisición de la respuesta de parpadeo ante un sonido obtenido en ratas bajo el
CGP-39551, otro antagonista NMDA. Servatius y Shors (1996) han mostrado que el
aumento en la intensidad del sonido no afecta a la magnitud del déficit observado
ante el antagonista NMDA. Más aún, encontraron que la sensibilización de la
respuesta de sobresalto ante el sonido quedó inalterada por la administración del
fármaco, mostrando una ausencia de efecto del fármaco sobre la saliencia del
sonido. Por tanto, en la medida en que pueda generalizarse a la ketamina los efectos
obtenidos por otros antagonistas NMDA, como muestran diferentes estudios (ver
capítulo II), no parece que una reducción en la saliencia del sonido sea la
explicación del déficit obtenido en este trabajo. Esta explicación, sin embargo, sí se
adapta bien a los resultados obtenidos con antagonistas NMDA ante estímulos de
otras modalidades sensoriales, como sabores y olores.
En definitiva, la explicación más probable a los déficits obtenidos en
aprendizaje es un detrimento en la sensibilidad a la validez relativa del sonido y el
contexto en los animales tratados con ketamina. No obstante, una explicación en
términos de reducción de la saliencia del sonido no puede ser totalmente descartada.
1.3. Conclusiones sobre las predicciones puestas a prueba
Dado el papel que los receptores NMDA tienen en la PLP, en el capítulo IV
expusimos varias predicciones en relación al efecto que la administración de
antagonistas NMDA debería tener en el aprendizaje y la memoria. Si la PLP es una
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
forma de plasticidad sináptica responsable del aprendizaje y la memoria, debe haber
un efecto similar de fármacos sobre la PLP y sobre la memoria. Respecto al efecto
de fármacos antagonistas NMDA se derivan varias predicciones (ver capítulo IV).
Las dos que hemos puesto a prueba en nuestros experimentos son:
P.1: la administración de ketamina previamente al entrenamiento debería producir
un deterioro en la adquisición;
P.2: la administración de ketamina previamente a la prueba no debería producir
efectos sobre la recuperación.
Una predicción adicional viene dada por el hecho de que la PLP es
característica del hipocampo:
P.8: el aprendizaje de tareas sensibles a lesiones hipocampales debería quedar
también deteriorado por la administración de ketamina, en tanto que las tareas
insensibles a las lesiones hipocampales no deberían quedar alteradas por la
ketamina.
Recordemos que las predicciones P.1 y P.2 son complementarias, ya que los
antagonistas NMDA bloquean el inicio de PLP, pero no su posterior expresión.
Como acabamos de exponer, los resultados de nuestros experimentos apoyan estas
predicciones, dado que se han encontrado efectos sobre la adquisición, pero no
sobre la recuperación. Por tanto, nuestros resultados apoyan la idea básica puesta a
prueba en este trabajo: la PLP como un modelo de plasticidad sináptica implicado
en los procesos de aprendizaje y memoria.
La predicción P.8 ha sido puesta a prueba tanto comparando los efectos de la
ketamina sobre el condicionamiento de demora y de huella (experimentos 1 y 2)
como comparando el efecto de la ketamina sobre la adquisición de una
discriminación y su posterior inversión (experimento 4). La lesión del hipocampo
perjudica el condicionamiento de huella y la inversión de la discriminación, pero no
el condicionamiento de demora ni la adquisición de la discriminación. El patrón de
resultados encontrado en el experimento 4 apoya la predicción P.8. Sin embargo, el
encontrado en los experimentos 1 y 2 no la apoya. Asimismo, el efecto encontrado
en el experimento 3, que replica el encontrado en el experimento 1 sobre
condicionamiento de demora, tampoco debía esperarse según P.8. Por tanto, aunque
los resultados del experimento 4 son acordes con P.8, el conjunto de resultados
obtenidos no apoya la existencia de una similitud entre efectos sobre el aprendizaje
de lesiones hipocampales y de antagonistas NMDA.
Más bien, nuestros resultados parecen mostrar una especie de efecto suelo de
dificultad de la tarea para ser perjudicada por la ketamina. Así, aunque paradójico a
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
primera vista, un análisis detenido de las diferentes contingencias implicadas
muestra que la adquisición de la discriminación entre dos estímulos del experimento
4 es una tarea más simple que el condicionamiento de demora a un estímulo
(experimentos 1 y 3). Esta dificultad relativa de las tareas puede explicar también
los efectos diferenciales obtenidos sobre adquisición e inversión de la
discriminación en el experimento 4. Estos resultados muestran que la ketamina, y
presumiblemente otros antagonistas NMDA, pueden ejercer efectos diferenciales
sobre diferentes tareas de aprendizaje en función de la dificultad de éstas, que
pueden ser confundidos con los efectos diferenciales de las lesiones hipocampales.
Esto es lo que podría estar ocurriendo en los experimentos que han encontrado
efectos de antagonistas NMDA sobre tareas sensibles, pero no sobre tareas
insensibles, a la denervación del hipocampo (Lyford y Jarrard, 1991; Morris et al.,
1986; Robinson et al., 1989; Staubli et al., 1989). En nuestro trabajo, el contraste
entre el efecto obtenido en la adquisición y la inversión de la discriminación del
experimento 4 es el esperado según P.8. Sin embargo, un análisis más amplio de las
tareas puestas a prueba en los cuatro experimentos muestran que la diferente
sensibilidad de las tareas se explica mejor por la dificultad relativa de las mismas
que por su dependencia de la integridad del hipocampo. Estos resultados son
coherentes con los obtenidos en otros trabajos, en los que también se han encontrado
efectos diferenciales de la ketamina en función de la dificultad de la tarea e
independientemente de su dependencia del hipocampo (Lalonde y Joyal, 1991,
1993; Murray et al., 1995).
