El condicionamiento pavloviano del miedo es un paradigma conductual en el que los organismos aprenden a predecir eventos aversivos. [1] Es una forma de aprendizaje en la que un estímulo aversivo (por ejemplo, una descarga eléctrica) se asocia con un contexto neutral particular (por ejemplo, una habitación) o un estímulo neutro (por ejemplo, un tono), lo que resulta en la expresión de respuestas de miedo. al estímulo o contexto originalmente neutral. Esto se puede hacer combinando el estímulo neutro con un estímulo aversivo (p. ej., una descarga eléctrica, un ruido fuerte o un olor desagradable [2] ). Al final, el estímulo neutro por sí solo puede provocar el estado de miedo. En el vocabulario del condicionamiento clásico , el estímulo o contexto neutro es el "estímulo condicional" (CS), el estímulo aversivo es el "estímulo incondicional" (US) y el miedo es la "respuesta condicional" (CR).
El condicionamiento del miedo se ha estudiado en numerosas especies, desde caracoles [3] hasta humanos. [4] En los seres humanos, el miedo condicionado a menudo se mide con un informe verbal y una respuesta galvánica de la piel . En otros animales, el miedo condicionado a menudo se mide con congelación (un período de inmovilidad vigilante) o sobresalto potenciado por miedo (el aumento del reflejo de sobresalto por un estímulo aterrador). Los cambios en la frecuencia cardíaca , la respiración y las respuestas musculares mediante electromiografía también se pueden utilizar para medir el miedo condicionado. Varios teóricos han argumentado que el miedo condicionado coincide sustancialmente con los mecanismos, tanto funcionales como neuronales, de los trastornos de ansiedad clínicos. [5] La investigación sobre la adquisición, consolidación y extinción del miedo condicionado promete informar nuevos tratamientos psicoterapéuticos y basados en fármacos para una variedad de condiciones patológicas como la disociación , las fobias y el trastorno de estrés postraumático . [6]
Los científicos han descubierto que existe un conjunto de conexiones cerebrales que determinan cómo se almacenan y recuerdan los recuerdos de miedo. Mientras estudiaban la capacidad de las ratas para recordar recuerdos de miedo, los investigadores descubrieron que está involucrado un circuito cerebral recientemente identificado. Inicialmente, se identificaron la corteza prefrontal (PL) prelímbica y la amígdala basolateral (BLA) en el recuerdo de la memoria. Una semana después, se identificaron en el recuerdo de la memoria la amígdala central (CeA) y el núcleo paraventricular del tálamo (PVT), que son responsables de mantener los recuerdos de miedo. Este estudio muestra cómo existen circuitos cambiantes entre el recuerdo a corto plazo y el recuerdo a largo plazo de los recuerdos de miedo. No hay ningún cambio en el comportamiento o la respuesta, sólo un cambio en el lugar de donde se recordó el recuerdo. [7]
Además de la amígdala, el hipocampo y la corteza cingulada anterior son importantes en el condicionamiento del miedo. El condicionamiento del miedo en la rata se almacena en momentos tempranos en el hipocampo, observándose alteraciones en la expresión del gen del hipocampo 1 hora y 24 horas después del evento. [8] En el ratón, también se observa un cambio en la expresión genética en el hipocampo una hora y 24 horas después del condicionamiento del miedo. Estos cambios son transitorios en las neuronas del hipocampo y casi ninguno está presente en el hipocampo después de cuatro semanas. Cuatro semanas después del evento, el recuerdo del evento condicionante del miedo se almacena de manera más permanente en la corteza cingulada anterior. [9] [10] [11]
Como se muestra en el cerebro de los roedores, la expresión de genes neuronales cambia dinámicamente en respuesta al condicionamiento del miedo. En particular, las expresiones de genes tempranos inmediatos (IEG) como Egr1 , c-Fos y Arc se regulan rápida y selectivamente en subconjuntos de neuronas en regiones cerebrales específicas asociadas con el aprendizaje y la formación de la memoria. [12]
Una revisión de 2022 [13] describe múltiples pasos para regular positivamente los IEG en las neuronas del hipocampo durante el condicionamiento del miedo. Los IEG también están regulados positivamente en la amígdala durante el condicionamiento del miedo. [14] [15] Los múltiples pasos en la regulación positiva de los IEG [13] incluyen la activación de factores de transcripción , [16] la formación de bucles de cromatina , la interacción de potenciadores con promotores en los bucles de cromatina y la doble cadena de ADN temporal iniciada por topoisomerasa II beta. se rompe.
