laberinto elevado – elevated maze
Laberinto Elevado
Primary Disciplinary Field(s): Neurociencia, Psicología Experimental, Farmacología Conductual
1. Definición Central y Propósito
El laberinto elevado, conocido principalmente en su variante de laberinto elevado en cruz (LEC) o en inglés, Elevated Plus Maze (EPM), constituye uno de los paradigmas conductuales más fundamentales y ampliamente utilizados en la investigación preclínica para evaluar el comportamiento similar a la ansiedad (ansiedad-like) en roedores, típicamente ratas y ratones. Este instrumento fue desarrollado a mediados de la década de 1980 por Pellow y colegas, ofreciendo una alternativa más sencilla y rápida a los métodos anteriores, como la caja de luz-oscuridad o el conflicto de Geller. Su propósito central es medir la respuesta de un animal ante un conflicto ambiental inherente: la tendencia innata a explorar nuevos entornos frente a la aversión natural a los espacios abiertos, iluminados y elevados, que representan un riesgo de depredación o caída. El grado en que un animal se aventura en las áreas de riesgo se interpreta como una medida inversa de su nivel de ansiedad basal o inducida.
La estructura del laberinto elevado explota la etología natural de los roedores. Estos animales son típicamente fossoriales, lo que significa que prefieren entornos cerrados, oscuros y protegidos. Cuando se enfrentan a una plataforma elevada sin muros protectores, experimentan un estado de aversión o miedo. Esta aversión es el motor conductual que permite la discriminación entre estados de baja y alta ansiedad. Un incremento en la conducta exploratoria en las áreas desprotegidas, como un mayor tiempo pasado o un mayor número de entradas, se interpreta como un efecto ansiolítico, sugiriendo una reducción en el miedo. Por el contrario, una disminución en la exploración de estas áreas se asocia con un estado de ansiedad incrementada o un efecto ansiogénico. Esta metodología ha permitido a los investigadores examinar los efectos de diversos tratamientos farmacológicos, manipulaciones genéticas y condiciones ambientales de estrés sobre el sistema nervioso central.
Es crucial entender que el laberinto elevado no mide la ansiedad clínica humana per se, sino un conjunto de comportamientos que son homólogos a los síntomas de ansiedad observados en humanos, denominados por ello comportamientos ansiedad-like. La validez de este modelo reside en su capacidad para detectar consistentemente los efectos de compuestos conocidos: los fármacos ansiolíticos estándar (como las benzodiazepinas) aumentan la exploración de los brazos abiertos, mientras que los agentes ansiogénicos (como la cafeína o ciertos inhibidores) reducen esta exploración. La simplicidad del diseño y la claridad de los parámetros conductuales observados han asegurado su posición como un pilar metodológico en la psicofarmacología y la neurociencia conductual durante las últimas décadas.
2. Orígenes y Desarrollo Histórico
Antes del desarrollo del laberinto elevado, la medición de la ansiedad en roedores se basaba en pruebas que a menudo requerían entrenamiento complejo, privación o el uso de estímulos punitivos, lo que introducía variables de confusión. La necesidad de un modelo más etológicamente relevante y menos invasivo llevó a la conceptualización del laberinto elevado. El hito fundacional se atribuye a S. Pellow, P. Chopin, S. E. File y M. H. T. Roberts, quienes publicaron su trabajo seminal en 1985. Su diseño se inspiró en observaciones previas que indicaban que los roedores evitaban las áreas abiertas y elevadas, una respuesta que se veía atenuada tras la administración de ansiolíticos conocidos. El desarrollo del laberinto elevado en cruz representó un avance significativo porque proporcionó una medida de ansiedad que se basaba en la aversión natural del animal, eliminando la necesidad de condicionamiento aversivo o choque eléctrico.
