Un padre levanta a su recién nacido, con las caras separadas solo unos centímetros y repite lentamente las sílabas "da" y "dee". Después de meses de escuchar estos sonidos, el bebé comienza a balbucear y gradualmente "da da da" se refinala palabra "papi"
El habla se aprende
Estos son pasos críticos en nuestro desarrollo intelectual, sin embargo, muchos de los componentes del aprendizaje vocal siguen siendo un misterio. ¿Cómo codifica el cerebro los recuerdos necesarios para imitar el discurso de nuestros padres? ¿Y pueden los científicos intervenir cuando el proceso sale mal?
Los investigadores de UT Southwestern han comenzado a responder estas preguntas en un nuevo estudio de pájaros cantores que muestra que los recuerdos pueden implantarse en el cerebro para enseñar vocalizaciones, sin ninguna lección de los padres. Aunque los hallazgos no tienen implicaciones inmediatas para el tratamiento de pacientes,proporcionan pistas convincentes sobre dónde mirar en el cerebro humano para comprender mejor el autismo y otras condiciones que afectan el lenguaje.
"Esta es la primera vez que confirmamos regiones cerebrales que codifican recuerdos de objetivos de comportamiento, esos recuerdos que nos guían cuando queremos imitar cualquier cosa, desde el habla hasta el aprendizaje del piano", dijo el Dr. Todd Roberts, neurocientífico con UTO'Donnell Brain Institute de Southwestern: "Los hallazgos nos permitieron implantar estos recuerdos en las aves y guiar el aprendizaje de su canción".
neuronas activadoras
El estudio publicado en ciencia describe cómo los científicos activaron un circuito de neuronas a través de la optogenética, una herramienta relativamente nueva que utiliza la luz para monitorear y controlar la actividad cerebral.
Los investigadores utilizaron pinzones cebra porque comparten muchas de las etapas humanas del desarrollo vocal: temprano en la vida, los pájaros escuchan a sus padres cantar, eventualmente memorizan las notas. Aprenden a replicar el comportamiento después de practicar decenas de miles de veces.
Al controlar la interacción entre dos regiones del cerebro, el equipo del Dr. Roberts codificó recuerdos en pinzones cebra que no tenían experiencia de tutoría de sus padres. Los pájaros usaron estos recuerdos para aprender las sílabas de su canción, con la duración de cada notacorrespondiente a la cantidad de tiempo que la luz mantuvo activas las neuronas. Cuanto más corta es la exposición a la luz, más corta es la nota.
"No le estamos enseñando al pájaro todo lo que necesita saber, solo la duración de las sílabas en su canción", dijo el Dr. Roberts. "Las dos regiones del cerebro que probamos en este estudio representan solo una pieza del rompecabezas."
Sin embargo, el descubrimiento es notable porque abre nuevas vías de investigación para identificar más circuitos cerebrales que influyen en otros aspectos de la vocalización, como el tono y el orden de cada sonido.
"Si descubrimos esas otras vías, hipotéticamente podríamos enseñar a un pájaro a cantar su canción sin ninguna interacción de su padre", dijo el Dr. Roberts. "Pero estamos muy lejos de poder hacerlo".
Apuntando a trastornos del habla
El descubrimiento es el último de una serie de hallazgos del laboratorio Roberts, que se especializa en documentar cómo funciona el cerebro durante el aprendizaje vocal. Al mapear los procesos neuronales involucrados a medida que las aves aprenden canciones de apareamiento, los científicos esperan algún día usar ese conocimiento para atacargenes específicos del habla que se alteran en pacientes con autismo u otras afecciones del desarrollo neurológico.
Entre otros proyectos recientes, el equipo del Dr. Roberts identificó una red de neuronas que juega un papel vital en el aprendizaje de las vocalizaciones al ayudar a la comunicación entre las regiones motoras y auditivas del cerebro. Su laboratorio también lidera un estudio en curso financiado por el cerebro federalPrograma de investigación de iniciativa.
Implantación de recuerdos
Los hallazgos descritos en el ciencia el estudio abre nuevos caminos para establecer cómo se forman los recuerdos de objetivos de comportamiento y su papel en el aprendizaje de las vocalizaciones.
"Ha sido difícil estudiar este tipo de recuerdos en el laboratorio porque no sabemos dónde están codificados", dijo el Dr. Roberts.
Su equipo encontró algunas de esas respuestas probando conexiones entre áreas motoras sensoriales del cerebro. Específicamente, los investigadores usaron optogenética para manipular la actividad neuronal en la región cerebral del NIf y controlar la información que envía al HVC, otra área del cerebro implicada enaprendiendo de la experiencia auditiva.
Además de documentar el papel del NIf en la formación de recuerdos específicos de sílabas, el equipo del Dr. Roberts descubrió que estos recuerdos se estaban almacenando en otro lugar del cerebro después de su formación. Los científicos lo demostraron al cortar la comunicación entre el NIf y el HVC en diferentes puntosdel proceso de aprendizaje: los pinzones cebra que ya habían formado la memoria aún podían interpretar la canción, mientras que aquellos que fueron instruidos solo después de que se cortó la comunicación neuronal no pudieron copiar la canción.
El Dr. Roberts dijo que su laboratorio examinará otras regiones del cerebro que llevan diferentes tipos de información al HVC con la esperanza de obtener una comprensión más completa de cómo se forman las propiedades adicionales de los recuerdos de objetivos de comportamiento.
"El cerebro humano y las vías asociadas con el habla y el lenguaje son inmensamente más complicadas que los circuitos del pájaro cantor", dijo el Dr. Roberts. "Pero nuestra investigación está proporcionando pistas sólidas sobre dónde buscar más información sobre los trastornos del desarrollo neurológico".
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Materiales proporcionados por UT Southwestern Medical Center . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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