Inhibición y excitación de la corteza visual humana durante el aprendizaje de miedo. Inhibition and excitation of the human visual cortex during fear learning

• Autores: Alejandro Santos Mayo
• Directores de la Tesis: Gianluca Susi (dir. tes.), Stephan Moratti (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Javier González Marqués (presid.), José Antonio Hinojosa Poveda (secret.), Markus Junghöfer (voc.), Luis Carretié Arangüena (voc.), Almudena Capilla (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Psicología por la Universidad Complutense de Madrid
• Materias:
  • Física
    • Electrónica
      • Piezoelectricidad
  • Psicología
    • Psicología experimental
      • Emoción
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
• Resumen

  • El miedo es una emoción básica encontrada a través de las especies que permite al organismo sobrevivir en el medio. Por ello, una correcta y rápida identificación de las señales de miedo o seguridad en el contexto es crucial. En psicología, la adquisición de esta emoción ha sido ampliamente estudiada gracias al paradigma Pavloviano condicionamiento de miedo. De este modo, podemos asociar un perjuicio nocivo (por ejemplo, un ruido blanco de alto volumen) con un estímulo condicionado (por ejemplo, una rejilla visual sinusoidal) el cual se vuelve una señal de miedo (CS+). Por el contrario, un estímulo neutral cuya presencia no está emparejada con un el perjuicio nocivo se convierte en una señal de seguridad para el miedo (CS-). Evidencias previas han demostrado la ganancia excitadora e inhibidora de la corteza visual por parte del CS+ y el CS-, respectivamente, aunque las hipótesis colinérgicas asociadas no han sido contrastadas.

    Abordamos este fenómeno desde un enfoque empírico y otro computacional. Elaboramos tres estudios con magnetoencefalografía (MEG) y simulamos redes neuronales spiking para comprender la modulación colinérgica que explica los resultados empíricos.

    En la parte empírica, el primer estudio fue una tarea simple de condicionamiento de para estudiar la modulación de gamma temprano en la respuesta visual. En el segundo estudio, un paradigma de condicionamiento de miedo contextual fue empleado para medir la adquisición de excitación o inhibición del contexto en la actividad de la corteza visual. Finalmente, el tercer experimento consistió en una inhibición condicionada Pavloviana del estímulo X. En la parte computacional, primero se diseñó un modelo basado en redes neuronales de tipo spiking para replicar la corteza visual primaria. En segundo lugar, la red neuronal spiking fue modulada colinérgicamente para emular el perfil funcional y electrofisiológico del condicionamiento de miedo en la corteza visual.

    Entre nuestros resultados, en el primer estudio se encontró una modulación excitadora e inhibidora en las áreas visuales derechas entre 0 ms a 180 ms en la respuesta de gamma temprana entre 19 Hz y 71 Hz. Este aprendizaje fue inconsciente para todos los sujetos. En el segundo experimento, el contexto inhibió su respuesta en presencia del CS+ y se excita en el caso del CS-, indicando una reducción de su procesamiento visual en condicionamiento de miedo. El tercer experimento demostró un aprendizaje de seguridad por parte de la señal no reforzada X y la capacidad del modelo de Rescorla-Wagner para predecir la modulación de la corteza visual. En cuanto a los modelos computacionales, en primer lugar, el modelo de red neuronal spiking de la corteza visual primaria mostró un perfil funcional y electrofisiológico similares a su homóloga animal. En segundo lugar, la incorporación de mecanismos colinérgicos replicó las modulaciones de miedo condicionado en la actividad visual simulada. La respuesta gamma temprana fue modulada por asociaciones de miedo de forma análoga a como encontramos en la electrofisiología humana.

    Así pues, encontramos no sólo un mecanismo de excitación para señales de miedo, sino también otro de inhibición implicado en aprendizaje de seguridad. Extendemos trabajos previos a través de la localización cortical de los cambios de CS-. Los descubrimientos de este trabajo reportan nuevas perspectivas en sesgo atencional por emoción y en aprendizaje de seguridad con potenciales aportaciones al área terapéutica. Para una comprensión más profunda del fenómeno, nuestras redes neuronales spiking proporcionaron una explicación colinérgica del comportamiento tanto funcional como electrofisiológico de la corteza visual primaria en el aprendizaje del miedo a nivel de circuitería biológica. En conjunto, los modelos computacionales apoyan nuestros descubrimientos empíricos expandiendo nuestra caracterización y comprensión del condicionamiento de miedo en la corteza visual.