1.4. El bloqueo de la PLP por la ketamina
En nuestros experimentos, la ketamina no es más que un medio para,
bloqueando los receptores NMDA, bloquear la PLP. Sin embargo, en nuestros
experimentos no hemos hecho registros neurofisiológicos que pudieran mostrar
bloqueo de PLP. Por tanto, cualquier relación entre los resultados de nuestros
experimentos y la posible implicación de la PLP en el aprendizaje y la memoria
requiere una inferencia sobre los mecanismos neuronales que están siendo afectados
por el fármaco. La necesidad de esta inferencia sobre el bloqueo de la PLP es una
limitación respecto al alcance de nuestros resultados en relación a la hipótesis que
relaciona la PLP con el aprendizaje y la memoria. Esta limitación, no obstante, más
que ser privativa de nuestro trabajo, lo es de la metodología de estudio elegida. Bajo
una metodología psicofarmacológica, en la que un fármaco es la variable
independiente y la conducta es la variable dependiente, los procesos neuronales
sobre los que incide el fármaco son, necesariamente, inferidos.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
Una crítica común que se ha realizado a los estudios que han empleado la
estrategia psicofarmacológica para estudiar la relación entre PLP y aprendizaje y
memoria es que las dosis del fármaco antagonista NMDA empleado en la tarea de
aprendizaje suelen ser inferiores a las efectivas para bloquear la PLP (Keith y Rudy,
1990). Obviamente, cuando éste es el caso, no se dan las condiciones para inferir
que el antagonista NMDA está actuando sobre la PLP. En nuestros experimentos,
hemos tratado de evitar este problema. Diversos trabajos muestran que la dosis de
37 mg/kg de ketamina es suficiente para producir bloqueo de la PLP (ver capítulo
II). Por tanto, en lo que a esta dosis respecta, la inferencia de que el fármaco actúa
bloqueando la PLP está empíricamente avalada. Sin embargo, éste es un control que
con frecuencia se ha desatendido en otros estudios de antagonistas NMDA sobre el
aprendizaje. En particular, en relación a la ketamina, diversos trabajos han estudiado
el efecto de dosis máximas menores a 20 mg/kg (Lalonde y Joyal, 1991, 1993;
Pallarés et al., 1995; Robinson y Crawley, 1993), dosis a las que no se ha mostrado
bloqueo de la PLP. Por último, resulta interesante que la única dosis a la que hemos
tenido efectos consistentes de la ketamina en los diferentes experimentos sea aquélla
que se ha mostrado capaz de bloquear la PLP.
Tan importante como utilizar una dosis efectiva para bloquear la PLP es que
esa dosis no produzca efectos colaterales visibles que puedan hacer los resultados
ininterpretables. Ambas condiciones la cumplen la dosis de 37 mg/kg utilizada en
nuestros experimentos. Así, varios controles sugeridos por Staubli (1995) como
necesarios para disociar un efecto amnésico como consecuencia del bloqueo de la
PLP de un efecto inespecífico del fármaco se han llevado a cabo:
1. Las dosis del fármaco utilizadas se han mostrado eficaces para bloquear la PLP
(al menos la de 37 mg/kg).
2. Las concentraciones del fármaco necesarias para producir efectos colaterales son
mayores que las utilizadas en nuestros experimentos.
3. Encontramos un efecto específico sobre la adquisición, no sobre la recuperación.
En definitiva, en nuestro trabajo no podemos afirmar que el efecto de la
ketamina sobre el aprendizaje se produzca por el bloqueo de la PLP, dado que no se
han realizado registros neurofisiológicos de ésta. Sin embargo, dados los efectos
obtenidos y las dosis de ketamina utilizadas, nuestros resultados son coherentes con
esta explicación.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
2. Efectos de antagonistas de receptores implicados en la
PLP sobre el aprendizaje y la memoria
Nuestros experimentos, en los que se estudia el efecto de la ketamina sobre la
adquisición y la recuperación del condicionamiento clásico apetitivo en ratas, se
insertan en la estrategia general de estudiar el efecto de antagonistas NMDA sobre
la adquisición y recuperación de diferentes tareas. Sin duda, ésta ha sido una de las
estrategias más fructiferas en el estudio de la relación entre PLP y aprendizaje. Así,
la interpretación de nuestros resultados debe ser enmarcada en el contexto de estos
estudios, cuyos resultados fueron expuestos ampliamente en el capítulo IV. Vamos a
ver en primer lugar las conclusiones sobre las predicciones P.1, P.2 y P.8, que hacen
referencia a los efectos de antagonistas NMDA sobre la adquisición y la
recuperación y son las que se ponen a prueba en nuestro trabajo. En segundo lugar,
veremos las conclusiones sobre las predicciones P.3 a P.7 que también se derivan
del modelo que relaciona la PLP con el aprendizaje y la memoria, que tratan sobre
los efectos de antagonistas de receptores AMPA sobre adquisición y recuperación y
sobre el efecto de antagonistas NMDA y AMPA sobre consolidación. Estas
predicciones, aunque no se han puesto directamente a prueba en nuestros
experimentos, son también relevantes para validar el modelo que relaciona la PLP
con el aprendizaje y la memoria del que se derivan las predicciones puestas a prueba
en este trabajo.
