L18 Neurogenesis y Aprendizaje

7
Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 | 193 Neurogénesis en el giro dentado del hipocampo: implicaciones para el aprendizaje y la memoria en el cerebro adulto Francisco A. Nieto-Escamez, Margarita Moreno-Montoya Artículo de revisión RESUMEN RESUMEN RESUMEN RESUMEN RESUMEN Durante los últimos años las neurociencias han mostrado un interés creciente, por los mecanismos de neurogénesis en el cerebro adulto. Una parte de estudios realizados han estado centrados en el posible papel de estas nuevas neuronas sobre los procesos de memoria y aprendizaje. Objetivos: revisar los últimos estudios sobre la posible relación entre neurogénesis en el hipocampo del cerebro adulto y procesos cognitivos como aprendizaje y memoria. Desarrollo: una de las estructuras donde nacen nuevas neuronas a lo largo de la vida es el giro dentado del hipocampo. Es sabido que esta estructura está relacionada con los procesos de memoria y aprendizaje, por lo que se ha sugerido una posible participación de las nuevas neuronas nacidas en el hipocampo adulto a nivel de procesamiento de información. Conclusiones: los datos existentes en la actualidad no proporcionan evidencias claras sobre los procesos cognitivos mediados por las nuevas neuronas generadas en el cerebro adulto. Así, su implicación parece depender en buena medida de las características de la tarea y protocolo experimental utilizado; por tanto, los estudios futuros deberán tener en cuenta estos factores a fin de establecer con mayor certeza la implicación de la neurogénesis en el hipocampo adulto en procesos de memoria y aprendizaje. Palabras clave: Palabras clave: Palabras clave: Palabras clave: Palabras clave: aprendizaje, hipocampo, memoria, neurogénesis. Adult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memory Adult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memory Adult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memory Adult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memory Adult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memory ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT ABSTRACT During the last decade neuroscientists have shown an increasing interest in adult neurogenesis and a number of studies have been focused on the role that it could play in learning and memory processes. Objective: the present work reviews the last evidences related to the possible role of adult neurogenesis in the hippocampus for learning and memory mechanisms. Development: one of the brain structures that generates new neurons during adulthood is the dentate gyrus of the Hippocampus. This structure is involved in learning and memory processes, and a plausible role for these newly born cells at the information processing level has been suggested. Conclusions: actual evidences do not provide a clear picture on the type of cognitive processes supported by adult-born neurons. Thus, different results have been found depending on the specific experimental and behavioural procedures used. Therefore, future research should consider how different tasks and experimental protocols affect to adult hippocampal neurogenesis in relationship to learning and memory mechanisms. Key w y w y w y w y wor or or or ords: ds: ds: ds: ds: hippocampus, learning, memory, neurogenesis. Arch Neurocien (Mex) Arch Neurocien (Mex) Arch Neurocien (Mex) Arch Neurocien (Mex) Arch Neurocien (Mex) Vol. 16, No. 4: 193-199; 2011 ©INNN, 2011 e estima que cada día se generan miles de nuevas neuronas en el giro dentado (GD) del hipocampo 1-3 . La neurogénesis en el GD, es un proceso complejo que inicia con la proliferación de precursores neurales de la S S S capa subgranular, al menos el 50% de nuevas células mueren durante los primeros días 4 . La mayoría de células que sobreviven se diferencian en neuronas granulares y viven durante meses en el GD 5,6 , integrándose en los circuitos

description

neurociencias

Transcript of L18 Neurogenesis y Aprendizaje

  • Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 | 193

    Francisco A. Nieto-Escamez, et al Arch Neurocien (Mex) INNN, 2011

    Neurognesis en el giro dentado del hipocampo:implicaciones para el aprendizaje y la memoria en el

    cerebro adulto

    Francisco A. Nieto-Escamez, Margarita Moreno-Montoya

    Artculo de revisin

    RESUMENRESUMENRESUMENRESUMENRESUMEN

    Durante los ltimos aos las neurociencias han mostrado un inters creciente, por los mecanismos de neurognesis en elcerebro adulto. Una parte de estudios realizados han estado centrados en el posible papel de estas nuevas neuronas sobrelos procesos de memoria y aprendizaje. Objetivos: revisar los ltimos estudios sobre la posible relacin entre neurognesisen el hipocampo del cerebro adulto y procesos cognitivos como aprendizaje y memoria. Desarrollo: una de las estructurasdonde nacen nuevas neuronas a lo largo de la vida es el giro dentado del hipocampo. Es sabido que esta estructura estrelacionada con los procesos de memoria y aprendizaje, por lo que se ha sugerido una posible participacin de las nuevasneuronas nacidas en el hipocampo adulto a nivel de procesamiento de informacin. Conclusiones: los datos existentes enla actualidad no proporcionan evidencias claras sobre los procesos cognitivos mediados por las nuevas neuronas generadasen el cerebro adulto. As, su implicacin parece depender en buena medida de las caractersticas de la tarea y protocoloexperimental utilizado; por tanto, los estudios futuros debern tener en cuenta estos factores a fin de establecer con mayorcerteza la implicacin de la neurognesis en el hipocampo adulto en procesos de memoria y aprendizaje.

    Palabras clave: Palabras clave: Palabras clave: Palabras clave: Palabras clave: aprendizaje, hipocampo, memoria, neurognesis.

