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UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE LA PSICOBIOLOGÍA DE LOS REFUERZOS Norman M. White y Peter M. Milner Annual Review of Psychology 1992. 43: 443 – 471 INTRODUCCION B. F. Skinner (1938) definió al reforzador corno un evento que sigue a una respuesta y cambia la probabilidad de que la respuesta se emita en el futuro. Como consecuencia del conductismo radical de Skinner, esta definición no nos dice nada acerca de cómo los reforzadores causan los cambios en la conducta futura. Aparentemente, y sin pensar demasiado en el asunto, la mayoría de la gente se refiere a este proceso como “reforzamiento”. Walker (1969), estaba tan enojado respecto a la inutilidad de este concepto mal definido, que comparó el reforzamiento con “el anillo” todo-poderoso y todo- corrupto de J.R.R. Tolkien, sugiriendo que éste había sido impuesto como castigo a los psicólogos por un brujo endemoniado. A pesar de que dudamos que sus orígenes sean tan siniestros, estamos de acuerdo en que el término, por lo general, oscurece más de lo que aclara. Por supuesto, es posible imaginar muchos mecanismos diferentes por los cuales los reforzadores podrían producir cambios en la conducta. Un rasgo general de tales mecanismos, es que deben explicar cómo un evento puede cambiar la conducta cuando esta conducta nueva ocurre en ausencia de este evento. El camino obvio es explicar la acción de los reforzadores en el contexto de aprendizaje y de memoria. De este modo, para llegar a entender cómo los reforzadores cambian la conducta, es necesario investigar el mecanismo por el cual estos eventos promueven la adquisición (aprendizaje) y/o el almacenamiento (memoria) de la información. Cuando el término “refuerzo” se introdujo por primera vez en la psicología (probablemente introducido por G. V. Anrep, en su traducción de los "Reflejos condicionados" de Pavlov (1927)), se utilizó en un sentido común, no - técnico, queriendo expresar fortalecimiento; es decir, el fortalecimiento de las conexiones sinápticas. Thorndike (1898) y Hull (1943) también utilizaron conceptos de tipo general. En este sentido, los reforzadores son eventos que mejoran el almacenamiento de información respecto a situaciones en las cuales ellos estuvieron presentes. Esta mejora en el almacenamiento, aumenta la probabilidad de que la conducta que conducía al refuerzo se repita en el futuro, aún en ausencia del reforzador. Nótese que este concepto de la acción de los reforzadores, no requiere que el organismo aprenda nada acerca del reforzador en sí mismo, simplemente describe la tendencia de un evento para mejorar el almacenamiento de la información. Una línea de evidencia que comienza, a lo menos a principios de este siglo, apoya la idea de que los reforzadores tienen este tipo de acción, a la cual nosotros nos referiremos como la función de fortalecimiento (enhancing function) de los reforzadores. El rol asignado a los reforzadores, por las denominadas teorías de aprendizaje “cognitivo” (Ej. Tolman et. al. 1932; Tolman 1948) es bastante diferente. Primero, estas teorías ven a los reforzadores como motivadores: eventos u objetos que elicitan la conducta. UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE Segundo, tales teorías, postulan que el aprendizaje en general, consiste en la formación de representaciones de las relaciones entre objetos y eventos. El encuentro con un reforzador lleva a la formación de una representación de ese evento y de sus relaciones con otros objetos y eventos. Ya que las representaciones de los reforzadores también pueden actuar como motivadores de la conducta, entonces, cuando surge la representación de un reforzador por una de esas asociaciones, esto resulta en una conducta apropiada a la situación en ausencia del reforzador en sí. Nosotros revisaremos la evidencia respecto a las bases fisiológicas de esta función de los reforzadores, bajo el título de motivación condicionada. FUNCIÓN DE FORTALECIMIENTO (ENHANCING FUNCTION) La noción de Thorndike (1911), respecto a la acción de fortalecimiento de los reforzadores fue llamada “Ley del Efecto". En una “prueba de la ley del efecto” (Thorndike 1933), él describió un fenómeno llamado “expansión del efecto”. Se les pidió a unos sujetos humanos una asociación libre para cada una de las palabras de una lista. Entonces, se les reforzó verbalmente sus respuestas frente a una palabra elegida al azar. En pruebas posteriores, fue mejor el recuerdo de las respuestas reforzadas que de aquellas no reforzadas. Incluso mejoró el recuerdo de las respuestas frente a las palabras ubicadas inmediatamente antes y después de la palabra reforzada; mostrando una expansión del efecto del reforzador. De modo que un reforzador temporalmente contiguo aunque no relacionado, fue suficiente para incrementar la probabilidad de que se dieran esas respuestas. Más recientemente, Huston et al (1974) entrenaron a unos ratones en una tarea de evitación pasiva en la cual los animales, recibían un shock si bajaban de la plataforma. Cuando se hizo la prueba al día siguiente, el ratón permaneció en la plataforma por un momento, y esta latencia para bajar de la plataforma se utilizó como medida del recuerdo de su experiencia del día anterior. A algunos de los ratones se les alimentó en sus cajas de mantención, inmediatamente después de bajar de la plataforma y de recibir el shock; cuando se hizo la prueba, éstos permanecieron más tiempo en la plataforma que aquellas no alimentados. Este hallazgo se interpretó como el fortalecimiento la retención de las consecuencias de bajarse de la plataforma, producido por la ocurrencia de un reforzador contiguo aunque no sea relacionado. En realidad, en este experimento, los reforzadores eran dos: el shock y la comida y ambos tienen propiedades motivadoras y de fortalecimiento. Entonces el hecho de que los animales permanecieran por más tiempo en la plataforma el día de la prueba que el día del entrenamiento, nos sugiere que ellos formaron una representación de la relación de contingencia entre el bajar y la propiedad motivante aversiva del shock. La propiedad de fortalecimiento del shock pudo haber actuado para fortalecer el recuerdo de esta relación e incrementar la latencia de respuesta del animal (bajarse); sin embargo, era imposible detectar este efecto (de la propiedad de fortalecimiento) dado que no se podía separar del efecto de la propiedad motivante del shock. Sin embargo, esto no sucedió con la comida. El hecho de que los animales que fueron alimentados después del ensayo de entrenamiento, permanecieran por más tiempo en la plataforma que aquellos que no fueron alimentados, UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE indica dos cosas: 1) que la propiedad de fortalecimiento del reforzador "comida", influyó en la conducta del animal, (aumentando el valor) fortaleciendo sus representaciones de la relación de contingencia entre bajar y el shock. 2) que los animales no aprenden nada de las propiedades motivadoras de recompensa de la comida. Si los animales alimentados hubiesen formado una representación de la relación de contingencia entre el bajar y la propiedad motivante de recompensa de la comida, en el ensayo de prueba ellos habrían bajado antes que los animales no alimentados. Debido a que inevitablemente, esto se verá oscurecido por la propiedad motivante del reforzador, generalmente el efecto de la propiedad de fortalecimiento en una conducta dada, no se puede observar en los paradigmas experimentales, en los cuales el reforzador es contingente a esa conducta. Esto sólo se puede observar cuando los reforzadores son no- contingentes, de modo que los animales no aprenden nada de las relaciones de contingencia que implican las propiedades motivadoras de los reforzadores. Talesdemostraciones indican que la propiedad de fortalecimiento de los reforzadores es independiente de las propiedades motivadoras. Operacionalmente esto significa presentar el reforzador pocos minutos, después del término de un ensayo de adquisición, de un modo distinto a como el aprendizaje se llevó a cabo. Consolidación de la Memoria Para entender completamente la propiedad de fortalecimiento de los reforzadores y del paradigma que se utiliza en su demostración, se requiere revisar algunas ideas desarrolladas durante la investigación de los procesos de la memoria. La consolidación de la memoria (CM) se refiere a un proceso hipotético (usualmente atribuido a Müller & Pilzecker (1900)), mediante el cual la lábil representación neural de una imagen mnémica