Recuerdos implantados en pájaros cantores dan pistas para conocer mejor el autismo

Investigadores del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas han comprobado en un nuevo estudio de pájaros cantores que los recuerdos pueden implantarse en el cerebro para enseñar vocalizaciones, sin ninguna lección previa de los padres. Aunque los hallazgos no tienen implicaciones inmediatas para el tratamiento de pacientes, proporcionan pistas sobre dónde buscar en el cerebro humano para comprender mejor el autismo y otras afecciones que afectan el lenguaje. (Lea: Pesticida más utilizado en agricultura también estaría acabando con los pájaros cantores)

"Esta es la primera vez que confirmamos regiones cerebrales que codifican recuerdos de objetivos de comportamiento, esos recuerdos que nos guían cuando queremos imitar cualquier cosa, desde el habla hasta el aprendizaje del piano", señala el doctor Todd Roberts, neurocientífico del OT Southwestern's O'Donnell Brain Institute. "Los hallazgos nos permitieron implantar estos recuerdos en las aves y guiar el aprendizaje de su canción", añade el experto. 

El estudio, publicado en la revista Science, describe cómo los científicos activaron un circuito de neuronas a través de la optogenética, una herramienta relativamente nueva que utiliza la luz para monitorear y controlar la actividad cerebral.

Los investigadores utilizaron pinzones cebra porque comparten muchas de las etapas humanas del desarrollo vocal: Al principio de la vida, los pájaros escuchan cantar a sus padres, y eventualmente memorizan las notas. Aprenden a replicar el comportamiento después de practicar decenas de miles de veces.

Al controlar la interacción entre dos regiones del cerebro, el equipo del Dr. Roberts codificó recuerdos en pinzones cebra que no tenían experiencia de tutoría de sus padres. Los pájaros usaron estos recuerdos para aprender las sílabas de su canción, con la duración de cada nota correspondiente a la cantidad de tiempo que la luz mantuvo activas las neuronas. Cuanto más corta es la exposición a la luz, más corta es la nota.

"No le estamos enseñando al pájaro todo lo que necesita saber, solo la duración de las sílabas en su canción. Las dos regiones del cerebro que probamos en este estudio representan solo una pieza del rompecabezas". (Puede leer: Los pájaros machos son o buenos cantantes o lindos, no ambas)

Sin embargo, el descubrimiento es notable porque abre nuevas vías de investigación para identificar más circuitos cerebrales que influyen en otros aspectos de la vocalización, como el tono y el orden de cada sonido. "Si descubrimos esos otros caminos, hipotéticamente podríamos enseñar a un pájaro a cantar su canción sin ninguna interacción de su padre --añade--. Pero estamos muy lejos de poder hacer eso".

El descubrimiento es el último de una serie de hallazgos del laboratorio Roberts, que se especializa en documentar cómo funciona el cerebro durante el aprendizaje vocal. Al mapear los procesos neuronales involucrados a medida que las aves aprenden canciones de apareamiento, los científicos esperan algún día usar ese conocimiento para apuntar a genes del habla específicos que se alteran en pacientes con autismo u otras afecciones del desarrollo neurológico.

Entre otros proyectos recientes, el equipo del doctor Roberts identificó una red de neuronas que desempeña un papel vital en el aprendizaje de las vocalizaciones al ayudar a la comunicación entre las regiones motoras y auditivas del cerebro. Su laboratorio también lidera un estudio en curso financiado por el programa federal de investigación BRAIN Initiative.

Los hallazgos descritos en el estudio de 'Science' abren nuevos caminos para establecer cómo se forman los recuerdos de objetivos de comportamiento y su papel en el aprendizaje de las vocalizaciones. "Ha sido difícil estudiar este tipo de recuerdos en el laboratorio porque no sabemos dónde están codificados", reconoce. (Le puede interesar: La crisis climática ponen en riesgo a las aves migratorias)

Su equipo encontró algunas de esas respuestas al probar las conexiones entre las áreas motoras sensoriales del cerebro. Específicamente, los investigadores utilizaron la optogenética para manipular la actividad de las neuronas en la región cerebral del NIf y para controlar la información que envía al HVC, otra área del cerebro implicada en el aprendizaje de la experiencia auditiva.

Además de documentar el papel del NIf en la formación de recuerdos específicos de sílabas, el equipo del doctor Roberts descubrió que estos recuerdos se estaban almacenando en otro lugar del cerebro después de su formación. Los científicos demostraron esto al cortar la comunicación entre el NIf y el HVC en diferentes puntos del proceso de aprendizaje: los pinzones cebra que ya habían formado la memoria aún podían interpretar la canción, mientras que aquellos que fueron instruidos solo después de que se cortó la comunicación neuronal no pudieron copiar el canción.

El laboratorio examinará otras regiones del cerebro que llevan diferentes tipos de información al HVC con la esperanza de obtener una comprensión más completa de cómo se forman las propiedades adicionales de los recuerdos de objetivos de comportamiento. (Podría leer: En medio siglo han desaparecido 2.900 millones de aves en Norteamérica)

"El cerebro humano y las vías asociadas con el habla y el lenguaje son inmensamente más complicadas que los circuitos del pájaro cantor --admite Roberts--. Pero nuestra investigación está proporcionando pistas sólidas sobre dónde buscar más información sobre los trastornos del desarrollo neurológico".

