Resultados

La LFS induce una depresión a corto plazo en la región CA1 de ratas que se mueven libremente. Se sabe que el grado de LTD provocado por la LFS depende de la cepa de rata (20). La cepa de rata utilizada en este estudio, Harlan Winkelmann Wistar, mostró consistentemente una depresión de la transmisión sináptica después de la LFS a 1 Hz, que perduró durante ≈45 min (Fig. 1; n = 16, P < 0,001).

La exploración de un tablero de agujeros que contiene objetos durante la LFS induce una LTD robusta. Al menos 8 días después de los experimentos de LFS de control, se examinó el efecto de la exposición a la novedad en las respuestas provocadas por el LFS. Experimentos anteriores mostraron que las ratas Hooded Lister expresan LTD cuando se les da LFS simultáneamente con la exposición a la novedad (17, 20). Repetimos este protocolo utilizando ratas Harlan Winkelmann Wistar. Se permitió a los animales explorar un tablero de agujeros con cuatro objetos diferentes durante la LFS (Fig. 2, n = 10). La inserción del tablero de agujeros provocó un mayor comportamiento de exploración, y sólo en un caso se observaron signos de estrés, es decir, comportamiento de congelación. Esta rata fue excluida del análisis de datos. La exploración del tablero de agujeros con objetos convirtió la depresión a corto plazo en una LTD que duró al menos 25 horas. Las diferencias individuales en los puntos temporales se evaluaron mediante un análisis de la prueba t de la LFS administrada sola y la LFS administrada simultáneamente con la exposición al tablero de agujeros. Esto reveló una depresión significativamente mayor en el grupo del tablero de agujeros a partir de t = 15 min (P < 0,05).

Para investigar si el efecto facilitador de la exploración de la novedad sobre la LTD se debía realmente a la adquisición de la novedad y no a un efecto no nemotécnico como el aumento de la actividad locomotora (que podría provocar cambios relacionados con la temperatura del cerebro en la magnitud de los potenciales) (21), volvimos a exponer posteriormente a los animales al mismo tablero de agujeros con la misma constelación de objetos después de que la LTD hubiera vuelto a los niveles previos a la LFS (Fig. 2, reexposición; n = 5). La exposición a un tablero de agujeros ahora familiar durante la aplicación de LFS ya no provocó LTD. Sin embargo, se produjo una depresión transitoria, que disminuyó más rápidamente que después de la aplicación de LFS en los experimentos de control (t = 45 min; P < 0,05, prueba t; n = 5). A partir de t = 60 min, se produjo una diferencia significativa entre la primera exposición y la reexposición al tablero (P < 0,0019, prueba t). El ANOVA reveló un efecto de habituación altamente significativo al tablero de agujeros.

La hipótesis que subyace a este estudio es que el LTD se correlaciona con una parte específica de la adquisición de la novedad, como la detección de la ubicación del objeto dentro del espacio, en contraposición a la exploración del espacio alocéntrico o el reconocimiento del objeto. Para comprobar si esto es cierto, sometimos a las ratas a otro experimento. Se introdujo el mismo tablero de agujeros en la cámara de grabación, pero los objetos se colocaron ahora aleatoriamente en una constelación de agujeros que difería de la constelación anterior. Así, en esta ocasión, la única variable nueva era la diferente ubicación de los objetos; la familiarización con la pizarra de agujeros ya se había producido (Fig. 2, configuración nueva de los objetos). Con esta configuración, curiosamente, se indujo de nuevo la LTD. Los valores de la pendiente de la EPSP de campo (fEPSP) 5 minutos después de la LFS fueron 49,0% ± 3,5%, significativamente más bajos que los valores observados después de la primera exposición al tablero de agujeros (P < 0,05, prueba t). Por lo tanto, la inducción de la LTD provocada por la exposición a una constelación espacial nueva de objetos familiares fue más fuerte que la provocada por una constelación nueva de objetos nuevos. Sin embargo, no se observaron otras diferencias en el perfil de la LTD, y el mantenimiento de la LTD no se modificó. Estos resultados indican claramente que la LTD está asociada al mapeo espacial de los objetos y no a la exploración espacial per se.

