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 (p. ej., una descarga eléctrica) se asocia con un contexto neutro particular (p. ej., una habitación) o estímulo neutro (p. ej., un tono), lo que da como resultado la expresión de respuestas de miedo al estímulo o contexto originalmente neutro. Esto se puede hacer emparejando el estímulo neutro con un estímulo aversivo (p. ej., una descarga eléctrica, un ruido fuerte o un olor desagradable [2] ). Finalmente, 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" (EC), el estímulo aversivo es el "estímulo incondicional" (EI) y el miedo es la "respuesta condicional" (RC).
El condicionamiento del miedo se ha estudiado en numerosas especies, desde los caracoles [3] hasta los humanos. [4] En los 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 congelamiento (un período de inmovilidad vigilante) o sobresalto potenciado por el miedo (el aumento del reflejo de sobresalto por un estímulo temeroso). Los cambios en la frecuencia cardíaca , la respiración y las respuestas musculares a través de la 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 clínica. [5] La investigación sobre la adquisición, consolidación y extinción del miedo condicionado promete informar nuevos tratamientos farmacológicos y psicoterapéuticos 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 se recuerdan los recuerdos del miedo. Al estudiar la capacidad de las ratas para recordar recuerdos del miedo, los investigadores descubrieron que interviene un circuito cerebral recientemente identificado. Inicialmente, se identificaron la corteza prefrontal prelímbica (PL) y la amígdala basolateral (BLA) en la evocación de recuerdos. Una semana después, se identificaron la amígdala central (CeA) y el núcleo paraventricular del tálamo (PVT) en la evocación de recuerdos, que son responsables de mantener los recuerdos del miedo. Este estudio muestra cómo hay circuitos cambiantes entre el recuerdo a corto y el recuerdo a largo plazo de los recuerdos del miedo. No hay cambios en el comportamiento o la respuesta, solo cambios en el lugar desde el que se evoca el recuerdo. [7]
Además de la amígdala, el hipocampo y la corteza cingulada anterior son importantes en el condicionamiento del miedo. En la rata, el condicionamiento del miedo se almacena en los primeros momentos en el hipocampo, y se observan alteraciones en la expresión génica hipocampal una hora y veinticuatro horas después del evento. [8] En el ratón, también se observan cambios en la expresión génica en el hipocampo una hora y veinticuatro 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. A las cuatro semanas después del evento, el recuerdo del evento de condicionamiento del miedo se almacena de forma más permanente en la corteza cingulada anterior. [9] [10] [11]
Como se muestra en el cerebro de roedores, la expresión de genes neuronales cambia dinámicamente en respuesta al condicionamiento del miedo. En particular, las expresiones de genes tempranos inmediatos (IEGs) como Egr1 , c-Fos y Arc se regulan al alza de manera rápida y selectiva 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 en la regulación positiva de los IEG en las neuronas del hipocampo durante el condicionamiento del miedo. Los IEG se regulan positivamente de manera similar 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 bucles de cromatina y roturas temporales de doble cadena de ADN iniciadas por la topoisomerasa II beta.
Al menos dos IEG regulados positivamente por el condicionamiento del miedo, Egr1 y Dnmt3A2 (demostrado como un IEG por Oliveira et al. [17] ) afectan la metilación del ADN y, por lo tanto, la expresión de muchos genes. Las proteínas EGR1 reguladas positivamente se asocian con proteínas nucleares TET1 preexistentes , y las proteínas EGR1 llevan 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 proteínas DNMT3A2 en neuronas del hipocampo en cultivo apuntó preferentemente a la adición de nueva metilación a más de 200 genes involucrados en la plasticidad sináptica. [19] Las expresiones de IEG son una fuente de cambios dinámicos en la expresión genética neuronal posterior en respuesta al condicionamiento del miedo.