que se presenta inmediatamente después de que ésta se forma, cambia en el tiempo a una representación relativamente permanente. Como lo propusieron Hebb (1955), Milner (1957) y McGaugh y sus colaboradores (McGaugh & Herz 1972; Godl & McGaugh 1975), se sabe que: ambas formas de representación, tanto la lábil como la permanente, se inician en la misma neurona; que la memoria está representada por un cambio en la relación entre dichas neuronas; y que la consolidación implica un cambio en el modo en que estas relaciones alteradas se almacenan desde la auto-re-excitación (reverberación) de la actividad neural durante la fase lábil, hasta la función sináptica alterada después de la consolidación. De acuerdo a esta teoría los eventos que ocurren durante el período lábil, inmediatamente después de la adquisición, pueden afectar la representación de la memoria, y por ende las conductas que dependen de esa representación. Ciertos eventos post- entrenamiento pueden interrumpir la representación de la imagen mnésica produciendo el deterioro de cualquier conducta que dependa de ella. Otros eventos post-entrenamiento podrían afectar el proceso de consolidación, ya sea dificultándolo o promoviéndolo. En el caso de dificultarlo, la conducta dependiente futura se vería deteriorada; en el caso de promoverlo, la conducta futura se vería afectada por la presencia de una representación que es más exacta y más resistente a la extinción que la representación de una imagen mnésica no fortalecida. UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE Varias líneas de evidencia apoyan estas ideas. Numerosas publicaciones en los últimos 95años (Dana 1984; Burnham 1903; Ewert et al 1989; Russell & Nathan 1946) describieron cómo los individuos que sufren conmociones cerebrales, a menudo pierden su memoria respecto a los eventos que sucedieron inmediatamente antes del trauma pero conservan una memoria normal respecto a los eventos más tempranos (amnesia retrógrada). Los pacientes que sufren shocks electroconvulsivos (SEC) con fines terapéuticos, también pierden la memoria para los eventos que preceden inmediatamente a sus tratamientos, pero conservan una memoria normal para los eventos anteriores (Zubin & Barrera 1941). Estas observaciones son consistentes con la teoría de la consolidación; las imágenes mnésicas que están aún en estado lábil pueden perderse después de una contusión o de un SEC. Los recuerdos más viejos, que ya están consolidados (en teoría) y que son relativamente permanentes, no son afectados por tales eventos. En estudios con animales se han hecho tratamientos con SEC, anoxia y anestesia, entre otros, para probar la teoría de la consolidación (Duncan 1949, Pearlman et al 1961; Chorover & Schiller 1965; McGaugh & Herz 1972; Bloch 1970; Hayes 1953; Thompson & Pryer 1956). Cuando se les da cualquiera de estos tratamientos inmediatamente después del entrenamiento, en una amplia variedad de tareas, estos tratamientos interrumpen la retención, la cual es probada uno o más días después. Cuando los mismos tratamientos se aplican 45 minutos o más, después del entrenamiento, estos tienen poco o ningún efecto en la retención, lo cual sugiere que la representación de la imagen mnémica experimenta un cambio en la forma, desde lo lábil a lo permanente, durante el período inmediatamente posterior al entrenamiento. La estimulación eléctrica local del núcleo caudado, de la amígdala y del hipocampo, también empeora la ejecución de tareas que requieren memoria, cuando se aplica inmediatamente después del entrenamiento pero no cuando se aplica más tarde (véase Kesner & Wilburn 1974 para revisión y Gold et al 1977; Liang & McGaugh 1983; Kapp et al 1978; Collier et al 1982; Berman & Kesner 1976), lo que sugiere la posibilidad de que esas estructuras del cerebro estén implicadas en la representación neural de las imágenes mnésicas. Más aún, la estimulación eléctrica de la formación reticular (Glickman 1961; Kesner & Conner 1973; Kesner & Berman 1977; Hennevin et al 1989; Deweer 1970; Bloch 1970) y del hipotálamo (Kesner & Berman 1977; Mondadori et al 1976; Mueller et al 1977; Berman & Kesner 1976; Destrade & Cardo 1975; Destrade & Cazala 1979; Destrade & Jaffard 1978; Huston et al 1977) mejora el desempeño en tareas que requieren memoria, cuando se aplica inmediatamente después del entrenamiento pero no cuando esta estimulación se da con cierta demora. Estos hallazgos sugieren que las representaciones neurales de las imágenes mnémicas también son susceptibles de fortalecer durante la fase lábil y surge la posibilidad de que esas estructuras del cerebro puedan estar involucradas en el proceso de consolidación. Bloch et al (1970) estudiaron la interacción del efecto disruptivo de la anestesia post-entrenamiento y de la acción de fortalecimiento de la memoria producto de la estimulación reticular post—entrenamiento. Entrenaron a unas ratas en una tarea de discriminación blanco-negro; la recompensa era agua. Cuando las ratas habían aprendido a discriminar el color con el cual obtenían agua, se les dio un ensayo único invirtiendo la discriminación, e inmediatamente después se le administró anestesia de acción rápida o UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE bien 30 segundos de estimulación eléctrica de la formación reticular. Los animales testeados después del primer tratamiento mostraron amnesia; los testeados después del segundo tratamiento exhibieron una ejecución fortalecida de la tarea invertida, en comparación a los animales no tratados. Las ratas de otro grupo recibieron estimulación reticular y en seguida un tratamiento de anestesia; ambos inmediatamente después del entrenamiento. Estos animales se comportaron igual que los del grupo control que no recibieron tratamiento. Este hallazgo sugiere que los dos tratamientos actuaron en el mismo sustrato; la estimulación puede haber promovido el proceso de consolidación, haciendo más permanente la representación de la imagen mnémica y protegiéndola del efecto disrruptivo de la anestesia. Esto a su vez, implica la posibilidad de que la fase reverberatoria por sí misma cause el proceso conocido como consolidación. El prolongar o intensificar esta fase puede potenciar la consolidación y el acortarla puede empeorar la consolidación. Otra alternativa es que los eventos de post- entrenamiento que fortalecen la memoria pueden actuar en alguna otra etapa del proceso de consolidación, posiblemente en las sinapsis que, se cree que cambian cuando las representaciones de las imágenes mnémicas se almacenan. Estos datos y conceptos del área de la consolidación de la memoria, proporcionan un contexto teórico para comprender la acción de fortalecimiento de la memoria, por parte de los reforzadores. Esta propiedad de los reforzadores modula o modifica el proceso de consolidación de modo de fortalecer la representación de las imágenes mnémicas. La manifestación de esta memoria fortalecida depende de la naturaleza del test conductual. La conducta puede ser más exacta, más rápida o más resistente a la extinción,comparada con una conducta que depende de una memoria similar pero fortalecida. Estas alteraciones son uno de los efectos de los reforzadores descritos en la definición de Skinner. Estimulación eléctrica del cerebro después del entrenamiento (Post-entrenamiento) Varios experimentos pioneros informaron acerca de la facilitación de la memoria merced de la estimulación eléctrica de distintas estructuras del cerebro (Kesner & Wilburn 1974), pero los primeros investigadores que insistieron en la necesidad de proveer estimulación contigua y no-contingente, entregándola después del entrenamiento, parecen ser Bloch y sus colegas (Bloch 1970; Bloch et al 1966; véase tb. Denti et al 1970). Usando una estimulación en la formación reticular del cerebro medio, estos investigadores confirmaron una retención fortalecida en tareas de aprendizaje apetitivo y aversivo, tanto después de un ensayo único como después de ensayos múltiples. Las pruebas de autoestimulación eléctrica, con los mismos electrodos e intensidades de corriente, fueron negativas, lo cual lleva a la conclusión de que la estimulación carecía de propiedades motivantes. Se diseñaron otros dos conjuntos de experimentos acerca de la acción de fortalecimiento que produce el recompensar con estimulación eléctrica post-entrenamiento, en el hipotálamo lateral, con el objetivo de poder descartar la posibilidad de que los cambios conductuales observados se debiesen a un aprendizaje acerca de los efectos motivantes de la estimulación. Huston y Col. (Huston