Mecanismos Fisiológicos del Comportamiento Animal

Curso 2006-07

Programa teórico

1. Introducción: Neuroetología y Neurociencias.

2. Sistemas de comunicación en el organismo animal. Aplicación de la teoría de Shannon al sistema nervioso. El sistema nervioso como sistema de comunicación.

3. Neurofisiología de la percepción. Transducción nerviosa. Tipos de receptores.

4. Sistemas quimiosensoriales y comportamiento. Sentido gustativo. Olfato .

5. Propiocepción y comportamiento. El sistema somatosensorial.

6. Etofisiología sensorial auditiva. Discriminación auditiva. Ecolocación.

7. Visión y comportamiento. Los sistemas visuales: tipos y características. Integración visual.

8. Naturaleza de la función motora. Tipos de músculos. Especializaciones estructurales y tipos de locomoción.

9. Locomoción. Control superior en los principales tipos de locomoción. Natación. Reptación. Marcha. Vuelo.

10. Neurofisiología de la manipulación. Los tentáculos del pulpo. La probóscide de la mosca. Órganos motores especializados en vertebrados. La mano.

11. Motivación alimenticia. Control superior del hambre y de la sed.

12. Motivación sexual. Diferenciación sexual del sistema nervioso. Hormonas y receptividad sexual. Neurofisiología del apareamiento.

13. Conflictividad social y estrés. Neuroetología de la agresión. Control superior de las pautas agresivas.

14. Neurobiología de la comunicación. El canto de los insectos. El canto de las aves. El habla humana.

15. Neurofisiología de los biorritmos. Ritmos circadianos. El reloj endógeno. Vigilia y sueño.

16. Aprendizaje y memoria. Habituación y sensibilización. Aprendizaje asociativo. Aprendizaje complejo. Neurofisiología de la memoria.

Tema 13

Conflictividad socialy estrés

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aEstrés por situación de peligro

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aEstrés por conflicto intraespecífico

Síndrome general de adaptación (I)

REACCIÓN DE ALARMA (W.B. Cannon)

■ Reacción rápida

■ Mediación simpática → médula adrenal →adrenalina / noradrenalina

■ Finalidad → movilización de recursos →respuesta inmediata

■ Acontecimientos:• ↑ capacidad respiratoria• ↑ gasto cardíaco• Redistribución circulatoria• Contracción del bazo• Dilatación pupilar• ↑ coagulabilidad sanguínea• ↑ linfocitos circulantes• Movilidad de glucógeno hepático• Liberación de azúcar a la sangre

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a

FASE DE RESISTENCIA

# Reacción lenta y mantenida.

# Mediación parasimpática → corteza adrenal →corticoides

a) Mineralcorticoides

• Inflamación

• Metabolismo mineral

b) Glucocorticoides

• Control por ACTH

• Anti-inflamación

• Metabolismo de los azúcares

• Facilitación de la respuesta de los vasos

sanguíneos

• Reducción de la resistencia a la infección

# Finalidad → preparación para respuesta inmediata

Síndrome general de adaptación (II)Pr

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Exposición crónica al estrés

# Úlceras gastrointestinales

# ↓ actividad tiroidea

# Inhibición del crecimiento. . . .

# Supresión de funciones: sexuales / reproductorasEn ♂

• ↓ producción de espermatozoides• ↓ secreción de testosterona• Retraso/supresión de la pubertad

En ♀• Alteración/supresión del ciclo ovárico• ↓ peso del útero• Ausencia de ovulación/implantación• ↑ frecuencia de abortos espontáneos• Supresión de la secreción láctea

Síndrome general de adaptación (III)Pr

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aControl del tamaño poblacional

Conducta agresivaPr

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- Disputa por recursos

- Beneficios para la población

Optimización

Anti-predaciónDispersión

- Jerarquización Sociabilidad

- Conducta estereotipada Minimiza daños

- Agresión: concepto no unitario

Agresión Intraespecífica

Interespecífica

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aAgresión intraespecífica I

Pez cíclido (Aequidens portalegrensis)

a) Amenaza y contacto corporal sin daño para ninguno.

b) Agitan sus colas para impulsar corrientes de agua, uno hacia el otro.

c) Los rivales de agarran en uno al otro con sus bocas, empujan y tiran.

d) Uno cede y se aleja nadando.