    Adult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memoryAdult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memoryAdult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memoryAdult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memoryAdult neurogenesis in the dentate gyrus of the hippocampus: relationship to learning and memory

    ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT

    During the last decade neuroscientists have shown an increasing interest in adult neurogenesis and a number of studieshave been focused on the role that it could play in learning and memory processes. Objective: the present work reviews thelast evidences related to the possible role of adult neurogenesis in the hippocampus for learning and memory mechanisms.Development: one of the brain structures that generates new neurons during adulthood is the dentate gyrus of theHippocampus. This structure is involved in learning and memory processes, and a plausible role for these newly born cells atthe information processing level has been suggested. Conclusions: actual evidences do not provide a clear picture on thetype of cognitive processes supported by adult-born neurons. Thus, different results have been found depending on thespecific experimental and behavioural procedures used. Therefore, future research should consider how different tasks andexperimental protocols affect to adult hippocampal neurogenesis in relationship to learning and memory mechanisms.

    KKKKKeeeeey wy wy wy wy wororororords: ds: ds: ds: ds: hippocampus, learning, memory, neurogenesis.

    Arch Neurocien (Mex)Arch Neurocien (Mex)Arch Neurocien (Mex)Arch Neurocien (Mex)Arch Neurocien (Mex)Vol. 16, No. 4: 193-199; 2011INNN, 2011

    e estima que cada da se generan miles de nuevasneuronas en el giro dentado (GD) del hipocampo1-3.La neurognesis en el GD, es un proceso complejo

    que inicia con la proliferacin de precursores neurales de laSSSSS capa subgranular, al menos el 50% de nuevas clulas muerendurante los primeros das4. La mayora de clulas quesobreviven se diferencian en neuronas granulares y viven

    durante meses en el GD5,6, integrndose en los circuitos

  • 194 | Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 |

    Neurognesis en el giro dentado del hipocampo: implicaciones para el aprendizajeArch Neurocien (Mex) INNN, 2011

    hipocmpicos mostrando propiedades fisiolgicas similaresa las neuronas granulares maduras7.

    Una de las preguntas fundamentales en la investiga-cin sobre neurognesis, ha sido si la generacin de estasnuevas neuronas en el GD del hipocampo influye en las fun-ciones atribuidas a esta estructura cerebral8. En concreto,el GD del hipocampo se encuentra implicado en los procesosde aprendizaje y memoria, en particular en el estableci-miento y utilizacin de representaciones espaciales9. Enbase a estudios de correlacin, se ha postulado que lasneuronas nacidas en el hipocampo adulto pueden partici-par en los procesos de memoria y aprendizaje. En primerlugar, se ha observado que la tasa de neurognesis corre-laciona de forma positiva con el aprendizaje de tareasmediadas por el hipocampo10. En segundo lugar, aquellascondiciones que mejoran el aprendizaje, como la estimu-lacin ambiental o adrenalectoma a mediana edad,potencian la neurognesis11,12. Por el contrario, aquellascondiciones que deterioran el aprendizaje como el estrsprenatal o lesin de la va colinrgica septo-hipocmpica,disminuyen la neurognesis13,14. Por ltimo, algunos auto-res han mostrado que el aprendizaje espacial incrementatanto la proliferacin15 como la supervivencia de las nuevasneuronas16. Sin embargo, otras tentativas para demostraruna relacin causal entre neurognesis adulta y aprendizajeespacial han conducido a resultados opuestos. Concreta-mente, algunos autores han observado que el aprendizajeespacial en el laberinto de agua de Morris conlleva una dis-minucin en el nmero de nuevas neuronas en el GD17,18.Adems, se ha visto que ese decremento correlaciona conel nivel de aprendizaje espacial. As, las ratas con menornmero de nuevas neuronas mostraban una mejor ejecucin,indicando que sera el aprendizaje, y no el mero entrena-miento, el responsable de la disminucin de neuronas18.

    Estos resultados contradictorios proporcionan uncomplejo panorama en el que el aprendizaje correlacionatanto con el incremento como con la disminucin de nue-vas neuronas. De este modo, a pesar del creciente intersen la neurognesis adulta durante los ltimos aos y la re-lacin entre neurognesis en el GD con los procesos deaprendizaje y memoria no resulta del todo evidente. En estarevisin mostraremos y discutiremos los datos existentes afavor y en contra de la relacin entre la neurognesis adultaen el GD del hipocampo y su implicacin los procesos deaprendizaje y memoria.

    Neurognesis del GD del hipocampo: correlacin con elaprendizaje y memoria

    Una correlacin positiva entre el nmero de nuevasneuronas y el grado de aprendizaje implicara una rela-cin neurognesis-aprendizaje, aunque no necesariamentede carcter causal. Diferentes lneas de trabajo han sugeri-

    do la existencia de una correlacin positiva en mamferos.Por ejemplo, cepas de ratones con diferente tasa deneurognesis muestran tambin diferencias en la capaci-dad de aprendizaje. As, los ratones con menor nmero denuevas neuronas ejecutan peor una tarea de navegacinespacial en el laberinto de agua de Morris19. Adems, losratones mutantes con neurognesis reducida presentandeficiencias en el aprendizaje de tareas hipocampo depen-dientes20,21. Resultados similares han sido obtenidos conratas viejas por Drapeau, et al22. No obstante, otros estu-dios muestran que dicha relacin puede depender de otrosfactores o incluso estar invertida. Por ejemplo, al contrarioen los ratones la tasa de neurognesis de diferentes cepasde rata no correlaciona con la habilidad de aprendizaje detareas espaciales23. No obstante, los estudios correlacio-nales no excluyen la posible implicacin de otros fenmenosde plasticidad cerebral sobre los procesos de aprendizaje.De hecho, el fortalecimiento sinptico en CA1 es conside-rado el principal candidato para codificacin de informacinespacial en el hipocampo.

