El equipo de investigadores estudió cómo las aves
ejecutan su canto, desde que el cerebro da la orden para que actúen los
músculos vocales. La información obtenida permitiría desarrollar
aplicaciones para personas que han perdido el habla.
La
revista Nature eligió como uno de los mejores artículos publicados en
2013 el trabajo de un equipo de investigadores argentinos sobre cómo se
produce el canto de los pájaros. “Estudiamos cómo ejecuta, cómo controla
su cuerpo el pájaro, la parte que tiene que ver con la física”, detalló
a Página/12 el físico Gabriel Mindlin, del Laboratorio de Sistemas
Dinámicos (LSD), de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la
UBA. La investigación, explicó, se basó en “la integración de
neurociencia y la parte biomecánica del problema, que permitió derribar
un paradigma de cómo se pensaba que funcionaba”. El texto, que fue
publicado en marzo del año pasado, demuestra que “al igual que el ser
humano, las aves necesitan de un tutor para aprender a cantar”.
El estudio, que el físico explicó como “una línea de investigación
que llevó diez años”, fue realizado por él, Ana Amador, Yonatan Sanz
Perl, del LSD de Exactas, y Daniel Margoliash, de la Universidad de
Chicago. Con un pájaro diamante mandarín (taeniopygia guttata) como
asistente, el equipo demostró que la dinámica del canto del ave está
codificada en un grupo de neuronas de la corteza cerebral premotora, que
constituyen un núcleo llamado Centro Vocal Superior (HVC, por su sigla
en inglés), que actúa en forma predictiva y en conexión con diferentes
estructuras cerebrales relacionadas con la producción de canto y su
aprendizaje. Las observaciones de la investigación podrían tener
consecuencias prácticas, como el desarrollo de dispositivos para
personas que perdieron el habla.
“En la biología, el del canto de los pájaros es un modelo animal bastante establecido para entender problemas de cómo se aprende y, en particular, de cómo se aprende un comportamiento complejo”, explicó Mindlin. “Lo que incorporamos a este problema fue una perspectiva distinta, porque combinamos biología con perspectiva física. La sorpresa del trabajo es que produjo resultados inesperados. El problema de estudiar el cerebro es entender cómo se codifica la información. El lenguaje de las neuronas son como disparos, y para la acción concreta, hay un código de disparos; la computadora puede decodificar esa información en 1 y 0. Lo que hicimos como físicos fue proponer que las coordenadas para entender eso son motoras: hay que entender lo que el pájaro quería hacer y buscar la codificación en paralelo con las instrucciones motoras, que controlaban la parte física relacionada con el pensamiento. Esa es la perspectiva física: buscar cómo ejecuta, cómo controla su cuerpo”, resumió.
Mindlin explicó que la presunción generalizada sostenía que “el cerebro trabajaba de otro modo, que tenía una suerte de relojito, pero demostramos que la codificación tiene que ver con cómo se controla el aparato vocal”. Para conocer los mecanismos neuronales de los pájaros, los investigadores colocaron sensores en el aparato vocal y músculos de un diamante mandarín y lo enmudecieron temporalmente. Cuando el ave trataba de cantar, registraron qué músculos actuaban, la presión que se ejercía en los sacos aéreos y los mecanismos neuronales que se producían. Con esa información, identificaron los factores más importantes para la fonación y desarrollaron un modelo matemático sencillo que les permitió reproducir el canto de un ave de modo sintético y en tiempo real.
En el LSD, los investigadores traspasaron el modelo no lineal a un sintetizador artificial que, al recibir el movimiento de los músculos del aparato fonador del pájaro, emitió una secuencia de pulsos electrónicos que, traducida en sonidos, resultó como el canto de un pájaro; ese canto artificial suena tan cercano al real que el ave lo confunde como tal. Mientras parte del equipo de investigadores continuaba en la Facultad de Ciencias Exactas, paralelamente, en Chicago, donde realizaba su post doctorado, Amador corroboró que la actividad neuronal de los pájaros que se activaba con su propia voz actuaba de igual modo ante el sonido sintético, lo que fue presentado en la conferencia anual de la Sociedad de Neurociencia de Estados Unidos. Así, “la integración de neurociencia y biomécanica permitió derribar un paradigma de cómo se pensaba que funcionaba”, señaló Mindlin.