et al 1977), entrenaron a unas ratas en una tarea de discriminación negro—blanco, en un laberinto T. Las respuestas correctas se recompensaban con comida en la caja meta y frente a cada respuesta incorrecta a las ratas UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE se las sacaba de la caja meta vacía y se les ponía en una caja de estimulación. Los animales del grupo experimental recibieron una estimulación intermitente de 30 segundos en el hipotálamo lateral y a los animales del grupo control no se les estimuló. A ningún animal se le dio estimulación después de una respuesta correcta. Las ratas del grupo experimental aprendieron la tarea de discriminación más rápidamente que las del grupo control, esto sugiere, enfáticamente, que el primer grupo no aprendió una relación de contingencia entre la respuesta incorrecta y la estimulación recompensante. Más bien, este hallazgo sugiere que la estimulación actuó para fortalecer la retención de la contingencia negativa de la respuesta incorrecta de los animales (y posiblemente, también la contingencia positiva de la respuesta correcta). Se observaron efectos similares de post-entrenamiento, usando tareas de evitación pasiva (Huston et al 1977) y activa (Mondadori et al 1976). Huston y Col. interpretaron estos efectos de fortalecimiento en términos de que los experimentos muestran que la actividad neural puede ser facilitada por la recompensa en el paradigma operante (Ej. Olds 1962; Fox & Rudell 1968; Rosenfeld & Hetzler 1973). Sugieren que estas demostraciones muestran el efecto de la recompensa post-entrenamiento en la actividad neural, la cual se cree que representa las imágenes mnémicas durante el período lábil inmediatamente después de la adquisición. Si la recompensa efectivamente prolonga esta actividad, entonces, de acuerdo a la hipótesis ya descrita, podría potenciar la consolidación, teniendo como resultado una mejor memoria o una memoria fortalecida. Recientemente se ha acumulado evidencia de que los “recompensados” incrementos de las tasas de descarga, pueden ser resultado de la aplicación iontoforética directa de cocaína, dopamina y dimorfina A en las células piramidales del hipocampo contingentemente al incremento en sus tasas “operantes” de descarga (Stein & Belluzzi 1989). Tal efecto puede constituir la base fisiológica para la anterior hipótesis. White y sus colaboradores examinaron los efectos en la retención producto de la autoestimulación eléctrica post-entrenamiento del cerebro con electrodos localizados en la parte latero-distal del hipotálamo lateral (FLHA). Dado que los animales apretaron la palanca ávidamente, para recibir estimulación, resulta evidente que el evento post- entrenamiento con electrodos en el FLHA fortaleció la retención de una asociación tono- shock (respuesta emocional condicionada), de una asociación tono-agua (respuesta condicionada de tomar agua, lamer) y de una asociación tono—luz (precondicionamiento sensorial). En todos estos estudios los animales fueron sacados de los aparatos de entrenamiento inmediatamente después de ser expuestos a los estímulos de entrenamiento y fueron puestos en una cámara de autoestimulación por 20 minutos, donde se les permitió apretar la palanca de autoestimulación cerebral. La prueba de retención se hizo 24 horas después. Los sujetos del grupo control a los cuales se les presentaron los estímulos de entrenamiento de un modo no-asociado (Rescorla & Wagner 1972) mostraron, en todos los casos, que el cambio conductual producido por la estimulación post-entrenamiento, dependía de la relación de contingencia entre esos estímulos pero, claramente, no dependía de ninguna relación aprendida entre el estímulo y las propiedades motivadoras recompensantes de la autoestimulación post-entrenamiento. En otros grupos de control a los animales se les permitió la autoestimulación 2 horas después del entrenamiento; en estos animales no se observaron efectos en la retención. UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE En otra serie de estudios (Major & White 1978; White & Mayor 1978a) ratas sedientas puestas en un espacio abierto encontraban un tubo para beber que, para algunas ratas contenía agua y para otras estaba seco. Después de sorber un poco, se sacó a todas las ratas del espacio abierto y se les permitió apretar la barra de autoestimulación con electrodos ubicados en el FLHA. Cuando se probó a las ratas, al día siguiente, aquellas que habían encontrado agua y luego se habían autoestimulado se aproximaron al tubo de beber más rápido que aquellas que no se habían autoestimulado. Las ratas que habían encontrado un tubo de beber seco y luego se habían autoestimulado, se demoraban mucho más en acercarse al tubo que las ratas que no se habían autoestimulado. La conducta de los animales en los últimos grupos muestra que ellos no aprendieron una relación de contingencia entre la respuesta de acercarse al tubo y los efectos de recompensa de la autoestimulación. En lugar de esto, la autoestimulación actuó para fortalecer la retención de las experiencias del animal en el espacio abierto. En otros grupos de ratas, la autoestimulación post-entrenamiento con electrodos localizados en la sustancia nigra fortaleció la memoria, pero no se observó tal efecto cuando los electrodos se ubicaron en la parte media del hipotálamo lateral o en el área preóptica, aún cuando la tasa de apretar la palanca de los animales sugirió que la estimulación de esas áreas era tan recompensante como la estimulación de las áreas efectivas. Estos hallazgos muestran que la recompensa con estimulación cerebral no es una condición suficiente para producir el efecto de fortalecimiento de la memoria. Más bien la estimulación tiene que haber actuado en algún proceso que es específico para la consolidación. Este proceso puede ser el alargue o la intensificación de la fase lábil o bien una acción en alguna otra etapa de la consolidación. A partir del hecho de que las neuronas del nigro-estriado que contienen dopamina, atraviesan los sitios de estimulación efectiva pero no los de estimulación inefectiva (Fallon & Moore 1978) , White y sus colaboradores sugirieron que este proceso quizá implique la secreción de dopamina inducida por estimulación desde los terminales de esas neuronas en el cuerpo estriado dorsal(núcleo caudado). Esta hipótesis fue respaldada por el hallazgo de que la administración de la pimozida, bloqueador del receptor de la dopamina, bloqueó el efecto de fortalecimiento de la memoria por la autoestimulación post-entrenamiento del FLHA (White & Major 1978b) Administración de drogas y Sustancias endógenas después del entrenamiento Los primeros hallazgos fortalecimiento de la memoria con inyecciones de drogas post- entrenamiento parecen haber sido con estricnina (McGaugh et al 1962; MaGaugh & Thompson 1962; Hudspeth 1964), y con pentylentetrazol (Grossman 1969). El efecto de ambas drogas en el sistema nervioso es excitatorio, pero no existe evidencia de que ninguna de las dos tenga propiedades recompensantes. Esto es consistente con los datos de la estimulación eléctrica en dos sentidos: 1. La recompensa no es ni necesaria ni suficiente para fortalecer la memoria; y 2. La ocurrencia de un evento excitatorio o excitante durante el período post-entrenamiento puede fortalecer la retención, posiblemente por prolongar o intensificar la actividad neural que representa la imagen mnésica (McGaugh 1966; Gold & MaGaugh 1975; Huston et al 1977). UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE La anfetamina es otra droga excitante que fortalece la retención cuando se administra durante el período post-entrenamiento (Doty & Doty 1966; Krivanek & McGaugh 1969; Evangelista & Izquierdo 1971), y existe considerable evidencia extraída de los estudios de autoadministración (Pickens & Thompson 1971; Hoebel et al 1983; Piazza et al 1989) y de preferencia condicionada al lugar (Reicher & Holman 1977; Spyraki et al 1982; Carr et al 1988) de que esta droga también tiene propiedades recompensantes. Martinez et al (1980) informaron que la desmedulación de la glándula suprarrenal eliminó la acción de la anfetamina inyectada periféricamente, sobre el fortalecimiento de la memoria post-entrenamiento, sugiriendo que el efecto debe estar mediado por alguna acción periférica de la droga. White (1988) informó que las inyecciones de anfetamina post-entrenamiento fracasaron en el intento de fortalecer la retención de una respuesta emocional condicionada en ratas que tenían lesiones 6-OHDA de la sustancia nigra, las cuales reducían la dopamina del cuerpo