Identificada la parte del cerebro que controla el tono de nuestra voz

Ya sea que se esté emitiendo una nota alta, declamando una frase en público, o leyendo un cuento para dormir a un niño, el tono de nuestras voces es una parte vital de la comunicación humana. Ahora, como parte de la búsqueda constante de producir una imagen dinámica de la función neuronal en tiempo real, los investigadores que participan en el proyecto BRAIN de los Institutos Nacionales de la Salud americanos,  han identificado la parte del cerebro que controla el tono vocal.

Esta mejor comprensión de cómo el cerebro humano regula el tono de los sonidos que emanan de la garganta, o específicamente de la laringe, es algo más que neurociencia puntera. Podría ser fundamental en el desarrollo de tecnologías nuevas y más naturales para ayudar a las personas que tienen trastornos del habla o a quienes se les ha extirpado la laringe debido a una lesión o enfermedad.

Nuestra capacidad de hablar está controlada en la corteza sensitívomotora, parte de la corteza cerebral. Pero el cómo el complejo sensorial-motor orquesta el proceso físico del habla humana, desde los movimientos de nuestros labios hasta las vibraciones en nuestras laringe, se desconocía hasta ahora.

Si bien puede ser treméndamente complicado tratar de trazar un proceso tan complejo en el cerebro humano, los miembros del laboratorio de Edward Chang en el Centro de Epilepsia de la Universidad de California en San Francisco se encuentran en una posición ideal para hacerlo. Eso se debe a que Chang, un neurocirujano, realiza operaciones con regularidad para eliminar el tejido cerebral inductor de convulsiones de las personas con epilepsia.

Chang se prepara para esas operaciones colocando matrices de alta densidad de pequeños electrodos directamente sobre la superficie del cerebro de sus pacientes. Este método, conocido como electro-corticografía o ECoG, ayuda a identificar las ubicaciones precisas en el cerebro donde se desencadenan las convulsiones. También se usa para identificar otras áreas importantes del cerebro, incluidas las relacionadas con el lenguaje, para garantizar que no se dañen accidentalmente durante la cirugía.

En el primero de dos estudios recientes, éste dirigido por el estudiante de posgrado Josh Chartier y publicado en la revista Neuron, Chang pidió a los pacientes que necesitaban cirugía para tratar su epilepsia, que leyeran cientos de oraciones cuidadosamente construidas mientras esos sensores de ECoG se colocaban sobre la superficie de sus cortezas sensitivomotoras . El estudio reveló por primera vez cómo las neuronas coordinan los movimientos de casi 100 músculos en los labios, la lengua, las mandíbulas y la laringe a medida que la gente produce el habla.

En el segundo estudio, dirigido por el estudiante de posgrado Benjamin Dichter y recién publicado en la revista Cell, el equipo de Chang estudió los cambios en el tono vocal al analizar con más profundidad  las conexiones entre el cerebro y la laringe. Dieron por supuesto que los humanos varían el tono, tal como se ajusta un instrumento,  mediante el control de la tensión de los músculos que se mueven a través de los pliegues vocales de la laringe. También sabían que nuestros cerebros controlan estos movimientos sin que nos demos cuenta.

El equipo de Chang pidió a 12 pacientes voluntarios que estaban a la espera de ser operados,  que dijeran una frase bastante peculiar: "Nunca dije que me robó mi dinero". Luego se les ordenó cambiar el significado de la oración al alterar el tono de sus voces y enfatizar una palabra específica. Por ejemplo, "Nunca dije que me robó mi dinero", "Nunca dije que me robó mi dinero" y "Nunca dije que me robó mi dinero". Si lo hacemos nosotros, veremos que, de forma natural, tendemos  a elevar el tono, así como el volumen de la palabra que se enfatiza.) Mientras los participantes inflexionaban sus voces, los investigadores usaron conjuntos de ECoG para registrar la actividad neuronal en las áreas del cerebro que procesan el habla.

Sus estudios mostraron que algunas neuronas en el área de la corteza sensitivomotora, que controla la laringe, se activaban cada vez que los voluntarios enfatizaban diferentes palabras en una oración. Esta área, llamada corteza motora laríngea dorsal, fue más activa cuando el tono de un hablante alcanzaba su pico. Sus estudios también mostraron que un grupo distinto de neuronas en la corteza motora laríngea dorsal controla los sonidos producidos por la laringe, mientras que otras neuronas controlan las variaciones en el tono vocal.

En un notable conjunto de experimentos en más de 80 pacientes voluntarios, los investigadores estimularon selectívamente las neuronas en la corteza motora laríngea dorsal mientras registraban la activación de los músculos en la laringe. Identificaron sitios específicos allí que activaban, sin ninguna duda,  los músculos de la laringe. De hecho, 20 personas respondieron a la estimulación cerebral haciendo, de forma totalmente involuntaria,  vocalizaciones audibles.

Los investigadores también encontraron actividad cerebral similar cuando los participantes variaban su tono mientras cantaban. Esto indica que el tono vocal se controla de manera similar tanto en el habla como en el canto. Además, esas mismas áreas del cerebro se activaron cuando los participantes escucharon en silencio el sonido de sus propias voces. Los investigadores sugieren que podría explicar cómo las personas imitan el habla, incluido el tono, de otra persona.

Estas capacidades humanas para el lenguaje, la música y la canción no solo son fascinantes, sino que también son fundamentales para lo que somos y para nuestro bienestar. Y también pueden tener importantes consecuencias terapéuticas. De hecho, el NIH está comprometido en una asociación con The Kennedy Center para explorar las conexiones entre la música, la salud y el bienestar, en un programa al que han llamado Sound Health.

En un futuro, estas investigaciones pueden dar lugar a tecnologías que proporcionen voces sintéticas de gran realismo a aquellas personas que por enfermedad o accidente, no disponen de esta capacidad.

Basado en:

[1] The Control of Vocal Pitch in Human Laryngeal Motor Cortex. Dichter BK, Breshears JD, Leonard MK, Chang EF. Cell. 2018 Jun 28;174(1):21-31.e9.

[2] Encoding of Articulatory Kinematic Trajectories in Human Speech Sensorimotor Cortex. Chartier J, Anumanchipalli GK, Johnson K, Chang EF. Neuron. 2018 Jun 6;98(5):1042-1054.e4. doi: 10.1016/j.neuron.2018.04.031.