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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
Prof
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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
of. M
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l Áng
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aControl del tamaño poblacional
Conducta agresivaPr
of. M
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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
of. M
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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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Mat
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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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Mat
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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
of. M
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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
of. M
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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
of. M
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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
of. M
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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
of. M
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l Áng
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Prof
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Mat
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arcí
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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Mat
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aControl jerárquico de la generación del canto
Hibridación del cantoPr
of. M
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Producción de sonido por la siringePr
of. M
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Gar
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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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Mat
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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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Mat
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arcí
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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a
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
Prof
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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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a
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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
Prof
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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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a
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
Prof
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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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a
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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arcí
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
Prof
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Mat
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a
Fuego
Mad
era Tierra
Agua Metal
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aRitmos en el cuerpo humano IV
Ritmos básicos