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Abstract and Figures

Learning and memory are two important cognitive processes for the adaptation and survival of organisms. Both behaviors are processed in the central nervous system and their regulation requires the participation of several brain structures. One of these structures is the hippocampus, which is associated in part with declarative memory. Interestingly, the hippocampus is one of two regions of the adult brain where new neurons are being produced. These new neurons have the ability to integrate into the hippocampal neural networks. Recent data suggest that new neurons participate in the regulation of cognitive functions associated with the hippocampus. Therefore, the aim of this review is to briefly describe evidences that show the functional role of new neurons in the context of learning and memory.
Mecanismos sugeridos que regulan la neurogénesis y su efecto sobre el aprendizaje y la memoria espacial. El ambiente enriquecido, el ejercicio físico y nuevas experiencias son factores externos que inducen la liberación de factores de crecimiento como la Neurotrofina-3 (NT3), el factor cerebral derivado del cerebro (BDNF), el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), el factor de crecimiento parecido a la insulina 1 (IGF-1) o la hormona de crecimiento (GH), dichas moléculas producen efectos diferenciales sobre las distintas etapas de la neurogénesis. La estimulación en la neurogénesis favorece el aprendizaje y la memoria espacial. De forma paralela los factores de crecimiento regulan la liberación de neurotransmisores y la expresión de sus receptores, los cuales a su vez participan en la regulación de la neurogénesis. Algunos de estos neurotransmisores facilitan la potenciación a largo plazo (LTP), fenómeno involucrado directamente con la adquisición de nueva información. En contraste, el estrés y el envejecimiento tienen un efecto negativo sobre la producción de factores de crecimiento, inhibiendo por lo tanto la respuesta en la neurogénesis y en consecuencia en el aprendizaje y la memoria. Zona subgranular (ZSG), capa de células granulares (CCG), capa molecular (CM), 5-hidroxitriptamina (5-HT), dopamina (DA), glutamato (Glu), ácido gamma-aminobutírico (GABA), N-metil-D-aspartato (NMDA), ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4- isoxazolpropiónico (AMPA).
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ARTÍCULO DE REVISIÓN
ABSTRACT
Learning and memory are two important cognive processes
for the adaptaon and survival of organisms. Both behaviors
are processed in the central nervous system and their regulaon
requires the parcipaon of several brain structures. One of
these structures is the hippocampus, which is associated in part
with declarave memory. Interesngly, the hippocampus is one
of two regions of the adult brain where new neurons are being
produced. These new neurons have the ability to integrate into
the hippocampal neural networks. Recent data suggest that
new neurons parcipate in the regulaon of cognive funcons
associated with the hippocampus. Therefore, the aim of this
review is to briey describe evidences that show the funconal
role of new neurons in the context of learning and memory.
Keywords: Growth factors; cellular proliferaon; neurons; brain.
RESUMEN
El aprendizaje y la memoria son dos procesos cognivos
trascendentales para la adaptación y la supervivencia de los
organismos. Ambas conductas son procesadas en el sistema
nervioso central y su regulación requiere de la parcipación
de diversas estructuras cerebrales. Una de estas estructuras es
el hipocampo, el cual está asociado en parte con la memoria
declarava. De manera interesante, el hipocampo es una de
las dos regiones del cerebro adulto dónde se producen nuevas
neuronas. Estás nuevas neuronas enen la capacidad de
integrarse a las redes neuronales del hipocampo. Resultados
recientes sugieren que las nuevas neuronas parcipan en la
regulación de funciones cognivas asociadas a esta estructura
cerebral. Por lo tanto, el objevo de la presente revisión es
describir brevemente las evidencias que muestran el papel
funcional de las nuevas neuronas en el contexto del aprendizaje
y la memoria.
Palabras Clave: Factores de crecimiento; proliferación celular;
neuronas; cerebro.
Correspondencia:
Dr. Fabio García García
Instuto de Ciencias de la Salud
Avenidad Luis Castelazo Ayala s/n. Industrial Animas.
Xalapa. Veracruz.
Télefono 01 228 8418925. Fax 01 228 8418926
Email: fgarcia@uv.mx
1Doctorado en Ciencias de la Salud, Universidad Veracruzana.
2 Departamento de Biomedicina, Instuto de Ciencias de la Salud. Universidad Veracruzana.
Recibido: 26-01-2015 Aceptado: 23-04-2015
El hipocampo: neurogénesis y aprendizaje
Hippocampus: neurogenesis and learning
Juan David Olivares Hernández1,
Enrique Juárez Aguilar2,
Fabio García García2.
Rev Med UV, Enero - Junio 2015
21 www.uv.mx/rm
Introducción
La generación de nuevas neuronas en el cerebro de los mamíferos,
incluyendo el cerebro humano, es un fenómeno descrito
desde hace ya varios años. Dicho fenómeno se conoce como
neurogénesis y ocurre únicamente en dos regiones del cerebro
adulto; la pared de los ventrículos laterales y el giro dentado
del hipocampo. La presencia de neurogénesis se ha asociado
a múlples factores entre los que destaca el aprendizaje y su
respecva consolidación denominada memoria. Un número
considerable de trabajos realizados en roedores han mostrado
que cuando se aprende una tarea, el número de nuevas
neuronas en el giro dentado del hipocampo se incrementa de
forma abundante. Lo cual sugiere que el aprendizaje es un factor
que esmula la proliferación de nuevas neuronas, muchas de
las cuales no sobreviven y pocas se integran al circuito cerebral
para ser funcionales. En este sendo, el objevo de la presente
revisión es describir los principales hallazgos experimentales
que asocian la generación de nuevas neuronas con adquisición
de nueva información, así como los mecanismos celulares
implicados en la regulación de dicho fenómeno.