estriado al 12,2% de lo normal. Este hallazgo sugirió que una de las acciones de la anfetamina, de fortalecer la memoria, probablemente está mediada por su acción de secreción de dopamina en esas neuronas (Biel & Bopp 1978; Romo et al 1986). Esta conclusión es consistente con los datos de que las inyecciones intracerebroventriculares, tanto de dopamina como de noreprinefrina, fortalecen la retención (Haycoch et al 1977), y con el hecho de que se observan efectos similares después de microinyecciones intracraneales post-entrenamiento de anfetaminas (Carr & White 1984) y de agonistas directos de los receptores dopaminérgicos como el quinpirole (LY 171555) (Packard & White 1991a; White & Viaud 1990) y SKF-38393 (Packard & White 1990ª), en la parte dorsolateral del núcleo caudado, el sitio donde terminan las neuronas del nigroestriatal. La inyección de anfetamina en los sitios caudados dorsolaterales fortalece la memoria pero, no tiene efecto en el paradigma de preferencia condicionada al lugar (PCL) (Carr & White 1983), lo cual sugiere que este sitio no media las propiedades recompensantes de la droga. Inversamente, la inyección de anfetamina post-entrenamiento en el núcleo acummbens no tiene efecto en el fortalecimiento de la memoria (Carr 1981), sin embargo, produce una preferencia condicionada al lugar (Carr & White 1983), lo cual sugiere que este sitio media la acción de recompensa de la anfetamina, pero no la de fortalecimiento de memoria. Esta disociación entre los sitios donde la droga produce su acción recompensante y de fortalecimiento de la memoria, es consistente con la noción de que esas dos funciones son independientes. Muchas otras sustancias tienen ambas propiedades, la de fortalecimiento de la memoria y la de recompensa. Las inyecciones de morfina intracerebroventriculares (White et al 1978) y aplicadas sistemáticamente post-entrenamiento (Staubli & Huston 1980) fortalecen la retención. También se ha informado que la morfina deteriora la retención (Messing et al 1981; Introini-Collison et al 1985) y que los antagonistas de los opiáceos, naloxone (Galagther et al 1983; Messing et al 1979; Messing et al 1983; Tomaz et al 1990) y naltrexone (Introini-Collison et al 1985; Canli et al 1990; Castellano et al 1989b; Messing et al 1983) fortalecen la retención. En la actualidad no se encuentra explicación para estos resultados contradictorios. La morfina se autoadministra (Woods & Schuster 1971) y las inyecciones sistemáticas producen PCLs (Mucha et al 1982; Beach 1957; Hasenohrl et al 1989), lo cual sugiere que la droga tiene propiedades recompensantes. Las inyecciones UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE post-entrenamiento de péptidos endógenos también tienen efectos de fortalecimiento de la memoria (Baratti et al 1984; Flood & Morley 1988; Flood & Morley 1989; Itoh & Lal 1990; Introini-Collison et al 1985), y hay evidencia de que algunas de esas substancias también tienen propiedades recompensantes (Phillips et al 1982; Phillips & LePaine 1982; Croeders et al 1984; Heinrichs & Martinez 1986). Aunque existe cierta evidencia respecto a la base fisiológica de la acción recompensante de los opiáceos (para una revisión, véase Wise 1989), la base de los efectos de esas substancias, relacionadas con la memoria se encuentra aún, en una etapa primaria de investigación (Mcgaugh 1989). Existe cierta evidencia de que los opiáceos y los péptidos endógenos interactúan con los mecanismos dopaminérgicos en el cuerpo estriado (para una revisión véase White 1989). Bajas dosis de sustancia P inyectada periférica o centralmente, también producen ambos efectos, motivación de recompensa y fortalecimiento de la memoria post-entrenamiento; estos datos han sido revisados recientemente por Huston & Oitzl (1989). De acuerdo a la opinión de Huston, descrita arriba, la sustancia P mejora la memoria porque sus efectos motivantes recompensan contingentemente la actividad neural que representa la imagen mnésica y el resultante aumento en la actividad fomenta la consolidación. La substancia P también interactúa con la dopamina en el sistema nigro-striatal (Waldemeir et al 1978; Elliott et al 1986; Sonsalla et al 1986; Cruz & Beckstead 1989; Tamiya et al 1990; Reid et al 1990). Ha habido muchas demostraciones de fortalecimiento de memoria post-entrenamiento como efecto de la picrotoxina, un antagonista del receptor ácido gama-amino-butírico (GABA) (Breen & McGaugh 1961; Castellano & McGaugh 1989), y la disrupción de la retención producida por el baclofeno un agonista del receptor GABA (Castellano et al 1989a). Aunque no hay evidencia directa de que esta sustancia tiene propiedades recompensantes, se ha considerado implicada en el control de los efectos recompensantes de la autoestimulación eléctrica del cerebro a través de su acción en los cuerpos celulares dopaminérgicos en la sustancia nigra (Rompré & Wise 1989). A través del incremento en la secreción de dopamina, esta droga podría afectar la retención del mismo modo que lo hacen la anfetamina y otros agonistas de la dopamina. Parte de esta evidencia, involucra a la amígdala en la acción de fortalecimiento de la memoria por parte de la picrotoxina post- entrenamiento (McGaugh et al 1990). Otros efectos, bien documentados, de fortalecimiento de la memoria post- entrenamiento, se observan con epinefrina (Gold & Van Buskirk 1975, 1976, 1978; Gold et al 1977). En un paradigma de evitación inhibitorio (pasivo), con un shock eléctrico suave, Gold y sus colaboradores observaron que una dosis óptima de epinefrinainyectada inmediatamente después del entrenamiento, pero no así después de 2 horas, fortalecía la retención; dosis más pequeñas o más grandes eran inefectivas (Gold et al 1982; McCarty & Gold 1981). En el paradigma de evitación inhibitorio con un shock eléctrico fuerte, la misma dosis de epinefrina interrumpía la retención. El shock fuerte solo, aumentaba los niveles de epinefrina plasmática y de glucosa. El shock suave solo, no tenía efecto ni en los niveles de epinefrina ni en los de glucosa; sin embargo, el shock suave seguido por epinefrina (en la dosis que fortalecía la retención) elevó ambos niveles, el de epinefrina en el plasma y el de glucosa, aproximadamente en el mismo rango que lo hizo el shock fuerte solo (Hall & Gold 1986). Gold y sus colaboradores determinaron que 100 mg/kg de glucosa UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE producían un aumento de la glucosa del plasma comparable a aquél producido por el shock fuerte solo o por el shock suave seguido por la epinefrina. Estos investigadores informaron entonces que las inyecciones post-entrenamiento de 100 mg/kg de glucosa fortalecían la retención de una evitación inhibitoria con shock suave y deterioraba la retención de la evitación inhibitoria con shock fuerte (Gold et al 1986). Además, los bloqueadores de los receptores adrenérgicos, propranolol y fenoxibenzamina bloquearon los efectos de la epinefrina post-entrenamiento en la memoria pero no tuvieren efecto en el fortalecimiento post-entrenamiento de la memoria producido por la glucosa (Gold et al 1986) Esta observación sugirió que la acción de la epinefrina de secretar glucosa hepática (Gorbman et al 1983), podría mediar su propio efecto de mejoramiento de la memoria. Finalmente, estos investigadores demostraron que las inyecciones intracerebroventriculares post-entrenamiento de glucosa mejoraron la retención de una respuesta de evitación inhibitoria con un shock suave (Lee et al 1988), Estos hallazgos sugieren que el incremento en la glucosa plasmática, el cual puede producirse por eventos apetitivos o estresantes, puede actuar en un substrato central para fortalecer la retención. Otra aproximación a la investigación de los efectos de la glucosa en la memoria la ha hecho Messier & White (1984, 1987). Basados en el hallazgo de que la autoestimulación post-entrenamiento de algunas áreas del cerebro fracasaba en fortalecer la retención, aún cuando era recompensante, ellos compararon los efectos de fortalecimiento de la memoria y de recompensa producidos por el consumo, post—entrenamiento, de soluciones de sacarosa y de sacarina, las cuales fueron igualadas en sus propiedades recompensantes. La sacarosa fortaleció la retención de una respuesta emocional condicionada, mientras que la sacarina no tuvo un efecto significativo. Estos hallazgos constituyen una demostración más de la independencia del proceso de recompensar y de fortalecer la memoria. Más recientemente también se ha demostrado que el consumo post-entrenamiento de aprox. 