Neuronal circuits underlying cooperative behaviors between rodents

Resumen

Los comportamientos sociales como la cooperación son decisivos en la supervivencia de los mamíferos, incluida la especie humana. Conocer mejor los mecanismos neuronales que subyacen a los comportamientos cooperativos puede tener un impacto positivo en la calidad de vida de las personas que sufren patologías que afectan a las relaciones sociales, como el autismo o la esquizofrenia. En esta Tesis Doctoral hemos examinado las propiedades eléctricas de tres importantes estructuras cerebrales durante el aprendizaje de una tarea instrumental cooperativa en ratas. Concretamente, estudiamos la corteza prelímbica (PrL), el núcleo accumbens septi (NAc) y la amígdala basolateral (BLA), tres zonas previamente relacionadas con los comportamientos sociales. Para examinar los cambios en la actividad eléctrica de estas estructuras durante la cooperación, construimos una doble caja de Skinner dividida por una rejilla metálica que permitía a los animales verse, olerse y tener contacto físico parcial a través de ella. Una vez construido el instrumento, diseñamos un protocolo para el aprendizaje instrumental de la tarea cooperativa. Primero, las ratas se entrenaron de forma individual a subir a una plataforma y conseguir un pellet de comida. Una vez aprendida esta fase, se enseñó a las ratas a subir a sus respectivas plataformas (y quedarse ahí simultáneamente > 0.5 s) para que ambas obtuvieran pellets de comida. Este diseño nos permitió registrar los potenciales de campo locales (LFPs) en las áreas de interés durante el aprendizaje de la tarea cooperativa. Hasta donde sabemos, este es el primer trabajo que aborda el estudio de los mecanismos cerebrales que subyacen a los comportamientos cooperativos entre mamíferos. Con el aparato y protocolo diseñados, las ratas fueron capaces de sincronizar sus comportamientos, y ajustar sus respuestas respectivas, cooperando para conseguir una recompensa común. Este protocolo se utilizó durante tres experimentos diferentes: En el primer experimento, estudiamos la implicación de la corteza PrL en la tarea de cooperación. En general, la actividad de la corteza PrL incrementó cuando las ratas estaban encima de la plataforma, en comparación con los periodos en los que estaban fuera de ella. Además, las ratas desarrollaron estrategias comportamentales distintas durante la fase de cooperación. Algunas ratas (denominadas líderes) ajustaron su comportamiento al de su compañera para cooperar, mientras otras ratas (denominadas seguidoras) mantuvieron una estrategia individual. Estos cambios comportamentales correlacionaron con cambios en el poder espectral de los LFPs registrados en la corteza PrL, mostrando la máxima potencia espectral en la banda delta en las ratas líderes durante la cooperación. En el segundo experimento, cuatro grupos de ratas participaron en el protocolo de cooperación, esta vez sin electrodos implantados. Para analizar los niveles de expresión de cFOS en los principales subgrupos neuronales de la corteza PrL a lo largo de las diferentes fases, se extrajeron los cerebros en momentos claves del aprendizaje (por ejemplo, una vez alcanzado el criterio para la fase cooperativa). En este experimento, las ratas completaron con éxito el protocolo de cooperación y también se observaron diferentes roles a la hora de cooperar: líderes y seguidoras. Las ratas líderes mostraron un incremento de la expresión de cFOS en las células dopaminérgicas con receptores D1 durante la fase de cooperación, en comparación con las ratas seguidoras y con lo observado en la fase individual. En el último experimento, estudiamos el papel y la conectividad funcional de la corteza PrL, el NAc y la BLA en la tarea de cooperación. Al igual que en el primer experimento, la actividad de la corteza PrL aumentó cuando las ratas estaban cooperando encima de la plataforma, esta vez en comparación con lo registrado segundos antes de subir. Lo mismo ocurrió en el NAc, mientras que la actividad de las bandas delta, theta y beta de la BLA disminuyó considerablemente cuando las ratas estaban cooperando. La conectividad entre la corteza PrL y el NAc aumentó en la banda theta (alta) durante la cooperación, mientras la conectividad en las bandas delta y theta (baja) disminuyó. La conectividad funcional entre el NAc y la BLA disminuyó en las bandas delta y theta cuando las ratas estaban cooperando en la plataforma.