2.1. Efectos de antagonistas NMDA sobre la adquisición y la
recuperación
Los trabajos que estudian el efecto de antagonistas NMDA sobre el
aprendizaje y la memoria han sido llevados a cabo sobre una gran diversidad de
tareas y utilizando un amplio conjunto de fármacos antagonistas NMDA. La
diversidad farmacológica contribuye a aumentar la generalizabilidad de los
resultados obtenidos con antagonistas NMDA, pues el amplio conjunto de fármacos
utilizados sólo tienen en común entre sí su capacidad para antagonizar el receptor
NMDA, incluso actuando por mecanismos diferentes, como es el caso de los
antagonistas competitivos y no competitivos. La variedad de tareas sobre las que se
ha estudiado el efecto de estos fármacos es también relevante, al afrontar el
problema de si estos fármacos producen un efecto general sobre el aprendizaje o su
efecto se restringe a tareas específicas. Nuestro estudio, al elegir como tarea el
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
condicionamiento de entrada al comedero, contribuye a ampliar el conjunto de
tareas sobre las que se ha estudiado el efecto amnésico de antagonistas NMDA.
Varias conclusiones pueden extraerse de este amplio conjunto de
experimentos. En primer lugar, los experimentos expuestos en el capítulo IV
coinciden en mostrar un efecto perjudicial de fármacos antagonistas NMDA sobre la
adquisición, y ausencia de efectos sobre la recuperación. Este perfil de resultados es
independiente del antagonista NMDA empleado y observable en tareas muy
diferentes. Una buena ilustración de la independencia de resultados respecto al
antagonista NMDA se observa en la comparación entre los resultados obtenidos con
AP5 y MK-801 (antagonistas competitivo y no competitivo) sobre tareas de
memoria de referencia en laberintos de agua. Ambos fármacos produjeron un
detrimento similar sobre la adquisición, aunque isómeros del AP5 o del MK-801,
que comparten la misma estructura molecular pero que son inefectivos como
antagonistas NMDA, no produjeron efecto perjudicial alguno sobre el aprendizaje
(Morris et al., 1986; Kant et al., 1991). La similitud de resultados en relación a la
adquisición del aprendizaje obtenido con una gran heterogeneidad de fármacos
antagonistas NMDA sugiere que es el antagonismo de los receptores NMDA el que
explica los resultados, al ser esto lo que tienen en común los diversos fármacos.
En segundo lugar, una gran cantidad de investigación en los últimos años se ha
centrado en determinar si el déficit producido por los antagonistas NMDA es
específico para algunas tareas o universal para cualquier forma de aprendizaje.
Dentro de esta línea de investigación la hipótesis más destacada es la que relaciona
los déficits producidos por antagonistas NMDA con los producidos por lesiones
hipocampales, comparándose las tareas perjudicadas por antagonistas NMDA y
lesiones hipocampales. La revisión realizada en el capítulo IV apunta a que los
antagonistas NMDA producen un deterioro en la adquisición generalizado a
diferentes tareas de aprendizaje, si bien existen algunas excepciones. En relación a
las diversas formas de aprendizaje estudiadas, los diversos experimentos muestran
que los antagonistas NMDA perjudican la adquisición del aprendizaje espacial en
tareas de memoria de referencia, tanto utilizando laberintos de agua como radiales,
el aprendizaje de la potenciación a un olor por un sabor, la discriminación entre
olores, el condicionamiento de aversión al sabor, el condicionamiento del miedo, la
impronta en pollos, el aprendizaje de canto en pájaros, el acercamiento a un EC
apetitivo y el condicionamiento de la membrana nictitante en el conejo o el
equivalente condicionamiento del parpadeo en ratas. No obstante, en alguna de estas
tareas, como en el caso del aprendizaje espacial en el laberinto de agua o el
condicionamiento de aversión al sabor, no puede descartarse la contribución de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
efectos sensoriomotores producidos por el fármaco. Estos mismos efectos podrían
explicar los efectos producidos por antagonistas NMDA en algunos experimentos de
condicionamiento de la membrana nictitante del conejo, aunque no en otros. En el
aprendizaje de evitación, hay resultados contradictorios sobre el efecto de
antagonistas NMDA, si bien la mayoría de estudios muestran también un efecto
perjudicial de los antagonistas NMDA. Respecto al aprendizaje de presión de
palanca con reforzamiento continuo, si bien los resultados tampoco son
homogéneos, en general muestran ausencia de efectos de antagonistas NMDA sobre
la adquisición. Por último, los antagonistas NMDA tampoco parecen afectar a la
adquisición de la respuesta maternal. Es importante remarcar que, a pesar de la gran
heterogeneidad de tareas estudiadas, los déficits producidos por los antagonistas
NMDA se producen sobre la adquisición (P.1), pero no sobre la recuperación una
vez que la tarea ya ha sido aprendida (P.2).
Este conjunto de resultados es coherente con los obtenidos en los experimentos
de este trabajo. En nuestros experimentos extendemos el conocimiento del efecto de
antagonistas NMDA al condicionamiento apetitivo en ratas, encontrando que la
adquisición de esta forma de aprendizaje, pero no su recuperación, también se
muestra dependiente de los receptores NMDA.
