CIENCIA

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Canto constante

Mecanismos neuronales explican la estabilidad vocal de los pajaritos

RODRIGO DE OLIVEIRA ANDRADE y MARIA GUIMARÃES | ED. 249 | NOVIEMBRE 2016

 

Diamante mandarín: empleado con frecuencia en experimentos conductuales

Quienes hayan escuchado el canto insistente del zorzal colorado durante los días, o también a horas inusitadas de las madrugadas de primavera en las ciudades brasileñas, habrán percibido las notas repetidas hasta el cansancio. Una posible explicación acerca de los aspectos repetitivos de ese canto acaba de surgir con el estudio del cerebro de otro pajarito: el diamante mandarín (Taeniopygia guttata), también conocido como pinzón cebra, una especie muy utilizada en experimentos conductuales en laboratorio. Uno de los tipos de células de la compleja y adaptable red neuronal responsable de las manifestaciones vocales de los pájaros cantores se mantiene estable en los diamantes mandarín, según un artículo que se publicó en octubre en la revista Nature Neuroscience.

“El canto de los ejemplares adultos presenta repeticiones prácticamente idénticas unas a otras”, explica el neurocientífico Tarciso Velho, docente del Instituto del Cerebro de la Universidad Federal de Rio Grande do Norte (UFRN) y uno de los autores del estudio. “Esto hace de esos animales un modelo ideal para el estudio de la relación entre la actividad neuronal y el comportamiento”. El grupo, coordinado por el físico estadounidense Timothy Gardner, de la Universidad de Boston, en Estados Unidos, analizó la actividad de dos grupos de neuronas en un área específica del cerebro responsable del control del canto, a la cual se la conoce con el nombre de HVC. La hipótesis vigente determina que, cuando la actividad de éstos disminuye, entra en acción otro tipo de células neuronales, las neuronas excitadoras, que activan una cadena de neuronas que controla la musculatura ligada a la producción del canto.

El misterio en cuanto a la estabilidad vocal radica en la plasticidad que caracteriza al núcleo cerebral que controla el canto. En el cerebro del pájaro, y en algunas áreas del de los mamíferos, hay un proceso constante en el que algunas células mueren mientras se generan otras. Además, incluso en una población estable de células, las conexiones entre ellas pueden sufrir reacomodamientos. Esas alteraciones en la conectividad neuronal son interpretadas como las bases neuronales del aprendizaje, un proceso en el cual el sueño parece ejercer un rol importante. “Cuando registramos imágenes durante el canto, notamos que la actividad de las neuronas excitadoras variaba de un día a otro, con células entrando o saliendo del conjunto que participaba de la producción del canto, de manera tal, que las que intervenían en la actividad neuronal no eran siempre las mismas”, explica Velho. Pero a pesar de ese escenario dinámico, el canto permanece estable. El secreto parece hallarse en las células inhibitorias: en los experimentos llevados a cabo en Boston, su actividad varió poco. Ésa parece ser la razón de la constancia de un atributo central del reconocimiento dentro de la especie, sin el cual, las hembras tendrían mayores dificultades para hallar a sus pares reproductivos.

Dentro del cerebro
Esos resultados fueron posibles gracias a unos dispositivos diminutos desarrollados por Gardner. “Si el pájaro está amarrado, no canta”, explica Velho. “Hay que dejarlo suelto en la jaula, con aparatos que no dificulten su movimiento”. Ante esa necesidad, los investigadores implantaron electrodos en el cerebro de los pajaritos para monitorear las células inhibidoras durante varios meses. Todavía más asombrosos son los microscopios miniaturizados que pesan menos de 2 gramos y se construyen con ayuda de una impresora 3D. Estos microscopios se implantaron en el cerebro de los pájaros y permitieron detectar la fluorescencia emitida por la actividad de las células excitadoras gracias a una proteína inoculada a través un virus y que funciona como sensor del calcio, un elemento central en la actividad eléctrica de las neuronas. “Ambos métodos permitieron elaborar registros del cerebro en las aves estando despiertas, comportándose y moviéndose libremente”, dice Gardner.

Según el físico estadounidense, el comportamiento disímil que detectaron mediante esas técnicas en los dos tipos de células es lo que subyace en la estabilidad del canto. Aunque la actividad de cada neurona sea variable, las fallas eventuales se compensan con la actividad de células vecinas, que tienden a activarse simultáneamente. “Esta repetición sugiere que, si una célula deja de funcionar, habrá otra que desempeñará una función similar, manteniendo la estabilidad de la red y, por consiguiente, el resultado motor”, analiza. El estudio también demostró que la actividad local de las células inhibidoras es lo que modula el funcionamiento de esa red. “Las neuronas podrían optimizar su actividad individual dentro de una estructura mayor que permanece inmutable por años”.

Los diamantes mandarines, con sus comportamientos previsibles e inalterables en su vida en jaulas, impuesta por la condición de cobayos de laboratorio, son los preferidos de los científicos que se ocupan de estudiar el desarrollo vocal, un comportamiento aprendido, repetitivo y estereotipado. Gardner sostiene que incluso podrían contribuir para la comprensión de ciertos aspectos del habla humana. “Las redes neuronales del cerebro de los mamíferos deben resolver problemas similares”, dice. “Sería interesante investigar si esos programas motores se controlan o mantienen de manera parecida”. Dicen que una vez que se aprende a andar en bicicleta, esto no se olvida nunca. Resta saber si los mecanismos que involucran a las neuronas inhibidoras y excitadoras podrían estar detrás de ese tipo de capacidad motora de larga duración.

Artículo científico
LIBERTI III, W. A. et al. Unstable neurons underlie a stable learned behavior. Nature Neuroscience. Online. 10 de oct. 2016.


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