Aprendizaje y memoria
Adaptavamente, el aprendizaje y la memoria son procesos
cognivos vitales para los organismos que forman parte del
reino animal. El ambiente es un entorno cambiante, por lo que
animales que viven en ambientes que cambian connuamente
necesitan de una plascidad conductual. La plascidad es una
propiedad de los sistemas biológicos que les permite adaptarse
a los cambios del medio para sobrevivir, la cual depende de los
cambios siológicos que ocurran al interior. En este sendo, el
sistema nervioso posee una plascidad altamente desarrollada
y evidente en las primeras etapas del desarrollo, sobre todo en
los mamíferos. A nivel neuronal los cambios pláscos pueden
ser visualizados a través de un incremento del árbol dendríco
y del número de espinas dendrícas, que mejoran los contactos
sinápcos y en consecuencia la comunicación entre las neuronas.
Desde hace empo se sabe que el aprendizaje y la memoria
son eventos que favorecen la plascidad, y entre más plásco
es el sistema nervioso mayor es la capacidad de aprendizaje de
los organismos. El aprendizaje puede considerarse como una
modicación estructural y funcional del sistema nervioso que
da como resultado un cambio en la conducta relavamente
permanente. La información aprendida es retenida o almacenada
en los circuitos neuronales que forman el cerebro y constuye
lo que denominamos memoria. La memoria es la consecuencia
usual del aprendizaje y dicilmente nos referimos a alguno de
estos términos de manera independiente.
En los mamíferos se han descrito diferentes pos de
memoria y cada uno de estos pos involucra la parcipación
de áreas cerebrales y neurotransmisores especícos. De
acuerdo a las caracteríscas conductuales y las estructuras
cerebrales implicadas, se han caracterizado tres pos de
memoria: la de trabajo, la implícita y la explícita 1. La memoria
de trabajo también llamada cognición ejecuva, consiste en
la representación consciente y manipulación temporal de la
información necesaria para realizar operaciones cognivas
complejas, como el aprendizaje, la comprensión del lenguaje
o el razonamiento 2, 3. La corteza prefrontal podría ser el lugar
sede de esta memoria, además se sugiere que esta estructura
cerebral podría funcionar como un lugar “on line durante
cortos periodos de empo de representaciones de esmulos
ausentes 4. Por otra parte, la memoria implícita, procedimental
o no declarava es la memoria de las cosas que hacemos
runariamente. Se le considera automáca, inconsciente y dicil
de verbalizar. Su adquisición es gradual y se perfecciona con la
prácca. Este po de memoria deriva de pos de aprendizaje
básico, como la habituación y la sensibilización, el aprendizaje
percepvo y motor o el condicionamiento clásico e instrumental
5. Anatómicamente, la memoria implícita requiere de diferentes
estructuras cerebrales que han sido involucradas con el
aprendizaje procidemental, por ejemplo, los ganglios basales
con el aprendizaje de hábitos y habilidades 6, el cerebelo con los
condicionamientos de respuestas motoras 7 y la amígdala con
los condicionamientos emocionales 8. Aunque el sio principal
de almacenamiento de esta memoria radica en estructuras
subcorcales y en algunos casos depende directamente del
neocortex 9. Finalmente, el sistema de memoria explícita,
también conocida como memoria declarava, relacional o
cogniva es el almacenamiento cerebral de hechos (memoria
semánca) y eventos (memoria episódica) 10, 11 ,12. Este po
de memoria se adquiere en pocos ensayos a diferencia de la
memoria implícita y se disngue por expresarse en situaciones
y modos diferentes a los del aprendizaje original, por lo que es
considerada como una memoria de expresión exible. Un po
de memoria declarava es la memoria espacial que consiste en
múlples mecanismos especializados en codicar, almacenar
y recuperar información acerca de rutas, conguraciones y
localizaciones espaciales 13, 14, 15. El hipocampo parece ser la
estructura cerebral que está crícamente relacionado en este
po de memoria declarava 16, 17.
Sustrato anatómico de la memoria declarava: el hipocampo
El hipocampo deriva de la región medial del telencéfalo, forma
parte del sistema límbico y tiene un papel importante en la
adquisición del aprendizaje espacial y la consolidación de la
memoria a largo y corto plazo. Anatómicamente, está organizado
en el cuerno de Amón (hipocampo propio) y el giro dentado
(separados por la fisura hipocampal); el complejo subicular,
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formado por el presubiculum, el subiculum y el
parasubiculum; y la corteza entorrinal 18, 19, 20. El
cuerno de Amón está dividido en tres áreas: CA1,
CA2 y CA3 (figura 1).