Una importante cuestión es qué diferencia a unas tareas de otras que las hacen
diferencialmente dependientes de antagonistas NMDA. Como ya se ha mencionado,
una sugerente respuesta que ha guiado gran parte de la investigación sobre el tema
es que los antagonistas NMDA podrían actuar simulando el efecto de lesiones
hipocampales (P.8). En ocasiones se ha puesto a prueba esta explicación
comparando los efectos de antagonistas NMDA sobre tareas de aprendizaje
dependientes e independientes del hipocampo, pero con múltiples diferencias
procedimentales entre tareas (Morris et al., 1986; Robinson et al., 1989; Staubli et
al., 1989; ver, sin embargo, Thompson y Disterhoft, 1997b, para una comparación
utilizando el mismo procedimiento). El problema en estas comparaciones es que es
difícil discernir qué elementos de la tarea explican su diferente sensibilidad del
hipocampo. Más útil resulta realizar comparaciones entre tareas diferencialmente
sensibles a la lesión del hipocampo, pero que mantienen similares demandas
procedimentales, como son las realizadas en nuestros experimentos, comparando la
adquisición del condicionamiento de demora vs. adquisición del condicionamiento
de huella y la adquisición de la discriminación vs. inversión de la misma, utilizando
en todos los casos el condicionamiento de entrada al comedero en ratas. En
conjunto, ni los experimentos expuestos en el capítulo IV ni nuestros propios
experimentos apoyan un paralelismo entre los efectos de lesiones hipocampales y de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
antagonistas NMDA, a pesar de que alguna comparación resulte favorable a tal
semejanza, como la ausencia de efectos encontrada en la adquisición de la
discriminación en contraste con el efecto perjudicial encontrado en su inversión en
el experimento 4. Una explicación alternativa a la diferente sensibilidad entre tareas
encontrada en nuestros experimentos es el distinto grado de dificultad que tienen
tareas diferentes. Esta posibilidad ya ha sido apuntada en otros trabajos para explicar
diferencias en el efecto que los antagonistas NMDA producen sobre distintas tareas,
a pesar de que éstas no difieran respecto a su dependencia de la integridad del
hipocampo (Lalonde y Joyal, 1991, 1993; Murray et al., 1995). Así, la disociación
descrita en diversos estudios entre efectos de antagonistas NMDA sobre tareas
sensibles e insensibles al hipocampo (Lyford y Jarrard, 1991; Morris et al., 1986;
Robinson et al., 1989; Staubli et al., 1989; Thompson y Disterhoft, 1997b) podría
ser descrita como un caso particular del efecto diferencial de estos fármacos sobre
tareas de distinta complejidad. Aunque esta explicación es menos sugerente que la
que postula un paralelismo entre efectos de antagonistas NMDA y lesiones
hipocampales, se adecua mejor al conjunto de datos existentes.
2.2. Efectos de antagonistas AMPA sobre la adquisición y la
recuperación
Además de las predicciones P.1, P.2 y P.8, que hacen referencia a los efectos
de antagonistas NMDA sobre la adquisición y la recuperación, el modelo expuesto
en el capítulo IV sobre la relación entre PLP y aprendizaje y memoria daba lugar a
varias predicciones más. Dos de ellas hacen referencia a la implicación de
antagonistas AMPA en el aprendizaje y la memoria. Dado que los receptores AMPA
están implicados en el mantenimiento y expresión de la PLP pero no en su
iniciación, el paralelismo entre PLP y aprendizaje lleva a las siguientes
predicciones:
P.3: la administración de antagonistas AMPA previamente al entrenamiento no
debería producir efectos sobre la adquisición;
P.4: la administración de antagonistas AMPA previamente a la prueba debería
producir un deterioro en la recuperación.
En este trabajo no hemos realizado una exposición sistemática de los estudios
sobre el efecto de antagonistas AMPA sobre el aprendizaje. Sin embargo, varios de
los estudios expuestos en el capítulo IV sobre el efecto de antagonistas NMDA
comparan el efecto de estos fármacos con los de antagonistas AMPA. Estos
experimentos muestran que, como es esperable desde este modelo que relaciona la
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
PLP con el aprendizaje y la memoria, al contrario que los antagonistas NMDA, los
antagonistas AMPA no perjudican el proceso de adquisición, pero sí el de
recuperación. Estos resultados, por tanto, respaldan las predicciones P.3 y P.4 y,
consecuentemente, el modelo que postula a la PLP como una forma de plasticidad
sináptica implicada en procesos de aprendizaje y memoria.
2.3. Efectos de antagonistas NMDA y AMPA sobre la
consolidación
La estrategia para estudiar la implicación de un tipo de receptores en el
proceso de consolidación es administrar el agonista o antagonista del receptor
posteriormente al entrenamiento. En el capítulo IV derivamos tres predicciones más,
relacionadas con el efecto de antagonistas NMDA y AMPA en el proceso de
consolidación de la huella de memoria:
P.5: la administración de antagonistas NMDA después del entrenamiento debería
producir un deterioro en el aprendizaje;
P.6: la administración de antagonistas AMPA después del entrenamiento debería
producir un deterioro en el aprendizaje;
P.7: la sensibilidad a los antagonistas NMDA tras el aprendizaje debería producirse
previamente a la sensibilidad a los antagonistas AMPA.
