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Dos procesos básicos de aprendizaje Sobre la base de cómo la información es almacenada y recuperada, la memoria se clasifica como: 



Memoria declarativa: depende de la reflexión conciente para su adquisición o recuerdo. Se divide en episódica, la cual es la memoria para los eventos, también llamada autobiográfica y semántica, memoria para las palabras, reglas y lenguaje. Memoria implícita o no declarativa: su formación o expresión no depende de la conciencia o de la atención ya que es inconciente. La memoria implícita puede ser asociativa o no asociativa:  Aprendizaje no asociativo: se produce cuando el animal es sometido expuesto una vez o varias veces a una clase de estimulo o a 2 estímulos que no tienen necesariamente una relación temporal, como en el caso del condicionamiento. Hay dos formas de aprendizaje no asociativo que son muy comunes en la vida diaria: la habituación y la sensibilización.

Introducción Investigaciones llevadas a cabo en invertebrados han demostrado que los animales simples pueden modificar su comportamiento a través del aprendizaje. Kandel, hace investigaciones en el molusco marino Aplysia centrándose en una de las exhibiciones más comunes y sencillas en el comportamiento de Aplysia que es el reflejo de defensa, en el cual retrae la branquia ante un estímulo. SE COMPROBO QUE ESTE SIMPLE REFLEJO PUEDE SER MODIFICADO POR DIFERESTES FORMAS DE APRENDIZAJE, COMO LA HABITUACION Y LA SENSIBILIZACION. La branquia se ubica en la cavidad del manto, la cual es una cámara respiratoria que esta cubierta por una manta protectora llamada repliegue del manto. Esta capa protectora termina en un conducto llamado sifón. El sifón esta inervado por 24 neuronas sensoriales ubicadas en el ganglio abdominal que se conectan con la neurona motora (inervan la branquia) y con inter neuronas. Cuando un estimulo débil o moderadamente intenso se aplica al sifón la branquia se contrae y se retrae en la cavidad del manto. Este reflejo es análogo a la respuesta de retraimiento observada en animales superiores. El ser humano al tener contacto con una fuente de calor elevada retira la mano. La aplasia presentan dos formas de aprendizaje no asociativo con esos reflejos: la habituación y la sensibilización. HABITUACION Forma de aprendizaje en el cual el animal “aprende” se habitúa a un estimulo nuevo. Que es no nocivo y se repite. Este aprendizaje hace que el animal no reaccione mas ante un estimulo que no le genera cambio alguno. El animal primero responde al estimulo nuevo con una serie de reflejos. Cuando el estimulo se repite, aprende a reconocerlo y este si este estimulo no es nocivo el animal suprime la respuesta. Se habituó a ese estimulo. La habituación del reflejo de retraimiento en la aplasia es el resultado de una reducción en la efectividad de las sinapsis entre las neuronas sensoriales y.

La estimulación repetida del sifón lleva a una depresión de la transmisión sináptica entre al NS y la NM. Esto puede durar varios minutos (habituación a corto plazo) u horas o días (habituación a largo plazo). Esta depresión de la efectividad sináptica se produce debido a que ha habido una disminución en la liberación de neurotransmisores que se da debido a la disminución de la cantidad de CA++ en la presinapsis SENSIBILIZACION El animal conoce acerca de las propiedades de un estimulo nocivo y como resultado responde mas efectivamente y rigorosamente a ese estimulo. Es producida aplicando un estimulo nocivo a una parte del cuerpo, como la cola. Este estimulo activa a neuronas sensoriales de la cola que excitan a interneuronas que forman sinapsis axo-axonicas con neuronas que provienen desde la piel del sifón, produciendo un aumento de la cantidad de neurotransmisores liberados.

