Un nuevo estudio, sin embargo, realizado por investigadores de la Escuela de Medicina de la Universidad de California en San Diego considera una región comparable en los cerebros de los pollos relacionado con el análisis de las entradas auditivas se construye de manera similar a la de la corteza de los los mamíferos.

En términos generales, los cerebros de los mamíferos desde hace mucho tiempo presumen de ser más altamente evolucionados y desarrollados que los cerebros de otros animales, en parte por la presencia de una estructura distintiva de la neocorteza cerebral anterior. En los mamíferos en esta parte de la capa externa del cerebro se centran las complejas funciones cognitivas.

En detalle, la neocorteza de los mamíferos es características por una capas de células (laminación) conectadas por columnas dispuestas radialmente de otras células, formando módulos funcionales caracterizado por los tipos neuronales y las conexiones específicas. En los primeros estudios de las regiones homólogas en los cerebros no mamíferos no se había encontrado una disposición similar, lo que llevó a la presunción de que las células y los circuitos de la neocorteza en los mamíferos eran singulares en la naturaleza.

Durante 40 años, Karten y sus colegas han trabajado con hacer añicos este pensamiento, una verdadera obseción. En esta investigación, se utilizan las tecnologías modernas de imágenes sofisticadas, incluyendo un indicador muy sensible, para asignar a una región del cerebro de pollo (parte del telencéfalo) como la similar a la corteza auditiva de los mamíferos. Ambas regiones manejan funciones de escucha.

Además descubrieron que la región cortical aviar también se compone de capas laminadas de las células unidas por estrechas columnas radiales de diferentes tipos de células con interconexiones extensas que microcircuitos de forma que son prácticamente idénticas a las que se encuentran en la corteza de los mamíferos.

Los resultados indican que el laminado y las propiedades de la columna de la neocorteza, no son exclusivos de los mamíferos, y puede, de hecho, haber evolucionado a partir de las células y los circuitos en los vertebrados más antiguos.

“La creencia de que los microcircuitos corticales eran una propiedad única de los cerebros de los mamíferos se basa principalmente en la falta de la laminación en otras especies, y la noción generalizada de que los vertebrados no mamíferos no eran capaces de realizar procesos cognitivos complejos y de análisis de la información sensorial como la asociados con la neocorteza de los mamíferos “, dijo Karten.

Pero este tipo de pensamiento presentan un grave problema para los neurobiólogos que tratan de averiguar los orígenes evolutivos de la corteza de los mamíferos.

Esta nueva investigación tiene una importancia práctica ya que la similitud entre las cortezas de mamíferos y aves añade soporte para la utilidad de las aves como modelos animales adecuados en diversos estudios del cerebro.

“Los estudios indican que los microcircuitos computacionales subyacentes en los comportamientos complejos son comunes a muchos vertebrados”, dijo Karten. “Este trabajo apoya el creciente reconocimiento de la estabilidad de los circuitos durante la evolución y el papel del genoma en la producción de los patrones estables. La pregunta ahora puede pasar de los orígenes de la corteza de los mamíferos y preguntarnos acerca de los cambios que ocurren en el patrón final de la la corteza durante el desarrollo. ”

Referencia

Y. Wang, A. Brzozowska-Prechtl, H. J. Karten. Laminar and columnar auditory cortex in avian brain. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010; DOI: 10.1073/pnas.1006645107

Las investigaciones con pacientes que desarrollaron déficits específicos del lenguaje (como la incapacidad de comprender oraciones pasivas) tras una lesión cerebral sugieren que los diferentes aspectos del lenguaje pueden residir en diferentes partes del cerebro. Pero los intentos de encontrar estas regiones funcionalmente específicas del cerebro con las tecnologías actuales de neuroimagenes han sido inconsistentes y cuestionables.

Una razón para esta discrepancia puede deberse al hecho de que la mayoría de los estudios anteriores se basaron en los análisis de un grupo de personas en el que los datos de imágenes del cerebro fueron promediados a través de múltiples temas – un cálculo que podría introducir ruido estadístico y sesgos en el análisis. En otras palabras, los cerebros difieren en sus patrones de plegado y en la forma funcional de las zonas mapeadas en estos pliegues.

En por eso que se necesita “alinear los cerebros” para obtener datos precisos de los estudios de Resonancias Magnéticas. “Algunas regiones del cerebro parecen estar involucrado en el lenguajey curiosamente son también geográficamente cercanas a las regiones que apoyan otros procesos cognitivos como la música, la aritmética, o en general la memoria de trabajo.

