Um pai segura o recém-nascido, com o rosto a apenas centímetros de distância, e repete lentamente as sílabas “da” e “dee”. Depois de meses ouvindo esses sons, o bebê começa a balbuciar e gradualmente “da” da da "é refinado para a palavra" papai ".
Fala é aprendida.
Essas são etapas críticas em nosso desenvolvimento intelectual, mas muitos dos componentes do aprendizado vocal permanecem um mistério. Como o cérebro codifica as memórias necessárias para imitar a fala de nossos pais? E os cientistas podem intervir quando o processo dá errado?
Pesquisadores da UT Southwestern começaram a responder a essas perguntas em um novo estudo de aves canoras que mostra que memórias podem ser implantadas no cérebro para ensinar vocalizações - sem nenhuma lição dos pais. Embora as descobertas não tenham implicações imediatas no tratamento de pacientes, elas fornecem pistas convincentes sobre onde procurar no cérebro humano para entender melhor o autismo e outras condições que afetam a linguagem.
O laboratório do Dr. Todd Roberts é especializado em documentar como o cérebro funciona durante o aprendizado vocal.
"Esta é a primeira vez que confirmamos regiões cerebrais que codificam memórias de objetivos comportamentais - aquelas que nos guiam quando queremos imitar qualquer coisa, da fala ao aprendizado do piano", disse o Dr. Todd Roberts , neurocientista do O 'da UT Southwestern . Instituto do Cérebro de Donnell. "As descobertas nos permitiram implantar essas memórias nos pássaros e orientar o aprendizado de suas canções".
Ativando neurônios
O estudo publicado na Science descreve como os cientistas ativaram um circuito de neurônios através da optogenética - uma ferramenta relativamente nova que usa a luz para monitorar e controlar a atividade cerebral.
Os pesquisadores usaram tentilhões de zebra porque compartilham muitos dos estágios humanos do desenvolvimento vocal: no início da vida, os pássaros ouvem seus pais cantarem, memorizando as notas. Eles aprendem a replicar o comportamento depois de praticar dezenas de milhares de vezes.
Ao controlar a interação entre duas regiões do cérebro, a equipe do Dr. Roberts codificou memórias em tentilhões de zebra que não tinham experiência de tutoria de seus pais. Os pássaros usaram essas memórias para aprender sílabas de seu canto, com a duração de cada nota correspondendo à quantidade de tempo que a luz mantinha os neurônios ativos. Quanto menor a exposição à luz, menor a nota.
"Não estamos ensinando ao pássaro tudo o que ele precisa saber - apenas a duração das sílabas em seu canto", disse Roberts. "As duas regiões cerebrais que testamos neste estudo representam apenas uma peça do quebra-cabeça".
No entanto, a descoberta é notável porque abre novos caminhos de pesquisa para identificar mais circuitos cerebrais que influenciam outros aspectos da vocalização, como o tom e a ordem de cada som.
"Se descobrirmos esses outros caminhos, hipoteticamente poderíamos ensinar um pássaro a cantar sua canção sem nenhuma interação do pai", disse Roberts. "Mas estamos muito longe de conseguir fazer isso."
Direcionando distúrbios da fala
A descoberta é a mais recente de uma série de descobertas do laboratório Roberts , especializado em documentar como o cérebro funciona durante o aprendizado vocal. Ao mapear os processos neurais envolvidos à medida que as aves aprendem o canto do acasalamento, os cientistas esperam um dia usar esse conhecimento para direcionar genes específicos da fala que são interrompidos em pacientes com autismo ou outras condições de desenvolvimento neurológico.
Entre outros projetos recentes, a equipe do Dr. Roberts identificou uma rede de neurônios que desempenha um papel vital no aprendizado das vocalizações, auxiliando a comunicação entre as regiões motoras e auditivas do cérebro. Seu laboratório também está liderando um estudo em andamento financiado pelo programa federal de pesquisa BRAIN Initiative.
Implantando memórias
As descobertas descritas no estudo da Science abrem novos caminhos para estabelecer como as memórias de objetivos comportamentais são formadas e seu papel na aprendizagem das vocalizações.
"Tem sido difícil estudar esses tipos de lembranças no laboratório porque não sabemos onde elas estão codificadas", disse Roberts.
Sua equipe encontrou algumas dessas respostas testando conexões entre áreas motoras sensoriais do cérebro. Especificamente, os pesquisadores usaram a optogenética para manipular a atividade dos neurônios na região cerebral do NIf e controlar as informações que ele envia para a HVC, outra área cerebral implicada no aprendizado da experiência auditiva.
Além de documentar o papel do NIf na formação de memórias específicas de sílabas, a equipe do Dr. Roberts descobriu que essas memórias estavam sendo armazenadas em outro lugar no cérebro após a sua formação. Os cientistas mostraram isso cortando a comunicação entre o NIf e o HVC em diferentes pontos do processo de aprendizado: tentilhões de zebra que já haviam formado a memória ainda podiam tocar a música, enquanto aqueles que eram tutelados somente após o corte da comunicação neural não conseguiam copiar o música.
Roberts disse que seu laboratório examinará outras regiões do cérebro que transportam diferentes tipos de informações para a HVC, na esperança de obter uma compreensão mais completa de como são formadas propriedades adicionais das memórias de objetivos comportamentais.