    Activacin de la neurognesis en el GD del hipocampo pormedio del aprendizaje

    La regulacin de la neurognesis por la actividadneural sugiere que el aprendizaje inducira la activacin delas neuronas recin nacidas, incrementando su superviven-cia e incorporacin a los circuitos neuronales. De estemodo, algunos trabajos han sealado que los aprendizajesdependientes del hipocampo aumentan la proliferacin denuevas neuronas, aunque tambin hay autores que sea-lan una reduccin como consecuencia del aprendizaje.

    La activacin de nuevas neuronas mediante elaprendizaje de tareas dependientes del hipocampo hamostrado el incremento de la generacin y/o supervivenciade dichas clulas. La neurognesis en el GD, se ve incre-mentada por el aprendizaje de tareas dependientes delhipocampo como son: el condicionamiento de traza de larespuesta de parpadeo, aprendizaje espacial en el laberintode agua de Morris, preferencia de comida condicio-nada5,13,16,18,24-26. Sin embargo, el aprendizaje y ejecucin detareas no dependientes del hipocampo, como el condicio-namiento demorado de la respuesta de parpadeo y laevitacin activa parecen no afectar a la neurognesis en el

    Recibido: 5 julio 2011. Aceptado: 15 julio 2011.1Departamento de Neurociencia y Ciencias de la Salud,Universidad de Almera, Ctra. del Sacramento s/n. La Caada deSan Urbano 04120, Almera, Espaa. Correspondencia: FranciscoNieto-Escamez. Departamento de Neurociencias y Ciencias de laSalud. Universidad de Almera. Ctra. Del Sacramento s/n. LaCaada de San Urbano 04120. Almera. Espaa. E-mail:[email protected]

  • Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 | 195

    Francisco A. Nieto-Escamez, et al Arch Neurocien (Mex) INNN, 2011

    GD. Incluso se ha mostrado que el entrenamiento previo enuna tarea de condicionamiento demorado de la respuestade parpadeo provoca que un condicionamiento de trazaposterior pase a ser independiente del hipocampo, y deeste modo sea incapaz de promover la supervivenciade nuevas neuronas27. Adems, se ha demostrado que esel aprendizaje en s, y no el mero entrenamiento, el procesoque inducira la activacin y regulacin de la neurognesisen el GD del hipocampo28.

    Los efectos del aprendizaje dependen del momento dedesarrollo de las neuronas del GD

    El entrenamiento en tareas que requieren activacindel hipocampo modifica el nmero de neuronas en el GD,aunque la direccin de dicho efecto no sea siempre la mis-ma. Si los trabajos anteriores, muestran que el aprendizajeestmula la neurognesis en el cerebro adulto, otros auto-res sealan que el entrenamiento en diferentes tareasconductuales no altera el nmero de nuevas neuronas enel hipocampo23,29,30 o incluso lo disminuye17,18,26,31. Unaposible explicacin a tales discrepancias sera que el efectodel aprendizaje sobre el nmero de nuevas neuronasdepende de la edad de stas. Algunos autores afirman queel condicionamiento de la respuesta de parpadeo y entre-namiento en el laberinto de agua de Morris incrementan lasupervivencia de las neuronas nacidas la semana anterioral comienzo del entrenamiento, coincidiendo con la faseinicial de diferenciacin y mayor susceptibilidad a muertecelular16,24. Por contra, el aprendizaje disminuira la super-vivencia de aquellas otras neuronas nacidas unos dasantes17.

    Se ha observado que el aprendizaje espacial en ellaberinto de agua de Morris parece regular la neurognesisen el hipocampo. De hecho, Dupret, et al 32 han mostradoque el aprendizaje espacial en el laberinto de agua deMorris produce efectos diferentes sobre los precursoresneurales en funcin de la fase de desarrollo. Estos auto-res estudiaron los efectos del entrenamiento a lo largo dedistintos momentos del aprendizaje y encontraron que steinduca apoptosis de las nuevas neuronas durante lafase inicial del aprendizaje, aquellas nacidas 3 das antesde comenzar el entrenamiento, y supervivencia de aquellasneuronas relativamente maduras, nacidas 7 das antes decomenzar el entrenamiento, as como proliferacin de pre-cursores neurales. La muerte celular inducida por elaprendizaje era especfica para el GD (capa subgranular), yno se observaron cambios en CA1 o CA3. Segn estosautores, la apoptosis inducida por el aprendizaje resultacrtica para la memoria espacial. De esta forma, si se inhibela apoptosis en aquellos animales que comienzan a domi-nar la tarea se observa un deterioro del recuerdo de laposicin de la plataforma, as como reduccin de la prolife-

    racin celular inducida por la fase final del aprendizaje. Se-gn Dupret, et al 32, el aprendizaje espacial pone enfuncionamiento un mecanismo similar al proceso de esta-bilizacin selectiva observado durante el periodo dedesarrollo cerebral, donde la produccin de nuevasneuronas viene seguida por la seleccin activa de algunasde ellas y la eliminacin de otras. Como consecuencia, losefectos del aprendizaje sobre supervivencia y apoptosis delas nuevas neuronas seran procesos interrelacionados. Elentrenamiento en el laberinto de agua de Morris se puededividir en dos fases: una etapa inicial en la que la ejecucinmejora con rpidez, y otra posterior en la que sta se esta-biliza. Se ha observado que la fase inicial no produceefectos sobre la proliferacin, mientras que la fase finalincrementa la proliferacin y disminuye la supervivencia delas neuronas nacidas durante la fase inicial18.

