Los científicos explican el mecanismo del cerebro para cantar y aprender
Crédito: CC0 Public Domain
Una nueva investigación revela que las células especializadas dentro de los circuitos neuronales que desencadenan el aprendizaje complejo en los pájaros cantores tienen un parecido sorprendente con un tipo de célula neuronal asociada con el desarrollo de las habilidades motoras finas en la corteza del cerebro humano.
El estudio realizado por científicos de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón se publicó hoy en la revista Nature Communications.
«Estas son las propiedades que necesita si desea tener un canto masculino que sea preciso y distinto para que el canto femenino puede elegir con qué ave quiere aparearse», dijo el coautor principal Henrique von Gersdorff, Ph.D., científico principal del Instituto Vollum de OHSU. «Se necesita un cerebro altamente especializado para producir esto».
Benjamin Zemel, Ph.D., becario postdoctoral en OHSU, es el autor principal y realizó la mayor parte del desafiante trabajo de electrofisiología relacionado con el uso de cortes finos de cerebro. y registro de células individuales.
El estudio revela que un grupo particular de neuronas expresa un conjunto de genes que modulan las proteínas del canal de iones de sodio. Estos canales iónicos generan señales eléctricas que se utilizan para la comunicación entre las células del sistema nervioso. En este caso, el ensamblaje permite que las neuronas disparen picos repetitivos conocidos como potenciales de acción a velocidades y frecuencias extremadamente altas mientras el pájaro canta.
El estudio describe «picos ultrarrápidos» que solo duran 0,2 milisegundos en comparación con la mayoría de los picos de potencial de acción que durar un milisegundo o más. Un milisegundo es en sí mismo alucinantemente rápido, una milésima de segundo.
Además, los hallazgos sugieren nuevas vías para comprender el mecanismo en varios aspectos del comportamiento y desarrollo humano que involucra el control motor fino.
Los investigadores dicen que el ensamblaje de neuronas y canales iónicos involucrados en el canto del pinzón cebra macho se parece mucho a un ensamblaje similar de neuronas conocidas como células de Betz en la corteza motora primaria del cerebro humano.
Entre los Las células cerebrales más grandes conocidas en humanos, las células de Betz tienen axones largos y gruesos que pueden propagar picos a velocidades y frecuencias muy altas. Como tales, se cree que son importantes para las habilidades motoras finas que involucran manos, pies, dedos y muñecas.
«Piense en un pianista», dijo el coautor principal Claudio Mello, MD, Ph.D. ., profesor de neurociencia del comportamiento en la Escuela de Medicina de OHSU. «Están pensando tan rápido que tienen que confiar en los recuerdos y las acciones que se aprenden y almacenan. Tocar la guitarra es lo mismo».
El estudio publicado hoy es el resultado de una conversación informal que inicialmente ocurrió durante un almuerzo en Mackenzie Hall Café en el campus de Marquam Hill de OHSU.
Mello, un neurocientífico del comportamiento que ha confiado en el pinzón cebra como modelo animal, conoce socialmente a Von Gersdorff desde hace 20 años. Un día, durante el almuerzo en la cafetería, Mello abrió su computadora portátil y mostró una imagen del cerebro de un pinzón cebra macho joven a una edad justo antes de que pudiera cantar, seguida de una segunda imagen que revelaba una subunidad reveladora de proteínas que se había materializado después del ave. tenía la edad suficiente para empezar a cantar.
«Algo notable estaba sucediendo en un período de unos pocos días», dijo von Gersdorff, experto en electrofisiología y biofísica de las neuronas. «Dije, esta es exactamente la proteína que hemos estado estudiando en el sistema auditivo de los roedores. Promueve picos de alta frecuencia».
Mello dijo que el nuevo estudio profundiza la comprensión científica del mecanismo involucrado en el aprendizaje de la motricidad fina habilidades.
«Este es un modelo muy importante, y creemos que este nuevo estudio tiene un amplio potencial», dijo.
El hecho de que estas mismas propiedades del circuito motor sean compartidas por especies que divergió hace más de 300 millones de años habla de la fuerza del descubrimiento, dijeron von Gersdorff y Mello. Los investigadores dicen que las propiedades neuronales que descubrieron en el pinzón cebra macho pueden optimizarse para la velocidad y la precisión a través de la evolución convergente.
También sugiere mecanismos que pueden estar involucrados cuando la conexión falla. Von Gersdorff dijo que es posible que algunas mutaciones genéticas que afectan a estas células de Betz puedan causar efectos relativamente leves, como tartamudeo, que puede superarse con el aprendizaje, mientras que otras mutaciones podrían tener efectos más pronunciados, como los relacionados con trastornos progresivos como la esclerosis lateral amiotrófica. o ELA.
Explore más
Lo que nos dice el canto de los pájaros sobre las células cerebrales y el aprendizaje Más información: Las corrientes resurgentes de Na+ promueven picos ultrarrápidos en las neuronas de proyección que impulsan el control motor fino, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26521-3 Información de la revista: Nature Communications
Proporcionado por Oregon Health & Science University Cita: Los científicos analizan el mecanismo del cerebro para cantando, aprendiendo (2021, 19 de noviembre) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-11-scientists-key-brain-mechanism.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.