De nuevo, el conjunto de trabajos expuesto en relación al efecto de
antagonistas NMDA y AMPA sobre el proceso de consolidación respalda estas
predicciones. Destacan en esta línea los trabajos del grupo de Iván Izquierdo, que
han confirmado estas predicciones en el contexto del estudio que el curso temporal
que receptores NMDA y AMPA, junto a otros receptores, tienen en el proceso de
consolidación en diferentes estructuras del sistema límbico.
En concreto, en estos estudios se relaciona el papel que en la consolidación en
el hipocampo, la amígdala, el septum, y la corteza parietal posterior tienen los
receptores NMDA, AMPA, GABAA, muscarínicos y -noradrenérgicos. Las tareas
estudiadas son evitación pasiva y habituación a un nuevo contexto. Destacamos aquí
las conclusiones más importantes de estos estudios, que se exponen más
ampliamente en el capítulo IV: 1) Los receptores NMDA intervienen en el proceso
de consolidación (P.5), en el mismo intervalo temporal que los receptores GABAA.
Los receptores NMDA actúan permitiendo el proceso de consolidación, y los
receptores GABAA bloqueándolo. 2) Los receptores AMPA intervienen en el
proceso de consolidación (P.6), aunque posteriormente a los receptores NMDA
(P.7). 3) Además de receptores NMDA y AMPA, otros receptores están implicados
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
en el proceso de consolidación. Los receptores GABAA actúan al mismo tiempo que
los receptores NMDA, pero en sentido contrario, dificultando el proceso de
consolidación. Los receptores muscarínicos intervienen, junto a los receptores
NMDA, facilitando el proceso de consolidación. Los receptores -noradrenérgicos
no tienen efecto por sí solos, pero modulan el efecto de los receptores GABAA. 4) El
orden en que intervienen en el proceso de consolidación las diferentes estructuras
del sistema límbico es: primero, en paralelo, intervienen hipocampo, amígdala y
septum; posteriormente, la corteza entorrinal; y aún posteriormente la corteza
parietal posterior. 5) A diferencia de la tarea de evitación, en la tarea de habituación
no intervienen en el proceso de consolidación ni la amígdala ni la corteza parietal.
Respecto a lo que al objeto de este trabajo respecta, es necesario destacar que
estos trabajos avalan las predicciones que se derivan del modelo que relaciona la
PLP con el aprendizaje y la memoria en relación al papel de receptores NMDA y
AMPA en el proceso de consolidación (P.5 a P.7). Junto a los resultados sobre
adquisición y recuperación, estos resultados apoyan la hipótesis de que la PLP es un
modelo de plasticidad sináptica implicada en el aprendizaje y la memoria.
Por último, los trabajos del grupo de Izquierdo han ampliado la estrategia de
investigación farmacológica sobre la relación entre PLP y aprendizaje y memoria al
mostrar que diversos fármacos que afectan a la PLP afectan en el mismo sentido al
aprendizaje. Concretamente, han mostrado que tanto la PLP como la memoria se
ven facilitadas por la administración de glutamato, norepinefrina, antagonistas y
agonistas de receptores metabotrópicos50, y que agonistas GABAA perjudican tanto
la PLP como la memoria. Asimismo, estudiando los efectos de la administración de
estos fármacos sobre el hipocampo, la amígdala, el septum y la corteza entorrinal,
muestran que cuando las memorias son dependientes de la integridad de una
estructura, el fármaco sólo afecta a la memoria cuando es administrado
específicamente en esa estructura.
En resumen, los antagonistas NMDA producen un efecto perjudicial sobre la
adquisición, pero no sobre la recuperación (P.1 y P.2). Asimismo, también reciben
apoyo empírico otras predicciones derivadas del modelo que relaciona la PLP con el
aprendizaje y la memoria. Antagonistas AMPA muestran un efecto sobre la
recuperación, pero no sobre la adquisición (P.3 y P.4), y tanto antagonistas NMDA
como AMPA interfieren el proceso de consolidación, precediendo el efecto de
antagonistas NMDA al de antagonistas AMPA (P.5 a P.7). Por último, los
resultados sobre adquisición muestran que el efecto de antagonistas NMDA no es
50
Los receptores metabotrópicos son uno de los tipos de receptores del glutamato (ver capítulo II).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
específico de tarea, sino bastante generalizado a diferentes tareas. Así, no se
sostiene el paralelismo entre déficits producidos por antagonistas NMDA y lesiones
hipocampales (P.8). Por otra parte, no sólo los antagonistas NMDA y AMPA tienen
efectos similares sobre la PLP y el aprendizaje, sino que otras sustancias también
muestran efectos similares, incluso en su curso temporal. Por tanto, el balance que
arroja la estrategia farmacológica es claramente favorable a la hipótesis que hace de
la PLP una forma de plasticidad sináptica implicada en los procesos de aprendizaje
y memoria. En todo caso, no conviene olvidar que, en el mejor de los casos, lo que
estos datos muestran es una correlación entre los efectos que determinadas
sustancias tienen sobre la PLP y sobre el aprendizaje. Este tipo de estudios tiene
claras limitaciones, por lo que podemos decir, siguiendo a Dudai (1995), que estos
datos son consistentes con la hipótesis de la implicación de la PLP en el aprendizaje,
pero no prueban tal hipótesis.
3. La relación entre PLP y aprendizaje
Tanto el conjunto de datos obtenido en este trabajo como el conjunto de datos
expuesto en el capítulo IV apoyan la existencia de una relación entre receptores
NMDA y aprendizaje. Estos mismos datos, de forma indirecta, así como otros de
forma más directa apoyan, a nuestro juicio, la existencia de una relación entre PLP y
aprendizaje51. Es importante plantearse la naturaleza de tal relación.