La mayor entrada de fibras en
el hipocampo proviene de la corteza
parahipocampal que es la principal vía de entrada
de aferencias neocorticales de procesamiento
provenientes de distintas áreas dorsales,
como la corteza parietal posterior, la corteza
retrosplenial, la corteza prefrontal dorsolateral
o de la parte dorsal del surco temporal superior
estructuras estrechamente asociadas en la
codificación de la localización espacial de los
estímulos 21, 22. Estas aferencias son distribuidas
hacia la corteza entorrinal. Las células de las
capas II y III de esta corteza envían sus axones
hasta el giro dentado y el hipocampo a través de
la vía perforante, atravesando la capa de células
piramidales del subiculum 23, 24. Por otra parte, las
neuronas piramidales de la región CA3 proyectan
sus axones hacia las dendritas de las neuronas
piramidales de las CA1 mediante los colaterales
de Schaffer. Así mismo, los axones provenientes
de la región CA3 proyectan hacía todo el hipocampo mediante
proyecciones comisurales, entre hemisferios y/o asociativas, en
el mismo hemisferio 25, 26, 27. Mientras que las neuronas granulares
del giro dentado proyectan sus axones o fibras musgosas hacia
las dendritas proximales de las neuronas piramidales de la
región CA3, atravesando el hilus 28, 29.
El circuito del procesamiento de la información de la
memoria declarativa es el llamado circuito trisináptico 30. Este
circuito inicia en la vía perforante de la corteza entorrinal.
Primeramente, las neuronas de la corteza entorrinal envía sus
proyecciones hacía las células granulares del giro dentado. En
seguida, estás células proyectan sus axones hacia las neuronas
piramidales de la región CA3, las cuales finalmente envían
sus axones hasta las neuronas piramidales de la región CA1
mediante los colaterales de Schaffer (figura 1). La información
procesada mediante este circuito trisináptico permite relacionar
diferentes aferencias sensoriales pertenecientes a diversos
estímulos gracias a que las células piramidales del hipocampo
tienen un alto grado de interconexión, facilitando las relaciones
entre las diferentes entradas de información 31.
Hipocampo y memoria declarava
Actualmente existe amplia evidencia del papel críco que
juega el hipocampo en la memoria declarava. Las lesiones en
el hipocampo y sus conexiones subcorcales en pacientes con
amnesia producen décits selecvos en la memoria declarava,
sin embargo la capacidad de disnguir nuevos objetos con base
en su familiaridad permanece intacta 32, 33. Además se
observó que en estos pacientes el hipocampo ene la función
de mantener la habilidad de asociar objetos en la memoria y
recordar asociaciones contextuales en comparación con el
recuerdo de objetos únicos con base en su familiaridad 34, 35. Otros
estudios clínicos han mostrado que la corteza parahipocampal
se acva durante la presentación de escenas espaciales o
durante la memorización de objetos relacionados fuertemente
con lugares especícos 36, 37. El hipocampo es, por tanto, una
estructura críca para procesar y recordar información espacial
y contextual.
La parcipación del hipocampo en la memoria explícita
ha sido estudiada por medio de la memoria espacial. La memoria
espacial consiste en múlples mecanismos especializados en
codicar, almacenar y recuperar información acerca de rutas,
conguraciones y localizaciones espaciales 13, 14, 15. Esta memoria
puede ser evaluada en humanos y en modelos animales, en
los cuales la solución de la tarea depende de la información
disponible. Experimentos con ratas han mostrado que las
lesiones hipocampales afectan negavamente la adquisición
y retención del aprendizaje espacial cuándo las ratas son
entrenadas en la búsqueda de una plataforma oculta pocos
cenmetros por debajo del agua (laberinto acuáco de Morris)
38, 39, 40, 41. De manera interesante, pacientes con lesiones en el
Figura 1. Esquema de los circuitos en el hipocampo adulto. La tradicional vía excitatoria trisináptica
(Corteza entorrinal (CE)-giro dentado (GD)-CA3-CA1-CE) es descrita por las flechas de colores (flecha
azul: vía perforante; flecha naranja: vía de fibras musgosas; flecha verde: colaterales de Schaffer; flecha
roja; proyecciones de CA1 ha la CE) . Los axones de las neuronas de la capa II de la corteza entorrinal (CE)
proyectan hacía el giro dentado a través de la vía perforante (VP), incluyendo la vía perforante lateral
(VPL). El giro dentado envía proyecciones a las células piramidales de CA3 a través de las fibras musgosas.
Las neuronas piramidales de CA3 descargan la información a las neuronas piramidales de CA1 a través
de los colaterales de Schaffer. A su vez, las neuronas piramidales de CA1 envían las proyecciones dentro
de la capa de neuronas de la corteza entorrinal. CA3 también recibe proyecciones directas de la capa II
de la corteza entorrinal a través de la vía perforante, mientras que CA1 recibe entradas directas de la
capa III de la corteza entorrinal a través de la vía temporoammonica (VP). Las células del giro dentado
también proyectan a las células musgosas del hilus e interneuronas hilares que envían proyecciones
excitarías e inhibitorias respectivamente, hacías las neuronas granulares. Abreviaturas: CE: corteza
entorrinal; GD: giro dentado; Sub:subiculum.
El hipocampo: neurogénesis y aprendizaje
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hipocampo enen graves dicultades en un test
virtual semejante al laberinto acuáco de Morris 42,
43. Las afectaciones en el aprendizaje espacial son
proporcionales con el volumen de tejido dañado y
dependen de la región anatómica del hipocampo
lesionado, ya que las lesiones en el hipocampo dorsal
producen un mayor deterioro en el aprendizaje que
las lesiones en el hipocampo ventral 44. Las lesiones
hipocampales parecen deteriorar especícamente
el aprendizaje y la memoria espacial, ya que las ratas
con el hipocampo dañado muestran dicultades
para aprender tareas espaciales como la localización
de una plataforma escondida pero no para adquirir
una tarea de discriminación no espacial 44, 45.
Entonces, parece claro que el hipocampo juega un
papel críco para procesar y recordar información
espacial.