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aAgresión intraespecífica II

Iguana marina (Amblyrhynchus cristatus)

a) Se acerca el rival, el dueño se infla y hace indicaciones de cabeza.

b) El defensor se abalanza hacia el intruso. Sus cabezas chocan tratando de empujarse mutuamente.

c) Cuando el intruso se da cuenta de que no puede vencer, se deja caer sobre su vientre en señal de sumisión, y termina la pelea.

Defensa del territorio

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aAgresión intraespecífica III

Serpiente de cascabel (Crotalus ruber)

a) Los rivales se mueven conjuntamente.

b) Echan un “pulso” cabeza con cabeza.

c) A veces se colocan de frente, entrelazándose y frotando sus escamas ventrales.

d) Finalmente una azota, empuja…

e) …y sujeta a la otra.

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aAgresión intraespecífica IV

Pavo

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aAgresión intraespecífica V

Antílope Orix (Oryx gazella beisa)

a) Comienza el combate con una exhibición.

b) Combate de esgrima con la porción superior de los cuernos.

c) Pausa.

d) Los rivales entrechocan sus testudes y se empujan.

Cuernos con los que no se cornea al rival

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aAgresión intraespecífica VI

Rata gris (Rattus norvegicus)

a) La agresora se acerca exponiendo el flanco y arqueando el lomo.

b) Las dos luchan de pie sobre sus patas traseras y se empujan con las delanteras.

c) A veces golpean con las traseras.

d) Si una cae de espaldas mientras forcejean, a veces abandona.

e) De otro modo, la fase de torneo llega a su fin y empieza la verdadera batalla con un serio intercambio de mordiscos.

Importancia de los andrógenos

• Experimentos de Moyer (1971) → resultados contradictorios

• Otros autores → relación conducta agresiva/nivel de andrógenos1. Castración neonatal en ♂→ no conducta muricida en adulto2. Androgenización neonatal en ♀ → ↑ conducta muricida en adulto3. Acetato de ciproterona en ♂→ no conducta muricida en adulto

• Otros trabajos → niegan base androgénica común1. No dominancia social de muricidas sobre no muricidas2. No superioridad en lucha, de muricidas sobre no muricidas

• Si existe solapamiento en áreas cerebrales que controlan los … tipos de agresión:• Área tegmental ventromedial• Estructuras periventriculares de diencéfalo y mesencéfalo• Algunas estructuras límbicas

Hormonas y agresión IPr

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Hormonas y agresión II

Influencia de 2 ejes endocrinos

• Hipotálamo-hipófisis-gónadas1. Castración → ↓agresividad → recuperación con PT2. Pubertad → ↑ pautas agresivas en ♂→ puede adelantarse mediante PT3. PT neonatal en ♀ → adultos responden como ♂

• Hipotálamo-hipófisis-corteza adrenal1. Adrenalectomía bilateral → ↓agresividad → recuperación con corticoides2. ACTH en dosis moderadas y tiempo breve → ↑ pautas agresivas3a. En competición: perdedores → ↓ACTH → Inhibición pautas agresivas3b. En competición: ganadores → no modificación

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a

Regiones efectoras• Desencadenan conducta agresiva• Constituyen 2 sistemas neuronales:

Sistema de recompensa meso-límbico• Necesidades primarias → Agresión ofensiva• Desde tegmentum mesencefálico hacia S. límbico

Sistema de aversión y defensa• Evitar algo negativo → huida / agresión defensiva• Región peri-ventricular (3º ventr.) y acueducto de Silvio

Regiones moduladoras• En telencéfalo• Regulación: potenciación e inhibición• Equilibrio dinámico entre neocorteza (inhibición) / S. límbico (activación)

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aControl cerebral de la agresión en mamíferos

▲ En el hombre• Lesión en lóbulo frontal → desequilibrio emocional → efectos agresivos• Lesiones en lóbulo temporal → ) tensión emocional → Síndr. descontrol episódico

(Agresiones sin motivo → “borrachera de violencia” → asesinatos múltiples)

Sistema límbicoPr

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Liberación del estrés emocional IPr

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1. Colocar las yemas de los dedos se cada mano sobre la eminencia frontal correspondiente.