Al menos dos IEG regulados positivamente por el condicionamiento del miedo, Egr1 y Dnmt3A2 (que Oliveira et al. [17] demostraron ser un IEG ) afectan la metilación del ADN y, por tanto, la expresión de muchos genes. Las proteínas EGR1 reguladas al alza se asocian con proteínas TET1 nucleares preexistentes , y las proteínas EGR1 llevan las proteínas TET1 a cientos de genes, lo que permite que TET1 inicie la desmetilación del ADN de esos genes. [18] La proteína DNMT3A2 es una ADN metiltransferasa de novo , que agrega metilación a las citosinas en el ADN. La expresión de las proteínas DNMT3A2 en neuronas del hipocampo en cultivo se centró preferentemente en la adición de nueva metilación a más de 200 genes implicados en la plasticidad sináptica. [19] Las expresiones de IEG son una fuente de cambios dinámicos en la expresión de genes neuronales posteriores en respuesta al condicionamiento del miedo.
Se cree que el condicionamiento del miedo depende de un área del cerebro llamada amígdala . La amígdala participa en la adquisición, almacenamiento y expresión de la memoria del miedo condicionada. [11] Los estudios de lesiones han revelado que las lesiones perforadas en la amígdala antes del condicionamiento del miedo impiden la adquisición de la respuesta condicionada del miedo, y las lesiones perforadas en la amígdala después del condicionamiento hacen que se olviden las respuestas condicionadas. [20] Los registros electrofisiológicos de la amígdala han demostrado que las células de esa región experimentan una potenciación a largo plazo (LTP), una forma de plasticidad sináptica que se cree que es la base del aprendizaje. [21] Los estudios farmacológicos, los estudios sinápticos y los estudios en humanos también implican a la amígdala como la principal responsable del aprendizaje y la memoria del miedo. [11] Además, la inhibición de las neuronas en la amígdala interrumpe la adquisición del miedo, mientras que la estimulación de esas neuronas puede impulsar comportamientos relacionados con el miedo, como el comportamiento de congelación en los roedores. [22] Esto indica que el funcionamiento adecuado de la amígdala es necesario para el condicionamiento del miedo y suficiente para impulsar conductas de miedo. La amígdala no es exclusivamente el centro del miedo, sino también un área de respuesta a diversos estímulos ambientales. Varios estudios han demostrado que ante estímulos neutros impredecibles, la actividad de la amígdala aumenta. Por lo tanto, incluso en situaciones de incertidumbre y no necesariamente de miedo, la amígdala desempeña un papel en alertar a otras regiones del cerebro que fomentan respuestas de seguridad y supervivencia. [23]
A mediados de la década de 1950, Lawrence Weiskrantz demostró que los monos con lesiones de la amígdala no lograban evitar un shock aversivo, mientras que los monos normales aprendían a evitarlo. Concluyó que una función clave de la amígdala era conectar estímulos externos con consecuencias aversivas. [24] Tras el descubrimiento de Weiskrantz, muchos investigadores utilizaron el condicionamiento de evitación para estudiar los mecanismos neuronales del miedo. [25]
Joseph E. LeDoux ha contribuido decisivamente a dilucidar el papel de la amígdala en el condicionamiento del miedo. Fue uno de los primeros en demostrar que la amígdala sufre una potenciación a largo plazo durante el condicionamiento del miedo, y que la ablación de las células de la amígdala interrumpe tanto el aprendizaje como la expresión del miedo. [26]