Por otro lado, registros de acvidad
unitaria (registro de potenciales de acción) han
reportado la presencia de neuronas denominadas
de “lugar” en el hipocampo de la rata, estás células
se denominan así porque disparan sus potenciales
de acción cuando la rata reconoce un lugar en el que
previamente se le había colocado 46, 47. En conjunto
estás evidencias sugieren que el hipocampo es
una estructura cerebral implicada en aspectos
cognivos que involucran el reconocimiento de
la ubicación espacial, para lo cual los sujetos se
ayudan de la esmación de la distancia entre un
objeto y los esmulos relacionados que lo llevaron a encontrarlo
48. Aunque, es claro que el hipocampo juega un papel críco en
el aprendizaje espacial, el mecanismo es complejo y requiere
de la acción coordinada del hipocampo con otras estructuras
cerebrales.
Hipocampo y neurogénesis
El giro dentado del hipocampo junto con la zona subventricular
de los ventrículos laterales del cerebro de mamífero son los dos
sios de generación de nuevas neuronas durante la etapa adulta,
y se sabe que dichas neuronas enen un papel importante
en varias funciones del sistema nervioso central 49, 50, 51. El
fenómeno de producción de nuevas células es conocido con el
término de neurogénesis y generalmente se reere al proceso
de proliferación, migración, supervivencia y diferenciación
de nuevas células 52, 53, 54 (gura 2). La neurogénesis ocurre
connuamente en el giro dentado del hipocampo adulto y
comparte algunas caracteríscas con la neurogénesis que ene
lugar durante el desarrollo embrionario. Durante el proceso
de neurogénesis concurren células troncales y progenitores
neurales, en conjunto conocidos como precursores neurales,
originados a parr de la división asimétrica de las primeras, las
cuales darán lugar a los tres pos principales de células en el
sistema nervioso central: neuronas, glia y oligodendrocitos 55,
56, 57.
La neurogénesis en el giro dentado del hipocampo
se demostró hace cuarenta años en autoradiograas tomadas
de una zona, la cual en contraste con la zona subventricular,
no se localiza cerca de las paredes de los ventrículos laterales;
sino que se encuentra localizada por debajo del borde medial
del hipocampo y en su profundidad. Actualmente, esta zona
es conocida como zona subgranular 58. En este sio se localiza
una población de células troncales con caracteríscas de la glía
radial 59,60, que enen lamentos intermedios como la nesna
y la proteína acídica brilar (GFAP, por sus siglas en inglés).
Los progenitores que se originan a parr de esta población, se
comprometen a un linaje neural parcular entre tres y siete días
después de su nacimiento 61. Posteriormente, las nuevas células
que logran diferenciarse se clasican como po celular 2a, 2b
y 3 dependiendo de los marcadores celulares que expresen.
Especícamente, los pos celulares 2b y 3, expresan la proteína
Figura 2. Representación de las etapas del proceso de la neurogénesis y de los marcadores celulares
que idencan a cada proceso. La neurogénesis inicia con la proliferación de una célula troncal
neural (célula de color azul) localizada en la zona subgranular del giro dentado, que dará origen a
progenitores neurales (células de color verde) de los cuales se originarán las nuevas neuronas. Los
progenitores neuronales inician la migración hacía la capa de células granulares del giro dentado,
sio dónde alcanzarán su madurez. Una etapa críca de la neurogénesis es el mantenimiento
de la supervivencia de las nuevas neuronas, ya que esto permirá su integración a los circuitos
neuronales del hipocampo. Durante la neurogénesis los progenitores neuronales expresan proteínas
especícas a lo largo de su maduración. Estas proteínas pueden ser detectadas por técnicas de
inmunohistoquímica ulizando ancuerpos especícos. Por ejemplo, una célula inmadura puede
idencarse por la detección de la proteína nesna, mientras que una neurona madura por la
presencia de la proteína NeuN (para detalles vea el texto). Abreviaturas: zona subgranular (ZSG),
capa de células granulares (CCG), capa molecular (CM).
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doblecorna, una proteína que se une a los microtúbulos y
que es un marcador de neuronas inmaduras 62, 63, entre uno y
catorce días después de su generación. Estas células muestran
caracteríscas de células progenitoras ya que algunas de ellas
co-expresan Ki-67 (un marcador de proliferación celular) y
por lo tanto son capaces de dividirse 64,65. El po 2b expresa el
marcador neuronal NeuN 72 horas después de su generación.
Por otra parte, este mismo po puede dividirse una vez más y
dar origen al po celular 3, el cual expresa doblecorna y NeuN.
Los tres pos celulares expresan la proteína polisializada de
NCAM (PSA-NCAM) 66.
La mayoría de la progenie de las células precursoras
neurales dará origen a neuronas granulosas dentadas. Durante
su proceso de madurez estas células reciben esmulos
gabaérgicos ocho días después de su nacimiento y esmulos
glutamatérgicos por un periodo de 18 días, además enen un
bajo umbral para la inducción de la potenciación a largo plazo
(LTP por sus siglas en inglés) y una mejor plascidad sinápca 67,
68, 69, 70. Estas nuevas células migran, se diferencian y se integran
a la capa subgranular del giro dentado del hipocampo entre una
y cuatro semanas después de su generación. Posteriormente,
desarrollan un axón y generan procesos neurícos que les
permite integrarse sinápcamente entre dos y cuatro semanas
después de su nacimiento 71. Las nuevas neuronas envían sus
proyecciones axonales hacia CA3 y arborizaciones dendrícas
hacia la capa granular, lo que sugiere que hacen sinapsis
antes de ser completamente maduras 72. De las nuevas células
generadas, un bajo porcentaje se diferencia en astrocitos
(posivos a los marcadores GFAP/S100B). Experimentos en
monos, han demostrado que un alto porcentaje de las nuevas
células generadas se comprometen a ser neuronas, expresando
marcadores neuronales como: TuJ1, TOAD-64, NeuN, y calbindina
y raramente marcadores de astrocitos (GFAP) u oligodendrocitos
(CNP) 73, 74.
