Se ha demostrado que las poblaciones de neuronas de la corteza prefrontal medial codifican el aprendizaje de conductas de evitación

A lo largo de sus vidas, los animales forman asociaciones entre estímulos sensoriales y amenazas o recompensas previstas. Estas asociaciones pueden, a su vez, moldear el comportamiento de los animales, impulsándolos a adoptar conductas de evitación (por ejemplo, evitar estímulos y situaciones específicos) o, por el contrario, a interactuar con su entorno de diversas maneras.

Estudios neurocientíficos anteriores han descubierto que este proceso de adquisición de patrones de conducta a través de la experiencia se apoya en varias regiones cerebrales. Una de estas regiones es la corteza prefrontal medial (CPFm), un gran segmento de la parte frontal del cerebro que contribuye a la toma de decisiones, la atención, el aprendizaje y la consolidación de la memoria.

Recientemente, investigadores de la Universidad de Zúrich y de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich han llevado a cabo un estudio para investigar cómo contribuye el mPFC al aprendizaje de estrategias de comportamiento a lo largo del tiempo, centrándose específicamente en los procesos a través de los cuales conecta la información sensorial con el comportamiento de un animal. Sus hallazgos, publicado en Neurociencia de la naturalezasugieren que el mPFC transforma las entradas sensoriales en salidas conductuales realizando una serie de cálculos a nivel de población de neuronas.

«Se ha propuesto que la corteza prefrontal medial (mPFC) vincula las entradas sensoriales y las salidas conductuales para mediar la ejecución de conductas aprendidas», escribieron en su artículo Bejamin Ehret, Roman Boehringer y sus colegas. «Sin embargo, no está claro cómo se implementa ese vínculo. Para medir los correlatos neuronales prefrontales de los estímulos sensoriales y las conductas aprendidas, realizamos imágenes de calcio de la población durante un nuevo paradigma de evitación activa señalizada por tonos en ratones».

En sus experimentos, que duraron 11 días, Ehret, Boehringer y sus colegas registraron la actividad de las neuronas en los cerebros de ratones mientras estos realizaban una tarea de condicionamiento del miedo. Los ratones fueron colocados en una cámara para realizar sesiones de aprendizaje de 50 ensayos cada una.

Después de oír un tono, los ratones recibieron una descarga eléctrica leve pero desagradable en las patas. Sin embargo, la mitad de la cámara en la que se encontraban estaba delimitada como «zona segura», lo que significa que si se encontraban en esa zona, los ratones no recibirían ninguna descarga después del tono.

Después de repetidos ensayos, los ratones adquirieron conductas de evitación y aprendieron a moverse rápidamente hacia la zona segura después de escuchar el tono. Para examinar la actividad de las neuronas mientras los ratones aprendían a evitar la descarga escapando hacia la zona segura, los investigadores utilizaron técnicas de obtención de imágenes de calcio y microscopía de fluorescencia.

«Desarrollamos un enfoque de análisis basado en la reducción de la dimensionalidad y la decodificación que nos permitió identificar patrones interpretables de actividad poblacional relacionados con tareas», escribieron Ehret, Boehringer y sus colegas.

«Si bien una gran parte de la actividad provocada por el tono no fue informativa sobre la ejecución de la conducta, identificamos un patrón de actividad que predecía las acciones de evitación inducidas por el tono y que no se produjo en el caso de acciones espontáneas con cinemáticas de movimiento similares. Además, esta actividad específica de evitación difería entre las distintas acciones de evitación aprendidas en dos tareas consecutivas».

Cuando analizaron las grabaciones que recogieron durante los ensayos experimentales, los investigadores observaron un patrón en la actividad de las neuronas de la corteza prefrontal medial que estaba vinculado a la ejecución de conductas de evitación después de escuchar el tono y después de un entrenamiento previo de condicionamiento del miedo. En general, las observaciones del equipo sugieren que la corteza prefrontal medial transforma las entradas sensoriales en salidas conductuales específicas a través de una serie de cálculos distribuidos a nivel de población neuronal.

«Estos resultados resaltan la compleja interacción entre el procesamiento sensorial y la ejecución del comportamiento, y se necesita más trabajo para comprender la dinámica temporal del flujo de información sensorial a través de la red de áreas cerebrales involucradas», escribieron Ehret, Boehringer y sus colegas.

Los resultados de este reciente estudio podrían abrir el camino a una mejor comprensión de la corteza prefrontal media y su contribución al aprendizaje de conductas orientadas a objetivos. Estudios futuros podrían examinar más a fondo los patrones de actividad identificados por el equipo de la ETH de Zúrich utilizando otros métodos experimentales y paradigmas de aprendizaje.

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