ETAPAS Bioquímicas de la Facilitación Sináptica El neurotransmisor liberado por la interneurona es la Serotonina la que se une a dos receptores: a) uno de ellos activa a una adenil ciclasa, genera AMPc el que activa a una PKA La PKA actúa de tres formas: a) fosforila canales de K+, los que se cierran y, por lo tanto, prolongando la duración del Potencial de acción presináptico lo que genera aumento en el influjo de Ca++ (canales tipo N) y aumento en la liberación de neurotransmisor b) Aumentando la movilización de las vesículas sinápticas por un mecanismo independiente del Ca++ intracelular C) Abriendo canales de Ca++ tipo L La Serotonina activa a un segundo tipo de receptor el que activa a una PLC la que genera DAG y este activa a una PKC, enzima que actúa en paralelo con la PKA, abriendo canales de Ca++ tipo L y aumentando la movilización de las vesículas sinápticas Experimento Kandel y su grupo de investigadores comenzaron el experimento de esta manera: En las primeras sesiones aplicaban como estimulo un chorro de agua a la región abdominal. Este estimulo no le tiene que producir dolor ni malestar ya que debe ser neutro, inocuo, además debe ser aplicado de manera espontánea. Como respuesta al chorro de agua, aplasia contraía la branquia. NIVEL CONDUCTUAL Luego de algunas veces repetido este esquema y midiendo el tiempo que tarda en dar la respuesta, es decir el tiempo de reacción, se hace notoria la disminución de la velocidad del reflejo de retracción de la branquia que se comprueba en un aumento del tiempo de reacción. El animal empieza a habituarse a ese estimulo notando que no le produce nada, no lo molesta hasta que deja de reaccionar, es decir disminuye progresivamente la velocidad del reflejo en el cual contrae la branquia hasta que se habitúe, y deja de hacerlo. NIVEL NEURONAL: el estimulo es captado por la piel. Específicamente por la piel de la zona donde es aplicado el estimulo, en el caso de aplasia en la zona del llamado sifón, es donde termina la capa protectora denomina repliegue del manto. A nivel neuronal, actúan 3 familias de neuronas que transmite la información del estimulo, la neurona que

capta el estimulo es la neurona sensitiva que se comunica con la interneurona y esta con la neurona motora que manda la información que hace que la branquia se contraiga. NIVEL SINAPTICO: al recibir el estimulo la neurona sensitiva hace sinapsis con la neurona motora, una sinapsis llamada axo-dendrítica ya que el axon de la neurona sensitiva hace sinapsis con una dendrita de la neurona motora. A medida que el estimulo se repite suceden dos cosas a corto plazo y a largo plazo:  

A corto plazo: comienzan a disminuir los potenciales de acción, lo que hace que al conexión pierda fuerza y se ve reflejado en que el animal tarda mas en contestar al estimulo, es decir aumenta el tiempo de reacción. A largo plazo: se produce la interrupción del reflejo de retracción de la branquia, el animal deja de reaccionar de esa forma al estimulo. Es decir que alargo plazo genera que el potencial de membrana no llegue al umbral y se de un PEPS local que hace que deje de reaccionar.

NIVEL MOLECULAR: se produce el cierre de los canales de CA++ lo que hace que haya menos cantidad de CA++ en la cavidad presinaptica. Esto produce una disminución en las exocitosis. El ca.++ contribuye a la exocitosis de las vesículas que contienen neurotransmisores, al haber menor cantidad de CA++ hay menos exocitosis y por consecuente menos neurotransmisores. Esto provoca que la conexión entre las neuronas pierda fuerza y sea cada vez menor. SENSIBILIZACION Otra forma de aprendizaje no asociativo se llama sensibilización y difiere en el tipo d estimulo que se aplica y en la respuesta que se produce. El estimulo que se aplica debe ser espontáneo y nocivo. Estos estímulos podrían ser descargas eléctricas, pinchazos en la cabeza. Como respuesta a esto, el animal retrae la branquia. Luego de repetidos estos estimulo comienza a haber un aumento en la velocidad del reflejo de retracción d el branquia que se comprueba midiendo el tiempo de reacción y se nota que el tiempo de reacción disminuye, es decir se produce un reforzamiento del reflejo de retracción de la branquia. La familia de neuronas más importantes en este aprendizaje es la de la NEURONA INTERFACILITADORA. ESTAS SOLO HACEN SINAPSIS CON LA NEURONA SENSITIVA. Y desencadenan un proceso llamado FACILITACION PRESINAPTICA en el cual se facilita la presinapsis para que libere mayor cantidad de neurotransmisores. La sinapsis entre NI Y NS hace la NIF libere un primer mensajero llamado serotonina, estos son captados por receptores específicos ubicados en la membrana de la neurona sensitiva, formándose así el complejo receptor neurotransmisor, a este complejo cuando s ele une la proteína G hace que actúe sobre otra proteína de membrana, la adenil ciclasa que actúa sobre el ATP (moneda energética de la célula) para que produzca AMP c, que es un segundo mensajero. Este se une a una proteína intraneuronal llamada KINASA y actúan sobre los canales de CA++ para hacer que se abran a su máxima expresión

