Procesamiento de la informacion sensorial en corteza cerebral de animales cronicamente implantados

Resumen

El objetivo general de esta tesis ha sido profundizar en el conocimiento del procesamiento de la información sensorial que se lleva a cabo en la corteza cerebral, intentando analizar los mecanismos celulares involucrados en el fenómeno de la percepción y su estrecha vinculación con los procesos de aprendizaje. Las teorías clásicas sobre procesamiento sensorial concebían al cerebro como un detector pasivo, donde el mundo externo era reconstruido mediante un procesamiento jerárquico, guiado por estímulos externos. Este enfoque se centra fundamentalmente en el procesamiento de información proveniente de conexiones ascendentes (procesamiento "bottom-up"). Pero en los últimos años se ha venido imponiendo una nueva visión que enfatiza la naturaleza constructiva de la percepción, tomándola como un proceso activo y altamente selectivo. Esta evolución ha sido debida en gran medida al perfeccionamiento de las técnicas de registro en animales despiertos a los cuales se entrena para realizar tareas variadas, puesto que la modulación descendente (procesamiento "top-down") se pone en evidencia en periodos de alerta y no en preparaciones de animal anestesiado. Uno de los ejes centrales de esta tesis ha sido el desarrollo de la técnica electrofisiológica de registros con tetrodos en corteza cerebral de rata despierta y en movimiento, técnica ampliamente utilizada en hipocampo de roedores y en corteza cerebral de mono despierto, pero con escasos resultados en corteza cerebral de rata despierta. El empleo de esta técnica nos ha permitido registrar simultáneamente un número considerable de neuronas (de 4-5 neuronas por tetrodo), lo cual posibilitó el estudio de diferentes aspectos del procesamiento de la información sensorial, tales cómo los contenidos de información que transportan los trenes de potenciales de acción durante los distintos estados cerebrales, los diferentes cursos temporales de la adaptación de las respuestas sensoriales frente a estímulos, y los efectos a nivel celular producidos por el aprendizaje de tareas de discriminación de estímulos. Los resultados obtenidos en cada una de estas líneas de investigación nos han permitido concluir que: 1. La técnica de registro con tetrodos en implantes crónicos permite un óptimo aislamiento de neuronas, maximizando el número de neuronas registradas simultáneamente, con un mínimo de lesión tisular y una gran estabilidad mecánica que posibilita el seguimiento de las mismas neuronas durante varios días consecutivos. 2. Existe una influencia de la expectación en las respuestas conductuales de los animales entrenados en tareas de discriminación de estímulos, lo que estaría mostrando el influjo de mecanismos top down durante el aprendizaje de dichas tareas. 3. Existen indicios de la presencia de mecanismos descendentes (top down) que activarían las áreas sensoriales primarias de forma similar a como lo harían los estímulos sensoriales reales y que influirían en el resultado final del procesamiento sensorial. 4. Las neuronas registradas en corteza auditiva de la rata, tanto en in vivo como en in vitro, muestran todas, un cierto grado de adaptación a la estimulación previa, aunque presenta heterogeneidad en el grado de adaptación de las respuestas sensoriales frente a la presentación repetida de estímulos pareados. 5. El curso temporal de dicha adaptación revela que la respuesta a sonidos a menudo se encuentra influida por estímulos que ocurrieron hasta varios segundos antes. 6. Existirían al menos dos tipos de adaptación con constantes de tiempo diferentes: una adaptación lenta (del orden de centenas de milisegundos o incluso segundos) y una rápida (del orden de decenas de milisegundos). 7. Una corriente de Potasio dependiente de Calcio y sensible a alamina y otra corriente de Potasio dependiente de Sodio parecen estar en la base de las adaptaciones rápidas y lentas respectivamente. 8. Durante los estados de vigilia el valor medio de la información que transportan los trenes de Spies es moderadamente mayor que durante el sueño de onda lenta. Esta variación leve podría deberse a que aún cuando la actividad neuronal durante el sueño de onda lenta es globalmente rítmica, los trenes de potenciales de acción de neuronas individuales tienen un alto contenido de información. 9. Las transiciones de dormido a despierto y de despierto a dormido resultan en cambios similares en los contenidos de información de los trenes de Spikes (alrededor de 10 bits/s). 10. En la mayoría de los casos se observa una relación directa entre la tasa de disparo y los contenidos de información, hasta que se alcanza un Plateau.