"O cérebro humano e os caminhos associados à fala e à linguagem são imensamente mais complicados do que o circuito dos pássaros canoros", disse Roberts. "Mas nossa pesquisa está fornecendo pistas fortes sobre onde procurar mais insights sobre distúrbios do neurodesenvolvimento".
Sobre o estudo
Dr. Roberts é Professor Assistente de Neurociência e Thomas O. Hicks Scholar em Pesquisa Médica no UT Southwestern's Peter O'Donnell Jr. Brain Institute . O estudo da Science foi apoiado com doações dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA e da National Science Foundation.
Fonte - UT Southwestern
Ativando neurônios
O estudo publicado na Science descreve como os cientistas ativaram um circuito de neurônios através da optogenética - uma ferramenta relativamente nova que usa a luz para monitorar e controlar a atividade cerebral.
Os pesquisadores usaram tentilhões de zebra porque compartilham muitos dos estágios humanos do desenvolvimento vocal: no início da vida, os pássaros ouvem seus pais cantarem, memorizando as notas. Eles aprendem a replicar o comportamento depois de praticar dezenas de milhares de vezes.
Ao controlar a interação entre duas regiões do cérebro, a equipe do Dr. Roberts codificou memórias em tentilhões de zebra que não tinham experiência de tutoria de seus pais. Os pássaros usaram essas memórias para aprender sílabas de seu canto, com a duração de cada nota correspondendo à quantidade de tempo que a luz mantinha os neurônios ativos. Quanto menor a exposição à luz, menor a nota.
"Não estamos ensinando ao pássaro tudo o que ele precisa saber - apenas a duração das sílabas em seu canto", disse Roberts. "As duas regiões cerebrais que testamos neste estudo representam apenas uma peça do quebra-cabeça".
No entanto, a descoberta é notável porque abre novos caminhos de pesquisa para identificar mais circuitos cerebrais que influenciam outros aspectos da vocalização, como o tom e a ordem de cada som.
"Se descobrirmos esses outros caminhos, hipoteticamente poderíamos ensinar um pássaro a cantar sua canção sem nenhuma interação do pai", disse Roberts. "Mas estamos muito longe de conseguir fazer isso."
Direcionando distúrbios da fala
A descoberta é a mais recente de uma série de descobertas do laboratório Roberts , especializado em documentar como o cérebro funciona durante o aprendizado vocal. Ao mapear os processos neurais envolvidos à medida que as aves aprendem o canto do acasalamento, os cientistas esperam um dia usar esse conhecimento para direcionar genes específicos da fala que são interrompidos em pacientes com autismo ou outras condições de desenvolvimento neurológico.
Entre outros projetos recentes, a equipe do Dr. Roberts identificou uma rede de neurônios que desempenha um papel vital no aprendizado das vocalizações, auxiliando a comunicação entre as regiões motoras e auditivas do cérebro. Seu laboratório também está liderando um estudo em andamento financiado pelo programa federal de pesquisa BRAIN Initiative.
Implantando memórias
As descobertas descritas no estudo da Science abrem novos caminhos para estabelecer como as memórias de objetivos comportamentais são formadas e seu papel na aprendizagem das vocalizações.
"Tem sido difícil estudar esses tipos de lembranças no laboratório porque não sabemos onde elas estão codificadas", disse Roberts.
Sua equipe encontrou algumas dessas respostas testando conexões entre áreas motoras sensoriais do cérebro. Especificamente, os pesquisadores usaram a optogenética para manipular a atividade dos neurônios na região cerebral do NIf e controlar as informações que ele envia para a HVC, outra área cerebral implicada no aprendizado da experiência auditiva.
Além de documentar o papel do NIf na formação de memórias específicas de sílabas, a equipe do Dr. Roberts descobriu que essas memórias estavam sendo armazenadas em outro lugar no cérebro após a sua formação. Os cientistas mostraram isso cortando a comunicação entre o NIf e o HVC em diferentes pontos do processo de aprendizado: tentilhões de zebra que já haviam formado a memória ainda podiam tocar a música, enquanto aqueles que eram tutelados somente após o corte da comunicação neural não conseguiam copiar o música.
Roberts disse que seu laboratório examinará outras regiões do cérebro que transportam diferentes tipos de informações para a HVC, na esperança de obter uma compreensão mais completa de como são formadas propriedades adicionais das memórias de objetivos comportamentais.
"O cérebro humano e os caminhos associados à fala e à linguagem são imensamente mais complicados do que o circuito dos pássaros canoros", disse Roberts. "Mas nossa pesquisa está fornecendo pistas fortes sobre onde procurar mais insights sobre distúrbios do neurodesenvolvimento".
Sobre o estudo
Dr. Roberts é Professor Assistente de Neurociência e Thomas O. Hicks Scholar em Pesquisa Médica no UT Southwestern's Peter O'Donnell Jr. Brain Institute . O estudo da Science foi apoiado com doações dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA e da National Science Foundation.
Fonte - UT Southwestern
Os cientistas codificaram artificialmente memórias em pássaros, manipulando a atividade dos neurônios entre o NIf (foto acima) e as regiões cerebrais da HVC. Os pássaros usaram essas memórias para aprender sílabas de seu canto.
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