Este artículo se publica en colaboración con MIT News.
Los pinzones cebra macho, pequeños pájaros cantores originarios del centro de Australia, aprenden sus cantos copiando lo que escuchan de sus padres. Estos cantos, que a menudo se usan como llamadas de apareamiento, se desarrollan en las primeras etapas de la vida mientras las aves juveniles experimentan imitando los sonidos que oyen.
Los neurocientíficos del MIT han descubierto ahora la actividad cerebral que sustenta este proceso de aprendizaje. Las secuencias de actividad neuronal que codifican la primera sílaba del canto de las aves se duplican y se alteran ligeramente, lo que permite a las aves producir varias variaciones de la sílaba original. Con el tiempo, estas sílabas se encadenan formando el canto característico del ave, que permanece constante durante toda su vida.
“La ventaja aquí es que, para aprender sílabas nuevas, no hay que aprenderlas desde cero. Se puede reutilizar lo aprendido y modificarlo ligeramente. Creemos que es una forma eficiente de aprender diversos tipos de sílabas”, afirma Tatsuo Okubo, antiguo estudiante de posgrado del MIT y autor principal del estudio, que se publica en la edición en línea del 30 de noviembre de la revista Nature.
Okubo y sus colegas creen que este tipo de duplicación de secuencias neuronales también podría subyacer a otros tipos de aprendizaje motor. Por ejemplo, la secuencia utilizada para balancear una raqueta de tenis podría reutilizarse para un movimiento similar, como jugar al ping-pong. “Esto parece una forma en que las secuencias pueden aprenderse y reutilizarse para cualquier cosa que implique temporización”, afirma Emily Mackevicius, estudiante de posgrado del MIT que también es coautora del artículo.
El autor principal del artículo es Michale Fee, profesor de ciencias cerebrales y cognitivas del MIT y miembro del Instituto McGovern de Investigación Cerebral.
Estallido de canto
Estudios previos del laboratorio de Fee han descubierto que una parte de la corteza cerebral conocida como HVC es fundamental para la producción del canto.
Por lo general, cada canto dura alrededor de un segundo y consta de varias sílabas. El laboratorio de Fee ha descubierto que en las aves adultas, las neuronas HVC individuales muestran una ráfaga de actividad muy breve —unos 10 milisegundos o menos— en un momento concreto del canto. Diferentes conjuntos de neuronas están activos en distintos momentos y, en conjunto, el canto se representa mediante esta secuencia de ráfagas.
En el nuevo estudio de Nature , los investigadores querían averiguar cómo se desarrollan esos patrones neuronales en los pinzones cebra recién nacidos. Para ello, registraron la actividad eléctrica de las neuronas del HVC durante hasta tres meses después de la eclosión de las aves.
Cuando los pinzones cebra comienzan a cantar, unos 30 días después de la eclosión, solo producen sílabas sin sentido conocidas como subcanto, similares al balbuceo de los bebés humanos. Al principio, la duración de estas sílabas es muy variable, pero después de una semana aproximadamente se convierten en sonidos más consistentes llamados protosílabas, que duran unos 100 milisegundos. Cada ave aprende una protosílaba que sirve de andamiaje para las sílabas posteriores.
Los investigadores descubrieron que dentro del HVC las neuronas se activan en una secuencia de breves ráfagas correspondientes a la primera protosílaba que aprende cada ave. La mayoría de las neuronas del HVC participan en esta secuencia original, pero con el tiempo, algunas de estas neuronas se separan de la secuencia original y producen una nueva secuencia muy similar. Esta cadena de secuencias neuronales puede reutilizarse para producir sílabas diferentes.
“Desde esa secuencia corta se divide en nuevas secuencias para las siguientes sílabas nuevas”, afirma Mackevicius. “Empieza con esa cadena corta, que tiene mucha redundancia, y separa algunas neuronas para la sílaba A y otras para la sílaba B.”
Esta división de las secuencias neuronales se repite hasta que las aves pueden producir entre tres y siete sílabas distintas, según constataron los investigadores. Todo el proceso dura unos dos meses, momento en el que cada ave ya ha fijado su canto definitivo.
“Esta es una forma muy natural de que los patrones motores evolucionen, repitiendo algo y luego moldeándolo, pero hasta ahora nadie tenía buenos datos para entender cómo lo hace realmente el cerebro”, afirma Ofer Tchernichovski, profesor de psicología en el Hunter College, que no participó en la investigación. “Lo interesante de este artículo es que logran seguir cómo los centros cerebrales gobiernan estas transiciones de patrones repetitivos simples a patrones más complejos.”
Evolución por duplicación
Los investigadores señalan que este proceso es similar a lo que se cree que impulsa la producción de nuevos genes y rasgos durante la evolución.
“Si duplicas un gen, puedes tener mutaciones independientes en ambas copias y, con el tiempo, pueden cumplir funciones diferentes”, afirma Okubo. “Con los programas motores ocurre algo similar. Puedes duplicar la secuencia y luego modificar de forma independiente los dos programas motores hijos, de modo que ahora cada uno haga cosas ligeramente distintas.”
Mackevicius estudia ahora cómo la información que llega desde las partes del cerebro que procesan sonidos hacia el HVC contribuye a la formación de estas secuencias neuronales.
La publicación no implica el respaldo de los puntos de vista por parte del Foro Económico Mundial.
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Autora: Anne Trafton es colaboradora invitada de MIT News.
Imagen: Un colibrí de cola rufa, Amazilia tzacatl, aparece anidando en un árbol en San José. REUTERS/Juan Carlos Ulate.
