Núcleo pedunculopóntico tegmental y aprendizaje y memoria, en ratas

Abstract

El núcleo pedunculopóntico tegmental (PPTg) es un grupo de neuronas (predominantemente colinérgicas) situado en el tronco del encéfalo, que se ha implicado en diversas funciones cognitivas. No obstante, el papel que juega el PPTg en los procesos cognitivos no está del todo claro; por ejemplo, no se conoce si su influencia en estos aspectos depende del nivel de dificultad de la tarea, del número de opciones de respuesta disponibles de la misma o de su dependencia de los sistemas fronto-estriatales; por otra parte, no se sabe si su integridad es necesaria para la consolidación de la memoria. Para contestar a estas cuestiones, se ha realizado un trabajo compuesto por tres experimentos en el que se analizan los efectos de la lesión del PPTg sobre: 1) la adquisición del condicionamiento de evitación activa de dos sentidos (EV2), una tarea dependiente del estriado dorsal, en dos condiciones diferentes de dificultad, 2) la retención a largo plazo, al cabo de 10 días, de este mismo tipo de condicionamiento; y 3) el aprendizaje de dos tareas espaciales dependientes de los sistemas fronto-estriatales ventrales, que implican únicamente dos opciones de respuesta, y que difieren en cuanto a su grado de dificultad (la tarea de no-alternancia forzada o DMTP y la tarea de alternancia forzada o DNMTP, ambas en un laberinto en T). En el experimento I, los animales eran sometidos a lesión electrolítica bilateral del PPTg y posteriormente recibían dos sesiones de EV2 separadas por 10 días; la mitad de los sujetos eran entrenados con un estímulo condicionado (EC) de 10 segundos de duración (condición de baja dificultad) y la otra mitad con un EC de 3 segundos (condición de alta dificultad). En el experimento II, los sujetos recibían una sesión de entrenamiento en la tarea de EV2 de mayor dificultad e, inmediatamente después, eran sometidos a lesión electrolítica del PPTg; 10 días más tarde se evaluaba el nivel de retención de la misma. En el experimento III, se les realizaba a los animales una lesión química (con ácido iboténico) bilateral en el PPTg y posteriormente eran entrenados en una tarea de DMTP demorada 15 segundos y a otra de DNMTP demorada 15 segundos. Si alcanzaban el criterio de aprendizaje de esta segunda tarea, eran también entrenados en una tarea de DNMTP demorada 30 segundos. Los principales resultados de estos trabajos ponen de manifiesto que: 1) la integridad del PPTg es necesaria para la adquisición de la tarea de EV2, tanto en condiciones de alta como de baja demanda; 2) la participación de este núcleo no es necesaria para la retención a largo plazo de la EV2, ni siquiera en los primeros estadios del proceso de consolidación; 3) el PPTg participa en la adquisición de tareas espaciales dependientes de sistemas fronto-estriatales, incluso cuando implican dos únicas opciones de respuesta; 4) las variaciones en el nivel de demanda de la tarea influyen en el efecto deteriorante de la lesión del PPTg sobre la adquisición de la EV2 y de las tareas dependientes de sistemas fronto-estriatales, pero no son un determinante crítico para el mismo; y 5) los déficits observados tras la lesión del PPTg en la tarea de EV2 y en las dos pruebas espaciales (el DMTP y el DNMTP) no parecen ser atribuibles a cambios en la motricidad espontánea, en el nivel de motivación, en la reactividad emocional, ni en la sensibilidad al dolor; sino a un deterioro cognitivo que podía estar mediado por la alteración del funcionamiento córtico-estriatal.

The pedunculopontine tegmental nucleus (PPTg) is a neuronal group (predominantly cholinergic) located in the brain stem, which has been involved in several cognitive functions. However, the role of the nucleus in these cognitive functions is not well understood. For instance, it is not known whether its influence on cognition depends on the level of difficulty of the task, on the number of response options available, or on its dependence of fronto-striatal systems. On the other hand, it is not known if its integrity is necessary for memory consolidation. In order to answer these questions, we have carried out a work composed of three experiments analyzing the effects of PPTg lesions on: 1) the acquisition of two-way active avoidance conditioning, a task that depends on dorsal striatal systems, under two conditions differing in task difficulty; 2) the long-term retention (10 days) of the same conditioning task; and 3) the acquisition of two spatial tasks that depend on fronto-ventral striatal systems, that involve only two response options, and that differ in their difficulty level (delayed matching-to-position task or DMTP, and delayed non-matching-to-position task, or DNMTP). In Experiment I, the animals were subjected to bilateral electrolytic lesions of the PPTg and were thereafter trained in a two-way active avoidance task (2 sessions separated by 10 days). Half of the subjects were trained using a conditioned estimulus of 10 second duration (low difficulty condition), while the other half were trained with a conditioned stimulus lasting 3 seconds (high difficulty condition). In Experiment II, the animals received a training sessions in two-way active avoidance under the high difficulty condition, and, immediately after this session were subjected to an electrolytic lesion of the PPTg. Long-term retention was tested 10 days later. In Experiment III, the animals were subjected to bilateral chemical lesions (ibotenic acid) of the PPTg, and were trained in a DMTP task with a 15-second delay, and in a DNMTP task with a 15-second delay. The animals that reached the learning criterion for the latter were trained in a second DNMTP using a delay of 30 seconds. The main results obtained in the present work indicate that: 1) the integrity of the PPTg integrity is necessary for the acquisition of two-way active avoidance in all the conditions tested; 2) this nucleus is not necessary for the long-term retention of two-way active avoidance, even in the first stages of the consolidation process; 3) the PPTg participates in the acquisition of spatial tasks that depend on fronto-ventral striatal systems even when they only involve two response options; 4) variations in task demand can affect the disruptive effects of PPTg lesions on the acquisition of two-way active avoidance and of spatial tasks that depend on fronto-ventral striatal systems, but they are not a critical factor in determining this disruption; and 5) the learning deficits observed after PPTg lesions do not seem to be attributable to changes in spontaneous locomotion, in motivational level, in emotional reactivity or in pain sensitivity; rather they seem to be induced by cognitive deterioration that could be mediated by the alteration of functioning of the cortico-striatal systems.