Históricamente, el EPM surgió en un contexto de intensa investigación sobre los mecanismos neurobiológicos de la ansiedad, particularmente después del descubrimiento de los receptores de benzodiazepinas. El nuevo modelo permitió a los investigadores evaluar la eficacia de nuevos compuestos dirigidos a estos receptores y a otros sistemas neurotransmisores, como el serotoninérgico y el GABAérgico, de manera rápida y eficiente. La reproducibilidad de los resultados y la sensibilidad a dosis bajas de ansiolíticos conocidos consolidaron rápidamente su aceptación en la comunidad científica. La estandarización de las dimensiones y las condiciones de prueba (iluminación, duración del ensayo) fue crucial para permitir la comparación de datos entre diferentes laboratorios a nivel internacional, facilitando el avance en el cribado de nuevos fármacos.
Aunque el diseño original era el laberinto en cruz, la evolución metodológica ha dado lugar a variantes. Una modificación importante es el laberinto elevado en cero (LEZ), desarrollado para abordar una limitación del EPM: la plataforma central. En el EPM, el animal a menudo se detiene en la plataforma central, un comportamiento que puede ser difícil de clasificar (ni abierto ni cerrado) y que puede confundir la interpretación de la actividad motora general. El LEZ, que es un anillo circular elevado con dos cuadrantes abiertos y dos cerrados, elimina la plataforma central, forzando al animal a elegir continuamente entre las áreas de riesgo y seguridad. Este desarrollo subraya la constante búsqueda de refinamiento en los modelos conductuales para maximizar la validez y minimizar los artefactos experimentales en la evaluación de la ansiedad.
3. Diseño y Componentes Clave
El diseño estándar del laberinto elevado en cruz consiste en una estructura de plástico o madera elevada típicamente 50 a 70 centímetros del suelo. La estructura forma una cruz, compuesta por cuatro brazos idénticos que irradian desde una plataforma central. Dos de estos brazos son los brazos cerrados, que están equipados con paredes laterales altas (generalmente de 40 cm) que proporcionan un ambiente seguro y protegido. Los otros dos brazos son los brazos abiertos, que carecen de paredes laterales o tienen bordes muy bajos (aproximadamente 1 cm) para evitar caídas, dejando al animal completamente expuesto al entorno circundante.
La elevación es un componente crítico del diseño. La altura asegura que el animal perciba la estructura como un entorno de riesgo. Si el laberinto estuviera a nivel del suelo, la aversión a los brazos abiertos se reduciría significativamente, ya que el riesgo de caída y la exposición a la luz y el espacio abierto serían menos pronunciados. La plataforma central (generalmente un cuadrado de 10×10 cm) sirve como punto de partida y como área neutral donde el animal puede tomar decisiones conductuales, aunque, como se mencionó, su presencia es la principal diferencia con el laberinto en cero.
Los parámetros conductuales primarios que se miden en un ensayo típico de cinco minutos incluyen: 1) el tiempo total que el animal pasa en los brazos abiertos; 2) el número de entradas en los brazos abiertos; y 3) la relación porcentual de estos valores respecto al total (tiempo en brazos abiertos / tiempo total en brazos abiertos y cerrados). Además, se registra la actividad motora general, típicamente el número de entradas totales en todos los brazos y el tiempo pasado en la plataforma central. Es fundamental registrar la actividad motora, ya que cualquier cambio en la exploración de los brazos abiertos podría deberse a un efecto sedante o estimulante del tratamiento, en lugar de un efecto ansiolítico directo. Si un fármaco reduce la actividad motora general, el tiempo en los brazos abiertos podría disminuir simplemente porque el animal se mueve menos, no porque esté más ansioso.
4. Fundamento Teórico: Medición de la Ansiedad
El fundamento teórico del laberinto elevado se basa en el concepto de conflicto de aproximación-evitación. Los roedores poseen dos tendencias conductuales contrapuestas que se activan simultáneamente en este aparato. La tendencia de aproximación (exploración) es impulsada por la necesidad biológica de obtener información sobre el entorno, crucial para la supervivencia y la búsqueda de recursos. La tendencia de evitación (miedo o ansiedad) es impulsada por la aversión natural a la exposición, la altura y la falta de refugio, comportamientos que reducen el riesgo de ser detectado por un depredador. El equilibrio entre estas dos tendencias es lo que el EPM está diseñado para cuantificar.
