Aprendiendo el miedo: La ciencia del condicionamiento de segundo orden

Los animales necesitan recordar señales importantes en su entorno para predecir eventos que podrían ser beneficiosos o dañinos. Esta habilidad es clave para su supervivencia. Una forma muy estudiada en que los animales aprenden es a través de un proceso llamado Condicionamiento Pavloviano. Esto implica emparejar una señal neutral con algo que tiene un efecto fuerte, como comida o una descarga. El éxito de este método en varias especies destaca su naturaleza sencilla y eficiencia.

En muchas situaciones, los animales deben usar toda la información disponible para hacer mejores predicciones. Reconocer la primera pista que señala un resultado ofrece una ventaja y es similar a lo que hacen las mascotas cuando aprenden a asociar sonidos con la promesa de golosinas.

#Condicionamiento Pavloviano y Sus Variantes

Pavlov es conocido por su trabajo detallado sobre el condicionamiento inicial, donde una señal neutral se vincula a un resultado. Notó que múltiples señales también podían predecir eventos. Esto incluye el condicionamiento de orden superior, que tiene dos tipos principales: precondicionamiento sensorial y condicionamiento de segundo orden (CSO).

En el precondicionamiento sensorial, los animales son expuestos a dos señales neutras juntas antes de vincular una de ellas a un resultado. En el condicionamiento de segundo orden, primero se vincula una señal a un resultado y luego se vincula una segunda señal a la primera. Aunque el CSO ha sido confirmado en varios animales como moscas y ratas, todavía necesita más investigación en ratones, a pesar de los muchos modelos genéticos disponibles que podrían ayudar a estudiar el CSO.

Estudios previos muestran que bloquear ciertas funciones cerebrales lleva a dificultades en la adquisición del CSO. La amígdala basolateral (BLA) es crucial en este sentido, ya que juega un papel significativo en la formación de la memoria.

#El Papel de las Neuronas en el Condicionamiento del Miedo

El núcleo parabrachial (NPB) es un área del cerebro que procesa información sensorial y envía mensajes a regiones involucradas en respuestas emocionales como el miedo. Ciertas neuronas en el NPB responden a diversas experiencias estresantes. Estas neuronas actúan como un sistema de alerta, advirtiendo a los animales sobre posibles amenazas al desencadenar respuestas que señalan peligro.

Cuando estas neuronas se activan, los animales a menudo muestran signos de miedo, como congelarse o tener un aumento en la frecuencia cardíaca. Si estas neuronas se silencian durante el acondicionamiento, los animales no muestran las respuestas típicas al miedo, enfatizando su papel vital en el aprendizaje.

#Enfoque de la Investigación

Este estudio explora el CSO porque la primera señal ya tiene una importancia aprendida cuando se vincula a la segunda señal, aumentando las posibilidades de una respuesta aprendida incluso si la segunda señal nunca se ha asociado directamente con un resultado. Nos adentramos en cómo funcionan estas vías neuronales durante este tipo de aprendizaje avanzado.

Para investigar el papel de las neuronas del NPB en el CSO, desarrollamos un método usando ratones y monitoreamos su actividad neuronal cuando se sometieron a este tipo de acondicionamiento.

#Diseño del Experimento

Establecimos un método de condicionamiento de segundo orden con cuatro fases a lo largo de varios días: acostumbrarse al entorno, emparejar la primera señal con un resultado, vincular la segunda señal a la primera señal y luego probar cuánto recuerda el animal sobre la segunda señal.

Durante la primera fase, se presentó a los ratones dos tipos de señales. Al día siguiente, la primera señal se combinó con una ligera descarga. Después de esto, se expuso a los ratones a la segunda señal, que luego se vinculó a la primera. Por último, probamos cuánto recordaban los ratones de la segunda señal cuando se presentó en un nuevo entorno.

#Pruebas de Respuestas de Memoria

Los resultados mostraron que los ratones pudieron asociar la segunda señal con la primera y exhibieron fuertes respuestas de miedo al exponerse a la segunda señal. También notamos que los ratones que no pasaron por el emparejamiento de la segunda señal tuvieron un nivel de respuesta diferente, confirmando el efecto de fortalecimiento de estas asociaciones.

Curiosamente, cuando comparamos las respuestas a la primera y segunda señal, los ratones mostraron una respuesta significativamente más débil a la segunda señal. Esto sugiere que, aunque pueden formar estas asociaciones, la fuerza de la memoria de segundo orden no es tan fuerte como la primera.

