El estudio del canto de los ratones sugiere cómo el cerebro de los mamíferos logra una conversación.

Machos de las especies estudiadas, el ratón cantor de Alston (Scotinomys teguina), producen canciones con casi un centenar de notas audibles. Ellos desafían a los competidores cantando por turnos, alternando como seres humanos que hablan, dicen los autores del estudio. En contraste, los ratones de laboratorio estándar producen sonidos ultrasónicos sin cambios 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 un segundo por segundo en el turno vocal.

"Nuestro trabajo demuestra directamente que se necesita una región del cerebro llamada la corteza motora tanto para estos ratones como para que los humanos interactúen vocalmente", dice el autor principal del estudio Michael Long, PhD, profesor asociado de neurociencia en la Escuela de Medicina de la NYU.

"Necesitamos entender cómo nuestros cerebros generan respuestas verbales al usar casi cien músculos si queremos diseñar nuevos tratamientos para los muchos estadounidenses en los que ha fallado este proceso, a menudo debido a enfermedades como el autismo o eventos traumáticos, como un derrame cerebral". dice largo

Publicado en línea como la historia de portada de Ciencia el 1 de marzo, el estudio descubrió que, junto con las áreas cerebrales que le dicen a los músculos que creen notas, los circuitos separados en la corteza motora permiten los inicios y paradas rápidos que forman una conversación entre compañeros vocales.

"Al segregar la producción de sonido y los circuitos de control, evolution ha equipado a los cerebros de los ratones cantores con el control vocal estricto que también se observa en los intercambios de cricket, los duetos de aves y, posiblemente, la discusión humana", agrega el coautor del estudio, Arkarup Banerjee, PhD. becario 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 primate cuyos giros conversacionales son considerablemente más lentos que el habla humana y es poco probable que se deban a la respuesta muscular rápida a las señales sensoriales (por ejemplo, circuitos corticales motores) .

Canciones sociales diferentes

El equipo de investigación encontró que S. teguina canciones – serie de notas que evolucionan de manera predecible a medida que avanza la canción – cambió 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, que captura señales eléctricas a medida que el cerebro genera contracciones musculares, permitió al equipo determinar las relaciones entre los centros cerebrales y la musculatura de las canciones, mientras que dos ratones coordinaron sus respuestas.

En contraste con los hallazgos de estudios anteriores, los investigadores encontraron que un "hotspot" funcional ubicado en la parte frontal de la corteza motora a un lado, la corteza motriz orofacial o OMC, regulaba la sincronización de la canción.

Para estudiar las contribuciones de estos circuitos especializados del cerebro al canto social, el equipo interfirió con las regiones corticales en los ratones utilizando varias técnicas, incluidos dispositivos que enfriaron el OMC durante las canciones. Long ha ayudado a promover la técnica de enfriamiento en el estudio de los circuitos del cerebro humano relacionados con el habla.

Llamado enfriamiento focal, es una forma segura de disminuir 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 y las funciones de sincronización, esta jerarquía, es lo que hace posible los intercambios socialmente relevantes.

En el futuro, los investigadores ya están utilizando su modelo de ratón para guiar la exploración relacionada de los circuitos del habla en el cerebro humano. Al comprender la actividad que ayuda a involucrar a dos cerebros en la conversación, pueden buscar los procesos que van mal cuando la enfermedad interfiere con la comunicación, lo que podría estimular el desarrollo de nuevos tratamientos para muchos trastornos.

Junto con Long, los autores del estudio del Instituto de Neurociencia de la Universidad de Nueva York y el Departamento de Otorrinolaringología de la Escuela de Medicina de la Universidad de Nueva York fueron co-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 en la Universidad de Texas en Austin, cuyo laboratorio fue pionero en el estudio del ratón cantante en el laboratorio y en el campo. Algunos de los autores también son miembros del Centro para la Ciencia Neural en la Universidad de Nueva York.

Esta investigación fue apoyada por la New York Stem Cell Foundation, la Simons Foundation Society of Fellows y la Colaboración de Simons en el Cerebro Global.