La única manera de solucionar este problema, según los autores, es definir primero las “regiones de interés” en cada tema y luego de investigar esas regiones mediante el examen de sus respuestas a varias nuevas tareas. Para ello, desarrollaron una rutina “localizadora” donde los sujetos leyeron frases con oraciones correctas o secuencias de palabras no pronunciables.

Frases de ejemplo: El perro persiguió al gato todo el día.

Ejemplo de construcción de secuencia de palabras no pronunciables: BOKER SE LA DESH DRILES LER CICE FRISTY’S

Al restar las regiones activadas no lingüísticas de las regiones activadas por la frase correcta, los investigadores encontraron un número de regiones “lingüísticas” que fueron identificados con rapidez y confiabilidad en los cerebros individuales.

“Este nuevo método más sensible y nos permite ahora investigar las cuestiones de especificidad funcional entre el lenguaje y otras funciones cognitivas, así como entre los diferentes aspectos del lenguaje”, concluyeron los autores. “Es más probable que se descubra que los parches de la corteza se especializan en el idioma y que también apoyan otras funciones cognitivas como la música y la memoria de trabajo. Entender la relación entre el lenguaje y el resto del estado es una de las preguntas clave de la neurociencia cognitiva.”

Referencia

E. Fedorenko, P. J. Hsieh, A. Nieto Castanon, S. Whitfield-Gabrieli, N. Kanwisher. A new method for fMRI investigations of language: Defining ROIs functionally in individual subjects. Journal of Neurophysiology, 2010; DOI: 10.1152/jn.00032.2010

En cambio, para dar sentido a una frase los seres humanos usasamos varias regiones del cerebro, cada una diseñada para llevar a cabo diferentes tareas primitivas. Dependiendo del tipo de gramática que se utiliza en la formación de una oración dada, el cerebro activará un cierto conjunto de regiones para procesarlo. Algo similar cuando un carpintero escoge de su caja de herramientas el conjunto de estas que le servirán para llevar a cabo los distintos componentes básicos que componen una tarea compleja.

“Estamos utilizando y adaptando la maquinaria que ya tenemos en nuestro cerebro”, dijo el coautor del estudio Aaron Newman. “Obviamente estamos haciendo algo diferente con respecto de los otros animales, porque somos capaces de aprender el idioma a diferencia de cualquier otra especie. Pero no es porque algunos regiones hayan evolucionado especialmente en nuestro cerebro sólo para el idioma, y nada más.”

Para determinar las diferentes regiones del cerebro fueron utilizadas distintas frases con distintos tipos de gramática, y los científicos se centraron en el Lenguaje de Señas Americano por una rara calidad que tiene.

Algunos idiomas (Inglés, por ejemplo) se basan en el orden de palabras en una oración para expresar las relaciones entre los elementos de la oración. Cuando un hablante de Inglés oye la frase “Sally saluda a Bob,” está claro desde el orden de las palabras que Sally es quien esta haciendo el saludo y Bob es la persona que lo recibe y no al revés.

En otros idiomas (español, por ejemplo) se basan en las inflexiones, los sufijos y prefijos de las palabras, para transmitir las relaciones sujeto-objeto, y el orden de las palabras pueden ser intercambiables.

Lenguaje de señas americano tiene la característica útil de que las relaciones sujeto-objeto puede expresarse en cualquiera de las dos maneras – mediante el orden de las palabras o las inflexiones.  Para el estudio, el equipo formó 24 frases y expresó cada una de estas oraciones usando ambos métodos.

Mediante IRM (imagen por resonancia magnética)  vigilaron  las áreas del cerebro que se activaron en el tratamiento de los diferentes tipos de oraciones.

El estudio encontró las distintas regiones del cerebro que se utilizan para procesar los dos tipos de sentencias: aquellas en los que se determinó el orden de las palabras y las relaciones entre los elementos de la oración, y aquellas en los que la inflexión facilitaba la información.

De hecho, al tratar de entender los diferentes tipos de gramática, los seres humanos utilizan las regiones del cerebro que están diseñados para realizar las tareas primitivas que se refieren a la naturaleza de las frases que están tratando de interpretar. Por ejemplo, en una sentencia de orden en las palabras se activan las zonas de la corteza frontal que le dan a los seres humanos la capacidad de poner la información en secuencias, mientras que una sentencia de inflexión se localiza  en partes del lóbulo temporal que se especializan en dividir la información en sus partes constituyentes.