PEPS LOCAL: la información no se transmite durante el PEPS local. No existe liberación de neurotransmisores, ya que no entra CA++ y no se produce el potencial de acción. La liberación de los neurotransmisores se da durante el potencial de acción. Los NT son captados por la membrana postsináptica, a través de receptores que los hay de dos tipos. NIEVELES

HABITUACION

CONDUCTUAL

ESTIMULO: inocuo  RESPUESTA: descenso progresivo del reflejo de retracción de la branquia Circuito neural: neurona sensitiva, interneurona, N. motora

NEURONAL

SINAPTICO

MOLECULAR



SENSIBILIZACION  

ESTIMULO: nocivo RESPUESTA: reforzamiento del RRB

Neurona sensitiva, interneurona, N. motora, neurona interfacilitadora.

LUGAR: sinapsis NS-NM axo-dendrítica

Sinapsis NS-NM

CP: depresión de la conexión LP: disrupción funcional.

CP: incremento de la transmisión Lugar: sinapsis INF-NS (axo-axonica) Produce una facilitación presinaptica. APERTURA DE LOS CANALES DE CA++

Cierre de los canales de CA++, por lo que hay menor cantidad de CA++ en la terminal presinaptica lo que provoca un descenso de la liberación de NT

1) ¿Qué respuesta produce la sensibilización a largo plazo a nivel conductual? ¿Cómo lo hace?

La sensibilización provoca una exacerbación de la respuesta conductual de retroacción de la branquia (aumenta la velocidad en la que produce el reflejo). Implica el reforzamiento prolongado de la respuesta preexistente de un animal a un estímulo como resultado de la presentación de un segundo estímulo nocivo que es presentado previamente. Tiene como finalidad la defensa, ya que requiere que el animal aprenda a

atender al estímulo debido a las consecuencias negativas (o potencialmente negativas) que este trae aparejado. Ante la presentación de un estímulo nocivo, como puede serlo un shock eléctrico en la cabeza, Aplysia repliega el manto. Luego, presentando un segundo estímulo, inocuo, Aplysia repliega el manto exageradamente rápido. Esto se debe a que hay un aumento en la conexión neuronal. El estímulo nocivo activa interneuronas facilitadoras de la cabeza, que entran en sinapsis a través de una conexión axo-axónica con las neuronas sensitivas, provocando un aumento en la liberación de neurotransmisores por parte de aquellas. Estas neuronas facilitadoras liberan serotonina que se une a un receptor metabotrópico de la membrana de la neurona sensitiva. En el medio intracelular, esto provoca que se libera una porción de esta proteína metabotrópica, la cual se une a una enzima llamada adenilato ciclasa, encargada de la catalización de ATP en AMPcíclico (+2Pi). Este último es el segundo mensajero que se une luego a una proteína quinaza AMPc dependiente (una proteína dependiente de AMPc). Esta proteína provoca los siguientes cambios: cierra los canales de potasio lo que produce que se mantenga el potencial de acción por más tiempo y los canales de calcio tipo N se mantienen abiertos, abre canales de calcio tipo L. Considerando que el calcio ayuda a las vesículas a acercarse a la membrana (para la ulterior liberación de neurotransmisores), esto explica que haya muchos potenciales 1) ¿Cómo es el proceso de liberación de NT? Y cómo se modifica en la sensibilización?