150 mg. de sacarina en una solución altamente concentrada fortalece la retención por medio de un mecanismo desconocido (Stefaruk & van der Kooy 1989). Las inyecciones post -entrenamiento de glucosa, en cantidades comparables a las ingeridas voluntariamente por las ratas durante el período post-entrenamiento en estudios de ingesta de líquidos (2g/kg), también fortalecen la retención de la respuesta emocional condicionada. La dosis de glucosa usada en estos estudios era considerablemente más alta que aquella usada por Gold y sus colaboradores. Sin embargo, se vio que ambas inyecciones post – entrenamiento; dosis de 2 g/kg y de 100 mg/kg, pueden fortalecer la retención de la respuesta emocional condicionada (White 1991) y de ciertas tareas apetitivas (Messier & Destrade 1988; Packard y White, 1990b). Dosis menores a los 100 mg/kg, sobre los 2 g/kg y entre las dos dosis efectivas, no afectan la retención de la respuesta emocional condicionada, lo cual sugiere que los dos valores quizá sean las dosis efectivas óptimas para dos mecanismos independientes del mejoramiento de la memoria. Esta hipótesis está respaldada por el hecho de que la fructosa, un tipo de azúcar que no entra al cerebro, es efectiva a los 2 g/kg pero no a los 100 mg/kg (White 1991). De este modo, bajas dosis de glucosa quizá afecten la consolidación de la memoria actuando en un substrato central, mientras que altas dosis pueden tener un efecto similar actuando en un substrato periférico. UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE Las investigaciones del substrato periférico de la acción de fortalecimiento de la glucosa tienden a eliminar la participación de la médula suprarrenal (White y Messier 1988) y de la ínsula (Messier & White, 1987). Las lesiones del ganglio celíaco, a través del cual pasa la mayoría de las aferencias autonómicas desde el hígado al cerebro, bloquean la acción de fortalecimiento de la glucosa (Sawchenko & Friedm 1979), sugiriendo que quizá el hígado medie este efecto en su condición de órgano sensorial. Distintos autores han especulado acerca de que la acción de fortalecimiento central de la glucosa quizá está mediada por su efecto potencial en la función de la acetilcolina (Stone et al 1989a, b, 1990; Messier et al 1990); también puede notarse que la glucosa sanguínea interactúa con la función de la dopamina (dopaminérgica) (para una revisión véase White y Blackburn, 1986). RESUMEN Una amplia variedad de tratamientos que indudablemente actúan tanto en sustratos a nivel periférico como central, tienen propiedades de fortalecimiento de la memoria, como lo demuestran los paradigmas de post-entrenamiento. Muchas sustancias que fortalecen la memoria, tienen además propiedades motivacionales de recompensa, pero distintas líneas de evidencia, provenientes de estudios que usan la autoestimulación, las inyecciones centrales de anfetaminas y el consumo de sacarosa y de sacarina, llevan a la conclusión de que los mecanismos de fortalecimiento y de motivación son independientes. Esto significa que quizá el proceso por el cual se fomenta la consolidación de la memoria es independiente de la representación de la memoria en sí misma, tanto en el sentido fisiológico como informacional. Una idea en relación al fenómeno de fortalecimiento es que la actividad reverberatoria de las neuronas que representan la imagen mnémica puede promover la consolidación. Por lo tanto, cualquier proceso que prolongue o potencie esta actividad recompensándola o directamente incrementando la excitabilidad de las neuronas implicadas podría fortalecer la memoria. La otra posibilidad es que un evento de fortalecimiento pueda iniciar un proceso que actúe directamente en algún estadio posterior de la consolidación, quizá promoviendo cambios sinápticos, los que se cree son la base del proceso de consolidación. La evidencia señala que la dopamina podría ser una sustancia endógena que actúe en este sentido. MOTIVACIÓN CONDICIONADA Algunas palabras — por ejemplo el nombre del amante o un grito de ¡fuego! - producen alteraciones en el ritmo cardíaco, en la presión sanguínea, en la resistencia de la piel, y en otras medidas fisiológicas del oyente (Waller 1918); pero no todas las palabras producen estos efectos. Por lo tanto, las respuestas autonómicas producidas por algunas palabras a deben ser producto de conexiones aprendidas. Este fenómeno se conoce con el nombre de “respuesta emocional condicionada”. Las respuestas autonómicas no son las únicas respuestas que pueden ser elicitadas por los estímulos condicionados. Un grito convincente de “fuego”' puede producir el abandono apresurado de un edificio quizá por una ventana o por otra salida inusual. Cuando un animal da una respuesta a un estimulo no-reforzante que UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DEPSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE ha sido asociado a un reforzador, el estímulo se llama reforzador secundario (o condicionado); pero como los reforzadores usualmente son motivantes, el reforzamiento secundario debería llamarse más bien motivación condicionada, análogamente a la respuesta emocional condicionada. De modo que, un efecto de introducir un reforzamiento en una situación de aprendizaje es conferir poder motivacional a un estimulo previamente no—motivante. En esta sección revisaremos los datos fisiológicos que ofrecen indicios respecto a las estructuras y mecanismos del cerebro que participan en esta clase de asociación. Experimentos de autoestimulación Una aproximación al estudio de los mecanismos biológicos del reforzamiento proviene del descubrimiento de que la estimulación eléctrica de ciertas partes del cerebro puede ser recompensante (Olds & Milner 1954). En seguida, después de su descubrimiento, Olds (Olds & Travis 1960; Olds et al 1956) descubrió que la estimulación cerebral como recompensa (ECR) se atenúa fuertemente por una droga que bloquea la transmisión de catecolamina, tras lo cual, en corto tiempo, identificó los nervios del cerebro anterior medio (MFB) en la región del hipotálamo lateral como una zona altamente efectiva para la ECR (Olds & Olds 1963). La investigación posterior ha indicado que la dopamina es la catecolamina más importante involucrada en la recompensa producida por la estimulación del MFB (Estos experimentos fueron extensamente revisados por Wise & Rompré 1989). La evidencia más significativa para concluir esto es que los antagonistas específicos de la anfetamina (Ej. alfa—flupenthixol) eliminan el efecto. Existen dos importantes vías dopaminérgicas en el MFB, la vía nigro-estriatal que termina en el putamen-caudado, y la vía mesolímbica, la cual inerva varias regiones anterocerebrales, incluyendo el núcleo accumbens, el tubérculo olfatorio, el pallidum ventral y parte del cortex frontal (Ungersted, 1971a). Microinyecciones de neurolépticos en varios sitios han mostrado que el sitio fundamental de acción dopaminérgica en la estimulación es el núcleo accumbens (Mogenson et al 1959; Robertson & Mogenson 1978; Stellar et al 1983; Stellar & Corbett 1989; Nakajima 1989; Broekkamp 1976; Phillips et al 1989; Hunter et al 1988; Nakajima, 1988; Mora et al 1975; Kurumiya & Nakajima 1988; Yim & Mogenson 1983; Robbins et al 1990). Además las ratas pueden aprender a microinyectarse agonistas o potenciadores de la dopamina en el núcleo accumbens (Dworkin et al 1989; Hoebel et al 1983) y a estimular el tejido dopaminérgico injertado en el cuerpo estriado después de que los aferentes dopaminérgicos originales han sido destruidos por el 6-OHDA (Fray et al 1983). Cuando por primera vez se conoció la presencia de vías dopaminérgicas en el MFB (Andén et al 1964; Hillard et al 1966), muchos investigadores asumieron que ellas debían ser las vías excitadas por la estimulación recompensante en el MFB. Sin embargo, ellas están constituidas por axones nomielinizados; y aunque la estimulación usada más frecuentemente en ese tiempo en los experimentos de autoestimulación, era una corriente de onda sinusoidal de 60 Hz, la cual es capaz de excitar fibras no-mielinizadas, ya se sabía que los animales autoestimulados con pulsos de 0.1 mseg o menos y con mediciones de períodos refractarios (Deutsch 1964; Gallitsel et al 1969) indicaban que esos pulsos cortos estimulaban mayormente fibras mielinizadas. Más recientemente, Millar et al (1985) UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE mostraron que cuando se estimula el MFB usando pulsos de 0.1 mseg. la liberación de dopamina en el cuerpo estriado es demasiado pequeña para ser detectada, sin embargo, esta