Se cree que el condicionamiento del miedo depende de una zona del cerebro llamada amígdala . La amígdala está implicada en la adquisición, el almacenamiento y la expresión de la memoria condicionada del miedo. [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 (PLP), una forma de plasticidad sináptica que se cree que subyace al aprendizaje. [21] Los estudios farmacológicos, los estudios sinápticos y los estudios humanos también implican a la amígdala como la principal responsable del aprendizaje y la memoria del miedo. [11] Además, la inhibición de las neuronas de la amígdala interrumpe la adquisición del miedo, mientras que la estimulación de esas neuronas puede impulsar conductas relacionadas con el miedo, como el comportamiento de congelación en roedores. [22] Esto indica que el funcionamiento adecuado de la amígdala es necesario para el condicionamiento del miedo y suficiente para impulsar las conductas de miedo. La amígdala no es exclusivamente el centro del miedo, sino también una zona para responder a diversos estímulos ambientales. Varios estudios han demostrado que cuando nos enfrentamos a 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 la alerta de otras regiones cerebrales que fomentan respuestas de seguridad y supervivencia. [23]
A mediados de la década de 1950, Lawrence Weiskrantz demostró que los monos con lesiones en la amígdala no lograban evitar una descarga aversiva, mientras que los monos normales aprendían a evitarlas. Concluyó que una función clave de la amígdala era conectar los 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 sido fundamental para 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 altera tanto el aprendizaje como la expresión del miedo. [26]
Algunos tipos de condicionamiento del miedo (por ejemplo, contextual y de rastro) también involucran al hipocampo , un área del cerebro que se cree que recibe impulsos afectivos de la amígdala y los integra con información previamente existente para darle significado. Algunos relatos teóricos 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 cerebrales que sufre alteraciones importantes en la expresión genética después del condicionamiento del miedo contextual. El condicionamiento del miedo contextual aplicado a una rata hace que alrededor de 500 genes se regulen al alza (posiblemente debido a la desmetilación del ADN de los sitios CpG ) y alrededor de 1.000 genes se regulen a la baja (se observó que esto está correlacionado con la metilación del ADN en los sitios CpG en las regiones promotoras ) (véase 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 la rata están metilados de forma diferencial. El patrón de genes inducidos y reprimidos dentro de las neuronas del hipocampo parece proporcionar una base molecular para la formación de la memoria transitoria temprana del condicionamiento del miedo contextual en el hipocampo. [8] Cuando se aplicó un condicionamiento contextual similar al miedo a un ratón, una hora después del condicionamiento contextual al miedo 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 metilación del ADN estaba presente en el hipocampo después de cuatro semanas. Sin embargo, en ratones sometidos al condicionamiento contextual al miedo, 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 del miedo contextual. [28] Esto parece ser anterior a las metilaciones y desmetilaciones del ADN del ADN neuronal en el hipocampo que se midieron una hora y 24 horas después del condicionamiento del miedo contextual (descrito anteriormente en la sección Hipocampo).
Las roturas de doble cadena se producen en genes tempranos inmediatos relacionados con la memoria conocidos (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 (ver Regulación de la expresión genética#Regulación de la transcripción en el aprendizaje y la memoria . EGR1 lleva a TET1 a los sitios promotores de los genes que necesitan ser desmetilados y activados (transcritos) 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 cerebral durante la formación de la memoria y en la plasticidad neuronal a largo plazo . [30]
El DNMT3A2 es otro gen temprano inmediato cuya expresión en neuronas puede ser inducida por una actividad sináptica sostenida. [17] Los DNMT se unen al ADN y metilan las citosinas en lugares específicos del genoma. Si los inhibidores del DNMT impiden esta metilación, no se forman recuerdos. [31] Si el 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 de miedo condicionado. Estas neuronas se proyectan a las neuronas de la amígdala central para la expresión de una respuesta de miedo condicionado. El daño a estas áreas de la amígdala daría como resultado la interrupción de la expresión de respuestas de miedo condicionado. Las lesiones en la amígdala basolateral han mostrado déficits graves en la expresión de respuestas de miedo condicionado. Las lesiones en la amígdala central han mostrado déficits leves en la expresión de respuestas de miedo condicionado. [11]
Uno de los principales neurotransmisores involucrados 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 de NMDAR altera el desarrollo de las respuestas de miedo en 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 por entradas de US combinadas con la activación concurrente de CS. [34]
El miedo condicionado puede heredarse de manera transgeneracional. En un experimento, se condicionó a ratones para que temieran el olor de la acetofenona y luego se los preparó para reproducir 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 fueron heredados de los gametos de los padres . [35]
El aprendizaje que implica el miedo condicionado, así como la neurobiología subyacente, cambian drásticamente desde la infancia, la niñez y la adolescencia hasta la edad adulta y el envejecimiento. En concreto, los animales bebés muestran una incapacidad para desarrollar asociaciones de miedo, mientras que sus homólogos adultos desarrollan recuerdos de miedo con mucha más facilidad. [36]
Investigaciones anteriores han indicado que los adolescentes muestran un aprendizaje de extinción del miedo más limitado 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 la exposición, que se basa en los principios de la extinción del miedo. Los mecanismos exactos que subyacen a las diferencias de desarrollo en el aprendizaje de la extinción del miedo aún no se han descubierto, 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 roedores. [39] Este fenómeno, llamado aprendizaje del miedo potenciado por el estrés (SEFL), se ha demostrado tanto en roedores jóvenes (p. ej., Poulos et al. 2014 [40] ) como adultos (p. ej., Rau et al. 2009 [41] ). Los mecanismos biológicos que sustentan el 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]