    Activacin de la neurognesis depende de las condicionesdel aprendizaje

    Otra posible explicacin para distintos efectos delaprendizaje sobre la neurognesis adulta estara basada enla variabilidad de los protocolos de entrenamiento. Porejemplo, la reduccin de las claves contextuales distales enel laberinto acutico de Morris produce una menor super-vivencia de nuevas neuronas comparado con la ejecucinen condiciones normales33. Por otro lado, Olariu, et al 26sealan que la cantidad de entrenamiento determina silos efectos sobre la neurognesis sern negativos o positi-vos. As, un menor nmero de ensayos de entrenamiento seasocia con el aumento de la supervivencia, mientras que unmayor grado de entrenamiento no tiene efectos o disminuyela supervivencia16-18,26,30. Sin embargo, esto no sucedeen todos los tipos de tareas. En el condicionamientode traza de la respuesta de parpadeo se ha observado unaumento de la supervivencia tras 800 ensayos de entrena-miento, lo que no ocurri cuando slo se realizaron 200ensayos5. No obstante, aunque el nmero total de nuevasclulas no se vio afectado por el entrenamiento ms corto,el nmero de respuestas aprendidas emitidas durante los200 ensayos correlacionaba positivamente con el nmerode clulas que sobrevivieron. Estos datos apuntan a que lasdiferentes fases del aprendizaje (adquisicin, almacena-miento y recuperacin) deben ser tenidas en cuenta a lahora de estudiar los efectos del aprendizaje sobre neuro-gnesis adulta18,19.

    Por ltimo, las interacciones ms sutiles entre neu-rognesis y aprendizaje pueden observarse cuando eldiseo experimental tiene en consideracin efectos de in-terferencia de tareas sucesivas. De este modo, el empleode tareas de discriminacin en estudios conductuales una estrategia que pretende medir la funcin delhipocampo en el aprendizaje de separacin de patrones,

  • 196 | Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 |

    Neurognesis en el giro dentado del hipocampo: implicaciones para el aprendizajeArch Neurocien (Mex) INNN, 2011

    sto es, el proceso de transformar representaciones similaresen memorias no-semejantes y altamente diferenciadas(Aimone, et al 34). Se ha descrito que animales con menorneurognesis realizan mejor una tarea en el laberinto radialcuando son evaluados bajo condiciones de alta interferencia,empleando el brazo de muestra y de prueba del laberintorepetidamente y de forma alterna entre los ensayos35. Sinembargo, en la misma tarea de laberinto radial si la inter-ferencia se produce, no entre los ensayos, sino por laproximidad espacial del brazo muestra y de prueba no seobserva este efecto. Adems los ratones con dficit enneurognesis mostraron alteracin en la discriminacin delos estmulos espaciales distantes (pero no cuando se en-contraban prximos). Este mismo efecto fue tambinreplicado mediante una tarea de comparacin de estmu-los en pantalla tctil36.

    Modelos animales de reduccin o eliminacin deneurognesis: efectos en aprendizaje y memoria

    Si se demostrar que la eliminacin selectiva de lasnuevas neuronas deteriora el aprendizaje tendramos unaevidencia de peso sobre el papel de la neurognesis adultaen ste. No obstante, el diseo de este tipo de experimen-tos resulta complejo por dos razones. En primer lugar, nose dispone de herramientas que permitan la eliminacin se-lectiva de las nuevas neuronas sin que otros aspectoscerebrales se vean afectados, en segundo lugar, el momen-to y duracin de dicha eliminacin son un factor crtico paradetectar dficit de aprendizaje.

    Por otra parte, resulta fundamental tener en cuentaque las nuevas neuronas slo pueden participar en elaprendizaje durante un periodo de tiempo discreto despusde su nacimiento. Por lo tanto, podra darse un falso negati-vo si la eliminacin de neuronas no durar el tiemposuficiente, o el intervalo entre eliminacin neuronal y fasede entrenamiento fuera inapropiado. As, para descartar unposible papel de la neurognesis adulta en el aprendizaje,el diseo experimental necesitara numerosos momentosde eliminacin neuronal, junto a una evaluacin conductualen diferentes fases del proceso de aprendizaje. Adems,puesto que el hipocampo ha sido relacionado con diversostipos de aprendizaje sin un claro nexo (condicionamiento demiedo y de traza de la respuesta de parpadeo, condicio-namiento contextual de miedo, navegacin espacial, noigualacin demorada a la muestra), se detecta y caracterizauna funcin para las nuevas neuronas en los mecanismosde aprendizaje que requieren una extensa labor de evaluacinconductual. Con todas estas consideraciones metodol-gicas, numerosos estudios han tratado de dar respuesta ala pregunta de si las nuevas neuronas participan en el pro-cesamiento cognitivo.

    Hasta la fecha, se han utilizado diversos mtodos

    experimentales a fin de reducir o eliminar la neurognesisen el GD de animales adultos. Estos incluyen; irradiacin adosis bajas de todo el cerebro o regiones especficas delmismo; tratamiento sistmico con frmacos como el acetatode metilazoximetanol (MAM), temozolomida (TMZ); oenvejecimiento como un mtodo natural para reducir laneurognesis; adems de utilizar ratones modificadosgenticamente. Aunque todos esos procedimientos conlle-van efectos secundarios inespecficos sobre ejecucin yfuncionamiento cerebral, dando posibilidad a falsos positi-vos, estos estudios estn hoy revelando gran cantidad dedatos sobre la relacin causal entre neurognesis del GD yprocesos cognitivos.

