Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) descubrieron un circuito cerebral que controla la vocalización y garantiza que sólo se hable al espirar y se deje de hablar al inspirar.

El circuito, que se ha comprobado en modelos de ratón, controla dos acciones necesarias para la vocalización: el estrechamiento de la laringe y la exhalación de aire de los pulmones.

Los investigadores también constataron que este circuito de vocalización está bajo el mando de una región del tronco encefálico que regula el ritmo respiratorio, lo que garantiza que la respiración siga dominando sobre el habla. Su descripción se publica en la revista Science.

"Cuando hay que inspirar, hay que detener la vocalización. Hemos descubierto que las neuronas que controlan la vocalización reciben una señal inhibidora directa del generador del ritmo respiratorio", detalla Fan Wang, profesor de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT.

Experimentos en ratones

Situadas en la laringe, las cuerdas vocales son dos bandas musculares que pueden abrirse y cerrarse. Cuando están casi cerradas, o en aducción, el aire exhalado por los pulmones genera sonido al pasar por las cuerdas.

El equipo se propuso estudiar cómo controla el cerebro este proceso de vocalización, utilizando un modelo de ratón.

Los ratones se comunican entre sí mediante sonidos conocidos como vocalizaciones ultrasónicas, que producen utilizando el mecanismo único del silbido al exhalar aire a través de un pequeño orificio entre las cuerdas vocales casi cerradas.

"Queríamos entender cuáles son las neuronas que controlan la aducción de las cuerdas vocales y luego cómo interactúan esas neuronas con el circuito respiratorio", afirma el profesor Wang.

Para averiguarlo, los investigadores utilizaron una técnica que permite cartografiar las conexiones sinápticas entre neuronas. Sabían que la aducción de las cuerdas vocales está controlada por las motoneuronas laríngeas, así que empezaron por rastrear hacia atrás para encontrar las neuronas que inervan esas motoneuronas.

Esto reveló que una de las principales fuentes es un grupo de neuronas premotoras que se encuentran en la región posterior del cerebro llamada núcleo retroambiguo. Estudios anteriores habían demostrado que esta zona interviene en la vocalización, pero no se sabía exactamente qué parte era necesaria ni cómo permitía la producción de sonidos.

Neuronas clave

Los investigadores descubrieron que estas neuronas del núcleo retroambiguo se activaban fuertemente durante las vocalizaciones ultrasónicas.

Tras esta observación, el equipo utilizó un método para dirigirse a esas neuronas; utilizaron la quimiogenética y la optogenética para explorar qué ocurriría si silenciaban o estimulaban su actividad.

Cuando los investigadores bloquearon esas neuronas, los ratones dejaron de ser capaces de producir vocalizaciones ultrasónicas o cualquier otro tipo de vocalización. Sus cuerdas vocales no se cerraban y sus músculos abdominales no se contraían, como lo hacen normalmente durante la espiración para vocalizar.

Por el contrario, cuando se activaban, las cuerdas vocales se cerraban, los ratones exhalaban y se producían vocalizaciones ultrasónicas.

Si la estimulación duraba dos segundos o más, estas vocalizaciones se interrumpían al inhalar, lo que sugiere que el proceso está bajo el control de la misma parte del cerebro que regula la respiración.

"Respirar es una necesidad de supervivencia", apunta Wang. "Aunque estas neuronas son suficientes para provocar la vocalización, están bajo el control de la respiración, que puede anular nuestra estimulación optogenética".

Un mapeo sináptico adicional reveló el sistema que garantiza que la respiración siga dominando sobre la producción del habla y que haya que hacer una pausa para respirar mientras se habla.

Los investigadores creen que, aunque la producción del habla en humanos es más compleja que la vocalización en ratones, el circuito que identificaron en ratones desempeña el papel conservado en la producción del habla y la respiración en humanos.

Los chimpancés y los abejorros pueden aprender una nueva habilidad observando a individuos de su misma especie, lo que se conoce como aprendizaje social, según sendos experimentos publicados en las revistas Nature Human Behaviour y Nature.

Los resultados sugieren que tanto simios como los abejorros pueden tener capacidad para la acumulación cultural, que hasta ahora se consideraba una característica exclusivamente humana. Esta se refiere a la acumulación gradual de conocimientos y habilidades a lo largo de generaciones, lo que permite desarrollar comportamientos cada vez más complejos.

En el caso de los humanos, existe una cultura compleja que les permite copiar comportamientos de otros y, como tal, la cultura humana es acumulativa: las habilidades y tecnologías se acumulan a lo largo de las generaciones y se vuelven cada vez más eficientes o complejas.

Sin embargo, según hipótesis antropológicas, los chimpancés no aprenden de este modo, sino que pueden reinventar comportamientos culturales de forma individual. Aunque existen pruebas de la existencia de una 'cultura' en los chimpancés, estas teorías cuestionan que la misma surja a través de la copia de conocimientos entre individuos.

Rompecabezas de 3 pasos

Para comprobar si esto es así, los científicos liderados por Edwin van Leeuwen, de la Universidad de Utrecht, realizaron un experimento con 66 chimpancés de Zambia, en dos grupos separados.

Los chimpancés recibieron una caja rompecabezas que requería tres pasos para abrirla y obtener una recompensa alimenticia: era necesario recuperar una bola de madera, sacar un cajón del aparato y mantenerlo sobresalido, e introducir la bola en el cajón extraído.

Tras tres meses de exposición a la caja, los chimpancés no desarrollaron las habilidades necesarias para abrirla.

Luego, los autores entrenaron a un chimpancé de cada uno de los dos grupos para abrir la caja y observaron si los demás animales desarrollaban esta habilidad a lo largo también de tres meses: 14 de los 66 chimpancés desarrollaron la habilidad de abrir la caja, y todos ellos habían visto a otro chimpancé abrir la caja al menos 9 veces hasta 1,5 metros de distancia.

"sofisticación cognitiva"

En el otro trabajo, investigadores de la Universidad Queen Mary de Londres revelaron que los abejorros poseen un nivel de sofisticación cognitiva nunca antes visto: pueden también aprender tareas complejas de varios pasos a través de la interacción social, aunque no puedan resolverlas por sí solos.

En este caso, el equipo dirigido por Alice Bridges y Lars Chittka diseñó una caja rompecabezas de dos pasos en la que los abejorros debían realizar dos acciones distintas en secuencia para acceder a una dulce recompensa al final.

Mientras los ejemplares individuales tenían dificultades para resolver el rompecabezas cuando empezaban desde cero, los que podían observar a un abejorro 'demostrador' entrenado aprendían fácilmente toda la secuencia.