Plasticidad de espinas dendríticas en neuronas cerebelares y prefrontales asociada al aprendizaje motor, en ratas adultas

Abstract

El aprendizaje motor es la capacidad de desarrollar habilidades nuevas en función de la práctica y se ha mostrado la participación de estructuras cerebrales como la corteza prefrontal y el cerebelo en paradigmas de aprendizaje motor. Sin embargo pocos estudios han descrito los cambios plásticos asociados al procesamiento de la información sináptica durante el aprendizaje motor. En este trabajo se describen los cambios plásticos de las espinas dendríticas de neuronas piramidales de la corteza prefrontal y de neuronas de Purkinje del lóbulo paramediano del cerebelo, en un paradigma de entrenamiento motor acrobático a lo largo de 6 días. Seis ratas macho Sprague-Dawley adultas fueron asignadas para el estudio morfológico en cada uno de los 6 días de entrenamiento, utilizando una variante del método de Golgi. Se cuantificó la densidad numérica de espinas dendríticas y la densidad proporcional de cada tipo. Las neuronas piramidales presentaron un mayor número de espinas en los días 1 y 3, así como más espinas delgadas el día 1 y menos espinas en hongo los días 2, 5 y 6. Las neuronas de Purkinje, mostraron un mayor número de espinas dendríticas en los días 2 y 6, así como un mayor número de espinas delgadas y menos espinas en hongo al tercer día de entrenamiento motor acrobático. Debido a que las espinas delgadas se asocian con la adquisición de información novedosa y las espinas en hongo con el almacenamiento de la información a largo plazo, se sugiere que el papel rectificador de la corteza prefrontal durante el aprendizaje motor es predominante en los primeros días de entrenamiento. Por otra parte, los cambios plásticos que exhibe el cerebelo sugieren que el aprendizaje motor es más evidente en el tercer día de entrenamiento en función del menor número de espinas en hongo y el aumento de espinas delgadas de manera paralela. Estos resultados fundamentan los cambios plásticos asociados con el proceso de aprendizaje motor y sugieren la diferente participación de la corteza prefrontal y del cerebelo en la rectificación de la información relacionada con el desarrollo de habilidades motoras y con el aprendizaje de las mismas.

ABSTRACT Motor learning is defined as the capacity to develop new skills through practice. Some motor learning paradigms have associated various brain structures, such as the prefrontal cortex and the cerebellum, with this phenomenon; however, few studies have described the plastic changes that underlie synaptic information processing during motor learning. Therefore, the present study examined plastic changes in the dendritic spines of pyramidal neurons in the prefrontal cortex and in paramedian lobule Purkinje cells of the cerebellum over 6 days of an acrobatic motor training paradigm. Six adult male Sprague-Dawley rats were selected for a morphological study on each one of the 6 training days using a modified Golgi stain method. Numerical density and spine type proportions were quantified by direct observation under a light microscope. The pyramidal neurons showed a higher number of dendritic spines on days 1 and 3, more thin spines on day 1, and fewer mushroom spines on days 2, 5 and 6. The Purkinje cells had a larger number of dendritic spines on days 2 and 6 with a higher density of thin spines and fewer mushroom spines on day 3 of training. Since thin spines are associated with the acquisition of novel information, while mushroom spines are more closely-related to the long-term storage of information, it is suggested that the rectifying participation of the prefrontal cortex during motor learning is predominant on the first days of training. Also, findings suggest that motor learning is more evident on day 3 of training, as reflected in the increased number of thin spines and the reduction of mushroom spines in the cerebellum. This study supports the presence of plastic changes associated with motor learning processes, and suggests differential involvement of the prefrontal cortex and cerebellum in rectifying information related to the development of motor skills and the ability to learn them.