    La reduccin de la neurognesis produce efectos distintosen funcin del mtodo de ablacin y procedimientoconductual utilizado

    Shors, et al 37 encontraron que las ratas tratadas conMAM no aprendan un condicionamiento de traza tantopara la respuesta de parpadeo como de miedo, pero s uncondicionamiento de miedo al contexto (siendo los tres pro-cedimientos hipocampo-dependientes). Igualmente,tampoco se han detectado dficit en el condicionamientode miedo al contexto en ratones tlx knock-out, en los quela neurognesis est profundamente reducida38. Otrosautores han encontrado que las ratas irradiadas oratones GFAP-tk tratados con ganciclovir muestran deterioroen tareas de condicionamiento de miedo al contexto39,40.Estos trabajos difieren en el tratamiento con MAM que sloafecta a las neuronas ms jvenes, mientras que en losanimales irradiados y GFAP-tk se ven afectadas las nuevasneuronas jvenes y maduras. Por lo tanto, es posible quelas nuevas neuronas jvenes y las ms maduras jueguenpapeles diferentes en el aprendizaje. Una variante experi-mental es introducir un intervalo de demora entre elmomento del tratamiento con el agente antimittico y laprueba conductual. Durante este tiempo las nuevasneuronas preexistentes continan su desarrollo normal, demodo que al cabo del tiempo slo existen neuronas madu-ras. Un estudio; as mostr, que el tratamiento con MAMafectaba al condicionamento de traza de la respuesta deparpadeo, pero no al aprendizaje espacial41.

    La irradiacin localizada para eliminar las nuevasneuronas presenta algunas ventajas sobre la administracinsistmica de agentes citoestticos. De hecho, la irradia-cin elimina completamente la poblacin de nuevasneuronas en vez de reducir su nmero, sin producir proble-mas de salud. Adems, la eliminacin total resulta unprocedimiento ms convincente para estudiar la participa-cin de la neurognesis en el aprendizaje. Los animalesirradiados y evaluados 4 semanas despus del tratamientomuestran un deterioro del aprendizaje de miedo al contexto

  • Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 | 197

    Francisco A. Nieto-Escamez, et al Arch Neurocien (Mex) INNN, 2011

    y del aprendizaje demorado de no igualacin a la mues-tra40, aunque su aprendizaje espacial es en apariencianormal30,39,42. Estos datos indican que algunas, pero no to-das las tareas dependientes del hipocampo, requeriranla produccin de nuevas neuronas27. Algunos estudios hanproducido datos diferentes en funcin del modelo experi-mental empleado. Raber, et al 43, encontraron problemasde aprendizaje y memoria espacial en el laberinto deBarnes pero no en el laberinto de agua en ratones irradiados,mientras que otros autores no han encontrado problemasde aprendizaje espacial en animales con neurognesis re-ducida o incluso eliminada15,30,39,41,44. Asimismo, se hanobtenido resultados contradictorios en la flexibilidad delaprendizaje espacial encontrndose un dficit en ratonestratados con TMZ, y no en ratones expuestos a radiacin45,46.Una posible explicacin a la falta de efecto sobre el apren-dizaje espacial estara en la posible compensacinfuncional por otras estructuras hipocmpicas como CA1,as como las restantes neuronas jvenes o maduras del GD.Por tanto, en circunstancias normales las neuronas jvenesson esenciales para la funcin hipocmpica, aunque diversosformas de compensacin podran enmascarar efectos de laprdida neuronal. Por ltimo, al igual que los agentes anti-mitticos, existen efectos secundarios de la irradiacin quepodran afectar a la ejecucin de los animales de formainadvertida.

    Otras condiciones estimuladoras y reductoras en laneurognesis, en el aprendizaje y memoria

    A parte de los determinantes genticos, el ambienteposee una influencia determinante sobre neurognesis enel hipocampo adulto47. Diferentes estudios han mostradoque la actividad locomotora voluntaria incrementa la proli-feracin, mientras que la exposicin al ambiente estimular-mente enriquecidos promueve la supervivencia deneuronas inmaduras de 1 a 3 semanas de edad48,49 Deng,et al 50. Adems, tanto el ejercicio voluntario como el enri-quecimiento estimulan mejorando la ejecucin de ratonesjvenes y viejos en el laberinto de agua de Morris29,51 y dela memoria de reconocimiento52. Otros trabajos con ratonesdeficientes en presenilina 1, muestran una reducidaneurognesis en el hipocampo ante el enriquecimiento es-timular y postulan que la neurognesis estara implicadaen la eliminacin del trazo de memoria53. Adems, laneurognesis inducida por la actividad locomotora, la cualcorrelaciona con la induccin de LTP en el GD, puede sermodulada por el estatus social del animal y quizs dependade molculas como el BDNF y el VEGF47.

    Por otra parte, factores como el envejecimiento nor-mal, estrs y diabetes afectan negativamente tanto a laneurognesis como al aprendizaje54-59. En otros casos; noobstante, aunque las condiciones de niveles elevados de

    glucocorticoides disminuyan la proliferacin celular en elGD, no se han observado problemas de aprendizaje entareas hipocampo-dependientes60,61. De hecho, la exposicina estmulos estresantes mejora el aprendizaje de ciertastareas de memoria dependientes del hipocampo5,62,63, loque podra sugerir una relacin inversa entre el nmero denuevas neuronas y el aprendizaje. Adems, numerosas dro-gas se relacionan con un decremento de la neurognesis(alcohol, nicotina y opiaceos)64-66 pueden producir, en la do-sis adecuada, problemas en el aprendizaje de distintastareas67-69. No obstante, aunque numerosos trabajos rela-cionen una neurognesis disminuida con un dficit deaprendizaje, buena parte de ellos no proporcionan unacorrelacin estadstica. Por tanto, puede ser que otros fac-tores, tales como la plasticidad estructural y niveles deneurotrofinas y hormonas, contribuyan a los cambios indu-cidos por el ambiente en los procesos de aprendizaje ymemoria dependientes del hipocampo47.

    CONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

    En la actualidad no poseemos datos concluyentessobre la relacin entre neurognesis adulta y aprendizaje.Lo que sabemos es que parece depender de las demandasespecficas de la tarea y del momento en que se realiza,existiendo an numerosas cuestiones fundamentales.Por ejemplo, qu mecanismos de produccin celular en elGD son regulados durante el aprendizaje? induce diferen-tes patrones de conectividad en esas neuronas? afecta elaprendizaje a la expresin gentica en esas neuronas y enqu difieren las neuronas maduras? cmo interactan anivel funcional las nuevas neuronas con las generadas du-rante el desarrollo y cmo dicha interaccin lleva a laformacin de nuevas memorias sin destruir las antiguas?.

    Esperamos que el creciente inters sobre los meca-nismos de neurognesis en el cerebro adulto proporcionerespuestas en el futuro. As, un mejor conocimiento dela relacin entre los mecanismos de neurognesis en el ce-rebro adulto y los procesos cognitivos puede abrir nuevasposibilidades para el tratamiento de trastornos neurode-generativos y/o psiquitricos en los que las nuevasneuronas pudieran reestablecer los procesos alterados porla enfermedad.

    REFERENCIASREFERENCIASREFERENCIASREFERENCIASREFERENCIAS

    1. Cameron HA, McKay RD. Adult neurogenesis produces a largepool of new granule cells in the dentate gyrus. J Comp Neurol2001; 435: 406-17.

    2. Christie BR, Cameron HA. Neurogenesis in the adult hippocampus.Hippocampus 2006; 16:199-207.

    3. Rao MS, Shetty AK. Efficacy of doublecortin as a marker to analysethe absolute number and dendritic growth of newly generatedneurons in the adult dentate gyrus. Eur J Neurosci 2004;19:234-46.

    4. Dayer AG, Ford AA, Cleaver KM, Yassaee M, Cameron HA. Short-

  • 198 | Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 |

    Neurognesis en el giro dentado del hipocampo: implicaciones para el aprendizajeArch Neurocien (Mex) INNN, 2011

    term and long-term survival of new neurons in the rat dentategyrus. J Comp Neurol 2003;460:563-72.

    5. Leuner B, Mendolia-Loffredo S, Kozorovitskiy Y, Samburg D, GouldE, Shors TJ. Learning enhances the survival of new neurons beyondthe time when the hippocampus is required for memory. JNeurosci 2004;24:7477-81.

    6. Ramirez-Amaya V, Marrone DF, Gage FH, Worley PF, Barnes CA.Integration of new neurons into functional neural networks. JNeurosci 2006;26:12237-41.

    7. Laplagne DA, Esposito MS, Piatti VC, Morgenstern NA, Zhao C,van Praag H, et al. Functional convergence of neurons generatedin the developing and adult hippocampus. PLoS Biol 2006;4:e409.

    8. Aimone JB, Deng W, Gage FH. Adult neurogenesis: integratingtheories and separating functions. Trends Cogn Sci 2010;14:325-37.

    9. Eichenbaum H. A cortical hippocampal system for declarativememory. Nat Rev. Neurosci 2000;1:41-50.

    10. Dalla C, Bangasser DA, Edgecomb C, Shors TJ. Neurogenesis andlearning: acquisition and asymptotic performance predict howmany new cells survive in the hippocampus. Neurobiol LearnMem 2007;88:143-8.

    11. Kempermann G, Kuhn HG, Gage FH. More hippocampal neuronsin adult mice living in an enriched environment. Nature 1997;386: 493-5.

    12. Montaron MF, Drapeau E, Dupret D, Kitchener P, Aurousseau C,Le Moal M, et al. Lifelong corticosterone level determines age-related decline in neurogenesis and memory. Neurobiol Aging2006;27:645-54.

    13. Lemaire V, Koehi M, Le Moal M, Abrous DN. Prenatal stressproduces learning deficits associated with an inhibition ofneurogenesis in the hippocampus. Proc Natl Acad Sci U S A 2000;97:11032-7.

    14. Mohapel P, Leanza G, Kokaia M, Lindvall O. Forebrainacetylcholine regulates adult hippocampal neurogenesis andlearning. Neurobiol Aging 2005;26:939-46.

    15. Madsen TM, Kristjansen PE, Bolwig TG, Wortwein G. Arrestedneuronal proliferation and impaired hippocampal functionfollowing fractionated brain irradiation in the adult rat.Neuroscience 2003;119:635-42.

    16. Gould E, Beylin A, Tanapat P, Reeves A, Shors TJ. Learningenhances adult neurogenesis in the hippocampal formation. NatNeurosci 1999;2:260-5.

    17. Ambrogini P, Orsini L, Mancini C, Ferri P, Ciaroni S, Cuppini R.Learning may reduce neurogenesis in adult rat dentate gyrus.Neurosci Lett 2004;359:13-6.

    18. MD Dobrossy, E Drapeau, C Aurousseau, Moal M LE, Piazza PV,Abrous DN. Differential effects of learning on neurogenesis:Learning increases or decreases the number of newly born cellsdepending on their birth date. Mol Psychiatry 2003;8:974-82.

    19. Kempermann G, Gage FH. Genetic determinants of adulthippocampal neurogenesis correlate with acquisition, but notprobe trial performance, in the water maze task. Eur J Neurosci2002;16:129-36.