2. Presionar ligeramente (lo suficiente como para que los dedos no deslicen por la frente).

3. Centrar la mente en la esencia del problema que causa el estrés, por muy doloroso que sea.

4. Mantener la presión hasta sentir alivio (de 2 a 20 minutos).

Técnica individual

Liberación del estrés emocional IIPr

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1. Colocar la mano izquierda en la frente del sujeto (o las yemas de los dedos de esa mano sobre sus eminencias frontales).

2. Colocar la mano derecha en su nuca.

3. Presionar ligeramente con ambas manos.

3. El sujeto deberá centrar su mente en la esencia del problema que le causa el estrés, por muy doloroso que sea.

4. Mantener la presión hasta que el sujeto sienta alivio, o manifieste síntomas de relajación (incluyendo un cambio en la respiración, bostezo, etc).

Técnica de ayuda

Áreas de asociación corticalPr

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Inspiración creativa, nuevas alternativas, nueva opciones, conciencia del momento presente

Sensaciones/emociones vinculadas a acontecimientos, experiencias pasadas, memoria selectiva, supervivencia, rigidez de respuesta.

(En el hemisferio idzo. En el 90% de las personas)

Tema 14

Neurobiología de lacomunicación

Producción de sonido en el grillo IPr

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Grillo doméstico (Acheta domesticus)

Producción de sonido en el grillo II

Movimientos lento y rápidoProf

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a

Tipos de canto en el grillo

Resultados de la estimulación eléctrica en diferentes puntos del cerebro. MB = cuerpos pedunculados, P = puente, CB = cuerpo central, DC = deutocerebro, TC = tritocerebro, SCo = conexiones al ganglio subesofágicoPr

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aMecanismos neurales en la generación del canto I

Diseño experimental de estimulación eléctrica y registro

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aMecanismos neurales en la generación del canto II

Sonido de chirrido

Impulsos a los músculos que abren el ala

Impulsos a los músculos que cierran el ala

Estimulación repetida y prolongada de la interneurona de comando

Patrón de chirridos intermitentes

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aControl jerárquico de la generación del canto

Hibridación del cantoPr

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Producción de sonido por la siringePr

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Gorrión cantor (Melospiza melodia)

Gorrión de corona blanca (Zonotrichia leucophrys)

Junco de Oregón (Junco hyemalis oreganus)

En condiciones naturales

Después de haber crecido aisladamente

Después de haber sido ensordecido

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aInfluencias en el desarrollo del canto

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aControl neuro-hormonal del canto en los pájaros

Pinzón cebra (Poephila guttata)

Estructuras cerebrales implicadas en el canto

• Núcleos cerebrales responsables del canto- Algunos mayores en ♂ que en ♀- Área X del locus paraolfatorio no existe en ♀

• Estructuras más importantes (Arnold, 1980)- Núcleo hiperestriado ventral (HVc)- Núcleo magnocelular del estriado anterior (MA)- Núcleo robusto del archiestriado (RA)- Núcleo intracolicular (INT)- Núcleo del XII par craneal (hipogloso) → rama motora a

la siringe- Área X del locus paraolfatorio (sólo en ♂)

• Núcleo hiperestriado ventral* El de mayor nivel jerárquico* En lóbulo frontal* Envía axones a RA, y de ahí a XII par* Tb denominado Centro Vocal Superior (CVS)

• Núcleo magnocelular y Núcleo intracolicular* Procesos de memoria

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a

Adquisición de la ritmicidad del canto I

Pinzón cebra (Poephila guttata)

• ♂♂ criados en aislamiento social y sonoro → canto simple en adultos • ♂♂ criados en aislamiento social y oyeron cantos grabados → canto normal• Aprendizaje → período crítico prepuberal• Sin oscilaciones estacionales en el volumen del RA adulto

Gorrión de corona blanca (Zonotrichia leucophrys)

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Adquisición de la ritmicidad del canto II

Canario (Serinus canarius)

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a

• Aprendizaje → ilimitado• Cambio cada año• Desarrollo de la capacidad del canto:

1. Fase de mendigar comida- Hasta 4 semanas- Crecimiento de los núcleos HV y RA- Chillidos agudos

2. Fase de canción plástica- Desde 3º mes hasta madurez (7º-8º)- Crecimiento de los núcleos HV y RA- Canto cercano a adulto → bastante variable- Fase de aprendizaje

