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Investigadores pueden predecir qué sílabas cantará un pájaro -y cuándo lo hará- leyendo las señales eléctricas de su cerebro, según un nuevo estudio de la Universidad de California en San Diego.
La capacidad de predecir el comportamiento vocal de un pájaro a partir de su actividad cerebral es un primer paso hacia la construcción de prótesis vocales para los humanos que han perdido la capacidad de hablar.
"Nuestro trabajo sienta las bases para este objetivo más amplio", afirma Daril Brown, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica e informática de la Facultad de Ingeniería Jacobs de la UC San Diego y primer autor del estudio, que se publicó el 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 aves cantoras como el pinzón cebra puede utilizarse para predecir el comportamiento vocal del ave. Las vocalizaciones de los pájaros cantores son de especial interés para los investigadores por sus similitudes con el habla humana; son comportamientos complejos y aprendidos.
En este trabajo, los investigadores implantaron electrodos de silicio en los cerebros de pinzones cebra adultos macho y registraron la actividad neuronal de las aves mientras cantaban. Los investigadores estudiaron un conjunto específico de señales eléctricas denominadas potenciales de campo locales. Estas señales se registraron en la parte del cerebro necesaria para el aprendizaje y la producción del canto.
Lo especial de los potenciales de campo locales es que se están utilizando para predecir el comportamiento vocal en los seres humanos. Hasta ahora, estas señales se han estudiado mucho en cerebros humanos, pero no en cerebros de aves cantoras.
Los investigadores de la Universidad de San Diego querían colmar esta laguna y ver si estas mismas señales en los pinzones cebra podían utilizarse también para predecir el comportamiento vocal. El proyecto es un esfuerzo de colaboración entre ingenieros y neurocientíficos de la 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 de campo locales 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 trabajo mostramos que hay muchas similitudes en este tipo de señales entre el pinzón cebra y los humanos, así como con otros primates. Con estas señales podemos empezar a descodificar la intención del cerebro de generar el habla".
"A más 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 humanos que sufren diversas enfermedades y trastornos", afirma Gentner.
Los investigadores descubrieron que las diferentes características de los potenciales de campo locales se traducen en sílabas específicas del canto del pájaro, así como el momento en que se producirán las sílabas durante el canto.
"Gracias a este sistema, podemos predecir con gran fidelidad el inicio del comportamiento vocal de un pájaro cantor, es decir, qué secuencia va a cantar y cuándo lo va a hacer", afirma Brown.
Los investigadores pueden incluso predecir variaciones en la secuencia del canto, hasta la sílaba. Por ejemplo, digamos que el canto del pájaro se basa en un conjunto repetitivo 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". Los investigadores descubrieron que las características de los potenciales de campo locales revelan estos cambios.
"Estas formas de variación son importantes para que podamos probar hipotéticas prótesis del habla, porque un humano no se limita a repetir una frase una y otra vez", dijo Gilja. "Es emocionante que hayamos encontrado paralelismos en las señales cerebrales que se registran y documentan en los estudios de fisiología humana con nuestro estudio en las aves cantoras".
Fuentes, créditos y referencias:
Local Field Potentials in a Pre-motor Region Predict Learned Vocal Sequences, PLoS Computational Biology (2021). DOI: 10.1371/journal.pcbi.1008100
Imágen: Ilustración del flujo de trabajo experimental. Mientras un pinzón cebra macho canta su canción -que consiste en la secuencia "1, 2, 3"- piensa en la siguiente sílaba que cantará ("4"). Se registra la actividad neuronal del pájaro y se extraen los potenciales de campo locales. A continuación, los investigadores analizan las características de estas señales para predecir qué sílaba está pensando en cantar a continuación. Crédito: Daril Brown
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