En el capítulo III repasamos las propiedades de la PLP y, a partir de ellas,
sugerimos una analogía entre PLP y condicionamiento clásico. Una primera lectura
de esta analogía puede llevar a afirmar que la PLP es un mecanismo de plasticidad
sináptica responsable del condicionamiento clásico. Basándose en esta lectura se
han utilizado diversos argumentos para criticar esta analogía (Diamond y Rose,
1994; Gallistel, 1995; Martínez y Derrick, 1996), que rebatimos en el capítulo III.
Una lectura más rica de la analogía no debe ignorar el hecho de que el
condicionamiento clásico no es simplemente un paradigma concreto de aprendizaje,
sino el paradigma más representativo de lo que podría denominarse de forma
genérica aprendizaje asociativo. En una situación de aprendizaje asociativo, dada
una relación de contingencia entre eventos, el organismo aprende a predecir un
51
Un buen índice de la aceptación que en la comunidad científica actual tiene la idea de la relación entre
PLP y aprendizaje es el reciente debate suscitado en “Behavioral and Brain Sciences”. Para generar el debate,
en el artículo diana Shors y Matzel (1997) cuestionan que, considerando los datos disponibles, pueda
establecerse una relación entre PLP y aprendizaje. De las réplicas posteriores, 2 coinciden en el
cuestionamiento de la relación entre PLP y aprendizaje realizado por Shors y Matzel, en tanto que 14
consideran que, en virtud de los datos disponibles, tal cuestionamiento es injustificado.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
evento a partir de la presencia de otro. Podría definirse la propia PLP asociativa
como un proceso de plasticidad sináptica que, a nivel neuronal, remeda al
aprendizaje asociativo. Así, dada una relación de contingencia entre estimulaciones
a una neurona -conjunto de neuronas-, la neurona termina prediciendo la segunda
estimulación a partir de la primera -de hecho, respondiendo ante la primera
estimulación como habitualmente responde ante la segunda. Además, la
investigación ha mostrado que los fenómenos descubiertos en primer lugar en el
campo del condicionamiento clásico en animales, como la validez relativa de claves
(Wagner, Logan, Haberlandt y Price, 1968), han sido posteriormente encontrados en
otras formas de aprendizaje, como el condicionamiento instrumental (Pearce y Hall,
1978), o el aprendizaje de relaciones causales en humanos (Wasserman, 1990).
Incluso formas de aprendizaje que tradicionalmente han sido consideradas como no
asociativas, como el aprendizaje perceptivo, pueden ser explicadas atendiendo a los
principios del aprendizaje asociativo (McLaren, Kaye y Mackintosh, 1989).
Finalmente, el modelo asociativo de Rescorla y Wagner (1972), desarrollado
originalmente para dar cuenta del condicionamiento clásico, ha extendido su campo
de aplicación hasta el punto de explicar diversos sesgos cometidos por las personas
en tareas de razonamiento inductivo (López, Cobos, Caño y Shanks, 1998). Así, de
la analogía entre PLP y condicionamiento clásico cabe esperar que la PLP esté
implicada en el condicionamiento clásico, pero también en otras múltiples formas de
aprendizaje.
Un importante aspecto de la analogía entre PLP y aprendizaje es el del
significado psicológico que pueda tener la modificación de la plasticidad sináptica
en un punto determinado de nuestro cerebro. En definitiva, la cuestión es: ¿qué
aprendizaje está contenido en la modificación de una sinapsis particular?. Una
importante idea ya expuesta en el capítulo I es que el aprendizaje es función de la
arquitectura neuronal en la que se halle la sinapsis modificada. A nivel psicológico,
esta idea está bien representada en los modelos conexionistas con capas intermedias,
en los que las unidades de estas capas, de carácter subsimbólico, sólo adquieren un
significado en relación al resto de la red, y en particular en relación a las unidades
de entrada y salida. Pues bien, a diferencia de otras formas de plasticidad sináptica
responsables de aprendizaje estudiadas siguiendo la estrategia del sistema modelo52,
dada la complejidad de los sistemas nerviosos en los que se estudia la PLP, la
investigación sobre la relación entre PLP y aprendizaje no permite establecer una
52
Recordemos que en el sistema modelo se parte de una forma de aprendizaje bien definida para descender,
siguiendo la senda de las vías sensoriales y motoras que intervienen en esa forma de aprendizaje, hasta sus
últimos correlatos neuronales e incluso moleculares. Los estudios en Aplysia son un buen ejemplo de esta
estrategia (ver capítulo I).
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
traducción entre estimulaciones y respuestas a nivel neuronal con estímulos y
respuestas a nivel conductual (ver capítulos I y III).
Para obtener PLP se estimulan típicamente haces de fibras en el hipocampo o
en otras estructuras del SNC. En todo caso se estimulan fibras que están a múltiples
sinapsis de las vías sensoriales primarias, por lo que no es posible establecer una
correspondencia entre la estimulación neuronal y estímulos ambientales. Así, el
incremento en la eficacia sináptica (PLP) producida en una sinapsis no es traducible
directamente a una forma de aprendizaje, sino que dependerá del circuito neuronal
en el que esté inmersa la potenciación. La modificación en la eficacia sináptica
producida -sea potenciación o depresión- altera las propiedades del circuito neuronal
del que la sinapsis forme parte, y la función de la modificación dependerá
críticamente del papel que juegue el circuito modificado en la tarea de aprendizaje.
