Los neurocientíficos han utilizado nuevas tecnologías y herramientas para monitorear los circuitos cerebrales de los diamantes mandarín con el fin de comprender mejor la práctica y el rendimiento.
La investigación sugiere que la práctica ayuda al cerebro a explorar las distintas formas de dar órdenes y mover el cuerpo.
Podría tener implicaciones para los trastornos del movimiento humano, como el Parkinson.
Al igual que un atleta profesional o un pianista de concierto practica a diario para perfeccionar y refinar sus movimientos físicos con el fin de lograr el mejor rendimiento posible cuando realmente importa, los diamantes mandarín machos canturrean y emiten ligeras variaciones de sus cantos de cortejo durante la mayor parte de sus horas de vigilia.
Pero cuando la partida está en juego —concretamente, cuando una hembra de diamante mandarín atractiva se posa cerca— llega el momento de actuar, y el macho ejecutará su canto con precisión y velocidad propias de la práctica.
Ahora, gracias a varias herramientas nuevas, entre ellas la capacidad de monitorear cien neuronas a la vez y algunos potentes análisis de aprendizaje automático, los neurocientíficos de la Universidad de Duke han observado el circuito cerebral que controla las sesiones de práctica del ave y su rendimiento.
La conclusión: en el «momento decisivo», una descarga del neurotransmisor noradrenalina en los ganglios basales, una región del prosencéfalo que rige el movimiento complejo en todos los vertebrados, anula la variabilidad del canto y lo hace lo más fiel posible al ideal. Los hallazgos se publican en Nature el 20 de octubre.
Cuando las aves cantan para sí mismas, estas neuronas de los ganglios basales permiten cierto grado de variabilidad en el canto, lo que, según afirman los investigadores, es esencial para «cartografiar» el circuito y encontrar la forma óptima de producir el canto.
«Para averiguar cómo moverse, primero necesita probar muchos movimientos diferentes, ensayar distintas formas de lograr el objetivo de mover su cuerpo», explicó Jonna Singh Alvarado, quien dirigió este proyecto para su tesis doctoral en Duke. «Necesitan aprender: “Si pienso esto, ¿cómo estoy a punto de moverme? ¿Cómo moverá eso mi cuerpo?”, y necesitan hacerlo en muchas variaciones».
Tras haber realizado la tarea muchas veces, «se establece una especie de diccionario que vincula el cerebro con el movimiento, en el que se han explorado todas estas formas diferentes de dar órdenes que pueden mover tu cuerpo», afirmó Alvarado, quien actualmente es investigadora posdoctoral en la Universidad de Harvard. «Y entonces puedes aprovechar la correspondencia que has creado. “He explorado, tengo este diccionario; permítanme tomar las palabras adecuadas de este diccionario y ejecutar exactamente lo que sé que puedo ejecutar, dado lo que sé que la hembra quiere oír”».
Mucha práctica es esencial para mantener el canto en buena forma, señaló Alvarado. «Si no siguen perfeccionando estos circuitos con actividad constante, se desvían y degradan lentamente. Practicar y seguir explorando este espacio vocal, y mantener actualizado tu diccionario, es muy importante para que el rendimiento se mantenga en óptimas condiciones».
Las diferencias entre los cantos de práctica y las actuaciones de cortejo son extremadamente sutiles para los observadores humanos, casi imperceptibles, explicó Richard Mooney, catedrático George Barth Geller de Neurobiología en la Facultad de Medicina de Duke y asesor de tesis de Alvarado. Pero las hembras de diamante mandarín sí lo notan, y prefieren una interpretación rápida. Un canto de práctica reproducido por un altavoz no logra despertar su interés, pero un canto rápido y preciso en el momento decisivo hace que se acerque a comprobar la procedencia de los dulces sonidos.
«Las aves canoras nos han simplificado este problema», afirmó Alvarado. En el circuito de canto dedicado y especializado de los ganglios basales del ave, cada neurona cumple una sola función.
Pero incluso este cerebro, relativamente sencillo, planteó un enorme problema computacional para el equipo.
«Una de las cosas que ha resultado muy difícil en otros animales es determinar cuál es la relación entre la variabilidad que producen y la variabilidad que quieren producir», afirmó John Pearson, profesor adjunto de bioestadística y bioinformática en Duke, quien dirigió el análisis estadístico de las neuronas. «Es la primera vez que se logra obtener una población considerable de estas células, y podemos empezar a intentar vincular la variabilidad en el rendimiento vocal con la variabilidad en la actividad neuronal».
Mooney, quien se describe a sí mismo como un gran admirador del guitarrista Jimi Hendrix, afirmó que ha escuchado este tipo de ensayo en las grabaciones informales de cuatro pistas hechas por Hendrix en su sala de estar. «Va en todas direcciones; hay un germen de una canción, pero luego se transforma. Es como el jazz libre o algo así. Y, ya sabes, creo que él era realmente, realmente bueno explorando cuando estaba solo».
Este tipo de ensayo motor se aplica a cualquier habilidad que se practique, afirmó Alvarado. «Pero luego hay un momento en el que hay que ejecutar en una situación de alto riesgo, que puede ser algo como la depredación, ya sea escapar de un depredador o capturar una presa, o el cortejo: es el momento de actuar y debemos hacerlo de una manera muy específica, sabiendo que la otra parte nos está escuchando».
Mooney, quien lleva décadas estudiando el canto de las aves, afirmó que este trabajo se basó en muchos tipos diferentes de conocimientos científicos, incluidos colegas de la UC Berkeley y la Universidad de Oregón. «Hizo falta que muchas personas diferentes resolvieran todas estas partes. Es una historia grande y muy compleja».
Pero el trabajo es importante porque comprender los ganglios basales de las aves tiene una relevancia directa para los trastornos del movimiento humano, como las enfermedades de Parkinson y de Huntington, el síndrome de Tourette y otros, afirmó Mooney.
«En el Parkinson, la variabilidad motora es disfuncional y está completamente desregulada, y esto se debe a la degeneración de estos mismos circuitos de los ganglios basales», afirmó Alvarado. «Comprender cómo funcionan normalmente (las neuronas de los ganglios basales) y cómo su actividad se modifica y se recablea para producir patrones de movimiento completamente diferentes es fundamental para entender cómo corregir estos problemas en el futuro», afirmó.
La investigación contó con el respaldo de los Institutos Nacionales de Salud (R01NS118424 y R01NS099288).
CITA: «Neural dynamics underlying birdsong practice and performance» (Dinámica neuronal subyacente a la práctica y el rendimiento del canto de las aves), Jonnathan Singh Alvarado, Jack Goffinet, Valerie Michael, William Liberti III, Jordan Hatfield, Timothy Gardner, John Pearson, Richard Mooney. Nature, 20 de octubre de 2021. DOI: 10.1038/s41586-021-04004-1
