Los neurocientíficos de la Universidad de Massachusetts Amherst han demostrado en una nueva investigación que la dopamina juega un papel clave en cómo los pájaros cantores aprenden nuevos sonidos complejos.
Publicado en el Journal of Neuroscience, el hallazgo de que la dopamina impulsa la plasticidad en el palio auditivo de los pinzones cebra sienta nuevas bases para avanzar en la comprensión de las funciones de este neurotransmisor en un área del cerebro que codifica estímulos complejos.
"La gente asocia la dopamina con la recompensa y el placer", dice el autor principal Matheus Macedo-Lima, quien realizó la investigación en el laboratorio del autor principal Luke Remage-Healey como Ph.D. estudiante en el programa de posgrado en Neurociencia y Comportamiento de UMass Amherst. "Es un concepto muy conocido que la dopamina está involucrada en el aprendizaje. Pero el conocimiento sobre la dopamina en áreas relacionadas con el procesamiento sensorial en el cerebro es limitado. Queríamos entender si la dopamina estaba desempeñando un papel en la forma en que esta región del cerebro aprende nuevos sonidos o cambios con los sonidos ".
El estudio del aprendizaje vocal en pájaros cantores proporciona una idea de cómo se aprende el lenguaje hablado, agrega el neurocientífico conductual Remage-Healey, profesor de ciencias psicológicas y cerebrales. "No es sólo el pájaro cantor que se le ocurre esta estrategia de vincular los sonidos y el significado usando la dopamina. Hay algo paralelo aquí en lo que nosotros, como humanos, estamos interesados".
El equipo de investigación realizó una variedad de experimentos in vitro e in vivo, pinchando neuronas bajo el microscopio y en los cerebros de aves vivas que estaban viendo videos y escuchando sonidos. Finalmente, los científicos obtuvieron evidencia anatómica, conductual y fisiológica para respaldar su hipótesis sobre el papel de la dopamina.
Usando anticuerpos, los investigadores demostraron que los receptores de dopamina están presentes en muchos tipos de neuronas en el cerebro auditivo de los pájaros cantores; pueden ser inhibidores o excitadores y también pueden contener una enzima que produce estrógenos. "La investigación del Dr. Remage-Healey ha demostrado que en el cerebro auditivo de los pájaros cantores de ambos sexos, las neuronas producen estrógeno en situaciones sociales, como cuando se escucha el canto de un pájaro o se ve a otro pájaro. Creemos que la dopamina y los estrógenos pueden estar trabajando juntos en el sonido proceso de aprendizaje, pero este trabajo se centró en la dopamina porque todavía había mucho que no sabíamos sobre cómo la dopamina afectaba al cerebro del pájaro cantor ", explica Macedo-Lima, ahora asociado postdoctoral en la Universidad de Maryland.
Macedo-Lima desarrolló una prueba, similar al conocido experimento del perro de Pavlov, en el que las aves se sentaron solas en una cámara y se les presentó un sonido aleatorio seguido inmediatamente por un video silencioso de otras aves. "Queríamos centrarnos en la asociación entre un sonido sin sentido, un tono, y lo relevante para el comportamiento, que es otro pájaro en el video", dice.
Los investigadores observaron las regiones cerebrales auditivas de las aves después de este emparejamiento de sonido y video, utilizando un marcador genético que se sabe que se expresa cuando una neurona atraviesa un cambio o plasticidad. "Encontramos este aumento muy interesante en la expresión de este gen en el hemisferio izquierdo, la parte ventral de la región auditiva, en las neuronas que expresan el receptor de dopamina, lo que refleja el proceso de aprendizaje y es paralelo a la lateralización del cerebro humano para el aprendizaje del habla", dice Macedo-Lima. .
Para mostrar el efecto de la dopamina en la señalización básica de las neuronas, los investigadores utilizaron una técnica de pinza de parche de células completas, controlando y midiendo las corrientes que recibían las neuronas. Encontraron en un plato que la activación de la dopamina disminuye la inhibición y aumenta la excitación.
"Este modulador está ajustando el sistema de una manera que ralentiza las señales de parada y aumenta las señales de marcha", explica Remage-Healey. "Es un mecanismo de control simple pero poderoso de cómo los animales están potencialmente codificando el sonido. Es una palanca neuroquímica que puede cambiar cómo se registran y transmiten los estímulos en esta parte del cerebro".
Luego, el equipo examinó sin dolor las células cerebrales de aves vivas. "Lo que sucedió cuando administramos dopamina fue exactamente lo que predijimos a partir de los datos de la célula completa", dice Macedo-Lima. "Vimos que las neuronas inhibidoras se disparaban menos cuando administramos el agonista de la dopamina, mientras que las neuronas excitadoras disparaban más".
El mismo efecto ocurrió cuando las aves escucharon el canto de otros pájaros cantores: las neuronas excitadoras respondieron más y las neuronas inhibidoras respondieron menos cuando se produjo la activación de la dopamina. "Estábamos felices de replicar lo que vimos en un plato en un animal vivo que escuchaba sonidos reales relevantes", dice Macedo-Lima.
La activación de la dopamina también hizo que estas neuronas no pudieran adaptarse a las nuevas canciones presentadas al animal, lo que corrobora fuertemente la hipótesis del papel de la dopamina en el aprendizaje sensorial. "Actualmente no sabemos cómo la dopamina afecta el aprendizaje sensorial en la mayoría de los animales", dice Macedo-Lima, "pero esta investigación da muchas pistas sobre cómo este mecanismo podría funcionar en vertebrados que necesitan aprender sonidos complejos, como los humanos".
