Una nueva investigación ha descubierto que las células especializadas de los circuitos neuronales que desencadenan el aprendizaje complejo en los pájaros cantores tienen un sorprendente parecido con un tipo de célula neuronal asociada al desarrollo de las habilidades motoras finas en la corteza del cerebro humano, según publican científicos de la Universidad de Ciencias y Salud de Oregón (Estados Unidos) en la revista ‘Nature Communications’.
«Estas son las propiedades que se necesitan si se quiere tener un canto masculino que sea preciso y distinto para que la hembra pueda elegir con qué pájaro quiere aparearse –explica el coautor Henrique von Gersdorff, científico principal del Instituto Vollum de la OHSU–. Se necesita un cerebro altamente especializado para producir esto».
El doctor Benjamin Zemel, becario postdoctoral de la OHSU, es el autor principal y dirigió la mayor parte del difícil trabajo de electrofisiología que supuso el uso de finos cortes de cerebro y el registro de células individuales.
El estudio revela que un grupo concreto de neuronas expresa un conjunto de genes que modulan las proteínas de los canales iónicos de sodio. Estos canales iónicos generan señales eléctricas utilizadas para la comunicación entre las células del sistema nervioso. En este caso, el conjunto permite a las neuronas disparar picos repetitivos -conocidos como potenciales de acción- a velocidades y frecuencias extremadamente altas mientras el pájaro canta.
El estudio describe «picos ultrarrápidos» que sólo 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 una velocidad alucinante, una milésima de segundo.
Además, los hallazgos sugieren nuevas vías para comprender el mecanismo en varios aspectos del comportamiento y el desarrollo humanos que implican un control motor fino.
Los investigadores afirman que el conjunto de neuronas y canales iónicos que intervienen en el canto del pinzón cebra macho se parece mucho a un conjunto similar de neuronas conocido como células de Betz en la corteza motora primaria del cerebro humano.
Las células de Betz, que se encuentran entre las mayores células cerebrales conocidas en los seres humanos, tienen axones largos y gruesos que pueden propagar picos a velocidades y frecuencias muy altas. Por ello, se cree que son importantes para la motricidad fina de manos, pies, dedos y muñecas.
«Piense en un pianista –comenta el coautor Claudio Mello, doctor en medicina y profesor de neurociencia del comportamiento en la Facultad de Medicina de la OHSU–. Piensan tan rápido que tienen que recurrir a recuerdos y acciones aprendidas y almacenadas. Tocar la guitarra es lo mismo».
Este estudio es el resultado de una conversación informal que se produjo inicialmente durante el almuerzo en el Mackenzie Hall Café del campus Marquam Hill de la OHSU. Mello, un neurocientífico del comportamiento que se ha basado en el pinzón cebra como modelo animal, conoce socialmente a Von Gersdorff desde hace 20 años. Un día, durante el almuerzo en la cafetería, Mello abrió su ordenador portátil y mostró una imagen del cerebro de un joven pinzón cebra macho a una edad que le faltaba para poder cantar, seguida de una segunda imagen que revelaba una subunidad de proteínas reveladora que se había materializado después de que el pájaro tuviera la edad suficiente para empezar a cantar.
«Algo notable estaba ocurriendo en un periodo de sólo unos días –recuerda Von Gersdorff, 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 los picos de alta frecuencia».
Mello destaca que el nuevo estudio profundiza en la comprensión científica del mecanismo implicado en el aprendizaje de la motricidad fina. «Se trata de un modelo muy importante, y creemos que este nuevo estudio tiene un amplio potencial», subraya.
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, resaltan von Gersdorff y Mello. Los investigadores afirman que las propiedades neuronales que descubrieron en el pinzón cebra macho pueden haberse optimizado para la velocidad y la precisión a través de la evolución convergente.
También sugieren los mecanismos que pueden estar implicados cuando la conexión se estropea. Von Gersdorff apunta que es posible que algunas mutaciones genéticas que afectan a estas células de Betz causen efectos relativamente leves, como la tartamudez, que puede superarse mediante el aprendizaje, mientras que otras mutaciones podrían tener efectos más pronunciados, como las implicadas en trastornos progresivos como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA).
