Al estudiar las canciones de los ratones de los bosques nublados de Costa Rica, los investigadores descubrieron un circuito cerebral que puede permitir la conversación de ida y vuelta a alta velocidad.
Machos de la especie de estudio, ratón cantante de Alston Scotinomys teguina , produce canciones con casi cien notas audibles.Desafían a los competidores cantando por turnos, alternando como humanos hablando, dicen los autores del estudio.En contraste, los ratones de laboratorio estándar producen sonidos ultrasónicos sin intercambios evidentes.
Por lo tanto, el nuevo estudio, dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York, lanza un nuevo campo al emplear un nuevo modelo de mamífero para examinar los mecanismos cerebrales detrás de la precisión de menos de un segundo de la toma de turnos vocales.
"Nuestro trabajo demuestra directamente que se necesita una región cerebral llamada corteza motora para que estos ratones y los humanos interactúen vocalmente", dice el autor principal del estudio Michael Long, PhD, profesor asociado de neurociencia en la Facultad de Medicina de la Universidad de Nueva York.
"Necesitamos entender cómo nuestros cerebros generan respuestas verbales instantáneamente usando casi cien músculos si queremos diseñar nuevos tratamientos para los muchos estadounidenses para quienes este proceso ha fallado, a menudo debido a enfermedades como el autismo o eventos traumáticos, como un accidente cerebrovascular", dice Long.
Publicado en línea como la historia de portada de ciencia el 1 de marzo, el estudio encontró que, junto con las áreas del cerebro que le dicen a los músculos que creen notas, los circuitos separados en la corteza motora permiten los arranques y paradas rápidas que forman una conversación entre los compañeros vocales.
"Al segregar la producción de sonido y los circuitos de control, la evolución ha equipado a los cerebros de los ratones que cantan con el control vocal estricto que también se ve en los intercambios de grillos, duetos de pájaros y posiblemente en la discusión humana", agrega el coautor del estudio Arkarup Banerjee, PhD, un erudito postdoctoral en el laboratorio de Long.
A pesar de la ubicuidad de los intercambios vocales en el mundo natural, dice, no hay modelos de mamíferos adecuados en neurociencia para su estudio. Antes del nuevo informe, el modelo principal para estudiar este ida y vuelta era el tití, un primatecuyos giros conversacionales son considerablemente más lentos que el habla humana y es poco probable que resulten de la rápida respuesta muscular a las señales sensoriales p. ej., circuitos corticales motores.
Canciones sociales diferentes
El equipo de investigación descubrió que S. teguina las canciones, una serie de notas que evolucionan de manera predecible a medida que avanza la canción, cambiaron en situaciones sociales ya que los ratones tuvieron que "doblar y romper las canciones" para conversar. La estrecha conexión entre los patrones de las canciones y las lecturas tomadas por la electromiografía, quecaptura señales eléctricas a medida que el cerebro genera contracciones musculares, lo que permitió al equipo determinar las relaciones entre los centros cerebrales y la musculatura de la canción mientras dos ratones coordinaban sus respuestas.
En contraste con los hallazgos de estudios anteriores, los investigadores encontraron que un "punto de acceso" funcional ubicado en la parte frontal de la corteza motora a un lado, la corteza motora orofacial o la sincronización de la canción regulada por la OMC.
Para estudiar las contribuciones de estos circuitos cerebrales especializados al canto social, el equipo interfirió con las regiones corticales en los ratones utilizando una serie de técnicas, incluidos dispositivos que enfriaron el OMC durante las canciones. Long ha ayudado a ser pionero en la técnica de enfriamiento en el estudiode los circuitos del cerebro humano relacionados con el habla.
Llamado enfriamiento focal, es una forma segura de reducir el ritmo de las vocalizaciones sin cambiar el tono, el tono o la duración de las notas individuales, dicen los autores del estudio. Argumentan que la separación funcional observada en el cerebro entre la generación de sonido ylas funciones de tiempo, esta jerarquía, es lo que hace posible los intercambios socialmente relevantes.
Avanzando, los investigadores ya están utilizando su modelo de ratón para guiar la exploración relacionada de los circuitos del habla en cerebros humanos. Al comprender la actividad que ayuda a involucrar a dos cerebros en la conversación, pueden buscar los procesos que salen mal cuando la enfermedad interfiere concomunicación, potencialmente estimulando el desarrollo de nuevos tratamientos para muchos trastornos.
Junto con Long, los autores del estudio del Instituto de Neurociencia de la NYU y el Departamento de Otorrinolaringología de la Facultad de Medicina de la NYU fueron los primeros autores Arkarup Banerjee y Daniel Okobi Jr, así como Andrew Matheson. El trabajo se realizó en colaboración con Steven Phelps,PhD, director del Centro para el Cerebro, el Comportamiento y la Evolución de la Universidad de Texas en Austin, cuyo laboratorio fue pionero en el estudio del ratón canto en el laboratorio y en el campo. Algunos de los autores también son miembros del Centro de Ciencias Neurales de NewUniversidad de York.
Esta investigación fue apoyada por la New York Stem Cell Foundation, la Simons Foundation Society of Fellows y la Simons Collaboration on the Global Brain.
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Materiales proporcionado por NYU Langone Health / NYU School of Medicine . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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