    20. Zhao X, Ueba T, Christie BR, Barkho B, McConnell MJ, NakashimaK, et al. Mice lacking methyl-CpG binding protein 1 have deficitsin adult neurogenesis and hippocampal function. Proc Natl AcadSci U S A 2003;100:6777-82.

    21. Shimazu K, Zhao M, Sakata K, Akbarian S, Bates B, Jaenisch R,et al. NT-3 facilitates hippocampal plasticity and learning andmemory by regulating neurogenesis. Learn Mem 2006;13:307-15.

    22. Drapeau E, Mayo W, Aurousseau C, Le Moal M, Piazza PV, AbrousDN. Spatial memory performances of aged rats in the water mazepredict levels of hippocampal neurogenesis. Proc Natl Acad SciU S A 2003;100:14385-90.

    23. Van der Borght K, Wallinga AE, Luiten PG, Eggen BJ, Van der Zee

    EA. Morris water maze learning in two rat strains increases theexpression of the polysialylated form of the neural cell adhesionmolecule in the dentate gyrus but has no effect on hippocampalneurogenesis. Behav Neurosci 2005;119:926-32.

    24. Ambrogini P, Cuppini R, Cuppini C, Ciaroni S, Cecchini T, Ferri P,et al. Spatial learning affects immature granule cell survival inadult rat dentate gyrus. Neurosci Lett 2000;286:21-4.

    25. Hairston IS, Little MT, Scanlon MD, Barakat MT, Palmer TD,Sapolsky RM, et al. Sleep restriction suppresses neurogenesisinduced by hippocampus-dependent learning. J Neurophysiol2005; 94:4224-33.

    26. Olariu A, Cleaver KM, Shore LE, Brewer MD, Cameron HA. Anatural form of learning can increase and decrease the survivalof new neurons in the dentate gyrus. Hippocampus 2005;15: 750-62.

    27. Leuner B, Waddell J, Gould E, Shors TJ. Temporal discontiguity isneither necessary nor sufficient for learning-induced effects onadult neurogenesis. J Neurosci 2006;26:13437-42.

    28. Sisti HM, Glass AL, Shors TJ. Neurogenesis and the spacing effect:Learning over time enhances memory and the survival of newneurons. Learn Mem 2007;14:368-75.

    29. van Praag H, Christie BR, Sejnowski TJ, Gage FH. Runningenhances neurogenesis, learning, and long-term potentiation inmice. Proc Natl Acad Sci U S A 1999;96:13427-31.

    30. Snyder JS, Hong NS, McDonald RJ, Wojtowicz JM. A role for adultneurogenesis in spatial long-term memory. Neuroscience 2005;130:843-52.

    31. Pham K, McEwen BS, Ledoux JE, Nader K. Fear learning transientlyimpairs hippocampal cell proliferation. Neuroscience 2005;130:17-24.

    32. Dupret D, Fabre A, Dobrossy MD, Panatier A, Rodriguez JJ, Lamar-que S, et al. Spatial learning depends on both the addition andremoval of new hippocampal neurons. PLoS Biol 2007;5:e214.

    33. Epp JR, Haack AK, Galea LA. Task difficulty in the morris watertask influences the survival of new neurons in the dentate gyrus.Hippocampus 2010;20:866-76.

    34. Aimone JB, Deng W, Gage FH. Resolving new memories: a criticallook at the dentate gyrus, adult neurogenesis, and patternseparation. Neuron 2011;70:589-96.

    35. Saxe MD, Malleret G, Vronskaya S, Mendez I, Garcia AD, SofroniewMV, et al. Paradoxical influence of hippocampal neurogenesison working memory. Proc Natl. Acad Sci U S A 2007;104:4642-6.

    36. Clelland CD, Choi M, Romberg C, Clemenson GD,Jr, Fragniere A,Tyers P, et al. A functional role for adult hippocampal neurogenesisin spatial pattern separation. Science 2009; 325: 210-3.

    37. Shors TJ, Miesegaes G, Beylin A, Zhao M, Rydel T, Gould E.Neurogenesis in the adult is involved in the formation of tracememories. Nature 2001; 410: 372-6.

    38. Zhang CL, Zou Y, He W, Gage FH, Evans RM. A role for adult TLX-positive neural stem cells in learning and behaviour. Nature2008;451:1004-7.

    39. Saxe MD, Battaglia F, Wang JW, Malleret G, David DJ, MoncktonJE, et al. Ablation of hippocampal neurogenesis impairs contex-tual fear conditioning and synaptic plasticity in the dentate gyrus.Proc Natl Acad Sci U S A 2006;103:17501-6.

    40. Winocur G, Wojtowicz JM, Sekeres M, Snyder JS, Wang S. Inhibitionof neurogenesis interferes with hippocampus-dependent memoryfunction. Hippocampus 2006;16:296-304.

    41. Shors TJ, Townsend DA, Zhao M, Kozorovitskiy Y, Gould E.Neurogenesis may relate to some but not all types of hippo-campal-dependent learning. Hippocampus 2002;12:578-84.

    42. Wojtowicz JM, Askew ML, Winocur G. The effects of running andof inhibiting adult neurogenesis on learning and memory in rats.Eur J Neurosci 2008;27:1494-502.

    43. Raber J, Rola R, LeFevour A, Morhardt D, Curley J, Mizumatsu S,et al. Radiation-induced cognitive impairments are associatedwith changes in indicators of hippocampal neurogenesis. Radiat

  • Vol. 16 | No. 4 octubre-diciembre 2011 | 199

    Francisco A. Nieto-Escamez, et al Arch Neurocien (Mex) INNN, 2011

    Res 2004;162:39-47.44. Meshi D, Drew MR, Saxe M, Ansorge MS, David D, Santarelli L, et

    al. Hippocampal neurogenesis is not required for behavioraleffects of environmental enrichment. Nat Neurosci 2006;9:729-31.

