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Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) descubrieron un circuito cerebral que controla la vocalización y garantiza que sólo se hable al espirar y se deje de hablar al inspirar.
El circuito, que se ha comprobado en modelos de ratón, controla dos acciones necesarias para la vocalización: el estrechamiento de la laringe y la exhalación de aire de los pulmones.
Los investigadores también constataron que este circuito de vocalización está bajo el mando de una región del tronco encefálico que regula el ritmo respiratorio, lo que garantiza que la respiración siga dominando sobre el habla. Su descripción se publica en la revista Science.
"Cuando hay que inspirar, hay que detener la vocalización. Hemos descubierto que las neuronas que controlan la vocalización reciben una señal inhibidora directa del generador del ritmo respiratorio", detalla Fan Wang, profesor de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT.
Experimentos en ratones
Situadas en la laringe, las cuerdas vocales son dos bandas musculares que pueden abrirse y cerrarse. Cuando están casi cerradas, o en aducción, el aire exhalado por los pulmones genera sonido al pasar por las cuerdas.
El equipo del MIT se propuso estudiar cómo controla el cerebro este proceso de vocalización, utilizando un modelo de ratón.
Los ratones se comunican entre sí mediante sonidos conocidos como vocalizaciones ultrasónicas, que producen utilizando el mecanismo único del silbido al exhalar aire a través de un pequeño orificio entre las cuerdas vocales casi cerradas.
"Queríamos entender cuáles son las neuronas que controlan la aducción de las cuerdas vocales y luego cómo interactúan esas neuronas con el circuito respiratorio", afirma Wang.
Para averiguarlo, los investigadores utilizaron una técnica que permite cartografiar las conexiones sinápticas entre neuronas. Sabían que la aducción de las cuerdas vocales está controlada por las motoneuronas laríngeas, así que empezaron por rastrear hacia atrás para encontrar las neuronas que inervan esas motoneuronas.
Esto reveló que una de las principales fuentes es un grupo de neuronas premotoras que se encuentran en la región posterior del cerebro llamada núcleo retroambiguo. Estudios anteriores habían demostrado que esta zona interviene en la vocalización, pero no se sabía exactamente qué parte era necesaria ni cómo permitía la producción de sonidos.
Neuronas clave
Los investigadores descubrieron que estas neuronas del núcleo retroambiguo se activaban fuertemente durante las vocalizaciones ultrasónicas.
Tras esta observación, el equipo utilizó un método para dirigirse a esas neuronas; utilizaron la quimiogenética y la optogenética para explorar qué ocurriría si silenciaban o estimulaban su actividad.
Cuando los investigadores bloquearon esas neuronas, los ratones dejaron de ser capaces de producir vocalizaciones ultrasónicas o cualquier otro tipo de vocalización. Sus cuerdas vocales no se cerraban y sus músculos abdominales no se contraían, como lo hacen normalmente durante la espiración para vocalizar.
Por el contrario, cuando se activaban, las cuerdas vocales se cerraban, los ratones exhalaban y se producían vocalizaciones ultrasónicas.
Si la estimulación duraba dos segundos o más, estas vocalizaciones se interrumpían al inhalar, lo que sugiere que el proceso está bajo el control de la misma parte del cerebro que regula la respiración.
"Respirar es una necesidad de supervivencia", apunta Wang. "Aunque estas neuronas son suficientes para provocar la vocalización, están bajo el control de la respiración, que puede anular nuestra estimulación optogenética".
Un mapeo sináptico adicional reveló el sistema que garantiza que la respiración siga dominando sobre la producción del habla y que haya que hacer una pausa para respirar mientras se habla.
Los investigadores creen que, aunque la producción del habla en humanos es más compleja que la vocalización en ratones, el circuito que identificaron en ratones desempeña el papel conservado en la producción del habla y la respiración en humanos.
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