La exposición a los brazos abiertos desencadena respuestas fisiológicas y conductuales asociadas al miedo en el roedor. Estas incluyen un aumento en los niveles de corticosterona, piloerección, defecación y, conductualmente, una alta incidencia de comportamiento de riesgo evaluativo (como asomarse por el borde del brazo cerrado antes de entrar en el abierto). Los animales no tratados dedican la mayor parte del tiempo a los brazos cerrados, lo que confirma que la aversión es la respuesta dominante. Un agente ansiolítico actúa modulando los circuitos neuronales del miedo, principalmente aquellos que involucran la amígdala, el hipocampo y la corteza prefrontal, desplazando el equilibrio hacia la exploración.
La validez etológica del EPM es alta porque se basa en comportamientos naturales, no en respuestas aprendidas en un contexto de laboratorio. Los comportamientos medidos (exploración versus refugio) son directamente observables y cuantificables. Además, el modelo posee una fuerte validez predictiva, ya que los fármacos que son clínicamente efectivos en el tratamiento de la ansiedad en humanos (como las benzodiazepinas, los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina o ISRS) producen consistentemente un aumento en la exploración de los brazos abiertos en el EPM. Esta consistencia es lo que ha mantenido el EPM como la herramienta de referencia para el cribado inicial de compuestos ansiolíticos en la industria farmacéutica y la academia.
5. Variantes Metodológicas y Refinamientos
Aunque el laberinto elevado en cruz (EPM) es el estándar, la comunidad científica ha adoptado y desarrollado variantes para mejorar la sensibilidad y abordar las limitaciones del diseño original. La variante más destacada es el Laberinto Elevado en Cero (LEZ). El LEZ consiste en un anillo circular elevado dividido en cuatro cuadrantes iguales, alternando entre dos cuadrantes cerrados (con paredes) y dos cuadrantes abiertos (sin paredes). La principal ventaja del LEZ es la eliminación de la plataforma central, que en el EPM puede actuar como un “refugio intermedio” o un área de ambigüedad. Al eliminar este espacio, el animal se ve obligado a tomar una decisión continua, lo que puede aumentar la sensibilidad del ensayo a cambios sutiles en los niveles de ansiedad.
Otra modificación importante se relaciona con la incorporación de la tecnología de seguimiento automatizado. Inicialmente, los ensayos se registraban manualmente mediante observación directa o temporizadores. Hoy en día, la mayoría de los laboratorios utilizan sistemas de video tracking y software especializado (como EthoVision o AnyMaze). Estos sistemas permiten la recopilación de datos mucho más precisos y detallados, incluyendo la velocidad de movimiento, la distancia recorrida en cada brazo, y el análisis de patrones microconductuales, como el head dipping (asomar la cabeza por el borde) y el stretching attend (estiramiento atento), que son indicadores más finos de la evaluación del riesgo.
Además de las variaciones estructurales, existen refinamientos en el protocolo. Por ejemplo, la duración del ensayo (típicamente 5 minutos) puede ajustarse, y las condiciones de iluminación (alta vs. baja luz) pueden manipularse para modular la intensidad del estímulo ansiogénico. En algunos estudios, se utiliza el laberinto de campo abierto antes del EPM para evaluar la actividad motora basal y habituar a los animales al entorno de prueba. Estos refinamientos metodológicos buscan optimizar la relación señal-ruido, asegurando que los cambios observados en el comportamiento de exploración sean el resultado directo de la manipulación experimental (farmacológica o genética) y no artefactos del diseño o del manejo del animal.
6. Aplicaciones en Investigación
El laberinto elevado es una herramienta indispensable en varias áreas de la investigación biomédica y psicológica. Su aplicación más fundamental es el cribado y desarrollo de fármacos ansiolíticos. Las compañías farmacéuticas utilizan el EPM en las primeras etapas de desarrollo para identificar compuestos prometedores que actúan sobre sistemas neurotransmisores relevantes (GABA, serotonina, dopamina, glutamato). La capacidad de discriminar entre un efecto ansiolítico (aumento de la exploración de brazos abiertos sin afectar la actividad motora) y un efecto sedante (disminución general de la actividad) es crucial en este proceso.