La idea básica es que, a nivel psicológico, el aprendizaje no está contenido en la
modificación de una sinapsis concreta, ni de un conjunto de ellas, sino que es
función de un circuito neuronal. En este contexto, la PLP es un mecanismo concreto
que permite la modificación de las propiedades del circuito, y así, permite el
aprendizaje. La PLP es un mecanismo básico de plasticidad sináptica, no un
mecanismo básico de aprendizaje. La diferencia es importante. El aprendizaje es un
concepto psicológico, e incluso metapsicológico -hay máquinas que aprenden. La
plasticidad sináptica es un concepto meramente fisiológico.
Los diferentes niveles de explicación de los procesos cognitivos propuestos
por Marr (1982; ver capítulo I) resultan de utilidad para ver la relación entre
plasticidad sináptica y aprendizaje. Utilizando este esquema, diríamos que se puede
estudiar el aprendizaje a nivel computacional -describiendo qué se aprende- y a
nivel algorítmico -describiendo los procesos por los que se aprende-. Al descender
al nivel implementacional lo que se hace es concretar el modo en que esos procesos
tienen lugar en una máquina de procesamiento de información concreta: nuestro
cerebro. Es a este nivel al que habría que situar la PLP, y la plasticidad sináptica en
general. Sin embargo, la función de la modificación en la eficacia sináptica sólo
puede observarse a un nivel superior.
Hacer depender la función de la PLP del circuito neuronal en el que se halla
inmersa implica, de alguna forma, enmarcar la plasticidad sináptica en un modelo
explicativo53. En términos de Marr, supone ascender desde el nivel
implementacional hasta el nivel algorítmico. En definitiva, entendemos que, en
53
En un modelo explicativo, los diferentes elementos del modelo no tienen valor explicativo por sí mismos,
sino que la explicación viene dada por la relación entre los diversos elementos del modelo.
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
modo alguno, puede reducirse el estudio del aprendizaje al estudio de la PLP, ni de
ninguna otra forma de plasticidad sináptica. La plasticidad sináptica no es
aprendizaje, sino, en el mejor de los casos, el mecanismo fisiológico que lo
posibilita. En términos de Marr, aunque existe una interdependencia entre niveles de
explicación, de forma que cada nivel remite al nivel o niveles contiguos, no todas
las propiedades observables a un nivel pueden observarse a los otros niveles. Por
ejemplo, no todas las propiedades observables al nivel algorítmico pueden
observarse al nivel implementacional. Esto es lo que ocurre cuando se desciende
desde el aprendizaje a los mecanismos de plasticidad sináptica que lo posibilitan. Es
cierto que un problema habitual de los modelos explicativos en psicología, propia
del nivel algorítmico, es que ha olvidado la importancia del nivel implementacional.
Esto entraña el riesgo evidente de generar modelos explicativos biológicamente
implausibles. Sin embargo, en la actualidad hay un nuevo riesgo. El optimismo
biologicista que los extraordinarios avances de las últimas décadas han producido en
el conocimiento de las bases biológicas de la cognición puede llevar a reducir su
explicación al nivel implementacional. Una consecuencia es confundir el
aprendizaje con la plasticidad sináptica. El ejemplo más claro de esto lo tenemos en
el ya clásico trabajo de Hawkins y Kandel (1984), en el que se postula la existencia
de un alfabeto celular para el aprendizaje en Aplysia, cuando en realidad lo que se
hace es aislar los mecanismos bioquímicos implicados en los procesos de plasticidad
sináptica que, eso sí, están implicados en una forma de aprendizaje. Como indica
Morris (1990), Hawkins y Kandel pudieron haber aislado en Aplysia un alfabeto
celular para procesos de plasticidad sináptica, pero no de aprendizaje, dado que éste
sólo puede observarse a un nivel superior al celular. En relación a la PLP y
aprendizaje, diversos autores que han criticado la relación entre PLP y aprendizaje
también lo han hecho basándose, implícitamente, en esta perspectiva, desde la que
se espera una correspondencia perfecta entre PLP y aprendizaje (Diamond y Rose,
1994; Shors y Matzel, 1997).
Por tanto, como consecuencia de la modificación en la eficacia sináptica
pueden producirse diversas formas de aprendizaje, en función de los circuitos
cerebrales que puedan verse afectados por la modificación y de la implicación de
estos circuitos en diversas formas de aprendizaje. Según esto, para conocer el papel
de una determinada forma de PLP en una determinada tarea de aprendizaje será
necesario conocer: 1) las estructuras cerebrales implicadas en la tarea; 2) la
distribución de esa forma de PLP en las estructuras implicadas; 3) la conexión de
esas estructuras entre sí y con otras estructuras cerebrales. Sólo entonces la PLP
puede traducirse en una forma de aprendizaje. De hecho, diferencias en alguna de
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
estas variables pueden explicar algunos resultados inconsistentes sobre la relación
entre PLP y aprendizaje. Esto implica que el análisis de la implicación de la PLP en
el aprendizaje debe realizarse para cada tarea en particular, y encaja bien con las
conclusiones expuestas previamente de que el detrimento producido por
antagonistas NMDA sobre el aprendizaje, aun siendo bastante generalizado, no se
produce en todo tipo de tareas. Así, aunque la PLP predomine en el hipocampo, el
amplio conjunto de áreas en las que puede producirse PLP, incluyendo áreas
sensoriales y motoras de la corteza (ver capítulo III), hace que resulte vano realizar
predicciones que relacionen el efecto de bloquear la PLP con el efecto de lesionar
una estructura cerebral. Aún más complicado es relacionar un tipo particular de
receptores, como los receptores NMDA, con una forma particular de aprendizaje,
dada la distribución de estos receptores en el cerebro y el hecho de que interactúan
con otros en el establecimiento de PLP. Ideas similares han sido expuestas
recientemente por diversos investigadores (ver p. ej., Cain, 1998; Eichenbaum,
1996; Hara y Kitajima, 1997; Shapiro y Hargreaves, 1997).