Neurogénesis hipocampal y aprendizaje espacial
Una de las preguntas frecuentes en la invesgación de la
neurogénesis hipocampal es si la producción de nuevas neuronas
en el giro dentado podría ser relevante en el aprendizaje
espacial asociado al hipocampo. La posible implicación de la
neurogénesis hipocampal en el aprendizaje espacial, podría
explicarse considerando que la neurogénesis es esmulada por
el aprendizaje y este a su vez por la neurogénesis 75, 76. Estudios
previos han demostrado que algunas experiencias como el
aprendizaje espacial, el ambiente enriquecido y el ejercicio
sico voluntario incrementan las tasas de neurogénesis en el
giro dentado 77, 78, 79, 80. De manera interesante, estas experiencias
están asociadas con un aumento en el rendimiento cognivo,
probablemente a través de la incorporación de las nuevas
neuronas a las redes neurales del hipocampo.
El aprendizaje espacial dependiente de hipocampo
es uno de los principales reguladores de la neurogénesis
hipocampal. Especícamente, la neurogénesis en el giro dentado
se incrementa por el aprendizaje de tareas dependientes de
hipocampo como son: el condicionamiento de traza de la
respuesta de parpadeo, aprendizaje espacial en el laberinto
acuáco de Morris y la preferencia de comida condicionada 81, 82.
Por el contrario, el aprendizaje no dependiente del hipocampo,
como el condicionamiento demorado de la respuesta de
parpadeo y la evitación acva no favorecen la neurogénesis
en el giro dentado. Se ha reportado que el aprendizaje per se,
y no el entrenamiento, es el factor que induce la acvación y
la regulación de la neurogénesis hipocampal 83. Por ejemplo, el
aprendizaje espacial en el laberinto acuáco de Morris produce
efectos diferenciales sobre el desarrollo de los precursores
neurales del giro dentado 84, 85. En este sendo, se ha reportado
que el aprendizaje induce apoptósis de las nuevas células durante
la fase inicial del aprendizaje, aquellas células nacidas tres días
antes de iniciar el entrenamiento, y la supervivencia de aquellas
neuronas maduras, nacidas siete días antes de comenzar el
entrenamiento 86, 87, 88, 89, 90. La muerte celular inducida por el
aprendizaje es especíca para la zona subgranular del giro
dentado, ya que no se observó en CA1 y CA3 En contraste, la
inhibición de la apoptosis en ratas que comienzan a aprender
una tarea muestra un deterioro del recuerdo de la posición de la
plataforma oculta, así como una disminución de la proliferación
celular, caracterísca de la fase inicial del aprendizaje. En
conjunto, estas evidencias sugieren que el aprendizaje espacial
acva un mecanismo similar al proceso de estabilización
selecva que se observa durante el desarrollo embrionario del
cerebro, donde la neurogénesis se regula por la selección acva
de algunas nuevas neuronas y la eliminación de otras 91, 92,93. Por
tanto, es razonable proponer que tanto la supervivencia y la
apoptosis de las nuevas células son eventos de selección que
dependen directamente del periodo de aprendizaje.
Otro factor que regula la neurogénesis y que a su vez
promueve el aprendizaje espacial es el ambiente enriquecido.
Un ambiente enriquecido consiste en colocar un grupo de
roedores (n 8) en una caja más grande que la caja estándar,
esta caja conene objetos de diferentes formas, texturas y
tamaños, lo cual permite una esmulación sensorial y motora
que impacta fuertemente el desarrollo del cerebro 94,96. En este
contexto, colocar a roedores por una semana en un ambiente
enriquecido favorece la supervivencia de las nuevas células
en el giro dentado, tres semanas posteriores a su nacimiento
95. Adicionalmente, el ambiente enriquecido incrementa la
neurogénesis en el hipocampo y favorece el desempeño de
los roedores en pruebas de aprendizaje y memoria espacial
El hipocampo: neurogénesis y aprendizaje
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dependientes de hipocampo 96.
Por otra parte, existe reportes de
que el ejercicio aeróbico además de contribuir
posivamente a la salud integral de los individuos,
también ene efectos posivos sobre la neurogénesis
y el aprendizaje 97, 98, 99,100. En roedores, el ejercicio
voluntario (correr en un rueda) incrementa la
proliferación de nuevas neuronas en el giro dentado
93. El ejercicio además favorece la ecacia sinápca
en neuronas del giro dentado y mejora el aprendizaje
espacial de los roedores en el laberinto acuáco de
Morris 101,102. Estos resultados sugieren que la mejora
en el aprendizaje debido al ejercicio se debe en parte
a la inducción de neurogénesis en el hipocampo.