    45. Garthe A, Behr J, Kempermann G. Adult-generated hippocampalneurons allow the flexible use of spatially precise learningstrategies. PLoS One 2009;4:e5464.

    46. Hernandez-Rabaza V, Llorens-Martin M, Velazquez-Sanchez C,Ferragud A, Arcusa A, Gumus HG, et al. Inhibition of adulthippocampal neurogenesis disrupts contextual learning but sparesspatial working memory, long-term conditional rule retentionand spatial reversal. Neuroscience 2009;159:59-68.

    47. Olson AK, Eadie BD, Ernst C, Christie BR. Environmental enrich-ment and voluntary exercise massively increase neurogenesisin the adult hippocampus via dissociable pathways. Hippocampus2006;16:250-60.

    48. Kee N, Teixeira CM, Wang AH, Frankland PW. Preferentialincorporation of adult-generated granule cells into spatial memorynetworks in the dentate gyrus. Nat Neurosci 2007;10: 355-62.

    49. Tashiro A, Makino H, Gage FH. Experience-specific functionalmodification of the dentate gyrus through adult neurogenesis: acritical period during an immature stage. J Neurosci 2007; 27:3252-9.

    50. Deng W, Aimone JB, Gage FH. New neurons and new memories:How does adult hippocampal neurogenesis affect learning andmemory? Nat Rev Neurosci 2010; 11: 339-50.

    51. van Praag H, Shubert T, Zhao C, Gage FH. Exercise enhanceslearning and hippocampal neurogenesis in aged mice. J Neurosci2005;25:8680-5.

    52. Bruel-Jungerman E, Laroche S, Rampon C. New neurons in thedentate gyrus are involved in the expression of enhanced long-term memory following environmental enrichment. Eur J Neurosci2005;21:513-21.

    53. Feng R, Rampon C, Tang YP, Shrom D, Jin J, Kyin M, et al. Deficientneurogenesis in forebrain-specific presenilin-1 knockout mice isassociated with reduced clearance of hippocampal memorytraces. Neuron 2001;32:911-26.

    54. Gould E, McEwen BS, Tanapat P, Galea LA, Fuchs E. Neurogenesisin the dentate gyrus of the adult tree shrew is regulated bypsychosocial stress and NMDA receptor activation. J Neurosci1997;17:2492-8.

    55. Seki T, Arai Y. Age-related production of new granule cells in theadult dentate gyrus. Neuroreport 1995;6:2479-82.

    56. Tanapat P, Hastings NB, Rydel TA, Galea LA, Gould E. Exposure tofox odor inhibits cell proliferation in the hippocampus of adultrats via an adrenal hormone-dependent mechanism. J CompNeurol 2001;437:496-504.

    57. Drapeau E, Montaron MF, Aguerre S, Abrous DN. Learning-inducedsurvival of new neurons depends on the cognitive status of agedrats. J Neurosci 2007;27:6037-44.

    58. Mirescu C, Gould E. Stress and adult neurogenesis. Hippocampus2006;16:233-8.

    59. Zhang WJ, Tan YF, Yue JT, Vranic M, Wojtowicz JM. Impairment ofhippocampal neurogenesis in streptozotocin-treated diabetic rats.Acta Neurol Scand 2008;117:205-10.

    60. Bizon JL, Gallagher M. Production of new cells in the rat dentategyrus over the lifespan: Relation to cognitive decline. Eur JNeurosci 2003;18:215-9.

    61. Akirav I, Kozenicky M, Tal D, Sandi C, Venero C, Richter-Levin G.A facilitative role for corticosterone in the acquisition of a spatialtask under moderate stress. Learn Mem 2004; 11: 188-95.

    62. Bartolomucci A, de Biurrun G, Czeh B, van Kampen M, Fuchs E.Selective enhancement of spatial learning under chronic psycho-social stress. EurJ Neurosci 2002;15:18.63-6.

    63. Wood GE, Beylin AV, Shors TJ. The contribution of adrenal andreproductive hormones to the opposing effects of stress on traceconditioning in males versus females. Behav Neurosci 2001;115:175-87.

    64. Eisch AJ, Barrot M, Schad CA, Self DW, Nestler EJ. Opiates inhibitneurogenesis in the adult rat hippocampus. Proc Natl Acad Sci US A 2000;97:7579-84.

    65. Abrous DN, Adriani W, Montaron MF, Aurousseau C, Rougon G,Le Moal M, et al. Nicotine self-administration impairs hippocampalplasticity. J Neurosci 2002;22:3656-62.

    66. Nixon K, Crews FT. Binge ethanol exposure decreases neurogenesisin adult rat hippocampus. J Neurochem 2002; 83: 1087-93.

    67. Spain JW, Newsom GC. Chronic opioids impair acquisition ofboth radial maze and Y-maze choice escape. Psychopharma-cology [Berl] 1991;105:101-6.

    68. Matthews DB, Silvers JR. The use of acute ethanol administrationas a tool to investigate multiple memory systems. NeurobiolLearn Mem 2004;82:299-308.

    69. Scerri C, Stewart CA, Breen KC, Balfour DJ. The effects of chronicnicotine on spatial learning and bromodeoxyuridine incorporationinto the dentate gyrus of the rat. Psychopharmacology [Berl]2006;184:540-6.