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 Oregon Health & Science University publicado hoy en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Estas son las propiedades que necesita si desea tener un canto masculino que sea preciso y distinto para que la hembra pueda elegir con qué ave quiere aparearse", dijo el coautor principal Henrique von Gersdorff, Ph.D., seniorcientífico del Instituto OHSU Vollum. "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 involucrado en el uso de cortes delgados del cerebro y el registro de una sola célula.
El estudio revela que un grupo particular de neuronas expresa un conjunto de genes que modulan las proteínas de los canales de iones de sodio. Estos canales de iones 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 repetidamentepicos, 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 duran un milisegundo o más. Un milisegundo es en sí mismo increíblemente rápido, una milésima de segundo.
Además, los hallazgos sugieren nuevas vías para comprender el mecanismo en varios aspectos del comportamiento y el desarrollo humanos que involucran el control de la motricidad fina.
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 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 Facultad de Medicina de OHSU. "Están pensando tan rápido que tienen que confiar en los recuerdosy acciones que se aprenden y almacenan. Tocar la guitarra es lo mismo ".
El estudio publicado hoy es el resultado de una conversación informal que ocurrió inicialmente durante el almuerzo en el 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 a Von Gersdorff socialmente desde hace 20 años. Un día durante el almuerzo en la cafetería, Mello abrió su computadora portátil y mostró una imagen cerebral de un joven machopinzón cebra a una edad justo antes de que pudiera cantar, seguida de una segunda imagen que revela una subunidad reveladora de proteínas que se había materializado después de que el pájaro tenía la edad suficiente para comenzar a cantar.
"Algo notable sucedió en un período de solo unos días", dijo von Gersdorff, un 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 las habilidades motoras finas.
"Este es un modelo muy importante y creemos que este nuevo estudio tiene un gran potencial", dijo.
El hecho de que estas mismas propiedades del circuito motor sean compartidas por especies que divergieron 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 convertirse enoptimizado para velocidad y 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 mediante el aprendizaje, mientras que otras mutaciones podrían tenerefectos más pronunciados, como los implicados en trastornos progresivos como la esclerosis lateral amiotrófica o ELA.
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Materiales proporcionado por Universidad de Ciencias y Salud de Oregon . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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