El ejercicico favorece la sintesís y liberación de
neurotransmisores, hormonas y pépdos que
seguramente inducen la proliferación de nuevas
neuronas (gura 3). Parcularmente, se ha mostrado
que los niveles de RNAm del factor de crecimiento
derivado del cerebro (BDNF por su siglas en inglés)
se incrementa en el hipocampo del ratón después de
ejercicio 103.
En resumen, el ambiente enriquecido y el
ejercicio como factores inductores de neurogénesis
pueden tener mediadores químicos comunues que
facilitan la proliferación de nuevas neuronas y entre
los que se destacan los factores de crecimiento, las
hormonas y neurotransmisores (gura 3).
Conclusiones
La relación entre la neurogénesis hipocampal y el
aprendizaje y la memoria es evidente, las nuevas
neuronas generadas en el hipocampo proporcionan
el substrato anatómico que procesa y codica la
nueva información adquirida, sin embargo no se sabe
si dichas neuronas remplazan a las viejas por ser estás ya no
funcionales o bien si las neuronas viejas se manenen porque
conservan información relevante aprendida enteriormente,
ambos esquemas enen que ser invesgados para entender si el
recambio de neuronas en el hipocampo es un proceso connuo
y si todo aquello que aprendemos es condición para inducir
neurogenesis. En este sendo la inducción de neurogénesis
asociada al aprendizaje depende de varios factores: i) del po
de tarea de aprendizaje, ii) de las demandas especícas que
requiera la ejecución de la tarea y iii) del momento en que se
ejecuta la tarea. En este contexto, la neurogénesis asociada a la
adquisición de tareas nuevas, que empo después se traducen
en memoria, es un proceso complejo, mulfactorial y con
interrogantes que aún deben ser resultas.
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Figura 3. Mecanismos sugeridos que regulan la neurogénesis y su efecto sobre el aprendizaje y la
memoria espacial. El ambiente enriquecido, el ejercicio sico y nuevas experiencias son factores
externos que inducen la liberación de factores de crecimiento como la Neurotrona-3 (NT3), el factor
cerebral derivado del cerebro (BDNF), el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), el factor
de crecimiento parecido a la insulina 1 (IGF-1) o la hormona de crecimiento (GH), dichas moléculas
producen efectos diferenciales sobre las disntas etapas de la neurogénesis. La esmulación en
la neurogénesis favorece el aprendizaje y la memoria espacial. De forma paralela los factores
de crecimiento regulan la liberación de neurotransmisores y la expresión de sus receptores, los
cuales a su vez parcipan en la regulación de la neurogénesis. Algunos de estos neurotransmisores
facilitan la potenciación a largo plazo (LTP), fenómeno involucrado directamente con la adquisición
de nueva información. En contraste, el estrés y el envejecimiento enen un efecto negavo sobre la
producción de factores de crecimiento, inhibiendo por lo tanto la respuesta en la neurogénesis y en
consecuencia en el aprendizaje y la memoria. Zona subgranular (ZSG), capa de células granulares
(CCG), capa molecular (CM), 5-hidroxitriptamina (5-HT), dopamina (DA), glutamato (Glu), ácido
gamma-aminoburico (GABA), N-mel-D-aspartato (NMDA), ácido α-amino-3-hidroxi-5-mel-4-
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El hipocampo: neurogénesis y aprendizaje
... In this subject, the plasticity of the brain plays an indispensable role because it allows the individual to acquire, and sometimes memorize indefinitely the information of the environment. Learning and memory are elements that contribute to plasticity, and the more plastic the brain of the individual is the greater the ability to acquire knowledge (Olivares et al., 2015). It is necessary to mention the two known memory types: implicit and explicit. ...
... The evolution of learning: beyond neural networks Brain flexibility is produced by the ability of plasticity that the brain possesses, and thanks to such plasticity the subject has the possibility to learn and adapt with ease. Olivares, Juárez & García 2015 Hippocampus: neurogenesis and learning ...
... The ability to plasticity (Dzib, 2013a), which has the brain allows the individual to learn and adapt at all times to the environment around him. Memory and learning are two key elements that contribute to this brain plasticity, learning is more optimal the greater the plastic capacity of the brain (Olivares et al., 2015). ...
Article
Full-text available
This article provided a brief analysis of an important human organ and the influences it has on personal and formal learning in the educational field. The specific topics that were investigated are the brain and its importance in learning, characteristics of the hemispheres of the brain learning and the contribution of neuroscience in the teaching-learning process. The first topic mentions how the brain influences learning and the role of memory in that process. The next topic focuses on the characteristics and functions performed by the two brain hemispheres. The latest content deals with the contribution of neuroscience in the educational field, here is detailed on how neural networks combined with the environment where the student performs to make learning possible. The descriptive methodology, based on the review of current bibliographic sources, was used. The purpose of this document is to provide the reader with true and up-to-date sources of information on an organ that integrates complex and necessary ideas for the human being.
... A neurogênese tem sido associada a múltiplos fatores, entre os quais a aprendizagem e sua consolidação é chamada de memória. Um trabalho com roedores tem mostrado que quando uma tarefa é aprendida, o número de neurônios no giro dentado hipocampal aumenta drásticamente, isso sugere que o aprendizado é um fator estimulante para a proliferação de novos neurônios, muitos não sobrevivem e poucos integram-se nos circuitos do cérebro para tornarem-se funcionais (Olivares HJD, Juárez AE, García GF, 2015). ...
