Investigadores de UC San Francisco han demostrado cómo el pinzón bengalí, un pájaro cantor domesticado, puede aprender a modificar su canción de formas específicas según el contexto, lo que podría arrojar luz sobre cómo el cerebro humano aprende a aplicar diferentes reglas según la situación, y tienen implicaciones para la comprensión del lenguaje humano y los trastornos del movimiento.

El estudio, publicado el 16 de noviembre de 2017, en Neurona , demostró que los pinzones cambian de versiones genéricas a versiones específicas de sus canciones dependiendo de la situación en la que se encuentren. Además, los investigadores identificaron dos áreas distintas en el cerebro de las aves dedicadas a este proceso de aprendizaje:una región que codifica reglas generalizables para producir canciones predeterminadas, y otra área que puede anular la ruta predeterminada para producir diferentes sonidos para diferentes contextos.

Esto es muy parecido a cómo su propio cerebro aprendió en la infancia el movimiento estándar del brazo para alcanzar y agarrar un objeto. pero desde entonces también ha aprendido a ajustar la fuerza de su brazo y el agarre de su mano en función de la situación, si, por ejemplo, está tomando una taza llena en lugar de una vacía.

"Queríamos comprender cómo el cerebro equilibra la necesidad de generalizar el aprendizaje de movimientos en muchos contextos con la necesidad de producir movimientos especializados en contextos específicos, "dijo Lucas Tian, estudiante de doctorado en el laboratorio Brainard de UCSF y autor principal del estudio. "Esta tendencia se ha demostrado en humanos durante la adaptación del movimiento y el habla, pero se desconocen los mecanismos neuronales de cómo se media este equilibrio. Los pájaros cantores aprenden a cantar de la misma manera que los humanos aprenden a hablar, así que pensamos que el pájaro cantor sería un sistema modelo realmente bueno para estudiar este proceso ".

Los pinzones aprenden a ajustar la canción según el contexto.

Neurobiólogos como Michael Brainard de UCSF, Doctor, profesor de fisiología y psicología y miembro del Instituto Weill de Neurociencias de la UCSF y autor principal del nuevo estudio, Hemos estudiado durante mucho tiempo el canto de los pájaros por lo que nos puede enseñar sobre cómo el cerebro humano aprende comportamientos complejos como el lenguaje, y cómo los mismos sistemas cerebrales se desmoronan en enfermedades del movimiento como el trastorno de Parkinson.

Al igual que el lenguaje humano, El canto del pinzón se compone de secuencias de "sílabas" —unidades de sonido similares a los acordes musicales— y las aves jóvenes lo aprenden inicialmente imitando a los "tutores" adultos. Como adultos, los pinzones cantan para atraer parejas, y aún pueden aprender a ajustar sus canciones según el contexto, por ejemplo, si están actuando o practicando. El laboratorio de Brainard mostró previamente en qué parte del cerebro los pinzones incorporan retroalimentación para mejorar sus canciones, pero aún no estaba claro cómo los pinzones aplicaban estas lecciones a situaciones específicas.

En el nuevo estudio, Tian y Brainard querían saber si los pájaros podían aprender a alterar selectivamente el tono de sílabas específicas en sus canciones según el contexto. Para entrenar a los pinzones, los investigadores emitieron una ráfaga de ruido blanco cuando los pájaros cantaron una sílaba en particular fuera de un rango de tono establecido por los investigadores. Los pájaros rápidamente aprendieron a cambiar el tono de esa sílaba en su canción para evitar el sonido desagradable.

El entrenamiento solo ocurrió cuando los pinzones cantaron la sílaba objetivo en una determinada secuencia de canciones. Sin embargo, Los investigadores observaron que los pájaros también comenzaron a ajustar el tono de esta sílaba cuando ocurría en diferentes partes de su canción. sugiriendo que generalizaron la nueva regla en todos los contextos. Por ejemplo, los pájaros podrían ser entrenados para elevar el tono de la sílaba C en la secuencia A-B-C-D, pero también pueden comenzar a cantar una sílaba C de tono más alto cuando cantan D-B-C-A también. La medida en que los pájaros ajustaban su tono en nuevos contextos dependía de cuán similar era la secuencia a la canción original.

Para comprender si las aves pueden aprender diferentes reglas para diferentes situaciones, A continuación, los investigadores desafiaron a los pinzones a modificar la misma sílaba en direcciones opuestas según el contexto. Notablemente, las aves aprendieron a distinguir entre contextos y variaron sus respuestas en consecuencia. Por ejemplo, aprendieron a cantar C en un tono más bajo cuando la sílaba estaba precedida por una B, pero en un tono más alto cuando estaba precedida por una A.

"Este tipo de personalización sofisticada del aprendizaje en diferentes contextos es muy similar al habla humana, ", dijo Brainard." Es difícil estudiar lo que sucede en el cerebro humano durante este proceso, pero podemos preguntarnos cómo ocurre este aprendizaje dependiente del contexto en las aves. Hay suficiente similitud en las estructuras neuronales entre las aves y los mamíferos como para permitirnos pensar que lo que aprendemos en las aves podría aplicarse de manera más amplia ".

Dos regiones cerebrales controlan el aprendizaje basado en reglas y dependiente del contexto

Hay dos regiones del cerebro en el pinzón que son críticas para el aprendizaje y la producción de canciones:la vía motora de la canción, que se requiere para producir los sonidos, y la vía del prosencéfalo anterior (AFP), un circuito de función ejecutiva que participa en el aprendizaje y modificación de canciones.

Al bloquear químicamente la AFP mientras las aves aprendían a alterar su tono, los investigadores pudieron analizar las funciones específicas de las dos regiones durante el aprendizaje. Descubrieron que la activación en AFP era necesaria para que los pinzones aprendieran a modificar su tono en un contexto específico. La AFP reconoció cuando la sílaba objetivo se produjo en la secuencia correcta y comunicó a la vía motora que debería alterar el tono de la sílaba. Sin instrucciones específicas, la vía motora comenzó a incorporar y generalizar esta regla a otros contextos, a veces ajustando el tono de la sílaba para otras canciones. Cuanta más retroalimentación recibió la vía motora para modificar el tono, lo hizo de manera más confiable en todos los contextos.

Sin embargo, cuando los pájaros aprendieron a modificar su tono en dos direcciones para dos contextos diferentes, la vía motora no pudo deducir y generalizar una sola regla. Como consecuencia, la AFP tenía que permanecer activa para decirle a la vía motora cuándo y cómo modificar el tono.

"Esta ruta de canciones es mucho más inteligente y flexible de lo que pensamos originalmente, "dijo Tian." No se trata solo de producir una sílaba obligatoriamente. Tiene acceso a información sobre cómo modificar una tarea en función del contexto más amplio ".