Canto degli uccelli: scoperta la mappa sinaptica che regola apprendimento e produzione vocale

Alcuni ricercatori hanno scoperto come gli uccelli producono i loro suoni, tutto parte da una mappa sinaptica.

I ricercatori hanno mappato le connessioni sinaptiche a lungo raggio coinvolte nell’apprendimento vocale nei diamanti mandarini, rivelando nuovi dettagli su come il cervello organizzi le vocalizzazioni apprese, come il canto degli uccelli. Lo studio, pubblicato come Reviewed Preprint su eLife, è stato descritto dagli editori come di fondamentale importanza, fornendo prove convincenti su come quattro distinti input a una specifica regione del cervello agiscano su tre tipi di cellule diverse per facilitare l’apprendimento e la produzione del canto.

La comprensione dei meccanismi attraverso cui il cervello integra le informazioni sensoriali e motorie per guidare le vocalizzazioni apprese è cruciale non solo per lo studio del canto degli uccelli, ma anche per approfondire le basi neurali del linguaggio umano. Il canto di corteggiamento dei maschi di diamante mandarino rappresenta un modello ideale per studiare un comportamento appreso naturalmente, poiché si basa su un insieme di regioni interconnesse nel proencefalo, in particolare nella dorsal ventricular ridge (DVR), la controparte aviana della neocorteccia dei mammiferi.

All’interno di questa rete, la regione premotoria HVC svolge un ruolo essenziale sia nell’apprendimento del canto nei giovani uccelli che nella sua produzione negli adulti. I principali circuiti coinvolti in questo processo sono già stati identificati in precedenza, ma le connessioni sinaptiche precise tra le diverse aree cerebrali sono rimaste difficili da definire a causa di limiti tecnologici. Questo studio ha affrontato tale difficoltà utilizzando tecniche avanzate per mappare con precisione queste connessioni.

Per mappare la connettività sinaptica della regione HVC, Trusel e i suoi colleghi hanno utilizzato una versione ottimizzata della mappatura circuitale optogenetica. Questa tecnologia ha permesso loro di manipolare, uno alla volta, gli input uditivi e talamici provenienti da specifiche regioni cerebrali e di registrare l’attività del circuito HVC. Grazie a questo approccio, hanno potuto tracciare con precisione il modo in cui le informazioni sensoriali e motorie convergono nei circuiti responsabili della produzione del canto.

Quali sono stati i risultati

I risultati suggeriscono che l’HVC sia organizzato in moduli neurali altamente strutturati, in cui neuroni di proiezione e interneuroni inibitori lavorano insieme in reti strettamente connesse. Questo significa che l’HVC funge da centro di integrazione delle informazioni sensoriali e motorie, con ciascun tipo di neurone che riceve input specifici in base al proprio ruolo nell’apprendimento e nella produzione del canto. Nello specifico, i neuroni HVC-RA sono fondamentali per la produzione di canti stabili e appresi, mentre i neuroni HVC-X giocano un ruolo chiave nell’apprendimento e nella modifica del canto, consentendo agli uccelli di adattare le loro vocalizzazioni nel tempo.

Un aspetto particolarmente innovativo dello studio è la scoperta di una connessione precedentemente sconosciuta tra due regioni cerebrali, il nucleo mMAN (medial magnocellular nucleus of the anterior nidopallium) e il nucleo Avalanche (Av), che si collegano all’HVC. In passato, il mMAN era considerato un’area coinvolta solo nelle prime fasi dell’apprendimento del canto, ma questi nuovi dati suggeriscono che il suo ruolo sia più ampio. L’ipotesi è che il mMAN aiuti a integrare il feedback uditivo con il controllo motorio, permettendo ai giovani uccelli di perfezionare il loro canto man mano che crescono e acquisiscono esperienza.

Mappa sinaptica senza precedenti

Sebbene la ricerca offra una mappa sinaptica senza precedenti dell’HVC, vi sono ancora alcuni aspetti da approfondire. Gli editori di eLife sottolineano che uno dei limiti dello studio è il fatto che si sia concentrato principalmente sulle connessioni neurali negli uccelli adulti, senza esplorare a fondo come queste connessioni si sviluppino nelle prime fasi dell’apprendimento del canto. È possibile che il modo in cui i circuiti si organizzano cambi nel corso del tempo e che esistano altri meccanismi di plasticità neurale che giocano un ruolo fondamentale nelle prime fasi dello sviluppo.

Todd Roberts, autore senior dello studio e professore al Dipartimento di Neuroscienze del UT Southwestern Medical Center, evidenzia l’importanza dei risultati ottenuti, sottolineando che la comprensione delle connessioni neurali dell’HVC consente di chiarire meglio come gli uccelli strutturino i loro canti e affinino le loro capacità vocali. La tecnica di mappatura basata sull’optogenetica utilizzata in questo studio rappresenta inoltre uno strumento potente per esplorare altri circuiti neurali, aprendo la strada a future ricerche sui meccanismi dell’apprendimento vocale.