Se ha demostrado que el neurotransmisor es un multiplicador esencia en el procesamiento sensorial

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Los neurocientíficos de la Universidad de Massachusetts Amherst han demostrado en una nueva investigación que la dopamina juega un papel clave en cómo los pájaros cantores aprenden nuevos sonidos complejos.

Publicado en Revista de neurociencia, el descubrimiento de que la dopamina impulsa la plasticidad en el palio auditivo de los diamantes mandarina sienta nuevas bases para avanzar en la comprensión de las funciones de este neurotransmisor en un área del cerebro que codifica estímulos complejos.

«La gente asocia la dopamina con la recompensa y el placer», dice el autor principal Matheus Macedo-Lima, quien realizó la investigación en el laboratorio del autor principal Luke Remage-Healey como Ph.D. estudiante de la Licenciatura en Neurociencia y Comportamiento de la UMass Amherst. «Es un concepto bien conocido que la dopamina está involucrada en el aprendizaje. Pero el conocimiento de la dopamina en áreas relacionadas con el procesamiento sensorial en el cerebro es limitado. Queríamos entender si la dopamina juega un papel en cómo esta región del cerebro aprende sonidos nuevos. o cambios con los sonidos «.

El estudio del aprendizaje vocal en pájaros cantores proporciona información sobre cómo se aprende el lenguaje hablado, agrega el neurocientífico conductual Remage-Healey, profesor de ciencias psicológicas y cerebrales. «No es sólo el pájaro cantor a quien se le ocurre esta estrategia de vincular sonidos y significados usando dopamina. Hay algo paralelo aquí en lo que nosotros, como humanos, estamos interesados».

El equipo de investigación llevó a cabo una serie de experimentos in vitro e in vivo, pinchando neuronas bajo el microscopio y en el cerebro de aves vivas que miraban videos y escuchaban sonidos. Finalmente, los científicos obtuvieron evidencia anatómica, conductual y fisiológica para respaldar su hipótesis sobre el papel de la dopamina.

Usando anticuerpos, los investigadores demostraron que los receptores de dopamina están presentes en muchos tipos de neuronas en el cerebro auditivo de los pájaros cantores, pueden ser inhibidores o excitadores e incluso pueden contener una enzima que produce estrógeno. «La investigación del Dr. Remage-Healey ha demostrado que en los cerebros auditivos de los pájaros cantores de ambos sexos, las neuronas producen estrógeno en situaciones sociales, como cuando se escucha el canto de un pájaro o se ve a otro pájaro. Creemos que la dopamina es dopamina. Y el estrógeno podría trabajar en conjunto en el proceso de aprendizaje del sonido, pero este trabajo se centró en la dopamina porque todavía había mucho que no sabíamos sobre cómo afectaba la dopamina a los cerebros de los pájaros cantores «, explica Macedo-Lima, ahora asociado postdoctorado de la Universidad de Maryland.

Macedo-Lima desarrolló una prueba, similar al conocido experimento con perros de Pavlov, en el que las aves se sentaban solas en una cámara y se les presentaba un sonido aleatorio seguido inmediatamente por un video silencioso de otras aves. «Queríamos centrarnos en la asociación entre un sonido sin sentido, un tono, y el comportamiento relevante, que es otro pájaro en el video», dice.

Los investigadores examinaron las regiones auditivas del cerebro de las aves después de este acoplamiento de audio y video, utilizando un marcador genético que se sabe que se expresa cuando una neurona sufre cambios o plasticidad. “Encontramos este aumento muy interesante de la expresión de este gen en el hemisferio izquierdo, la parte ventral de la región auditiva, en neuronas que expresan el receptor de dopamina, que refleja el proceso de aprendizaje y paralelo a la lateralización del cerebro humano para el aprendizaje del idioma, «dice Macedo-Lima. .

Para mostrar el efecto de la dopamina en la señalización neuronal básica, los investigadores utilizaron una técnica de pinza de parche de células completas, controlando y midiendo las corrientes recibidas por las neuronas. Encontraron en un plato que la activación de la dopamina disminuye la inhibición y aumenta la excitación.

«Este modulador está ajustando el sistema de tal manera que reduce las señales de parada y aumenta las señales de disparo», explica Remage-Healey. «Este es un mecanismo de control simple pero poderoso de cómo los animales están potencialmente codificando el sonido. Es una palanca neuroquímica que puede cambiar la forma en que los estímulos se registran y transmiten a esta parte del cerebro».

Luego, el equipo examinó sin dolor las células cerebrales de aves vivas. «Lo que sucedió cuando administramos la dopamina fue exactamente lo que predijimos a partir de los datos de la célula completa», dice Macedo-Lima. «Vimos que las neuronas inhibidoras disparaban menos cuando administramos el agonista de la dopamina, mientras que las neuronas excitadoras disparaban más».

El mismo efecto ocurrió cuando las aves fueron reproducidas por otros pájaros cantores: las neuronas excitadoras respondieron más y las neuronas inhibidoras respondieron menos cuando se produjo la activación de la dopamina. «Nos alegró replicar lo que vimos en un plato en un animal vivo escuchando sonidos reales relevantes», dice Macedo-Lima.

La activación de la dopamina también hizo que estas neuronas no pudieran adaptarse a las nuevas canciones presentadas al animal, lo que corrobora fuertemente la hipótesis del papel de la dopamina en el aprendizaje sensorial. «Actualmente no sabemos cómo la dopamina afecta el aprendizaje sensorial en la mayoría de los animales», dice Macedo-Lima, «pero esta investigación proporciona muchas pistas sobre cómo este mecanismo podría funcionar entre los vertebrados que necesitan aprender sonidos complejos, como los humanos».

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