Investigadores implantan recuerdos en cerebros de pinzones cebra
ARRIBA: Un pinzón cebra adulto le enseña a un ave más joven su canción de cortejo. WENCHAN ZHAO, ROBERTS LAB, UT SOUTHWESTERN MEDICAL CENTER
Los animales aprenden imitando comportamientos, como cuando un bebé imita la voz de su madre o un pinzón cebra macho joven copia la canción de apareamiento de un tutor macho mayor, a menudo su padre. En un estudio publicado hoy en Science, los investigadores identificaron el circuito neuronal que usa un pinzón para aprender la duración de las sílabas de una canción y luego manipularon esta vía con optogenética para crear un recuerdo falso que los pájaros jóvenes usaban para desarrollar su canto de cortejo.
Para aprender de la observación, debe crear un recuerdo de alguien haciendo algo bien y luego usar esta información sensorial para guiar su sistema motor a aprender a realizar la conducta. Realmente no sabemos dónde y cómo se forman estos recuerdos, dice Dina Lipkind, bióloga del York College que no participó en el estudio. Los autores abordaron el primer paso del proceso, que es cómo se forma la memoria que luego [lo guiará] hacia la realización de este comportamiento.
Una interpretación de los artistas de la participación del cerebro en cómo las aves jóvenes aprenden la canción de un tutor .john holdway
Nuestros objetivos originales eran en realidad mucho más modestos, dice Todd Roberts, neurocientífico de UT Southwestern Medical Center. Inicialmente, Wenchan Zhao, un estudiante graduado en su laboratorio, se dispuso a probar si la interrupción de la actividad neuronal mientras un pinzón joven interactuaba con un tutor podía bloquear la capacidad de las aves para formar un recuerdo del intercambio. Usó luz para manipular células modificadas genéticamente para ser sensibles a la iluminación en un circuito cerebral previamente implicado en el aprendizaje de canciones en pájaros jóvenes.
Zhao encendió las células al iluminar los cerebros de los pájaros mientras pasaban el tiempo con sus tutores y, como experimento de control, cuando las aves estaban solas. Luego se dio cuenta de que los cantos que desarrollaban los llamados pájaros de control eran inusualmente diferentes a los cantos de los pájaros que nunca habían conocido a un tutor, pero también a los cantos de aquellos que interactuaban con un pájaro mayor.
Once Zhao y sus colegas captaron las canciones inusuales, decidieron probar si la actividad en este circuito sería suficiente o no para implantar recuerdos, dice Roberts.
Los investigadores estimularon los circuitos neuronales de las aves con sesiones de 50- o pulsos optogenéticos de 300 milisegundos durante cinco días durante el tiempo en el que normalmente estarían interactuando con un tutor pero sin la presencia de un pájaro macho adulto. Cuando estos pinzones crecieron, cantaron canciones de cortejo de adultos que correspondían a la duración de la luz que habían recibido. Los que recibieron pulsos cortos cantaron canciones con sonidos que duraron alrededor de 50 milisegundos, mientras que los que recibieron pulsos prolongados mantuvieron sus notas por más tiempo. Algunas características de la canción, incluido el tono y el ruido de las sílabas armónicas en la canción, no parecían verse afectadas por la manipulación optogenética. Otra medida, la entropía, que se aproxima a la cantidad de información transportada en la comunicación, no fue distinguible en los cantos de pájaros normalmente tutelados y aquellos que recibieron pulsos optogenéticos de 50 milisegundos, pero fue mayor en los cantos de pájaros que recibieron tutoría que en los cantos de pájaros que recibieron tutoría. cantos de pájaros aislados o de aquellos que recibieron pulsos de luz de 300 milisegundos.
Si bien la manipulación del circuito afectó la duración de los sonidos en los cantos de los pinzones, otros elementos del comportamiento del canto, incluida la línea de tiempo del desarrollo vocal , con qué frecuencia practicaban las aves y en qué contextos sociales eventualmente usaron las canciones eran similares a las de los juveniles que habían aprendido de un pájaro adulto.
Los investigadores determinaron luego que cuando las aves recibían estimulación con luz al mismo tiempo que interactuaron con un tutor de canto, sus cantos adultos se parecían más a los de las aves que solo habían recibido estimulación lumínica, lo que indica que la estimulación optogenética puede suplir nt tutoría.
Los pinzones cebra machos adultos les enseñan a los pájaros machos jóvenes su canción cantándoles. Wenchan Zhao, Roberts Laboratory UT Southwestern Medical Center
Cuando el equipo dañó el circuito antes de que los pájaros jóvenes encontraran su tutores, no intentaron imitar las canciones de cortejo de los adultos. Pero si a los jóvenes se les daba la oportunidad de interactuar con un tutor antes de que se dañara el circuito, no tenían problemas para aprender la canción. Este hallazgo apunta a un papel esencial de la vía en la formación de la memoria inicial del tiempo de las vocalizaciones, pero no en el almacenamiento a largo plazo para que pueda ser referenciado para guiar la formación de canciones.
Lo que estábamos capaz de implantar fue información sobre la duración de las sílabas que los pájaros quieren intentar aprender a cantar, dice Roberts a The Scientist. Pero hay muchas más características que las aves deben atender cuando están aprendiendo una canción, incluido el tono y cómo poner las sílabas en el orden correcto, dice. Los siguientes pasos son identificar los circuitos que transportan otros tipos de información e investigar los mecanismos para codificar estos recuerdos y en qué parte del cerebro se almacenan.
Sarah London, neurocientífica de la Universidad de Chicago que no participó en el estudio, está de acuerdo en que las estrategias utilizadas aquí podrían servir como modelo para descifrar de dónde provienen otras características de la canción aprendida. Pero, de manera más general, este trabajo en pájaros cantores se conecta con el panorama más amplio de nuestra comprensión del aprendizaje y la memoria, dice ella.
El aprendizaje de canciones es un comportamiento complicado que requiere múltiples áreas del cerebro que coordinan sus funciones durante largos períodos de desarrollo. . El cerebro está cambiando de todos modos, y además de eso, los comportamientos cambian en el cerebro, explica. Estudiar el desarrollo de las canciones en los pinzones cebra puede dar una idea de cómo los circuitos neuronales en maduración están influenciados por el entorno, tanto el entorno interno del cerebro como el entorno social externo, agrega. Esta es una oportunidad realmente única, no solo para el canto, no solo para el idioma, sino para aprender en un contexto un poco más amplio de niños que intentan comprender y adoptar patrones de comportamiento apropiados para su tiempo y lugar.
w Zhao et al., Inicio de los recuerdos que guían el aprendizaje vocal en el pájaro cantor, Science, doi: 10.1126/science.aaw4226, 2019.
Abby Olena es una periodista independiente que vive en Carolina del Norte. Encuéntrala en Twitter @abbyolena.