La mayoría de los científicos que estudian el cerebro creen que los recuerdos se almacenan a través de redes de sinapsis o conexiones que se forman entre las neuronas. El aprendizaje se lleva a cabo a medida que las neuronas forman nuevas conexiones y fortalecen o debilitan las existentes, dándole al cerebro su llamada plasticidad sináptica.Sin embargo, cada vez hay más pruebas de que las propiedades intrínsecas e integradas de las células mismas, no solo las conexiones entre ellas, también juegan un papel en este proceso.
Una nueva investigación realizada por neurocientíficos de la Universidad de Chicago utiliza un modelo único, las intrincadas canciones de apareamiento de las aves, para mostrar cómo estas propiedades intrínsecas están estrechamente vinculadas a los complejos procesos de aprendizaje. El estudio, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , podría agregar una nueva capa de complejidad a nuestra comprensión del cerebro.
"Podemos pasar directamente de las propiedades de las células al comportamiento del animal", dijo Dan Margoliash, PhD, neurobiólogo y autor principal del nuevo estudio. "Esto sugiere que no se trata solo de cambios rápidos en las sinapsisque impulsan el aprendizaje y la memoria, pero también cambian las propiedades intrínsecas de las células "
Los pinzones cebra masculinos son conocidos por cantar canciones complejas y precisas para atraer a las parejas femeninas. Tratan de producir exactamente el mismo patrón y el mismo tiempo de las notas cada vez, y en cierta medida las mujeres juzgan la aptitud de un hombre por la precisión de sus cancionesPero los pájaros no nacen con un repertorio completo de canciones; tienen que aprender y practicar sus llamadas al igual que un joven saxofonista practica escalas y melodías básicas antes de graduarse en el catálogo de John Coltrane.
Margoliash usa esto como una oportunidad para estudiar la actividad subyacente en el cerebro a medida que las aves aprenden este comportamiento complejo. "Los pájaros cantores son maravillosos para estudiar solos, pero no se trata solo de pájaros cantores. Se trata de la neurociencia en general," él dijo.
Todas las células vivas tienen un voltaje eléctrico interno, que es diferente del voltaje en su entorno circundante. Las neuronas son especiales porque tienen lo que se llama potenciales de acción, o la capacidad de cambiar rápidamente los flujos de corriente dentro y fuera de la célula.La secuencia y el momento de los picos en estos potenciales de acción es lo que constituye la información que las neuronas pasan a través de la red, por lo que son una fuente importante de datos para comprender cómo aprende el cerebro.
En el nuevo estudio, Margoliash y Arij Daou, PhD, un ex becario postdoctoral en UChicago y ahora profesor asistente en la Universidad Americana de Beirut, Líbano, registraron los patrones de picos de potencial de acción de las neuronas de pinzón cebra en diferentes etapas de desarrollo -- pájaros adultos con patrones de canciones completamente desarrollados y juveniles que todavía estaban aprendiendo.
Las neuronas tienen una variedad de canales y proteínas incrustadas en sus membranas celulares que se abren y cierran de manera compleja según la cantidad de corriente que ingresa o sale. Esta colección de mecanismos comprende las propiedades intrínsecas de la célula, que pueden cambiar con elmagnitud y fuerza de las corrientes que fluyen a través de la membrana celular.
Habiendo registrado las corrientes que fluyen a través de las células, Margoliash y Daou idearon una forma matemática para comparar cuán estrechamente se relacionaban las propiedades intrínsecas de dos pájaros dados. Las propiedades intrínsecas de una clase de neuronas en un pájaro dado eran similares entre sí, pero variaban de un pájaro a otro, pero cuando los investigadores hicieron un cálculo similar de cuán cerca se parecían sus canciones, llegaron a una conclusión sorprendente.
"Este fue el gran momento" ¡Ajá! ", Dijo Margoliash." Cuando hicimos ese cálculo para las aves, descubrimos que las aves que estaban cerca en términos de sus propiedades intrínsecas también tenían canciones similares ".
Esta relación también se mantuvo en diferentes parejas de aves. Las aves adultas hermanas que fueron criadas por los mismos padres, y por lo tanto enseñadas de la misma manera, tenían canciones similares y propiedades celulares intrínsecas. Pero las aves juveniles que nosin embargo, sus canciones perfeccionadas estaban por todo el mapa. No había relaciones claras entre las propiedades celulares intrínsecas de los juveniles y sus canciones, sin importar cómo se relacionaran.
Los investigadores también pudieron mostrar cómo cambiaron las propiedades intrínsecas de las células en respuesta a los cambios en los patrones de la canción. El uso de un dispositivo que grabó el canto de los pájaros y lo reprodujo con un ligero retraso provocó que las aves modificaran sus patrones de canción de alguna maneraque se asemeja a la tartamudez en humanos. Inmediatamente se quedaron atrapados tratando de comenzar a cantar. Eventualmente, estas aves se quedarían atrapadas en ciertas notas o patrones repetidos que no producirían en un entorno natural.
Curiosamente, esta misma técnica también puede inducir la tartamudez en las personas. Si un hablante escucha un leve retraso de su propia voz, hará que tropiece con palabras y repita sílabas. Pero para muchas personas que tartamudean, escuchar el retrasoel alimento puede ayudar a reducir la tartamudez.
Dentro de unas pocas horas después de escuchar la retroalimentación retardada que induce el tartamudeo, las propiedades intrínsecas de las neuronas también cambiaron en estas aves, lo que sugiere un vínculo directo con el comportamiento alterado del canto. Margoliash dice que esto es evidencia de un mecanismo biológico para tartamudear quetambién podría proporcionar un modelo útil para los humanos, dadas las similitudes en el comportamiento.
"Ciertamente, hay componentes cognitivos importantes de la tartamudez que aún no hemos tenido la oportunidad de estudiar y ver cuán útil es el modelo del canto de los pájaros", dijo, "pero en el nivel fundamental podemos estudiar la base neural de ese comportamientoprecisamente. Tener un modelo animal para la tartamudez podría ser un gran avance ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Chicago . Original escrito por Matt Wood. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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