liberación se puede demostrar cuando se usan pulsos mayores a 0.5 mseg. Para resguardar la hipótesis de la dopamina, se ha propuesto que las fibras mielinizadas directamente estimuladas hacen sinapsis con las neuronas de dopamina en el tegumento, por lo tanto, excitan indirectamente las vías ascendentes de dopamina (Bozarth 1987; Wise y Rompré 1989). Esta Idea ganó credibilidad desde el descubrimiento de que las fibras mielinizadas directamente estimuladas conducían los impulsos en dirección caudal (Bielajew & Shizgal 1986). El hecho de que las microinyecciones de opiáceos en las cercanías del tegumento ventral son recompensantes (Bozarth & Wise 1981) también se ha interpretado como apoyando la teoría de la recompensa de la dopamina, ya que se sabe que las células dopaminérgicas del tegumento ventral tienen receptores opioides (Bozarth 1986). Phillips et al (1989) encontraron una alta correlación entre la tasa de apretar la palanca y la actividad de la dopamina en el núcleo accumbens medida en volts. Desafortunadamente, el único tipo de estimulación que usaron fue una onda sinusoidal de 60 Hz la cual también estimula fibras no-mielinizadas, por lo tanto no es posible decir, a partir de estos resultados, que la correlación se da porque la estimulación no excita directamente la vía dopaminérgica. Aunque la efectividad de la estimulación del MFB varía de acuerdo al nivel de liberación de dopamina en el cuerpo estriado, varios experimentos indican que hay otro input importante. Por ejemplo, el fracaso de Millar et al (1985) para detectar algún cambio en los niveles de dopamina durante la autoestimulación, en el experimento recién descrito, entrega evidencia en contra de que el efecto recompensante se deba a la excitación indirecta de vías dopaminérgicas. La teoría de la dopamina no puede explicar la imposibilitada de Gallistel (1986) para detectar algún cambio en la actividad del núcleo accumbens (medido por el captador de marca de 2-deoxiglucosa (2-DG)), durante la autoestimulación con pulsos de 0.1 mseg. Sin embargo, los cambios se vieron cuando se usaron pulsos más largos o cuando se administró anfetaminas o un neuroléptico. Incluso al usar una estimulación de sinusoidal de 60 Hz, Druhan et al (1987) encontró que cuando la estimulación del área del tegumento ventral era breve y presentada a intervalos cortos, la habilidad de la rata para discriminar entre una estimulación fuerte y breve se vio afectada por la administración de anfetamina o haloperidol, en cambio si se usaba una estimulación menos frecuente pero de más larga duración la habilidad de los organismos para discriminar intensidad, se echaba a perder con las drogas, lo cual indica que la discriminación puede depender o no, de la liberación o secreción de dopamina dependiendo de los parámetros de estimulación. Hand & Franklin (1985) encontraron que las lesiones de 6-OHDA de las células de dopamina del área del tegumento ventral, la fuente de la vía mesolímbica, tenían poco efecto en la autoestimulación del MFB. La anfetamina incrementó la tasa de apretar la palanca tanto en las ratas lesionadas como en las ratas de control. En otro experimento K.B.J. Franklin y A. Robertson (no publicado) encontraron que lesiones 6 –OHDA del núcleo accumbens no tenían efectos en la tasa de autoestimulación del MFB ni en el incremento de la tasa de autoestimulación producido por la anfetamina, aunque la lesión redujo los efectos de la anfetamina en la locomotricidad. Está claro que las lesiones UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE crónicas producida por 6-OHDA tienen menos efectos que el bloqueo agudo de la transmisión de dopamina por neurolépticos. En la actualidad parece acertado asumir que la recompensa de “autoestimulación del MFB” es modulada por los niveles de dopamina, probablemente tanto en el cuerpo estriado ventral como dorsal, pero sería un error concluir que las vías dopaminérgicas son el input principal para las señales de recompensa (Milner 1991). Recompensas convencionales En vista de las similitudesen la conducta, producidas por la recompensa de “estimulación cerebral” y por las recompensas convencionales como comida y agua, entonces, se supone que éstas últimas también implican la secreción de dopamina en el cuerpo estriado (Ej. Beninger 1983; Wise 1982); numerosos experimentos han investigado esta posibilidad. Hace mucho tiempo que se sabe que las lesiones bilaterales del hipotálamo lateral producen afasia transitoria en ratas (Anand & Brobeck 1951), más tarde se descubrió que las lesiones 6- OHDA de las vías dopaminérgicas ascendentes en las mismas regiones producen un desorden alimenticio similar (Ungerstedt 1971b; Marshall et al 1974). Varios estudios (Wise et al 1978; Beninger et al 1987; Nakajima 1986; Wise & Colle 1984) han mostrado que los neurolépticos reducen el comer; y Ettenberg & Camp (1986) encontraron que el haloperidol administrado antes de algunos ensayos durante el entrenamiento de una tarea recompensada con comida produjo un efecto de extinción del reforzamiento parcial (por supuesto, esto debería ser el “efecto de extinción de la recompensa parcial”) como aquél producido por el retiro de comida en algunos ensayos. Estos datos tienden a confirmar la hipótesis de que algunas recompensas primarias de tipo convencional, tal como la comida, le deben su efecto motivante a la actividad dopaminérgica. Sin embargo, cuando el bloqueo de dopamina se confina al sistema mesolímbico, no se ven cambios en el comer (Wise & Rompré 1989). Estos autores sugieren que el nervio nigro-estriatal es la vía que modula el comer y el beber. Se han hecho intentos por medir los niveles de actividad dopaminérgica directamente, ya sea bioquímicamente, determinando la razón de los productos metabólicos de la dopamina en relación con la dopamina, o electroquímicamente por los voltajes. Heffner et al (1980) encontraron que una hora después de la alimentación había un incremento del metabolismo dopaminérgico en el hipotálamo, en el núcleo accumbens y en la amígdala de la rata. Blackburn et al (1986) también encontraron que comer pellets o una dieta líquida incrementaba la transferencia de dopamina en el núcleo accumbens y en el cuerpo estriado. Ambos experimentos usaron métodos bioquímicos para determinar el incremento en la liberación de dopamina, por lo tanto la relación de tiempo entre la alimentación y la liberación de dopamina no podía determinarse en forma precisa. Más tarde, sin embargo, Blackburn et al (1989) encontraron que la transferencia de dopamina en el núcleo accumbens se asoció con la presencia de los reforzadores condicionados y que demorarse unos pocos minutos más al comer no tenía efecto en la razón (proporción) entre los metabolitos y la dopamina. Esta observación se hizo en conjunto con otra de un experimento anterior en el cual Blackburn et al (1987) encontraron que el pimozide deterioraba las respuestas condicionadas a la comida pero no tenía ningún efecto en la UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE alimentación una vez que la comida era enviada. Es difícil conciliar el hallazgo de que la dopamina del cuerpo estriado se incrementa sólo durante la recompensa condicionada y no durante la recompensa primaria “comida”, con el punto de vista común de que los efectos de la recompensa primaria son producidos por la liberación de dopamina. Estos experimentos podrían repetirse usando un método más rápido para medir la tasa de liberación dopaminérgica, como por ejemplo el voltímetro de rampla diferencial (Millar & Williams 1990). Como en el caso de la autoestimulación del MFB, existe una amplia evidencia de que la dopamina juega un rol, en al menos algunos tipos de recompensa convencional. Al mismo tiempo, hay poca evidencia de que un incremento en la liberación de dopamina es necesario para que ocurra la recompensa. Los datos frecuentemente señalan la participación de vías de recompensa alternativas, aparentemente moduladas por dopamina, pero no exclusivamente dopaminérgicas. Es concebible que en ausencia de esta actividad alternativa la liberación dopaminérgica en el cuerpo estriado, no tendría ningún efecto recompensante. Una posible parada para este input no-dopaminérgico al cuerpo estriado es la amígdala. En la próxima sección revisaremos los datos que apoyan esta visión. Amígdala Brown & Schafer (1988) observaron monos cuyos lóbulos temporales habían sido extirpados y se impresionaron por su insaciable curiosidad, su considerable pérdida de agresividad y su alimentación indiscriminada. Estos resultados fueron replicados