Los investigadores pueden predecir qué sílabas cantará un pájaro y cuándo las cantará leyendo señales eléctricas en su cerebro, informa un nuevo estudio de la Universidad de California en San Diego.
Tener la capacidad de predecir el comportamiento vocal de un pájaro a partir de su actividad cerebral es un paso temprano hacia la construcción de prótesis vocales para humanos que han perdido la capacidad de hablar.
“Nuestro trabajo prepara el escenario para este objetivo más amplio”, dijo Daril Brown, un Ph.D. en ingeniería eléctrica e informática, estudiante de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y el primer autor del estudio, que se publicó este 23 de septiembre en PLOS Computational Biology.
“Estamos estudiando el canto de los pájaros de una manera que nos ayudará a dar un paso más hacia la ingeniería de una interfaz cerebro-máquina para la vocalización y la comunicación”.
El estudio explora cómo la actividad cerebral en pájaros cantores como el pinzón cebra puede usarse para pronosticar el comportamiento vocal del ave. Las vocalizaciones de los pájaros cantores son de particular interés para los investigadores debido a sus similitudes con el habla humana; son conductas complejas y aprendidas.
Durante este trabajo, los investigadores implantaron electrodos de silicio en los cerebros de pinzones cebra machos adultos y registraron la actividad neuronal de las aves mientras cantaban.
Los investigadores estudiaron un conjunto específico de señales eléctricas llamadas potenciales de campo local. Estas señales se registraron en la parte del cerebro que es necesaria para el aprendizaje y la producción de canciones.
Lo especial de los potenciales de campo local es que se utilizan para predecir el comportamiento vocal en humanos. Hasta ahora, estas señales han sido muy estudiadas en cerebros humanos, pero no en cerebros de pájaros cantores.
Los investigadores de UC San Diego querían llenar este vacío y ver si estas mismas señales en los pinzones cebra podrían usarse de manera similar para predecir el comportamiento vocal. El proyecto es un esfuerzo de colaboración cruzada entre ingenieros y neurocientíficos de UC San Diego dirigido por Vikash Gilja, profesor de ingeniería eléctrica e informática, y Timothy Gentner, profesor de psicología y neurobiología.
“Nuestra motivación para explorar los potenciales del campo local fue que la mayor parte del trabajo humano complementario para el desarrollo de prótesis del habla se ha centrado en este tipo de señales”, dijo Gilja.
“En este artículo, mostramos que hay muchas similitudes en este tipo de señalización entre el pinzón cebra y los humanos, así como otros primates. Con estas señales podemos comenzar a decodificar la intención del cerebro de generar el habla”.
“A largo plazo, queremos utilizar el conocimiento detallado que estamos obteniendo del cerebro del pájaro cantor para desarrollar una prótesis de comunicación que pueda mejorar la calidad de vida de los seres humanos que sufren una variedad de enfermedades y trastornos”, dijo Gentner.
Los investigadores encontraron que diferentes características de los potenciales de campo locales se traducen en sílabas específicas del canto de los pájaros, así como en el momento en que se producirán las sílabas durante el canto.
“Con este sistema, podemos predecir con alta fidelidad el inicio del comportamiento vocal de un pájaro cantor: qué secuencia va a cantar el pájaro y cuándo lo va a cantar”, dijo Brown.
Los investigadores pueden incluso predecir variaciones en la secuencia de la canción, hasta la sílaba.
Por ejemplo, supongamos que el canto del pájaro se basa en un conjunto repetido de sílabas, “1, 2, 3, 4”, y de vez en cuando la secuencia puede cambiar a algo como “1, 2, 3, 4, 5” o “1, 2, 3.” Las características de los potenciales de campo locales revelan estos cambios, que encontraron los investigadores.
“Estas formas de variación son importantes para que podamos probar prótesis hipotéticas del habla, porque un humano no se limita a repetir una oración una y otra vez”, dijo Gilja.
“Es emocionante que hayamos encontrado paralelos en las señales cerebrales que se registran y documentan en estudios de fisiología humana con nuestro estudio en pájaros cantores”.