La inclusión del artículo entre los más interesantes de 2013 de Nature y la visibilidad de la investigación, dijo Mindlin, podrían abrir las puertas para ampliar la investigación y desarrollar aplicaciones. “Existiría la posibilidad de crear un dispositivo que pueda aplicarse en los seres humanos que han perdido el habla. Si logramos entender de la misma manera cómo funciona el aparato fonador de los humanos, las cuerdas vocales y el tracto vocal superior, y cómo el cerebro envía las instrucciones motoras y cómo estas producen la diversidad de elementos que componen el habla humana, podríamos aplicarlo en una solución prostética portátil de muy bajo costo computacional”, explicó.
“En la biología, el del canto de los pájaros es un modelo animal bastante establecido para entender problemas de cómo se aprende y, en particular, de cómo se aprende un comportamiento complejo”, explicó Mindlin. “Lo que incorporamos a este problema fue una perspectiva distinta, porque combinamos biología con perspectiva física. La sorpresa del trabajo es que produjo resultados inesperados. El problema de estudiar el cerebro es entender cómo se codifica la información. El lenguaje de las neuronas son como disparos, y para la acción concreta, hay un código de disparos; la computadora puede decodificar esa información en 1 y 0. Lo que hicimos como físicos fue proponer que las coordenadas para entender eso son motoras: hay que entender lo que el pájaro quería hacer y buscar la codificación en paralelo con las instrucciones motoras, que controlaban la parte física relacionada con el pensamiento. Esa es la perspectiva física: buscar cómo ejecuta, cómo controla su cuerpo”, resumió.
Mindlin explicó que la presunción generalizada sostenía que “el cerebro trabajaba de otro modo, que tenía una suerte de relojito, pero demostramos que la codificación tiene que ver con cómo se controla el aparato vocal”. Para conocer los mecanismos neuronales de los pájaros, los investigadores colocaron sensores en el aparato vocal y músculos de un diamante mandarín y lo enmudecieron temporalmente. Cuando el ave trataba de cantar, registraron qué músculos actuaban, la presión que se ejercía en los sacos aéreos y los mecanismos neuronales que se producían. Con esa información, identificaron los factores más importantes para la fonación y desarrollaron un modelo matemático sencillo que les permitió reproducir el canto de un ave de modo sintético y en tiempo real.
En el LSD, los investigadores traspasaron el modelo no lineal a un sintetizador artificial que, al recibir el movimiento de los músculos del aparato fonador del pájaro, emitió una secuencia de pulsos electrónicos que, traducida en sonidos, resultó como el canto de un pájaro; ese canto artificial suena tan cercano al real que el ave lo confunde como tal. Mientras parte del equipo de investigadores continuaba en la Facultad de Ciencias Exactas, paralelamente, en Chicago, donde realizaba su post doctorado, Amador corroboró que la actividad neuronal de los pájaros que se activaba con su propia voz actuaba de igual modo ante el sonido sintético, lo que fue presentado en la conferencia anual de la Sociedad de Neurociencia de Estados Unidos. Así, “la integración de neurociencia y biomécanica permitió derribar un paradigma de cómo se pensaba que funcionaba”, señaló Mindlin.
La inclusión del artículo entre los más interesantes de 2013 de Nature y la visibilidad de la investigación, dijo Mindlin, podrían abrir las puertas para ampliar la investigación y desarrollar aplicaciones. “Existiría la posibilidad de crear un dispositivo que pueda aplicarse en los seres humanos que han perdido el habla. Si logramos entender de la misma manera cómo funciona el aparato fonador de los humanos, las cuerdas vocales y el tracto vocal superior, y cómo el cerebro envía las instrucciones motoras y cómo estas producen la diversidad de elementos que componen el habla humana, podríamos aplicarlo en una solución prostética portátil de muy bajo costo computacional”, explicó.
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