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Trazar un mapa de los encéfalos de las aves para comprender cómo aprenden los cantos

Técnicas nuevas desvelan información inédita sobre las estructuras encefálicas que participan en el aprendizaje vocal de las aves cantoras.

Investigación fundamental

La forma en que las aves cantoras aprenden a cantar es un comportamiento complejo con muchos paralelismos con la forma en que los seres humanos aprenden el habla y el lenguaje. Sin embargo, se desconoce la forma exacta en que esto sucede. El proyecto financiado con fondos europeos DESYNE profundizó en el encéfalo de las aves para obtener más información. DESYNE se propuso desentrañar los cambios ultraestructurales que se producen en el encéfalo de las aves cantoras durante el aprendizaje vocal. El objetivo era un área premotora específica del encéfalo de las aves cantoras conocida como el centro vocal superior (CVS). El CVS desempeña una función importante en el aprendizaje del canto, pues participa tanto en la percepción como en la producción del canto. Para comprender los mecanismos neuronales que participan en la memorización del canto y la aparición del canto en el adulto, DESYNE registró las redes de conexiones sinápticas con el CVS. El equipo al cargo se propuso explorar las conexiones para comprender cómo funciona la experiencia del aprendizaje del canto. La investigación se llevó a cabo con financiación de las Acciones Marie Skłodowska-Curie (MSCA). «La investigación de los circuitos neuronales de las aves cantoras supone todo un reto técnico, que es la razón por la que se ha hecho gran hincapié en el desarrollo de métodos para permitir dicha investigación. En consecuencia, el proyecto creó una tecnología novedosa y emocionante para estudiar la estructura detallada y la función de componentes específicos de la red durante el aprendizaje vocal», explica Daniel Düring, catedrático en el Instituto de Neuroinformática de la Universidad de Zúrich (ETH Zúrich). La investigación también podría tener un gran impacto en los humanos en el futuro. «Dados los muchos paralelismos entre la adquisición del lenguaje en el ser humano y el aprendizaje de los cantos en las aves, creemos que la información sobre la estructura del circuito neuronal podrá generalizarse y traducirse también a los humanos, y que podría ayudarnos a comprender mejor y desarrollar estrategias de tratamiento para las neuropatologías asociadas al habla», afirma Richard Hahnloser, también catedrático en el Instituto de Neuroinformática y coordinador del proyecto DESYNE.

Un canto simple conlleva alteraciones complejas en el encéfalo

El proyecto recurrió a los diamantes mandarines para el estudio. «El canto de los diamantes mandarines es más bien simple y estereotipado, lo que hace que sea más fácil de analizar que los cantos de la mayoría de las otras aves cantoras. De forma similar a los niños humanos, las aves cantoras jóvenes aprenden a copiar el canto de un tutor adulto», añade Hahnloser. Para descubrir y caracterizar los cambios estructurales en el encéfalo de las aves necesarios para el aprendizaje vocal, el equipo comparó la estructura encefálica de las áreas que participan en el aprendizaje y la producción del canto entre aves que habían estado expuestas al canto de un tutor y que nunca habían oído un patrón vocal.

Nuevas herramientas para desvelar el secreto de cómo las aves aprenden los cantos

Para estudiar la estructura y la función de componentes específicos en una red de neuronas, debe haber una forma de acceder e identificar de forma selectiva tipos celulares concretos. Esto suele hacerse utilizando lo que se conoce como un vector viral, que utiliza proteínas fluorescentes para identificar células concretas. Por desgracia, ninguno de los vectores virales existentes parecía funcionar con las aves cantoras, así que el equipo creó uno propio. «Gracias a este proyecto y a la colaboración internacional entre laboratorios en ETH Zúrich, la Sociedad Max-Planck en Alemania y la Universidad de Tokio, pudimos diseñar un vector viral para las aves cantoras que creemos que ayudará a otros muchos laboratorios a estudiar los circuitos neuronales de las aves cantoras con unos detalles y una precisión sin precedentes», señala Düring.

Un vector para la investigación futura

Ahora, el equipo está usando esta creación para profundizar en su investigación junto con nuevas posibilidades. «Utilizamos nuestro vector viral para estudiar el desarrollo estructural de una clase específica de neuronas de proyección, en concreto las que conectan el área premotora vocal CVS con un área del prosencéfalo conocida como área X», afirma Düring. El equipo también trabaja en el perfeccionamiento de sus tecnologías e se propone incluir señales de marcadores sinápticos al tomar imágenes de grandes volúmenes de tejido encefálico.

Palabras clave

DESYNE, ave, encéfalo de las aves, canto, ave cantora, CVS, aprendizaje vocal, diamante mandarín, circuito neuronal

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