Algunos tipos de condicionamiento del miedo (por ejemplo, contextual y de rastreo) también involucran al hipocampo , un área del cerebro que se cree que recibe impulsos afectivos de la amígdala e integra esos impulsos con información previamente existente para darle significado. Algunas explicaciones teóricas de experiencias traumáticas sugieren que el miedo basado en la amígdala pasa por alto el hipocampo durante el estrés intenso y puede almacenarse somáticamente o como imágenes que pueden regresar como síntomas físicos o flashbacks sin significado cognitivo. [27]
El hipocampo es una de las regiones del cerebro que sufre importantes alteraciones en la expresión genética después del condicionamiento contextual posterior. El condicionamiento de miedo contextual aplicado a una rata provoca que alrededor de 500 genes estén regulados positivamente (posiblemente debido a la desmetilación del ADN de los sitios CpG ) y alrededor de 1000 genes estén regulados negativamente (se observa que están correlacionados con la metilación del ADN en los sitios CpG en las regiones promotoras ). (ver Regulación de la transcripción en el aprendizaje y la memoria ). [8] A las 24 horas después del evento, el 9,17% de los genes en los genomas de las neuronas del hipocampo de rata están metilados diferencialmente. El patrón de genes inducidos y reprimidos dentro de las neuronas del hipocampo parece proporcionar una base molecular para formar la memoria transitoria temprana del condicionamiento contextual del miedo en el hipocampo. [8] Cuando se aplicó un condicionamiento de miedo contextual similar a un ratón, una hora después del condicionamiento de miedo contextual había 675 genes desmetilados y 613 genes hipermetilados en la región del hipocampo del cerebro del ratón. [9] Estos cambios fueron transitorios en las neuronas del hipocampo, y casi ninguna de estas alteraciones de la metilación del ADN estuvo presente en el hipocampo después de cuatro semanas. Sin embargo, en ratones sometidos a condicionamiento de miedo contextual, después de cuatro semanas había más de 1.000 genes metilados diferencialmente y más de 1.000 genes expresados diferencialmente en la corteza cingulada anterior del ratón [9] , donde se almacenan los recuerdos a largo plazo.
Se producen más de 100 roturas de doble cadena de ADN, tanto en el hipocampo como en la corteza prefrontal medial (mPFC), en dos picos, a los 10 minutos y a los 30 minutos después del condicionamiento contextual del miedo. [28] Esto parece ser anterior a las metilaciones y desmetilaciones del ADN de las neuronas en el hipocampo que se midieron una hora y 24 horas después del condicionamiento de miedo contextual (descrito anteriormente en la sección Hipocampo).
Las roturas de doble cadena se producen en genes tempranos inmediatos conocidos relacionados con la memoria (entre otros genes) en las neuronas después de la activación neuronal. [29] [28] Estas roturas de doble cadena permiten que los genes se transcriban y luego se traduzcan en proteínas activas.
Un gen temprano inmediato recién transcrito después de una rotura de doble cadena es EGR1 . EGR1 es un factor de transcripción importante en la formación de la memoria . Tiene un papel esencial en la reprogramación epigenética de las neuronas cerebrales . "EGR1 recluta la proteína TET1 que inicia una vía de desmetilación del ADN ". La eliminación de las marcas de metilación del ADN permite la activación de genes posteriores (consulte Regulación de la expresión genética # Regulación de la transcripción en el aprendizaje y la memoria . EGR1 lleva TET1 a los sitios promotores de genes que deben desmetilarse y activarse (transcribirse) durante la formación de la memoria. [30] EGR-1, junto con TET1, se emplea en la programación de la distribución de los sitios de desmetilación del ADN en el ADN del cerebro durante la formación de la memoria y en la plasticidad neuronal a largo plazo .