En el campo de la neurociencia genética, el EPM se emplea extensamente para caracterizar los fenotipos conductuales de modelos de roedores transgénicos o knock-out. Al eliminar o sobreexpresar un gen específico, los investigadores pueden determinar si ese gen desempeña un papel en la regulación de la ansiedad. Por ejemplo, los modelos que carecen de ciertos receptores serotoninérgicos pueden mostrar una reducción significativa en el tiempo pasado en los brazos abiertos, indicando un fenotipo de alta ansiedad, lo que ayuda a mapear los circuitos neuronales responsables de los trastornos de ansiedad.
Finalmente, el EPM es vital en la investigación de los efectos del estrés ambiental y la psicopatología. Se utiliza para modelar cómo el estrés crónico o agudo (como el estrés por restricción o el aislamiento social) altera la respuesta de ansiedad. Los animales expuestos a estresores crónicos a menudo muestran una disminución en la exploración de los brazos abiertos, reflejando un estado de ansiedad persistente. Esto permite a los investigadores probar intervenciones conductuales o farmacológicas para revertir los efectos del estrés. Además, el EPM se ha adaptado para estudiar la relación entre ansiedad y otras comorbilidades, como la depresión, la adicción y el dolor crónico, proporcionando un panorama integral de la respuesta emocional del animal.
7. Críticas y Limitaciones
A pesar de su ubicuidad, el laberinto elevado no está exento de críticas y limitaciones metodológicas que deben ser consideradas por los investigadores. Una de las críticas más persistentes se refiere a la dependencia de la actividad motora. Como ya se mencionó, si un tratamiento afecta la locomoción general del animal, puede producir un falso positivo o negativo en la medición de la ansiedad. Por lo tanto, es obligatorio incluir medidas de actividad motora (como el número total de entradas o la distancia recorrida) para desvincular los efectos ansiolíticos de los efectos sedantes o estimulantes. Sin embargo, la interpretación sigue siendo compleja cuando se observan cambios tanto en la ansiedad como en la locomoción.
Otra limitación importante es la validez de constructo. El EPM mide el miedo o la aversión a la exposición, que es solo un componente del complejo constructo de la ansiedad. Algunos argumentan que la aversión a las alturas (acrofobia) puede dominar la respuesta, y que el EPM podría no ser sensible a todos los tipos de ansiedad, como la ansiedad social o el pánico. Por esta razón, los resultados del EPM rara vez se utilizan de forma aislada; en su lugar, se combinan con otros ensayos conductuales (como la interacción social, la prueba de natación forzada o la caja de luz-oscuridad) para obtener un perfil de ansiedad más completo y robusto.
Finalmente, existen debates sobre la habituación y la ética. El EPM es típicamente un ensayo de una sola exposición de corta duración. Si el animal es expuesto repetidamente, puede habituarse a los brazos abiertos, lo que reduce la aversión y confunde las mediciones. Además, desde una perspectiva ética (las 3R de la investigación animal), exponer al animal a un entorno intrínsecamente aversivo plantea consideraciones sobre el bienestar. Aunque el estrés es parte del diseño experimental, los investigadores deben asegurarse de que el nivel de aversión sea suficiente para medir la ansiedad sin causar angustia indebida o prolongada al sujeto de prueba.
8. Lecturas Adicionales
- Elevated plus maze. Wikipedia.
- Pellow S, Chopin P, File SE, Roberts MH. Validation of open:closed arm entries in an elevated plus-maze as a measure of anxiety in the rat. Journal of Pharmacological Methods, 1985.
- Walf AA, Frye CA. The use of the elevated plus maze as an assay of anxiety-related behavior in rodents. Nature Protocols, 2207.
- Elevated Zero Maze. ScienceDirect Topics.
