Efectos de la estimulación eléctrica del núcleo basal magnocelular sobre el condicionamiento de evitación activa de dos sentidos, en ratas

Abstract

Numerosos estudios conductuales han investigado el papel del núcleo basal magnocelular (NBM) y sus proyecciones colinérgicas a la corteza y a la amígala sobre las funciones cognitivas. Estos estudios señalan la participación del sistema colinérgico del NBM en la atención, la adquisición y la consolidación de la memoria, pero no en la recuperación de la información. Estudios de estimulación eléctrica (EIC) han demostrado la implicación del NBM en la activación cortical y en la plasticidad, mecanismos neurales relacionados con los procesos de aprendizaje y memoria.<br/>No obstante, existen pocos estudios conductuales de evaluación de los efectos de la EIC del NBM sobre la memoria. Además, no hay ninguno que analice la activación del NBM a lo largo de múltiples fases del aprendizaje. Por lo tanto, nos propusimos investigar los efectos de la EIC del NBM en diferentes estadios del aprendizaje de la tarea de evitación activa de dos sentidos (EV2). El Experimento I estudia los efectos de la EIC post-entrenamiento sobre la retención a corto (24 h) y a largo (11 días) plazo. La posible influencia de la ejecución en la adquisición también fue estudiada. Los resultados muestran que la EIC del NBM mejora la retención a corto y a largo plazo, especialmente en ratas con un nivel bajo de aprendizaje inicial. <br/>En el Experimento II investigamos los efectos de la EIC del NBM aplicada en diferentes fases del aprendizaje de la EV2: (a) inmediatamente antes de la primera sesión de entrenamiento, para evaluar los efectos de la EIC sobre la adquisición (EIC preadquisición); (b) inmediatamente después de la primera sesión, para determinar los efectos sobre la consolidación de la memoria y el reaprendizaje en dos sesiones de retención (24 y 48 h después de la adquisición) (EIC postadquisición); (c) inmediatamente antes de la sesión de retención de 24 h, para analizar los efectos sobre la recuperación de la información, (EIC preretención 24 h). Con el objetivo de obtener mayores efectos sobre el condicionamiento, aumentamos la intensidad de la corriente (100 _A) y la duración del tratamiento (30 o 45 min) de EIC. Los principales resultados son: (i) la EIC preadquisición mejora la adquisición de la tarea sin afectar la conducta en las sesiones posteriores de retención; (ii) la estimulación postadquisición durante 45 min interrumpe ligeramente la ejecución en la sesión de retención de 24 h pero no en la de 48 h; (iii) la EIC preretención 24 h no afecta a ninguna de las dos sesiones de retención. <br/>La facilitación en la adquisición de la EV2 puede ser explicada por una mejora en la atención dado que la eficacia del aprendizaje depende de esta función, la cual, a su vez, depende de las proyecciones colinérgicas del NBM. Respecto a la consolidación de la memoria, ambos experimentos muestran efectos moduladores (facilitación o ligera interrupción) sobre la retención dependiendo del (a) nivel inicial de aprendizaje (Experimento I) y (b) la duración del tratamiento y la intensidad de la corriente (Experimento II). Además, nuestros resultados indican que la contribución del NBM es menos importante en la recuperación de la memoria, cuando la tarea ya está aprendida. En general, estos resultados sugieren que la activación del NBM puede contribuir más en estadios iniciales que en fases posteriores de la tarea. <br/>Los efectos moduladores sobre los procesos cognitivos tras la EIC del NBM podrían ser explicados por la inducción de plasticidad cortical. La activación del NBM podría haber creado un estado permisivo, a través de la liberación de acetilcolina, que optimizase los mecanismos de plasticidad neural necesarios para los procesos de aprendizaje y memoria. Sin embargo, nuestros resultados también pueden ser interpretados en el contexto de la modulación subcortical (amígdala basolateral) y la activación de otros sistemas de neurotransmisión como el ácido _-aminobutírico.

Extensive behavioral studies have investigated the role of the nucleus basalis magnocellularis (NBM), and mainly its cholinergic projections to neocortex and amygdala, on cognitive functions. Converging evidence from those studies supports an important role of NBM cholinergic system in attention, acquisition and memory consolidation, but not in retrieval of information. Studies of NBM electrical stimulation (ICS) have demonstrated the involvement of NBM in cortical activation and cortical plasticity, both neural mechanisms related to learning and memory processes.<br/>Nevertheless, there are only few studies that have evaluated the effects of NBM ICS on behavioral memory. Moreover, there is not any study that examines the activation of NBM across the multiple phases of learning. Therefore, we seek to investigate the effects of NBM ICS during different stages of learning of a two-way active avoidance task (AA2). Experiment I, focused on memory consolidation, assess the effects of the post-training NBM ICS on short-(24 h) and long-(11 days) term retention of AA2. The possible influence of the acquisition performance was also studied. The results show that post-training NBM ICS improves both short-(24 h) and long-(11 days) term retention of AA2, especially in the rats with a low initial learning ability. <br/>In Experiment II we investigate the effects of NBM ICS applied at different phases during the learning of AA2: (a) immediately before the first training session, to evaluate the effects stimulating the NBM on the acquisition (preacquisition ICS); (b) immediately after the first training session, testing the animals' performance on two retention sessions (24 and 48 h after the acquisition session), to determine the effects on memory consolidation and relearning (postacquisition ICS); (c) immediately before the 24-h retention session, to analyze the effects of NBM activation on retrieval, when the task-relevant information may be already stored (preretention 24-h ICS). In order to obtain stronger effects on the conditioning, in this experiment we raised both current intensity (100 _A) and treatment duration (30 or 45 min) of the ICS. The main results are: (i) preacquisition ICS of the NBM significantly improved the acquisition of the task, without affecting behaviour in latter retention sessions; (ii) postacquisition ICS for 45 min slightly disrupted performance in the 24-h retention but not the 48-h retention session; (iii) preretention 24-h ICS did not affect either 24 or 48-h retention sessions. <br/>The facilitation in acquisition of AA2 could be explained on the basis of attentional enhancement given that the efficacy of learning depends on this function, which, in turn, depends on cholinergic NBM projections. Regarding memory consolidation, both experiments showed modulatory effects (facilitation or slight disruption) on retention, depending on (a) the initial learning ability of the subjects (Experiment I), and (b) the treatment duration and current intensity (Experiment II). Moreover, our results indicate that the contribution of NBM is less important in memory retrieval, when a task is already well learned, and then its activation would not improve latter phases of learning. Collectively, these findings suggest that NBM activation may contribute to early rather that late phases of the task. <br/>Modulatory effects on cognitive processes with NBM activation could be explained on the grounds of cortical plasticity induction. Activation of the NBM could have created a permissive state through acetylcholine (ACh) release that would optimize neural plasticity mechanisms, which are necessary for learning and memory processes. However, our results could be interpreted not only in the context of cortical activation and ACh release but also subcortical modulation (basolateral amygdala) and activation of other neurotransmitter systems such as _-aminobutyric acid.