3. Fase de canción estable- Canto de adulto- Pérdida tras el apareamiento (fin verano-otoño)→ inestable

- Reducción del volumen de los núcleos HV y RA- Nueva adquisición al siguiente año → posible nuevo repertorio

Generación de sonidos en los mamíferos I

Ronroneo del gato

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a

Generación de sonidos en los mamíferos II

Canto de la ballena rorcual (Balaenoptera physalis)

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a

Duración del canto: 7-30 min)

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aProducción de sonido en el hombre

Elementos mecánicos que intervienen

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aLaringe y glotis

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aControl de la vocalización humana

Tema 15

Neurofisiología de losbiorritmos

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aPropiedades de los ritmos I

Tres ciclos con la misma amplitud pero distinta frecuencia

Propiedades de los ritmos IIPr

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Ondas con la misma amplitud y la misma frecuencia, pero con distinta fase

Tipos de ritmosPr

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Ritmos de actividad I

Cangrejo común europeo (Carcinus maenas)

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aRitmos de actividad II

Cangrejo violinista (Uca spp.)

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aRitmos de actividad III

Escarabajo de la patata (Leptinotarsa decemlineata)

Ritmos de reproducción IPr

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Paloma bravía (Columba livia)

Ritmos de reproducción IIPr

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Oveja (Ovis cana)

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aRitmos de reproducción III

Nº de especies de pájaros que ponen huevos en la misma época (Turdus ericetorum, Protonaria citrae y Zonotrichia leucophrys)

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aDesfase del ritmo circadiano

Ardilla voladora norteamericana (Glaucomys volans)

Reloj biológico I: insectosPr

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Actividad locomotora en la liebre de mar I Pr

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Liebre de mar (Aplysia spp)

Actividad locomotora en la liebre de mar IIPr

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Ritmo en la frecuencia de potenciales de acción del nervio óptico

Registros representativos a los tiempos indicados

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aReloj biológico II: aves

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aReloj biológico III: mamíferos

Sincronización del ritmoPr

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aHibernación en las ardillas I

Ardilla terrestre norteamericana de pelo dorado (Citellus lateralis)

Pruebas 12 L / 12 OComida y bebida ad libitum

Pérdida de peso y temperatura en otoño

Recuperación en primavera (de 1,7 ªC a 37ªC en 2 h)

Reloj endógeno

Repetición del ciclo en años consecutivos (ritmo circanual)

Pruebas de temperatura (22/0)Durante 23 meses

Un grupo a 22 ªC y otro a 0ªC

Proceso de hibernación normal

Sin modificación del reloj endógeno.

Pruebas de temperatura (12/0)Durante 4 años

Un grupo a 12 ªC y otro a 0ªC

Proceso de hibernación normal

Sin modificación del reloj endógeno

Duración del ciclo entre 324 y 329 días

Hibernación en las ardillas IIPr

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Wapiti americano (Cervus elaphus)

Renovación de las astas en los cérvidos

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Gorrión de corona blanca (Zonotrichia leucophrys)

Ritmo de migración en aves I

Mosquitero común (Phylloscopus collybita)

Experimentos de E. Gwinner

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aRitmo de migración en aves II

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aFases del ciclo sueño-vigilia

Ciclos normales de sueño en el hombrePr

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aControl del ciclo sueño-vigilia

Sueño

Despertar

Sistema reticular activante ascendente

Cerebro de gatoProf

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yin

yang

Oscuridad

Luna

Femenino

Azul

Agua

Invierno

Cerrado

Triste

Lento

Muerte

Expansión

Más inactivo

Catabolismo

Luz

Sol

Masculino

Rojo

Fuego

Verano

Abierto

Alegre

Triste

Rápido

Vida

Contracción

Más activo

Anabolismo

Ritmos en el cuerpo humano IPr

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MeridianosProf

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aRitmos en el cuerpo humano II

Ritmos en el cuerpo humano III

Circulación de la energía Chi por los meridianos de acupuntura, según la Medicina Tradicional China

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a

Fuego

Mad

era Tierra

Agua Metal

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aRitmos en el cuerpo humano IV

Ritmos básicos