... A neurogênese tem sido associada a múltiplos fatores, entre os quais a aprendizagem e sua consolidação é chamada de memória. Um trabalho com roedores tem mostrado que quando uma tarefa é aprendida, o número de neurônios no giro dentado hipocampal aumenta drásticamente, isso sugere que o aprendizado é um fator estimulante para a proliferação de novos neurônios, muitos não sobrevivem e poucos integram-se nos circuitos do cérebro para tornarem-se funcionais (Olivares HJD, Juárez AE, García GF, 2015). ...
... Finalmente, con el análisis que hemos obtenido de la representatividad en nuestra muestra de los perfiles de inteligencia, y teniendo en cuenta la alta representatividad que posee el estilo de aprendizaje cinestésico, sería interesante trabajar con este tipo de alumnos e incluir en el aula actividades que fomenten la movilidad de los estudiantes, como la creación de maquetas, así como la interacción con el entorno natural, aprovechando también la relevancia que tiene esto en el aprendizaje; cómo la actividad física fomenta la neurogénesis (Hillman, Erickson y Kramer, 2008;Kempermann, 2012), promueve una mejora de la memoria (Erickson et al., 2011) además de obviamente contribuir de forma significativa a mejorar la salud de los estudiantes (Hernández, Aguilar y García, 2015). ...
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En este estudio se realiza un análisis descriptivo e inferencial de las emociones experimentadas por una muestra de maestros en formación hacia la enseñanza de las ciencias, la identificación de su estilo de aprendizaje según la teoría de las inteligencias múltiples de Gardner (2011), el estudio de la percepción de autoeficacia hacia los distintos contenidos científicos y el establecimiento de correlaciones entre las variables. Los resultados obtenidos muestran que los maestros en formación sienten mayor rechazo hacia la física y química que hacia la biología y geología y que es posible establecer diferencias en las emociones hacia las ciencias según sus estudios de procedencia. Con respecto a la autoeficacia, se encuentran correlaciones entre sentir emociones positivas hacia la ciencia y tener una mayor autoeficacia frente a la enseñanza de los contenidos. También entre poseer determinados estilos de inteligencia, emociones y autoeficacia.
... La consolidación de la memoria explícita ocurre en este circuito hipocampal y luego la memoria es almacenada en las mismas cortezas de asociación sensoriales desde las cuales se envió la información inicialmente. Esto explica porque la lesión del hipocampo evita la generación de nuevos recuerdos, pero no provoca la pérdida de recuerdos anteriores a la lesión (Olivares et al., 2015). Esta pérdida de memoria recibe el nombre de amnesia de hipocampo y corresponde a una amnesia anterógrada inespecífica. ...
... With the analysis in our sample of intelligence profiles, and taking into account the high representation of the kinaesthetic learning style, it would be interesting to work with pupils of this type. Contents promoting physical and sports activities in the classes should be included, taking advantage also of the relevance that this has on learning and how it promotes neurogenesis (Hillman et al., 2008;Kempermann, 2012) and the improvement of memory (Erickson et al., 2011), in addition to obviously contributing significantly to improve the pupils' health (Hernández et al., 2015). ...
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This research offers a descriptive and inferential analysis of the emotions toward the teaching of science felt by 144 second-year students of a Primary Education bachelor's degree course, identifying their learning styles in accordance with the theory of Multiple Intelligences, studying their perception of self-efficacy concerning the different scientific contents they would need to teach, and establishing correlations between these variables. The investigation is quantitative in character, carried out via a survey, using SPSS and JASP for the data analysis. The results show that these prospective teachers feel greater rejection toward Physics and Chemistry than toward Biology and Geology (they mainly express enthusiasm for the latter). It is possible to establish differences in the emotions that the prospective teachers feel toward science depending on which path they took in their pre-university studies (Arts or Sciences). There are correlations between feeling positive emotions and having greater self-efficacy in teaching those same scientific topics. Those who feel negative emotions, such as fear or rejection, toward Physics and Chemistry have lower self-efficacy. There are correlations between having greater self-efficacy when teaching science and having a predominantly logical-mathematical intelligence. There is also a relationship between having a predominantly logical-mathematical type of intelligence and feeling more positive emotions toward sciences. Predictors of emotional dimension and self-efficacy have been also explored by multiple regression.
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Spatial memory in rodents can be erased following the infusion of zeta inhibitory peptide (ZIP) into the dorsal hippocampus via indwelling guide cannulas. It is believed that ZIP impairs spatial memory by reversing established late-phase long-term potentiation (LTP). However, it is unclear whether other forms of hippocampus-dependent memory, such as recognition memory, are also supported by hippocampal LTP. In the current study, we tested recognition memory in rats following hippocampal ZIP infusion. In order to combat the limited targeting of infusions via cannula, we implemented a stereotaxic approach for infusing ZIP throughout the dorsal, intermediate, and ventral hippocampus. Rats infused with ZIP 3-7 days after training on the novel object recognition task exhibited impaired object recognition memory compared to control rats (those infused with aCSF). In contrast, rats infused with ZIP 1 month after training performed similar to control rats. The ability to form new memories after ZIP infusions remained intact. We suggest that enhanced recognition memory for recent events is supported by hippocampal LTP, which can be reversed by hippocampal ZIP infusion.
