Los pinzones cebra son tan buenos cantando que podrían hacerlo mientras duermen. Y, según los científicos, hacen todo menos: mientras duermen, los pinzones cebra encienden las regiones cerebrales y hacen vibrar sus cuerdas vocales de manera que imitan el alboroto despierto.
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En las últimas dos décadas, los científicos descubrieron que el sueño es una parte fundamental del repertorio de aprendizaje de canciones del pinzón cebra. Los pinzones no nacen con arias; en cambio, aprenden sus canciones en la adolescencia, practicando y jugando bajo la supervisión de un tutor adulto. El tutor gritará pacientemente por sus estudiantes, quienes luego emitirán sus propias vocalizaciones tentativas. Escuchar sus propias voces parece ser un elemento crucial para los pequeños pinzones cebra mientras prueban las notas y las sílabas por sí mismos.
Ciertamente, la práctica hace al maestro, pero ¿aún más crucial? Una buena noche de descanso.
Después de un día duro en la escuela, cada pinzón cebra se va a la cama con música en la mente, tanto que su cerebro parpadeará dentro y fuera de los mismos patrones que ocurren durante las sesiones diarias de práctica. Sus cuerdas vocales también vibran, pero no producen ningún sonido: las aves no están empujando suficiente aire a través de sus gargantas para generar ruido audible.
Los investigadores teorizan que los pájaros están, en efecto, soñando con canciones, más sincronización del labio del sueño que canto del sueño. Esto puede tener mucho que ver con la cristalización y la remodelación del material aprendido de sus tutores, un fenómeno comparable a la repetición de recuerdos e información de los humanos en el almacenamiento a largo plazo. Por la mañana, los pinzones se despiertan aturdidos y desorientados, balbuceando un poco menos coherentemente que el día anterior, pero a medida que pasa el tiempo, sus canciones mejoran.
Los científicos piensan que estudiar cómo las aves usan el sueño para aprender sus canciones puede ayudarnos a comprender el misterioso proceso de adquisición del lenguaje humano. Al igual que el habla humana, las melodías del canto de los pájaros son complejas y complejas, e incluso activan las vías cerebrales y los músculos muy similares a los de los humanos.
"Anoche tuve un sueño loco, pero olvidé escribirlo". (Flickr / Cathy) Pero estudiar el paisaje onírico de un pinzón cebra dormido no es tarea fácil: no es que podamos empujar a los pájaros para que despierten y pregunten. Para comprender mejor el funcionamiento interno de estos somnolientos cerebros, el grupo de investigación de Gabriel Mindlin en la Universidad de Buenos Aires decidió avanzar un paso más en la cadena de comando musical. El cerebro controla el comportamiento, pero hay un intermediario musculoso entre los dos. Para traducir el patrón en el cerebro a una serenata en toda regla, el órgano vocal de un pájaro primero debe llevar a cabo las órdenes de marcha. Junto con sus colegas, Mindlin, profesor de biofísica que estudia la mecánica del canto de los pájaros, diseñó un sistema para medir directamente la actividad de los músculos involucrados.
En trabajos anteriores, su equipo de investigación, en asociación con científicos de la Universidad de Utah, descubrió que los pinzones cebra mueven sus músculos vocales en sincronía con la actividad del cerebro en forma de canción, lo que indica que la lectura de los músculos podría ser un buen proxy para mirar a escondidas en los ensueños melódicos de los pájaros.
"Ahora, en lugar de mirar una célula [cerebral] a la vez, podemos ver la salida de todo el sistema, y eso es muy emocionante", dice Daniel Margoliash, profesor de neurobiología en la Universidad de Chicago que ha estudiado el canto de los pájaros durante más de un año. tres décadas. Margoliash ha colaborado previamente con el grupo de Mindlin, pero no participó en estos estudios.
El estudio también encontró que el sueño no era solo un momento para ensayar, sino que también podía darles a las aves la oportunidad de improvisar en silencio nuevas melodías. Los músculos vocales de las aves parecen tocar ligeramente el fritz por la noche, componiendo canciones silenciosas que no se adhieren a los guiones del día. Esta nueva investigación fue capaz de capturar variaciones que estudios previos del cerebro no pudieron, y sugiere que la mente musical deambula cuando los pinzones cebra se van.
Para Mindlin, esto fue enorme. "Ahora tenemos un modelo que no necesita el cerebro", dice.
La semana pasada, en dos nuevos estudios, el grupo de Mindlin amplía su investigación. Ambos estudios se centran en la forma en que los científicos estudian los músculos vocales de los pinzones, con la esperanza de descubrir más secretos del cerebro de pájaro dormido.