por Kluver y Bucy (1939) medio siglo después y mostraron que dependían principalmente del daño de la amígdala (Rosvold et al 1951; Rosvold et al 1954). Pruebas más formales de animales amigdalectomizados revelaron déficit en el aprendizaje de evitación y en la respuesta emocional condicionada (Pribram & Weiskrantz 1957; Brady et al 1954; Horvath 1963; Weiskrantz 1956). Weitskrantz & Wilson (1958) encontraron que las lesiones de la amígdala elevaban los umbrales de evitación; también hay evidencia (Milner et al 1958) de un elevado umbral al dolor en un paciente con lesiones en el lóbulo temporal medio (el cual incluye la amígdala y el hipocampo). Goddard (1964) encontró que la estimulación eléctrica débil en la amígdala inmediatamente después de parear el sonido con el shock, interfería con la consolidación de una respuesta emocional condicionada. Él concluyó que “ambas investigaciones y la mayoría de los estudios sobre lesiones parecen sugerir que una de las principales funciones de la amígdala es la consolidación de la asociación de un estímulo neutral con un estímulo aversivo”. El rol de la amígdala en el miedo condicionado también se ilustra en una serie de experimentos que usan la respuesta de detención potenciada por el miedo (fear-potentiated startle response) (Brown et al 1951). Hitchcock & Davis (1986) encontraron que las lesiones bilaterales del núcleo central de la amígdala eliminaban la potenciación de la detención frente a un estimulo condicionado al miedo. La respuesta de detención por si misma también se atenuó en algún grado por la lesión. Los mismos investigadores (Hitchcock & Davis 1987) mas tarde encontraron que la lesión también eliminaba la potenciación de la respuesta de detención elicitada por una clave auditiva condicionada con un shock en las patas. La estimulación eléctrica del núcleo central de la amígdala UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE incrementó notoriamente la respuesta de detención por miedo en ratas intactas (Davis 1986). La potenciación de la respuesta de detención por miedo depende de una vía que va desde la amígdala a la sustancia nigra (Mondloch & Davis 1985). Aunque Goddard (1964) no encontró ningún efecto de la estimulación amigdaloide en el aprendizaje de una respuesta recompensada con comida, parece que la amígdala juega un rol importante en la alimentación. La amigdalectomia reduce notablemente la neofobia en general, y la neofobia gustatoria en particular (Nachman & Ashe 1974; Rolls & Rolls 1973; Sutherland & McDonald 1990), lo cual sugiere que la amígdala es parte de un sistema que inhibe las respuestas apetitivas básicas en presencia de un nuevo input sensorial. Schwartzbaum (1965) notó que monos amigdalectomizados tenían un deterioro severo en resolver los problemas de “inversión de la discriminación” y de “aprender a aprender” (learning-set), después de los cuales obtenían comida como recompensa. Jones & Mishkin (1972), en una serie de experimentos diseñados expresamente para localizar la asociación estimulo-recompensa, confirmaron el deterioro del aprendizaje recompensado con comida en los problemas de “inversión”. Gaffan & Harrison (1987) entrenaron a los monos en los problemas de aprender a aprender usando solo reforzamiento secundario. Los monos previamentehabían sido entrenados para hacer discriminaciones visuales con lo cual obtenían comida como recompensa. Durante un periodo intermedio, las respuestas correctas se recompensaron con un sonido positivo el cual la mitad de las veces fue seguido por comida; las respuestas incorrectas fueron seguidas por un sonido diferente y la ausencia de recompensa. Finalmente los monos hicieron discriminaciones visuales sin ningún otro reforzamiento más que el sonido positivo para las respuestas correctas y el sonido negativo para los errores. Cuando los monos adquirieron el aprender a aprender (transferir los aprendizajes de un contexto a otro) usando solamente reforzamiento secundario, la amigdalectomia bilateral deterioró severamente la ejecución. Las lesiones que desconectan la amígdala del input (entrada) auditivo tenían un efecto similar, sin embargo, la desconexión de la amígdala del input visual no tenían ningún efecto. La interpretación fue que la amígdala era responsable de asociar el estimulo neutral con el efecto de reforzamiento primario de la comida. Estos resultados van de la mano con la visión que se sostiene generalmente que el sistema límbico es responsable de la expresión emocional y motivacional y por lo tanto, para adquirir propiedades de reforzamiento emocionales o secundarias el input sensorial debe adquirir una asociación con el sistema limbico (Spiegler & Mishkin 1981); pero entonces surge la pregunta: ¿Cómo influencia las respuestas el sistema limbico? Hay importantes vías desde la amígdala al hipotálamo (véase Gloor 1960) y hacia el cuerpo estriado ventral (Kelley et al 1982; Swanson & Mogenson 1981), las proyecciones hipotalámicas probablemente subsidien a las respuestas “emocionales” autonómicas, y las conexiones hacia el cuerpo estriado y el núcleo accumbens están dirigidas para influir en las respuestas esqueléticas aprendidas (Mogenson 1884). Everitt et al (1989) entrenaron a ratas machos para apretar la palanca con lo cual obtenían reforzamiento secundario con una luz que había sido asociada con la aparición de una rata hembra. La respuesta de apretar la palanca fue atenuada por lesiones neurotóxicas de la amígdala baso lateral, aunque las lesiones no afectaron la conducta sexual. La infusión de anfetamina-D en el núcleo accumbens revirtió el efecto de las lesiones. En un experimento paralelo Cador et al (1989) UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE condicionaron un estímulo con agua y entonces, en una caja de dos palancas, midieron la preferencia de las ratas sedientas por la palanca que entregaba el estímulo. La preferencia por la palanca que entregaba el reforzamiento secundario se redujo después de las lesiones neurotóxicas de la amígdala baso lateral. Las inyecciones de anfetamina-D en el núcleo accumbens incrementaron la tasa de respuestas de ambos grupos de ratas; de las amigdalectomizadas y de las falsamente operadas (se hace la operación pero no se extrae nada). Más evidencia acerca de la participación de la amígdala (más específicamente del núcleo lateral de la amígdala), nos entrega un experimento en el cual las lesiones en ese núcleo atenuaron la preferencia condicionada al lugar producida por la administración de anfetamina-D (Hiroi & White 1991). Lesiones de otros núcleos de la amígdala o del fornix no tienen efecto en la preferencia. Hiroi y White (1990), previamente habían mostrado que la expresión de la preferencia condicionada al lugar, inducida por la anfetamina-D, se bloquea por la microinyección bilateral del neuroléptico alfaflupentixol en el núcleo accumbens, lo que indica que la asociación del compartimiento preferido y la recompensa de anfetamina tiene lugar a través de una vía que involucra la amígdala y el núcleo accumbens. Estos experimentos son consistentes con la idea de que el cuerpo estriado ventral es una interfase entre el sistema límbico y el sistema motor como lo sugirieron Mogenson et al (1980), Mogenson (1984) y Milner (1977). El núcleo lateral de la amígdala tiene fuertes conexiones recíprocas con el córtex, con el tálamo e hipotálamo; también se proyecta al cuerpo estriado, especialmente al núcleo accumbens y tiene asimismo, conexiones directas con el córtex motor primario (De Olmos et al 1985). Cuerpo Estriado Con el fin de motivar, un estímulo debe influir en el sistema motor. Para mantenerse de acuerdo a la anatomía de la época, Pavlov (1927), asumió que durante el condicionamiento la corteza motora adquiría conexiones directas de los analizadores de la corteza sensorial. Investigaciones posteriores señalaron la importancia del cuerpo estriado como lazo primordial entre los estímulos motivadores, tanto condicionados como incondicionados, y la activación motora. El putamen caudado recibe gran parte de sus inputs desde la neocorteza; el núcleo accumbens recibe un input parecido desde el hipocampo y la amígdala. Los principales referentes desde el cuerpo estriado son hacia el pallidum, el cuál provee la principal transmisión hacia la neocorteza motora a través del tálamo, así como también vías más directas hacia el núcleo del pedúnculo motor (Graybiel 1990; Alexander & Crutcher 1990). Un modo simple por el cuál un input de recompensa hacia el cuerpo estriado podría influir en las respuestas, es “gatillando” o modulando