Los neurotransmisores sintetizados en el soma celular (esto es, el cuerpo de la neurona), son empaquetados en el aparato de Golgi allí presente. Luego, son transportados por los microtúbulos desde el soma hasta el botón sináptico. Allí también se produce la síntesis y empaquetamiento de neurotransmisores. Ahora bien, para que la transmisión de la información pase de la neurona pre-sináptica a la post-sináptica, es necesario que los neurotransmisores sean libreados al medio extracelular de modo que los receptores de la membrana post-sináptica puedan captarlos. Con el potencial de acción, son abiertos tanto canales de Na y K como canales de calcio. Éste último ayuda a transportar las vesículas sinápticas hacia las zonas activas de la membrana axonal, donde por exocitosis, la membrana vesicular se fusionará con la celular, liberando los neurotransmisores en la hendidura sináptica. Esos neurotransmisores, al adherirse a los receptores de la otra neurona provocaran un cambio en la configuración química de los mismos que posibilita el flujo de iones a través de la membrana cambiando el potencial de reposo de la misma. Si en el cono axonal se suman la suficiente cantidad de potenciales locales excitatorios postsinápticos

(PEPS) de modo tal que se sobrepase el umbral, un nuevo potencial de acción se desencadenará, y se repetirá el proceso hasta liberar los neurotransmisores (en esta neurona ahora presináptica). En la sensibilización, que es el reforzamiento prolongado de una respuesta preexistente como consecuencia de un segundo estímulo nocivo, hay una mayor cantidad de neurotransmisores liberados. Esto sucede porque la neurona sensitiva que es quien excitará a la neurona motora, no solamente recibe la información del receptor de la periferia, sino que al mismo tiempo recibe la influencia de otra neurona, una interneurona facilitadora, quien la excitó previamente cuando el estímulo nocivo fue presentado. Aquí, la interneurona facilitadora se encuentra en sinapsis axo-axónica con la neurona sensitiva. Ante el estímulo nocivo esta secreta serotonina que se une a un receptor metabotrópico de membrana en la neurona sensitiva (postináptica). Como consecuencia, una porción de esta proteína metabotrópica, a causa del cambio en la configuración química, es liberada en el interior celular, y se une a una enzima, la Adenilato Ciclasa, quien hidroliza el ATP en AMPcíclico (+2Pi). El AMPc, segundo mensajero, se une a una proteina quinasa AMP dependiente, activándola. Esta proteína cierra los canales de K, permitiendo que el potencial de acción se mantenga por más tiempo y que los canales de Ca tipo N se mantengan abiertos. A su vez, abre los canales de Ca tipo L. Considerando que el Ca ayuda a las vesículas a trasladarse a las zonas activas, un aumento en la cantidad de Ca explica la rápida respuesta por una mayor cantidad de vesículas fusionadas en membrana, y por lo tanto, mayor cantidad de neurotransmisores que activarán a la neurona motora, la cual provoca el repliegue del manto y retracción branquial. Con cada potencial de acción, se liberará mayor cantidad de neurotransmisores, porque el flujo de entrada de calcio se agranda. Si luego del estímulo nocivo, se aplica uno inocuo que estimula la neurona sensitiva a raíz de la estimulación de los receptores de la periferia, la respuesta exagerada se encuentra en que, como se produce un nuevo potencial de acción, este efecto se suma al ya producido por la interneurona ya que habría mayor cantidad de vesículas en el botón, y estarían más aprontadas a la membrana. Al liberarse más neurotransmisor, la respuesta sería más exagerada de lo esperado. 1) ¿Cuál Es la relevancia del ión calcio en el cambio funcional producido entre las neuronas sensitivas y las neuronas motoras en el proceso de habituación?