Investigadores del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas han comprobado en un nuevo estudio de pájaros cantores que los recuerdos pueden implantarse en el cerebro para enseñar vocalizaciones, sin ninguna lección previa de los padres. Aunque los hallazgos no tienen implicaciones inmediatas para el tratamiento de pacientes, proporcionan pistas sobre dónde buscar en el cerebro humano para comprender mejor el autismo y otras afecciones que afectan el lenguaje. (Lea: Pesticida más utilizado en agricultura también estaría acabando con los pájaros cantores)

"Esta es la primera vez que confirmamos regiones cerebrales que codifican recuerdos de objetivos de comportamiento, esos recuerdos que nos guían cuando queremos imitar cualquier cosa, desde el habla hasta el aprendizaje del piano", señala el doctor Todd Roberts, neurocientífico del OT Southwestern's O'Donnell Brain Institute. "Los hallazgos nos permitieron implantar estos recuerdos en las aves y guiar el aprendizaje de su canción", añade el experto. 

El estudio, publicado en la revista Science, describe cómo los científicos activaron un circuito de neuronas a través de la optogenética, una herramienta relativamente nueva que utiliza la luz para monitorear y controlar la actividad cerebral.

Los investigadores utilizaron pinzones cebra porque comparten muchas de las etapas humanas del desarrollo vocal: Al principio de la vida, los pájaros escuchan cantar a sus padres, y eventualmente memorizan las notas. Aprenden a replicar el comportamiento después de practicar decenas de miles de veces.

Al controlar la interacción entre dos regiones del cerebro, el equipo del Dr. Roberts codificó recuerdos en pinzones cebra que no tenían experiencia de tutoría de sus padres. Los pájaros usaron estos recuerdos para aprender las sílabas de su canción, con la duración de cada nota correspondiente a la cantidad de tiempo que la luz mantuvo activas las neuronas. Cuanto más corta es la exposición a la luz, más corta es la nota.

"No le estamos enseñando al pájaro todo lo que necesita saber, solo la duración de las sílabas en su canción. Las dos regiones del cerebro que probamos en este estudio representan solo una pieza del rompecabezas". (Puede leer: Los pájaros machos son o buenos cantantes o lindos, no ambas)

Sin embargo, el descubrimiento es notable porque abre nuevas vías de investigación para identificar más circuitos cerebrales que influyen en otros aspectos de la vocalización, como el tono y el orden de cada sonido. "Si descubrimos esos otros caminos, hipotéticamente podríamos enseñar a un pájaro a cantar su canción sin ninguna interacción de su padre --añade--. Pero estamos muy lejos de poder hacer eso".

El descubrimiento es el último de una serie de hallazgos del laboratorio Roberts, que se especializa en documentar cómo funciona el cerebro durante el aprendizaje vocal. Al mapear los procesos neuronales involucrados a medida que las aves aprenden canciones de apareamiento, los científicos esperan algún día usar ese conocimiento para apuntar a genes del habla específicos que se alteran en pacientes con autismo u otras afecciones del desarrollo neurológico.

Entre otros proyectos recientes, el equipo del doctor Roberts identificó una red de neuronas que desempeña un papel vital en el aprendizaje de las vocalizaciones al ayudar a la comunicación entre las regiones motoras y auditivas del cerebro. Su laboratorio también lidera un estudio en curso financiado por el programa federal de investigación BRAIN Initiative.

Los hallazgos descritos en el estudio de 'Science' abren nuevos caminos para establecer cómo se forman los recuerdos de objetivos de comportamiento y su papel en el aprendizaje de las vocalizaciones. "Ha sido difícil estudiar este tipo de recuerdos en el laboratorio porque no sabemos dónde están codificados", reconoce. (Le puede interesar: La crisis climática ponen en riesgo a las aves migratorias)

Su equipo encontró algunas de esas respuestas al probar las conexiones entre las áreas motoras sensoriales del cerebro. Específicamente, los investigadores utilizaron la optogenética para manipular la actividad de las neuronas en la región cerebral del NIf y para controlar la información que envía al HVC, otra área del cerebro implicada en el aprendizaje de la experiencia auditiva.

Además de documentar el papel del NIf en la formación de recuerdos específicos de sílabas, el equipo del doctor Roberts descubrió que estos recuerdos se estaban almacenando en otro lugar del cerebro después de su formación. Los científicos demostraron esto al cortar la comunicación entre el NIf y el HVC en diferentes puntos del proceso de aprendizaje: los pinzones cebra que ya habían formado la memoria aún podían interpretar la canción, mientras que aquellos que fueron instruidos solo después de que se cortó la comunicación neuronal no pudieron copiar el canción.

El laboratorio examinará otras regiones del cerebro que llevan diferentes tipos de información al HVC con la esperanza de obtener una comprensión más completa de cómo se forman las propiedades adicionales de los recuerdos de objetivos de comportamiento. (Podría leer: En medio siglo han desaparecido 2.900 millones de aves en Norteamérica)

"El cerebro humano y las vías asociadas con el habla y el lenguaje son inmensamente más complicadas que los circuitos del pájaro cantor --admite Roberts--. Pero nuestra investigación está proporcionando pistas sólidas sobre dónde buscar más información sobre los trastornos del desarrollo neurológico".