Primero, los científicos dirigidos por Juan Doppler, un físico que trabaja bajo la supervisión de Mindlin, querían facilitar el estudio de los músculos de las aves. Centrarse en los músculos puede ser una forma más directa de capturar la mecánica de las serenatas de dormir, pero aún así no es fácil. Los pinzones cebra adultos deben someterse a una cirugía para permitir que los científicos conecten electrodos a múltiples músculos.
Sin embargo, si bien se entiende que estos músculos controlan directamente los aspectos individuales de la producción de la canción, por ejemplo, el tono del sonido producido, también deben trabajar juntos. Varios están conectados físicamente, incluido un músculo particularmente importante llamado syringealis ventralis, que se sabe que controla la frecuencia de una canción.
El equipo descubrió que medir la actividad de la jeringa ventral solo podría capturar de manera confiable la dinámica de las baladas de canto de los pájaros casi con tanta precisión como la antigua técnica de medir múltiples músculos. Como se esperaba, la actividad del músculo contenía información sobre la frecuencia, pero también podía predecir cuándo comenzaron y se detuvieron los motivos musicales con más del 70 por ciento de precisión.
"Nos estamos alejando de centrarnos por completo en el cerebro y las neuronas, y también prestando atención a la biomecánica, donde se procesa la información del sistema nervioso", dice Doppler. “Esta es una idea poderosa. En algunos casos, observar la biomecánica puede brindarle información que no es tan clara en el sistema nervioso ”.
Con el sistema más simple de Doppler, descrito en la revista Chaos, los investigadores pueden estudiar más fácilmente las canciones de los sueños de las aves; Además, comprender la mecánica de este poderoso músculo también puede informar cómo funciona el sistema vocal como una unidad funcional.
"Las características del músculo realmente sangran", dice Katherine Tschida, neurobióloga de la Universidad de Duke que estudió el aprendizaje de canciones en pinzones cebra. "Puede obtener una lectura de un solo músculo [en] muchas características diferentes, a pesar de que el músculo no es principalmente el impulsor funcional del sistema". Tschida, que no participó en el trabajo, también elogió la estudiar por su metodología de "alta calidad".
Este gráfico muestra la activación de los músculos de la jeringa en un pinzón durante el canto (arriba) y durante la noche (gris, abajo). (Young et. Al., En PeerJ (2017)) En el segundo estudio, un equipo dirigido por Alan Bush, también físico del grupo de Mindlin, descubrió que podían manipular a las aves para que flexionaran sus músculos vocales al tocarles versiones de sus propias canciones mientras dormían, una forma de hipnosis armónica. Bush estaba ansioso por estudiar los patrones de cómo los músculos realmente dispararon en el sueño. Para él, el órgano vocal no es solo una marioneta que lleva a cabo el conjunto de instrucciones maestras del cerebro, sino que es un enlace creativo entre el cerebro y el comportamiento que puede agregar sus propias campanas y silbatos al producto final. "Gran parte de la complejidad del sistema proviene de la periferia, donde están los músculos", explica.
Bush y sus colegas descubrieron que cuando los músculos son inducidos a la actividad, se comportan de una manera todo o nada. Cuando jugaban fragmentos de ellos mismos tocando melodías, los músculos de las aves se contraían de manera confiable. Incluso las versiones sintéticas de estas canciones, remezcladas en el laboratorio, a veces pueden provocar respuestas de órganos vocales. A menudo, los músculos estaban quietos, pero cuando se los empujaba a flexionarse, llevaban a cabo la secuencia de disparo completa de una vocalización.
Los científicos dicen que este conocimiento abre nuevas formas de estudiar cómo la musculatura musical es impulsada a la acción.
Debido a la invasividad de la cirugía, Mindlin y su equipo solo han podido evaluar las respuestas musculares de los pinzones cebra adultos. Sin embargo, futuros experimentos con tecnología más avanzada pueden arrojar luz sobre los estados de sueño de las aves jóvenes. Tales hallazgos podrían corroborar investigaciones anteriores sobre cómo los pinzones cebra adolescentes juegan con las enseñanzas de sus tutores y agregan sus propios toques personales durante el sueño. Pero, ¿para qué sirve esto en adultos, que ya han dominado sus melodías?
Margoliash piensa que se trata de mantener la experiencia. "Si desea alcanzar un nivel muy alto de precisión, debe trabajar para llegar allí y practicar para permanecer allí", explica. "Los pinzones cebra, y los humanos, necesitan practicar para mantener la calidad del rendimiento que logramos".
Algún día, con las fuerzas combinadas de la neurociencia y la biofísica, los científicos podrán profundizar en las canciones del sueño. La tecnología no ha alcanzado la tarea, pero se está volviendo más poderosa con cada día que pasa. ¿Hasta entonces? Soñar en.