La participación del ion calcio en la sinapsis se encuentra vinculada a la liberación de los neurotransmisores desde la neurona pre-sináptica hacia la post-sináptica. Esto se debe a que el calcio ayuda a las vesículas sinápticas (que contienen los neurotransmisores) acercarse a las zonas activas de la membrana, donde se fusionarán con la misma para la eventual exocitosis de su contenido. La habituación es una forma de aprendizaje que implica un descenso en la intensidad de la respuesta conductual cuando un estímulo, en principio nuevo, se presenta repetidamente. Si una conducta que es un principio refleja puede inhibirse, esto implica un corte en la transmisión de la información, es decir, algo debe suceder para interrumpir esa conducta. Si el repliegue del manto el Aplysia depende de la sinapsis entre una neurona sensitiva y una motora, si no hay conducta observada es porque esa cadena de transmisión de información se vio interrumpida: la información no se transmitió o bien porque los neurotransmisores no se unieron a los receptores, o bien no se liberó neurotransmisores. Lo que se observó fue un descenso en el número de cuantos liberados. Esto se debía a que descendía la apertura de los canales de calcio, lo que traía como consecuencia una disminución de los neurotransmisores liberados en el espacio sináptico, y por lo tanto, una disminución, o total inhibición, de la respuesta conductual. 1) Relacione los siguientes conceptos: retracción de la branquia – modificación del comportamiento - estímulo nocivo. Con el objeto de ver cómo se produce el aprendizaje en humanos y en animales, varios investigadores llevaron a cabo experimentaciones con el caracol aplysia. Dos modos de aprendizaje presentes en este animal y compartidos con todos los seres vivos son la habituación y la sensibilización. Mientras que la primera implica la reducción de una respuesta conductual ante un estímulo inocuo tras ser presentado repetidas veces, la segunda implica una respuesta conductual exacerbada a un estímulo inocuo tras la previa presentación de un estímulo nocivo. Aplysia tiene como reflejo que, al tocarle el sifón, retrae la branquia y repliega su manto como respuesta defensiva. Mediante la habituación se había logrado inhibir esa respuesta. Luego se llevaron a cabo expirementaciones de sensibilización. Aquí se introducía un primer estímulo nocivo que constaba con la aplicación de un shock eléctrico en la cabeza. Ante éste, aplysia retraía la branquia y replegaba el manto muy rápidamente. Luego se le volvía a aplicar el mismo estímulo inocuo que se había aplicado para la habituación, y que aplysia había aprendido a ignorar: se le tocaba el sifón. No obstante, se observó una respuesta exageradamente rápida en el animal de retracción branquial y repliegue del manto, ante un

estímulo inofensivo. Esto demostró que hubo un nuevo aprendizaje en aplysia, es decir, se pudo (volver a) modificar el comportamiento por algo externo que lo afecta, en este caso, el estímulo nocivo. 1) Importancia del calcio en la habituación a corto plazo. En las experimentaciones con Aplysia que involucraban un aprendizaje de habituación, se realizaron experimentos tanto para la habituación a corto como para a largo plazo. En la habituación a corto plazo lo que sucede tras 10 o 15 estímulos inocuos la respuesta conductual es inhibida cuando se vuelve a estimular a aplysia (tocándole el sifón) al cabo de lapso de tiempo corto. La respuesta mengua, y luego desaparece, ya que cesa el ingreso de calcio en la neurona sensitiva lo que implica que las vesículas sinápticas no sean transportadas hasta la membrana del botón sináptico. No obstante, luego de una hora, si es vuelta a estimular en el sifón, hay una recuperación parcial de la respuesta conductual, la cual se recupera casi completamente al cabo de un día. Esto implica que hay una reactivación de los canales de calcio, lo que posibilita su entrada y consecuentemente el traslado de las vesículas, la liberación de los neurotransmisores, la sinapsis, y la concomitante producción de la respuesta. 1) ¿Qué posibilidades brinda el estudio del reflejo retraccional de la branquia en aplysia? Los estudios en aplysia se realizaron con el objetivo de comprender cómo se daba el ...