La exploración espacial no es suficiente para desencadenar la LTD. La siguiente cuestión que abordamos fue si la exploración de los objetos era el único factor que contribuía a la LTD observada. Para explorar esto, asignamos el resto de nuestros animales a la exploración novedosa del tablero de agujeros en ausencia de objetos. De este modo, pudimos examinar el efecto que la adquisición novedosa de un entorno desconocido (es decir, el tablero de agujeros) tiene sobre la LTD, sin ningún efecto de enmascaramiento de la exploración del objeto y su configuración espacial. Cuando la LFS se aplicó durante la presencia del tablero de agujeros vacío, resultó en un nivel de depresión deteriorado (Fig. 3a , n = 6); hubo significativamente menos depresión cuando el tablero de agujeros vacío estaba presente durante la LFS como se observó en el experimento de control-LFS . Así, la exploración del tablero vacío inhibió la inducción de la depresión a corto plazo (tres primeros registros después de la LFS, P < 0,01). En este caso, no sólo la LFS fue insuficiente para la inducción de la LTD, sino que la exploración del nuevo tablero de agujeros también contrarrestó el efecto de la LFS. En el siguiente experimento, el mismo grupo de animales fue expuesto al tablero de agujeros ya conocido, pero esta vez en presencia de objetos (Fig. 3, tablero de agujeros con objetos, n = 6). En estas condiciones, el LFS facilitó la inducción de LTD. La LTD obtenida no difirió significativamente de la observada cuando se permitió a las ratas explorar por primera vez un tablero de agujeros desconocido con objetos nuevos. Esto implica que la habituación al tablero de agujeros por sí sola no afectó a la inducción de la LTD y apoya aún más la probabilidad de que la LTD esté asociada a la exploración de objetos nuevos.

La exploración espacial pero no la exploración de objetos facilita la LTP. Nos intrigaba el efecto aparentemente inhibidor que la exploración espacial tenía sobre la inducción de LTD. Para examinar más a fondo este efecto, repetimos el experimento anterior con un nuevo conjunto de animales, pero en lugar de LFS ahora dimos una HFT débil (100 pulsos a 100 Hz), que en condiciones normales produjo potenciación a corto plazo (Fig. 4a ). La HFT se aplicó inmediatamente después de que las ratas fueran introducidas en el tablero de agujeros (es decir, t = 0 min); a los animales se les permitió explorar el tablero de agujeros durante 15 min para que fuera comparable con el experimento de LFS correspondiente. La exposición al tablero de agujeros facilitó significativamente la LTP (n = 9) en comparación con los controles (n = 9). Veinticuatro horas después, no se observó ninguna potenciación en los animales que no habían sido expuestos al tablero. Sin embargo, los valores de fEPSP seguían potenciados en los animales expuestos al tablero de agujeros (P < 0,01, prueba t). Por lo tanto, el efecto inhibidor de la exploración espacial en LTD, que observamos, puede estar correlacionado con un cambio hacia una mayor susceptibilidad para LTP.

Si la exploración de un nuevo entorno y la exploración de pistas dentro de este entorno se basa en cambios opuestos en la fuerza sináptica, se podría hipotetizar que el umbral para la inducción de LTP se eleva durante la exploración de objetos nuevos. Investigamos esta posibilidad administrando una fuerte HFT (4 trenes de 30 pulsos a 100 Hz, con intervalos de 5 minutos entre trenes) durante la exploración del tablero de agujeros (Fig. 5a ). El tétano indujo LTP en las ratas bajo condiciones de control. Cuando el tablero de agujeros estaba presente, se produjo una despotenciación de la LTP. Curiosamente, esto no ocurrió inmediatamente. En los primeros 10 minutos tras la retirada del tablero de agujeros, no hubo diferencias significativas entre las respuestas HFT de control y las respuestas HFT bajo la exploración del tablero de agujeros. Las fEPSPs se potenciaron inicialmente hasta un 146,7% ± 13,8% del valor basal sin tablero de agujeros (n = 9) y un 123,0% ± 9,7% con la exploración del tablero de agujeros (5 min después de la HFT, n = 6). Cuando las ratas habían sido expuestas al tablero de agujeros, se produjo una rápida despotenciación 15 min después de la HFT (P < 0,001, prueba t). Esta despotenciación fue duradera, y 24 h después de la HFT el valor era del 100,5% ± 5,7%. El ANOVA reveló un efecto significativo de la exploración del tablero de agujeros en la LTP inducida por la HFT.