“Estos resultados muestran que la gente realmente debe pensar en el lenguaje y el cerebro de una manera diferente, en términos de cómo el cerebro aprovecha algunos quizá estructuras preexistentes computacionales para interpretar el lenguaje”, dijeron los autores.

Además de proporcionar perspectivas sobre cómo el lenguaje pudo haber evolucionado en los seres humanos, los hallazgos de los científicos tal vez podría eventualmente encontrar aplicaciones en la medicina. Por ejemplo, podría resultar valiosa para evaluar la mejor manera de enseñar el lenguaje a una persona con daño cerebral en ciertas áreas pero no en otros, como a una víctima de un derrame cerebral.

Referencia

A. J. Newman, T. Supalla, P. Hauser, E. L. Newport, D. Bavelier. Dissociating neural subsystems for grammar by contrasting word order and inflection. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2010; 107 (16): 7539 DOI: 10.1073/pnas.1003174107

Hobbie-J fue el nombre que le dieron a esta rata transgénica capaz de recordar tres veces más rápido los objetos nuevos que lo que lo hicieron las ratas femeninas “Long Evans” consideradas las más inteligente de todas las ratas. Hobbie-J también fue mucho mejor en tareas más complejas, como recordar el camino de vuelta que viajó para encontrar un chocolate.

El informe llega después de una década en que los científicos obtuvieran a “Doogie” un ratón trasgénico inteligente que sobreexpresaba el gen NR2B en el hipocampo, un centro del aprendizaje y la memoria y que esta afectado en enfermedades como el Alzheimer. Las pruebas posteriores han demostrado que Doogie mantiene una memoria superior a medida que envejecía.

“Esto se suma a la idea de que NR2B es un interruptor universal para la formación de la memoria”, dice el doctor Joe Z. Tsien, co-director de la MCG Brain & Behavior Discovery Institute y coautor correspondiente en el artículo publicado en PLoS One.

El hallazgo también sirve para validar a la proteína NR2B como una diana terapéutica para mejorar la memoria en los individuos sanos, así como los que luchan con la enfermedad de Alzheimer o la demencia leve.

NR2B es una subunidad de receptores NMBA, que son como pequeños poros en las células cerebrales que permiten a los iones cargados eléctricamente, que aumentan su actividad y la comunicación de las neuronas. El doctor Tsien se refiere a NR2B como la forma “juvenil” de los receptores, porque sus niveles descienden después de la pubertad y su contraparte en adultos, NR2A, se hace más frecuente.

Mientras que la forma “juenil” mantiene la comunicación entre las células cerebrales abiertas tan vez sólo un centenar de milisegundos más, esto es suficiente para mejorar significativamente el aprendizaje y la memoria.

Los científicos encontraron que Hobbie-J superaba de forma constante la rata normal Long Evans incluso en situaciones más complejas que requerían la asociación, como el trabajo en su camino a través de un laberinto.

Pero incluso una super rata tiene sus límites. Por ejemplo, con una de las pruebas, las ratas tuvieron que aprender a alternar entre las rutas de derecha e izquierda para obtener una recompensa de chocolate. Ambas lo hicieron bien cuando sólo tenía que esperar un minuto para repetir la tarea, después de tres minutos sólo Hobbie-J podía recordarlo. Cinco minutos después, ambos se olvidaron. “Nunca nos podemos convertir en un matemático. Son las ratas, después de todo,” dice el doctor Tsien, señalando que cuando se trata de la memoria y de pensamientos verdaderamente complejos, el tamaño del cerebro realmente importa.

Esa es una de las razones que los científicos persiguen este tipo de investigación: para ver si la mayor producción de NR2B en las criaturas más complejas, tales como los perros y quizá con el tiempo en los seres humanos, se obtienen los mismos resultados. También está comenzando los estudios para explorar si el magnesio, un mineral que se encuentra en los frutos secos, legumbres y verduras como la espinaca, puede replicar de forma más natural lo que los investigadores han obtenido a través de la manipulación genética.

“Queremos asegurarnos de que esta es un fenómeno real”, dice el doctor Tsien sobre la aparente conexión entre los niveles más altos de NR2B y una mejor memoria. “Nunca se debe asumir que el descubrimiento que se hizo en una línea celular o un ratón puede ser traducida a otras especies o sistemas a menos que realice los experimentos.”

Referencias

Wang et al. Genetic Enhancement of Memory and Long-Term Potentiation but Not CA1 Long-Term Depression in NR2B Transgenic Rats. PLoS ONE, 2009; 4 (10): e7486 DOI: 10.1371/journal.pone.0007486