Investigadores han realizado un mapeo de las conexiones sinápticas de largo alcance implicadas en el aprendizaje vocal de los pinzones cebra, revelando nuevos detalles sobre cómo el cerebro organiza las vocalizaciones aprendidas, como el canto de los pájaros. Este estudio, publicado como un preprint revisado en eLife, ha sido descrito por los editores como de fundamental importancia, proporcionando evidencia convincente que aclara cómo cuatro entradas distintas a una región específica del cerebro actúan sobre tres tipos celulares diferentes para facilitar el aprendizaje y la producción del canto de los pájaros.
Comprender cómo el cerebro integra la información sensorial y motora para guiar las vocalizaciones aprendidas es crucial tanto para el estudio del canto de los pájaros como para el del habla humana. El canto de cortejo de los machos de pinzón cebra es un ejemplo bien estudiado de un comportamiento aprendido de forma natural, controlado por un conjunto de regiones interconectadas del cerebro en la cresta ventricular dorsal (DVR), que es el equivalente aviar de la corteza neocortical en mamíferos.
El papel del HVC en el aprendizaje del canto
Dentro de esta red, la región premotora HVC es esencial para que los pájaros aprendan canciones cuando son jóvenes y las produzcan en la edad adulta. Aunque se han establecido las principales vías implicadas en el canto de los pájaros, las conexiones precisas a nivel sináptico entre las diferentes áreas del cerebro han permanecido difíciles de determinar debido a limitaciones tecnológicas.
Según Massimo Trusel, autor principal y docente en el Departamento de Neurociencia del Centro Médico UT Southwestern, Texas, «los pájaros cantores, al igual que los humanos, aprenden sus vocalizaciones mediante la imitación y la práctica, apoyándose en la retroalimentación sensorial para perfeccionar sus canciones». El objetivo del estudio fue desentrañar cómo diferentes entradas sensoriales interactúan con el HVC en la red de canto del pinzón cebra, proporcionando un marco para entender cómo el cerebro organiza el comportamiento vocal aprendido.
Para mapear la conectividad sináptica de la región HVC, Trusel y sus colegas utilizaron una versión optimizada de la técnica de mapeo de circuitos optogenéticos, que les permitió manipular entradas auditivas y talámicas de regiones cerebrales específicas de manera individual y registrar la actividad del circuito HVC. De esta manera, pudieron rastrear cómo se converge la información sensorial y motora en los circuitos responsables de la producción del canto.
Los investigadores examinaron cómo las entradas de cuatro vías sensoriales principales interactúan con tres tipos celulares clave del HVC: neuronas HVC-RA, que envían señales a áreas cerebrales que controlan el movimiento para cantar; neuronas HVC-AV, que envían señales motoras a áreas auditivas involucradas en el procesamiento de la retroalimentación auditiva; y neuronas HVC-X, que se conectan con los ganglios basales, una región que ayuda en el aprendizaje y ajuste de los patrones de canto.
Los hallazgos sugieren que el HVC está organizado en módulos neuronales altamente estructurados que contienen tanto neuronas de proyección como interneuronas inhibitorias, que trabajan conjuntamente en redes estrechamente conectadas. Esto indica que el HVC actúa como un centro para la integración de información sensorial y motora, con los tres tipos de neuronas de proyección recibiendo entradas adaptadas a su papel específico en el aprendizaje y producción del canto. En términos simples, las neuronas HVC-RA permiten la producción de canciones aprendidas y estables, mientras que las neuronas HVC-X son responsables de aprender y modificar el canto.
Los investigadores también descubrieron una conexión previamente desconocida entre los socios presinápticos del HVC, el mMAN (núcleo magnocelular medial del nidopallium anterior) y el Av (núcleo Avalanche). Esto sugiere que el mMAN, que se pensaba que solo jugaba un papel en el aprendizaje temprano del canto, también podría ayudar a integrar la retroalimentación auditiva con el control motor, permitiendo a los jóvenes pájaros ajustar sus canciones a medida que se desarrollan.
Aunque este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre el microcircuito del HVC, que, según los editores de eLife, es crítico para informar los modelos de aprendizaje y producción del canto, existen algunas limitaciones. Entre ellas, una posible brecha en la comprensión de las funciones del aprendizaje del canto durante el desarrollo, ya que la investigación se centró en analizar las conexiones neuronales en pájaros adultos.
El profesor Todd Roberts, autor senior y miembro del Departamento de Neurociencia del UT Southwestern, destacó: «Nuestro estudio proporciona el mapa sináptico más detallado hasta la fecha sobre cómo se conectan las diferentes regiones cerebrales al HVC, un centro crucial para el aprendizaje y la producción del canto. Al revelar estos patrones de conexión, hemos destacado las redes sinápticas que permiten a los pájaros estructurar sus canciones y refinar sus habilidades vocales».
«La técnica de mapeo basada en optogenética que utilizamos ofrece una herramienta poderosa para explorar otros circuitos neuronales, acercándonos a entender cómo los pájaros cantores logran sus notables habilidades de imitación vocal. Además, dado que el canto de los pájaros y el habla humana pueden depender de circuitos cerebrales organizados de manera similar, este trabajo podría también allanar el camino para entender mejor cómo nuestros cerebros apoyan el aprendizaje y la producción del habla y el lenguaje».