Si la despotenciación observada comparte propiedades mecanísticas con la LTD inducida por objetos, cabría esperar que la LFS aplicada después de la despotenciación no causara más depresión sináptica. Aplicamos el LFS 2 h después de que la despotenciación hubiera sido inducida por la exploración del tablero de agujeros en los animales HFT. Este punto de tiempo para la aplicación de LFS fue elegido porque hubo una estabilización de la despotenciación en ese momento (n = 5). No se indujo una LTD significativa mediante LFS en estas condiciones, lo que sugiere que los mecanismos comunes son compartidos por la LTD y la despotenciación inducida por la exposición al tablero de agujeros.

La LTD inducida por la exploración de objetos está modulada por los receptores 5-HT4. La activación de los receptores 5-HT4 tiene un efecto inhibidor sobre la LTD inducida eléctricamente (datos no publicados). Además, se ha descrito un papel del receptor 5-HT4 para múltiples funciones cognitivas en el cerebro (22-25). Por lo tanto, la activación de los receptores 5-HT4 también puede perjudicar el aprendizaje de las asociaciones objeto-lugar. Un grupo de ratas (n = 5) recibió una inyección intracerebral de 5 μl de RS67333 (2 μg/μl), un agonista selectivo de 5-HT4, 30 min antes de que se les presentara el tablero con objetos. Un grupo de control (n = 5) recibió la misma cantidad de solución salina. La activación de los receptores 5-HT4 bloqueó completamente la expresión de LTD inducida por la exploración (Fig. 6a ) .

Los animales se sometieron a pruebas de LTD durante la reexposición a la placa perforada (al menos 7 días después de la primera exposición). Antes de la reexposición al tablero de agujeros, se inyectó solución salina a todos los animales para imitar las condiciones del experimento anterior. Mientras que los animales que habían recibido sólo inyecciones de vehículo (antes de la primera vez y de la reexposición) no mostraron ninguna facilitación de la LTD similar a los efectos descritos en la Fig. 2, el grupo que había recibido RS67333 antes de la primera exposición mostró una LTD significativa. De acuerdo con nuestro postulado de que la LTD codifica información nueva, la inhibición de la LTD por el RS67333 puede haber perjudicado la codificación de las asociaciones objeto-lugar. Por lo tanto, cuando volvimos a exponer a los animales tratados con RS67333 al tablero de agujeros con la misma constelación de objetos que antes, esto constituyó efectivamente una experiencia nueva y, por lo tanto, se produjo una facilitación de la LTD.

Para obtener una medición de la habituación y una mayor confirmación de esta posibilidad, realizamos un experimento conductual similar en un tablero de agujeros en campo abierto (80 × 80 × 80 cm). El número de encabritamientos y de inmersiones de la cabeza en los agujeros es una expresión de la actividad exploratoria. Si se produce la habituación, cabe esperar que la reexposición conduzca a un número significativamente menor de encabritamientos. Dos grupos de ocho ratas fueron inyectados a ciegas con 10 μg de RS67333 o solución salina 30 minutos antes del primer ensayo. Se realizaron dos ensayos, cada uno de 15 minutos, con 24 horas de diferencia. El grupo de control realizó significativamente menos inmersiones de cabeza y encabritamientos cuando fue reexpuesto al tablero de agujeros en comparación con su rendimiento en el primer ensayo (prueba t, P < 0,05, ambos parámetros, dentro del grupo). Esto significa que los animales de control fueron capaces de recordar el entorno 24 horas después de su primer encuentro con la caja. Sin embargo, el grupo de la droga no mostró ningún efecto significativo de habituación al tablero de agujeros (Fig. 6b ). Así pues, mientras que la habituación se produce normalmente tras 15 min de exploración de la caja de campo abierto, la activación de los receptores 5-HT4 inhibió este fenómeno.