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New neurons continue to be generated in the dentate gyrus throughout life, providing this region of the hippocampus with exceptional structural plasticity, but the function of this ongoing neurogenesis is unknown. Inhibition of adult neurogenesis produces some behavioral impairments that suggest a role for new neurons in learning and memory; however, other behavioral changes appear inconsistent with this function. A review of studies investigating the function of the hippocampus going back several decades reveals many ideas that seem to converge on a critical role for the hippocampus in stress response and emotion. These potential hippocampal functions provide new avenues for investigating the behavioral functions of adult neurogenesis. And, conversely, studies in animals lacking adult neurogenesis, which are likely to have more limited and more specific impairments than are seen with lesions, may provide valuable new insights into the function of the hippocampus. A complete understanding of the function of the hippocampus must explain its role in emotion and the relationship between its emotional and memory functions. Expected final online publication date for the Annual Review of Psychology Volume 66 is November 30, 2014. Please see http://www.annualreviews.org/catalog/pubdates.aspx for revised estimates.
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Adult neurogenesis is a unique form of structural plasticity in the brain. Localized specifically to the dentate gyrus region, new granule cells continue to integrate into the functioning circuit throughout life. Over the last 2 decades, neurogenesis has gone from a controversial side note within the hippocampal community to a process believed to potentially impact many aspects of learning and memory. Here, we will provide a basic overview of the neurogenesis process, both in terms of its anatomical and physiological development and its tight coupling to physical and cognitive behavior. We will then summarize the current hypotheses explaining how new neurons could affect dentate gyrus and hippocampal function, touching both on theoretical and computational studies. From this perspective, we will review results from behavioral studies in animal knockdowns of neurogenesis and the observations of new neuron behavior during behavioral tasks.
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This book introduces the brain's remarkable capacity for memory. Like the first edition, this updated second edition begins with a history of memory research, starting with a 'Golden Era' at the turn of the 20th century, and progressing to our current understanding of the neurobiology of memory. Subsequent sections of the book discuss the cellular basis of memory, amnesia in humans and animals, the physiology of memory; declarative, procedural, and emotional memory systems; memory consolidation, and the control of memory by the prefrontal cortex. The book is organized into four sections, which highlight the major themes of the text. The first theme is connection, which considers how memory is fundamentally based on alterations in the connectivity of neurons. The first section of the book covers the most well studied models of cellular mechanisms of neural plasticity that may underlie memory. The second theme is cognition, which involves fundamental issues in the psychological structure of memory. This next section of the book considers the competition among views on the nature of cognitive processes that underlie memory, and tells how the controversy was eventually resolved. The third theme is compartmentalization, which is akin to the classic problem of memory localization. However, unlike localization, the notion of 'compartments' is intended to avoid the notion that particular memories are pigeon-holed into specific loci, and instead emphasize that different forms of memory are accomplished by distinct modules or brain systems. This third section of the book surveys the evidence for multiple memory systems, and outlines how they are mediated by different brain structures and systems. The fourth and final theme is consolidation, the process by which memories are transformed from a labile trace into a permanent store. © 2012, 2002 by Oxford University Press, Inc. All rights reserved.
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Studies of human cerebral cortex development are limited by difficulties in accessing and manipulating human neural tissue at specific development stages. We have derived human radial glia (hRG), which are responsible for most cerebral cortex neurogenesis, from human pluripotent stem cells. These hRG display the hallmark morphological, cellular, and molecular features of radial glia in vitro. They can be passaged and generate layer-specific subtypes of cortical neurons in a temporal and passage-dependent fashion. In later passages, they adopt a distinct progenitor phenotype that gives rise to cortical astrocytes and GABAergic interneurons. These hRG are also capable of following developmental cues to engraft, differentiate, migrate, and integrate into the embryonic mouse cortex when injected into E14 lateral ventricles. Moreover, hRG-derived cells can be cryopreserved at specific stages and retain their stage-specific phenotypes and competence when revived. Our study demonstrates that cultured hRG maintain a cell-intrinsic clock that regulates the progressive generation of stage-specific neuronal and glial subtypes. It also describes an easily accessible cell source for studying hRG lineage specification and progression and an on-demand supply of specific cortical neuron subtypes and astrocytes. ©AlphaMed Press.
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Physical exercise and stressful experiences have been shown to exert opposite effects on behavioral functions and brain plasticity, partly by involving the action of brain-derived neurotrophic factor (BDNF). Although epigenetic modifications are known to play a pivotal role in the regulation of the different BDNF transcripts, it is poorly understood whether epigenetic mechanisms are also implied in the BDNF modulation induced by physical exercise and stress. Here we show that total BDNF mRNA levels and BDNF transcripts 1, 2, 3, 4, 6, 7 were reduced immediately after acute restraint stress in the hippocampus of mice, and returned to control levels 24 hours after the stress session. On the contrary, exercise increased BDNF mRNA expression and counteracted the stress-induced decrease of BDNF transcripts. Physical exercise-induced upregulation of BDNF transcripts was accounted for by increase in histone H3 acetylated levels at specific BDNF promoters, while the histone H3 tri-methylated lysine 27 (H3K27) and di-methylated lysine 9 (H3K9) levels were unaffected. Acute restraint stress did not change the levels of acetylated and methylated histone H3 at the BDNF promoters. Furthermore, we found that physical exercise and restraint stress were able to differentially modulate the histone deacetylases (HDACs) mRNA levels. Finally, we report that a single treatment with HDAC inhibitors, prior to acute stress exposure, prevented the downregulation of total BDNF and BDNF transcripts 1, 2, 3, 6, partially reproducing the effect of physical exercise. Overall, these results suggest that physical exercise and stress are able to differentially modulate the expression of BDNF transcripts by possible different epigenetic mechanisms. This article is protected by copyright. All rights reserved. © 2015 Wiley Periodicals, Inc.