#Investigando el Papel del Contexto

Es importante considerar el papel del entorno. Durante ambas fases, los ratones estaban en el mismo contexto, lo que podría influir en sus respuestas. Para explorar esto, cambiamos el entorno durante la fase de vinculación de la segunda señal. Incluso en este nuevo contexto, los ratones mostraron respuestas fuertes, lo que indica que la vinculación ocurrió principalmente debido a la asociación entre las señales en lugar de al contexto.

#Sincronización de las Señales

También aprendimos que el orden en que se presentaron las señales afecta el aprendizaje. Si la segunda señal llega demasiado tarde en comparación con la primera, los ratones tienen dificultades para crear una conexión. Este hallazgo enfatiza la necesidad de señales bien sincronizadas para un aprendizaje efectivo.

#Optimización del Método de Condicionamiento

Para potenciar la formación de la memoria, repetimos los pasos del acondicionamiento durante los días siguientes. Sin embargo, repetir la secuencia no mejoró la fuerza de las respuestas condicionadas, indicando que una vez que los ratones asociaron las señales, no fueron necesarias más repeticiones.

También exploramos si dar tiempo para que la primera señal se asentara antes de presentar la segunda señal ayudaría. Resultó que dar tiempo a los ratones entre los pasos producía recuerdos de segundo orden más fuertes.

#Examinando la Extinción de la Memoria

Queríamos saber si las memorias de segundo orden se desvanecen más rápido que las de primer orden. Para probar esto, expusimos a los ratones a múltiples pruebas de ambas señales después del acondicionamiento. Descubrimos que la respuesta de miedo a la segunda señal disminuyó mucho más rápido que la primera señal, sugiriendo que la memoria de segundo orden es efectivamente más débil y más propensa a desvanecerse con el tiempo.

#Investigando el Precondicionamiento Sensorial

También investigamos el precondicionamiento sensorial, donde el emparejamiento de señales ocurre antes de vincular una a un resultado. En nuestras pruebas, acondicionamos a los ratones usando pasos similares, pero no observamos la misma fuerte formación de memoria para la segunda señal. Esto fue probablemente porque no tuvimos suficientes pruebas para establecer esa conexión con éxito.

#Monitoreo de la Actividad Neuronal

Nos enfocamos en la actividad de las neuronas del NPB durante este proceso utilizando una técnica de imagen especializada. De este modo, pudimos ver cómo reaccionaban estas neuronas cuando los ratones estaban expuestos a diferentes señales a lo largo de las fases del acondicionamiento. Al principio, estas neuronas solo eran reactivas a los resultados, pero a medida que avanzaba el acondicionamiento, también comenzaron a responder a la primera y luego a la segunda señal.

#Cambios en las Respuestas Neuronales

Rastrear la actividad a lo largo del tiempo reveló que muchas neuronas que inicialmente no respondían a la segunda señal comenzaron a mostrar una mayor reactividad después del acondicionamiento. Esto indica que el entrenamiento tuvo un efecto profundo en cómo funcionan estas neuronas.

#Comprendiendo los Patrones Neuronales

Clasificamos la actividad neuronal en diferentes grupos según sus respuestas a la segunda señal. Algunas neuronas estaban afinadas para responder en varios momentos durante la presentación de la señal, indicando una red compleja de respuestas a las señales.

#Inhibición Quimogenética

Para explorar más a fondo la importancia de estas neuronas del NPB en el proceso de condicionamiento de segundo orden, las inhibimos selectivamente. Cuando hicimos esto durante la fase de vinculación de segundo orden, la respuesta de congelación de los ratones a la segunda señal disminuyó significativamente.

#Conclusiones

Esta investigación proporciona evidencia sólida sobre cómo los animales forman asociaciones complejas que van más allá del acondicionamiento simple. Nuestros resultados muestran que aunque las memorias de segundo orden son más débiles que las de primer orden, desempeñan un papel valioso en la capacidad de un animal para adaptarse y sobrevivir en entornos cambiantes.

Los hallazgos también arrojan luz sobre los mecanismos neuronales detrás del aprendizaje complejo y plantean preguntas interesantes sobre las similitudes entre las vías de aprendizaje aversivo y apetitivo. Comprender estos procesos puede ayudar a lidiar con trastornos relacionados con el miedo y la ansiedad, abriendo nuevas puertas para tratamientos y métodos terapéuticos potenciales basados en cómo se forman y recuerdan las memorias.