En definitiva, la PLP dependiente de los receptores NMDA es un mecanimo
universal de plasticidad sináptica. Para entender su función es necesario dejar el
nivel fisiológico para atender al conjunto del sistema. Numerosos estudios muestran
que este mecanismo está implicado en el aprendizaje. Pero esto no supone que tenga
que estar implicado en todas las formas de aprendizaje. Más aún, tampoco supone
que sólo esté implicado en el aprendizaje. Además, es importante recordar que ni
siquiera a nivel fisiológico la PLP es un fenómeno único y bien definido,
diferenciándose distintos tipos de PLP con propiedades diferentes (ver capítulo III).
Así, a nuestro juicio son estériles los debates que plantean en términos excluyentes
la explicación de los déficits producidos en tareas de aprendizaje por
manipulaciones que afectan a la PLP, como el recientemente generado sobre si la
PLP es un mecanismo de plasticidad implicado en el aprendizaje o,
alternativamente, es un mecanismo implicado en procesos atencionales (Shors y
Matzel, 1997). Ambas posibilidades son compatibles, así como otras, tales como
que la PLP esté implicada en estados y cambios emocionales (Cain, 1997).
Presumiblemente la PLP tenga funciones diferentes en estructuras y tareas
diferentes. Asimismo, otros muchos papeles son posibles para la PLP. Ya se ha
propuesto su implicación en la enfermedad de Alzheimer, epilepsia o esquizofrenia
(Rison y Stanton, 1995) o su implicación en la depresión (Reid y Stewart, 1997).
Con seguridad, otras labores serán encargadas a la PLP en años venideros.
Por último, resulta interesante atender a la naturaleza de este mecanismo
neuronal básico descubierto en vertebrados -PLP-, dada la similitud que se produce
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
entre su funcionamiento básico y el de mecanismos neuronales también implicados
en el aprendizaje descubiertos en organismos inferiores. Para que se produzca PLP
-PLP dependiente de los receptores NMDA- es necesaria la convergencia de
actividad en las neuronas presinápticas y postsinápticas, siendo el receptor NMDA
una molécula que capta la convergencia de actividad en ambos terminales (ver
capítulo III). Éste sería el mecanismo básico de funcionamiento al nivel
implementacional: una molécula que detecta la convergencia de actividad entre dos
centros nerviosos. Curiosamente, en un organismo totalmente diferente a los
estudiados en relación a la PLP, la Aplysia, Kandel y su grupo han descubierto que
el condicionamiento clásico se produce por un incremento en la eficacia de una
sinapsis, también producido merced a las propiedades de una molécula, la
adenilciclasa, para detectar la convergencia de actividad en dos neuronas (ver
capítulo I). En realidad, ambos tipos de potenciación sináptica presentan
características bien diferenciadas, no sólo a nivel molecular. En el caso de la PLP la
convergencia de actividad debe producirse entre neuronas presinápticas y
postsinápticas, siguiendo el principio de Hebb. En el caso de la potenciación
descubierta por Kandel, la coincidencia de actividad tiene que producirse entre una
neurona facilitadora y la neurona presináptica, dando lugar a la facilitación
activodependiente de la actividad presináptica. Sin embargo, a pesar de estas
diferencias, tanto en una forma de plasticidad como en otra el mecanismo básico
que la posibilita y, permitiendo la modificación de la eficacia sináptica, permite
también el aprendizaje, tiene que ver con las propiedades de una molécula, receptor
NMDA o adenilciclasa, para detectar la convergencia de actividad en dos centros
nerviosos.
Sin duda, es tentador hipotetizar que simples mecanismos moleculares, como
pueda ser el receptor NMDA, puedan estar en la base de formas de plasticidad
sináptica responsables del aprendizaje, modificando las asociaciones entre centros
nerviosos mediante la detección en tiempo real de convergencias de actividad
nerviosa. Hasta el momento, los datos no permiten confirmar esta hipótesis pero,
ciertamente, apuntan en esta dirección. En definitiva, mecanismos básicos
asociativos podrían estar en la base de las diferentes formas de aprendizaje,
asociativo y no asociativo. El diferente nivel de complejidad de distintos tipos de
aprendizaje tendría más que ver con la compejidad de los circuitos cerebrales
implicados que con mecanismos distintos a los que intervienen en el aprendizaje
asociativo. Así, estamos de acuerdo con Shanks (1995) cuando aventura, desde una
perspectiva muy diferente a la desarrollada aquí, que incluso las formas más
complejas de aprendizaje, como el aprendizaje del lenguaje, están probablemente
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PLP y aprendizaje: Efectos de la ketamina sobre el condicionamiento clásico
basadas en mecanismos de aprendizaje más simples, responsables del aprendizaje
asociativo.
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