la actividad motora actual. Por ejemplo, el aumento de la actividad dopaminérgica, inducida por grandes dosis de anfetamina, indudablemente baja el umbral de respuesta, manteniendo, en gran medida, la respuesta actual como lo haría una recompensa contingente (Ettenberg & Milner, 1977; Randrup & Munkvad 1970; Robbins 1976; Valenstein 1980; White 1986). Milner (1977) ha propuesto que esta función de gatillamiento del cuerpo estriado llega a condicionarse con la actividad del cerebro (que representa los estímulos y las respuestas planeadas) que ocurre frecuentemente antes de la recompensa. La presencia de la dopamina probablemente UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE fortalece esta asociación. De este modo, el plan de hacer una respuesta que previamente había conducido a una recompensa en una situación particular, tendrá una mayor probabilidad de ser ejecutado en una situación similar que en una menos fuertemente asociada con recompensa. En base a los experimentos que demuestran que las lesiones del núcleo caudado interrumpen la adquisición de una respuesta emocional condicionada y que las inyecciones post-entrenamiento de anfetamina en el cuerpo estriado mejoran la memoria (Carr & White 1984; Viaud & White 1989), White recientemente sugirió (1989) que algunos aprendizajes podrían implicar asociaciones directas entre el input sensorial y la vía motora estriatal. Esta teoría se encuentra apoyada por numerosos experimentos en ratas y monos, que muestran que el aprendizaje de discriminación, pero no así, la memoria de reconocimiento de corto plazo (Ej. “memoria de trabajo” en el laberinto radial), se empeora con las lesiones del putamen caudado (Packard et al 1989; Wang et al 1990), mientras que el aprendizaje de discriminación se conserva con la ablación del hipocampo que elimina el reconocimiento de corto plazo. A pesar de que estos resultados se han interpretado como apoyando la tesis de Hirsch (1974), Mishkin y Petri (1984), y otros, de que el aprendizaje de discriminación simple, especialmente en ausencia del hipocampo, debe tomar la forma de la asociación clásica E-R, existen otras explicaciones posibles. Las “expectativas” pueden ser adquiridas por asociaciones neocorticales, y luego facilitar o inhibir las respuestas a través del cuerpo estriado en un modo típicamente cognitivo. Las diferencias entre las asociaciones motivacionales neocorticales y las límbicas es que las asociaciones corticales requieren múltiples presentaciones para llegar a ser efectivas (Milner 1989);de modo que una tarea como recordar que callejón ha visitado en el brazo radial, o cuales objetos fueron presentados recientemente en la tarea de igualar al modelo, se verán severamente deterioradas en ausencia del hipocampo y de la amígdala, estructuras que se supone adquieren asociaciones efectivas (pero transitorias) en un ensayo. Es menos fácil explicar porque las lesiones caudadas deterioran selectivamente la discriminación simple, a menos que tal discriminación dependa del input cortical al putamen caudado, mientras que en cambio se puede adquirir un aprendizaje más complejo (“cognitivo”), a través de las rutas límbico-accumbens. Resumen En los animales normales, una función importante de las recompensas y castigos es condicionar sus efectos motivadores a otra actividad cerebral presente en ese momento. Los datos provenientes de experimentos de estimulación cerebral recompensante, señalan el núcleo accumbens como un sitio importante en el cual la recompensa influye en la respuesta, y probablemente es la estructura (junto con el resto del cuerpo estriado) en la cual los estímulos neutrales son asociados a la recompensa. El aumento de la dopamina estriatal ciertamente fortalece la recompensa, aunque parece probable que los verdaderos inputs de recompensa hacia el cuerpo estriado, no sean dopaminérgicos; probablemente lleguen a través de la amígdala, del hipocampo o de la neocorteza. Especulamos que el cuerpo estriado tiene un doble rol. En conjunto con otras partes del sistema motor, controla las respuestas específicas tales como las de grooming (acicalamiento), de lamer, de UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE caminar, etc., y está involucrado en asociar estas respuestas con inputs sensoriales específicos. Pero también tiene una función de portal (gating), facilitando o inhibiendo las respuestas incipientes en “respuesta” a los inputs motivacionales incondicionados o condicionados (i.e. esperado). Estas dos funciones pueden corresponder en parte a la división del cuerpo estriado en parches (o estriosomas) y matriz (White 1989). CONCLUSION Esta revisión empezó con la pregunta de cómo los reforzadores cambian la probabilidad de responder. La evidencia revisada sugiere que lo hacen al menos de dos formas: En primer lugar, ellos fortalecen la retención de las conductas aprendidas y de la información adquirida a través de la experiencia. Este mecanismo no implica aprendizaje: el efecto en la representación neutral de la memoria es solo de fortalecimiento. La segunda función de los reforzadores involucra sus propiedades motivadoras, las cuales pueden ser gratificantes o aversivas. Los animales aprenden estas propiedades motivantes; ellas se asocian con estímulos neutrales de distintos tipos y la presencia de tales asociaciones influencia la conducta cuando en ocasiones posteriores se encuentran esos estímulos. De esos dos modos, los reforzadores cambian la probabilidad de ocurrencia de una respuesta, tal como lo describe Skinner. A un nivel fisiológico, la evidencia sugiere que la función de la dopamina estriatal es central en ambos procesos conductuales. Aunque la función de fortalecimiento puede ser producida por distintos eventos, tanto naturales como experimentales, los dos procesos explican la mayoría de ellos. Todos los eventos de fortalecimiento interactúan con el sistema de dopamina de algún modo. Un gran número de diferentes clases de eventos afectan la glucosa sanguínea, y la evidencia presentada sugiere que este parámetro del medio interno puede afectar la memoria por la acción de ambos sustratos, central y periférico. Otras evidencias revisadas implican la parte ventral del cuerpo estriado (el núcleo accumbens) tanto en la adquisición de las asociaciones que implican las propiedades motivacionales de los reforzadores como en los mecanismos a través de los cuales estas asociaciones influyen la conducta actual. Las conexiones del núcleo accumbens con las estructuras límbicas (amígdala e hipocampo) y corticales proveen la base de que el sistema neutral puede interactuar con la dopamina para producir una conducta basada en eventos aversivos y recompensantes experimentados previamente. Los hallazgos revisados aquí, sugieren que la investigación futura debe tomar en cuenta, más explícitamente, el hecho de que los reforzadores afectan la conducta debido a su acción en los mecanismos de aprendizajes y de memoria. Más aún, las dos acciones independientes de los reforzadores en esos mecanismos, también deberían considerarse en la interpretación de los resultados de esos experimentos. Los sistemas fisiológicos sugeridos para ser estudiados en el futuro, por la evidencia revisada, incluyen el sistema dopaminérgico nigro-estriatal; la anatomía parche/matriz del cuerpo estriado y de sus asociados neuroquímicos: acetilcolina, péptidos opiáceos y GABA; la función de la acetilcolina en otras partes del cerebro; y la interacción del hipocampo, de la amígdala y del córtex cerebral con el sistema estriatal. En la periferia, el rol de la UNIVERSIDAD DE CHILE DEPARTAMENTO DE PSICOLOGÍA USO EXCLUSIVO DE LA CÁTEDRA PSICOLOGÍA DEL APRENDIZAJE epinefrina, de la glucosa, de los corticosteroides y otras sustancias que parecen afectar la memoria también deberán ser materia de estudios futuros. Referencias Alexander, G. E., Crutcher, M. D. 1990. Functional architecture of basal ganglia circuits: neural substrates of parallel processing. Trends Neurosci. 13:266-71 Anand, B. K., Brobeck, J. R. 1951. Hypothalamic control of food intake in rats and cats. Yale J. Biol. Med. 23:124-40 Andén, N.-E., Carlsson, A., Dahlström, A., Fuxe, K., Hillarp, N. A., Larsson, K. 1964. Demonstration and mapping out of nigro-striatal dopamine neurons. Life Sci. 3:523-30 Baratti, C. M., Introini, 1. B., Huygens, P. 1984. Possible interaction between central cholinergic muscarinic and opioid peptidergic systems during memory consolidation in mice. Behav. Neural Biol. 40:155~69 Beach, H. D. 1957. 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