DNMT3A2 es otro gen temprano inmediato cuya expresión en las neuronas puede ser inducida por una actividad sináptica sostenida. [17] Los DNMT se unen al ADN y metilan citosinas en ubicaciones particulares del genoma. Si los inhibidores de DNMT previenen esta metilación, entonces no se forman recuerdos. [31] Si DNMT3A2 se sobreexpresa en el hipocampo de ratones adultos jóvenes, convierte una experiencia de aprendizaje débil en memoria a largo plazo y también mejora la formación de recuerdos de miedo. [32]
Las neuronas de la amígdala basolateral son responsables de la formación de la memoria del miedo condicionada. Estas neuronas se proyectan a las neuronas de la amígdala central para la expresión de una respuesta de miedo condicionada. El daño a estas áreas de la amígdala daría como resultado la interrupción de la expresión de respuestas de miedo condicionadas. Las lesiones en la amígdala basolateral han mostrado graves déficits en la expresión de respuestas de miedo condicionadas. Las lesiones en la amígdala central han mostrado déficits leves en la expresión de respuestas de miedo condicionadas. [11]
Uno de los principales neurotransmisores implicados en el aprendizaje del miedo condicionado es el glutamato . [33] Se ha sugerido que los receptores NMDA (NMDAR) en la amígdala son necesarios para la adquisición de la memoria del miedo, porque la interrupción de la función NMDAR interrumpe el desarrollo de las respuestas de miedo en los roedores. [33] Además, la naturaleza asociativa del condicionamiento del miedo se refleja en el papel de los NMDAR como detectores coincidentes, donde la activación de NMDAR requiere una despolarización simultánea mediante entradas de EE. UU. combinadas con una activación concurrente de CS. [34]
El miedo condicionado puede heredarse transgeneracionalmente. En un experimento, se condicionó a ratones para que temieran el olor a acetofenona y luego se los dispuso para que criaran generaciones posteriores de ratones. Esas generaciones posteriores de ratones también mostraron una sensibilidad conductual a la acetofenona, que estuvo acompañada de cambios neuroanatómicos y epigenéticos que se cree que se heredaron de los gametos de los padres . [35]
El aprendizaje involucrado en el miedo condicionado, así como la neurobiología subyacente, cambia dramáticamente desde la infancia, la niñez y la adolescencia, hasta la edad adulta y el envejecimiento. Específicamente, los animales bebés muestran una incapacidad para desarrollar asociaciones de miedo, mientras que sus homólogos adultos desarrollan recuerdos de miedo mucho más fácilmente. [36]
Investigaciones anteriores han indicado que los adolescentes muestran un aprendizaje dificultado sobre la extinción del miedo en comparación con los niños y los adultos. [37] Este hallazgo puede tener implicaciones clínicas, ya que uno de los tratamientos más utilizados para los trastornos de ansiedad es la terapia basada en exposición, que se basa en los principios de extinción del miedo. Aún no se han descubierto los mecanismos exactos que subyacen a las diferencias de desarrollo en el aprendizaje de la extinción del miedo, aunque se ha sugerido que las diferencias relacionadas con la edad en la conectividad entre la amígdala y la corteza prefrontal medial pueden ser uno de los mecanismos biológicos que sustentan el cambio de desarrollo en el aprendizaje de la extinción del miedo. . [38]
Una historia de factores estresantes que preceden a un evento traumático aumenta el efecto del condicionamiento del miedo en los roedores. [39] Este fenómeno, denominado aprendizaje del miedo mejorado por el estrés (SEFL), se ha demostrado tanto en roedores jóvenes (p. ej., Poulos et al. 2014 [40] ) como en adultos (p. ej., Rau et al. 2009 [41] ). Los mecanismos biológicos que sustentan la SEFL aún no se han aclarado, aunque se ha asociado con un aumento de la corticosterona, la hormona del estrés, después del factor estresante inicial. [42]