martes, 7 de enero de 2020

La evolución del aprendizaje vocal



De los trinos de las aves  al habla humana.



 Resultado de imagen de loros

El neurobiólogo Erich Jarvis tiene una razón simple para estudiar la evolución del lenguaje hablado: es un principio fundamental de la humanidad.

Pero este rasgo, por supuesto, no es realmente exclusivo de los humanos: un puñado de otros grupos de animales tienen talento para el aprendizaje vocal. Ese término, que es un componente específico del lenguaje hablado, significa que el animal tiene la capacidad de imitar y repetir una variedad de sonidos. Eso contrasta con la mayoría de las vocalizaciones de animales, que son principalmente instintivas y no aprendidas: los animales sin aprendizaje vocal que nacen sordos seguirán haciendo los mismos ruidos que sus compañeros oyentes.

El científico Erich Jarvis, que dirige un equipo de investigación en la Universidad Rockefeller en la ciudad de Nueva York, quiere comprender cómo evolucionaron nuestros cerebros para permitir el rico lenguaje hablado por la humanidad, que requiere no solo aprender nuevos sonidos y los significados detrás de ellos, sino también un control motor fino de nuestras laringe, la estructura especial que nos permite hacer tantos sonidos diferentes. A través de sus investigaciones, piensa que también ha encontrado algo  previamente desconocido: los cerebros pueden evolucionar para permitir nuevos rasgos, como el habla, un fenómeno que él llama "duplicación de vías cerebrales".

Los neurocientíficos que estudian comportamientos comunes pueden usar modelos animales como el ratón de laboratorio para arrojar luz sobre cómo funciona el cerebro en general. Pero es una tarea complicada identificar los genes y los circuitos neuronales que subyacen a un fenómeno raro como el aprendizaje del habla o la voz. Los ratones no hablan. Entonces, para muchos de sus estudios, Jarvis utiliza pájaros.

Unos pocos grupos de pájaros como los  pájaros cantores, los  loros y los colibríes, pueden aprender y repetir sonidos complejos similares al lenguaje hablado, sonidos que se transmiten de las generaciones anteriores a las nuevas, al igual que los niños pequeños aprenden a balbucear y luego hablan imitando e interactuando con sus padres.

La canción del pájaro no es idéntica al habla humana, pero hay paralelismos. Con raras excepciones, los pájaros cantores no usan vocalizaciones para comunicar un significado abstracto, como lo hacemos los humanos en la conversación, en los discursos, en las canciones. En su mayoría usan sus habilidades avanzadas de emitir sonidos  que atraigan a los compañeros, aunque también tienen ciertas melodías que indican que un depredador está cerca, incluso comunicando el tamaño del depredador.

Jarvis no es el único investigador que estudia los variados trinos de los pájaros cantores. Muchos laboratorios usan pinzones cebra como modelo para nuestros propios trastornos del lenguaje y del habla, pero hasta hace poco, era difícil establecer paralelismos directos entre la conversación humana y el chirrido staccato de estas pequeñas criaturas.


 Los genes que nos dejan hablar




Melodías de los pájaros cantores: 
estos pinzones cebra son del mismo tipo que Jarvis estudia en su laboratorio Rockefeller.



Hace varios años, Jarvis y sus colegas, publicaron una comparación histórica del cerebro de los pájaros cantores y los cerebros humanos, mostrando que tanto los genes como las regiones de los cerebros utilizados para el canto de los pájaros y para el habla humana son similares. Las aves que no muestran aprendizaje vocal (observaron los cerebros de las palomas y las codornices) no tienen las mismas regiones cerebrales ni los  genes relacionados con la generación de melodías. Ni tampoco nuestros parientes primates que no hablan.

Los investigadores saben que el aprendizaje vocal evolucionó de forma independiente en los pájaros cantores y en los humanos, por lo que estos resultados son un ejemplo de evolución convergente, donde, con el tiempo, nuestros genes  evolucionaron hacia la misma solución. Lo que eso significa es que probablemente  hay formas limitadas en que los animales pueden adquirir el lenguaje hablado, o tal vez, solo hay una posibilidad.

"Parece que hay un camino central limitado en el que se establece la evolución", "En otro medio millón de años a partir de ahora, si otra especie desarrolla el aprendizaje vocal, se podría predecir cómo será la vía de expresión génica de esa especie".

Esos hallazgos también significan que los pájaros cantores son, después de todo, una buena aproximación  para que los científicos estudien el habla humana, especialmente los patrones y circuitos cerebrales que subyacen en el habla y el lenguaje. Esa es una buena noticia para los muchos laboratorios que ya estaban usando pinzones cebra para estudiar el habla.

Pero para Jarvis, uno de los mejores resultados es que ahora pueden investigar una vía completamente nueva de evolución cerebral.


De pájaros a ratones


El equipo de investigación descubrió que los circuitos de aprendizaje vocal compartidos están integrados en las mismas vías cerebrales que, tanto nosotros como las aves, utilizamos para aprender a movernos: las vías motoras del cerebro anterior. Esta parte del cerebro es mucho más antigua, evolutivamente hablando, que el habla.

Hay un fenómeno en la evolución en el que un gen hace una copia extra de sí mismo, al azar. Con el tiempo, esa segunda copia, liberada de la presión de su propósito original, puede cambiar más rápidamente. Ocasionalmente, los genes copiados evolucionan para asumir un nuevo trabajo.

Jarvis cree que esto sucedió para una vía cerebral completa.

No hay evidencia de que alguna vez se haya duplicado una vía cerebral completa. Pero la teoría tiene sentido frente a los datos que los investigadores tienen hasta ahora. Las vocalizaciones son en sí mismas un tipo de movimiento especializado de la laringe, la caja de la voz, junto con otros moduladores orales de los sonidos. Uno puede ver paralelismos entre cómo movemos nuestros cuerpos enteros y cómo movemos esta pequeña estructura que produce el habla. Jarvis cree que todo puede haber sido impulsado por la duplicación aleatoria de un solo gen involucrado en el desarrollo del cerebro.

Jarvis y su equipo ahora están estudiando más profundamente los paralelismos entre los genes de aprendizaje vocal y los genes de aprendizaje motor en el cerebro. Y están comparando, entre pájaros y mamíferos, los tipos de células cerebrales, usando el conjunto de genes que cada célula activa o apaga, para comprender mejor la evolución del cerebro en general. El propio laboratorio de Jarvis está secuenciando muchas de estas células cerebrales de aves, y está comparando esos resultados con un conjunto de datos similar de células cerebrales humanas y de ratón existentes en la Base de Datos  del Instituto Allen.

Después de todo, también están recurriendo al ratón de laboratorio para ver qué sucede si un mamífero sin aprendizaje vocal recibe un impulso de algunos de esos genes especializados. Quieren diseñar un ratón que incorpore y active los genes del aprendizaje vocal humano en la vía motora del cerebro, para ver si pueden forzar el tipo de evolución que suponen que sucedió en humanos y en los pájaros cantores.

En cuanto al canto de los pájaros, Jarvis no abandonará su investigación en el corto plazo. Comenzó a estudiar pájaros cantores porque quería entender el lenguaje humano, pero los pájaros pronto llamaron su atención por derecho propio.

Pensó que eventualmente se alejaría del aprendizaje vocal en pájaros, porque encontrarían la equiparación al habla humana, pero siguen aprendiendo cada vez más y ahora están estudiando ambos en paralelo. Las aves también son criaturas fascinantes en sí mismas.

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