Empleo de coordenadas motoras para decodificar el sistema motor en el canto de aves

El trabajo que relata esta tesis se basa en la implementación de herramientas de análisis provenientes de la física en áreas vinculadas a las neurociencias. En particular esta tesis se encarga de mostrar la validez de estas herramientas y su capacidad de ser incorporadas como nuevas técnicas de analisis para abordar problemáticas típicas en neurociencias con otro punto de vista. Las aves canoras, modelo animal empleado en esta tesis, tienen la capacidad de aprender y generar un comportamiento complejo que es el canto. Para ello cuentan con un sofisticado órgano fonador, llamado Siringe, que es controlado mediante instrucciones provenientes del sistema nervioso. Durante la última década el Laboratorio de Sistemas Dinámicos ha realizado numerosos trabajos sobre el funcionamiento la Siringe, buscando comprender cuánto de la complejidad del canto se debe a la complejidad propia del organo fonador y cuánto se debe a complejidad en las instrucciones. Para ello se han realizado modelos matemáticos de baja dimensión, operacionales y predictivos capaces de generar sonidos sintéticos muy similares a los del ave, permitiendo asimismo comprender cuáles son las instrucciones necesarias para la obtención de dichos sonidos. Esta tesis se encarga en primera instacia de mostrar la pertinencia de dichos modelados para el caso del Diamante mandarín en términos de 3 observables distintos, para luego ir tras la pregunta de cómo están organizadas las instrucciones en el sistema nervioso. En términos de características acústicas se comprobó los sonidos generados con el modelo presentan la misma relación entre frecuencia fundamental y contenido espectral que los sonidos reales del ave, sonidos de baja frecuencia fundamental presentan alto contenido espectral y viceversa. Por otro lado, en términos de los gestos motores se comprobó que los gestos de presión y tensión que emplea el ave durante su canto para controlar la siringe, están fuertemente correlacionados con los parámetros del modelo que dan cuenta de la presión y la tensión. Finalmente, se confirmo la pertinencia del modelo en términos de respuesta neuronal en neuronas selectivas al canto propio en núcleos vinculados al aprendizaje y generación del canto. Para ello se realizaron experimentos de electro fisiología tanto en aves despiertas como dormidas mostrando que la respuesta neuronal presentada ante el estímulo de su propio canto grabado era muy similar a la presentada ante el estímulo del canto sintético. Vale aclarar que para lograr ese resultado fue necesario realizar una serie de mejoras al modelo, como la inclusión de un tracto vocal superior que actuara como filtro dinámico del sonido permitiendo incorporar mejoras tímbricas canto sintético. Finalmente con el modelado validado se abordo la pregunta de cómo codifica el cerebro la generación del canto. Para ello, se propuso realizar un cambio de coordenadas, de las acústicas (donde se venía estudiando el problema desde años) a las motoras. En estas coordenadas, se pudo observar una fuerte relación entre los disparos neuronales en el HVc (núcleo vinculado al aprendizaje y generación del canto) y los extremos de los gestos motores que se obtienen a partir del modelado del canto. Este resultado abrió un debate en el área, ya que hasta entonces el paradigma establecido afirmaba que los disparos en HVc eran cómo un "reloj" que dispara equidistante sin relación con la generación del canto. Este resultado, asimismo se suma a otros resultados que aparecen en la literatura de los últimos años que muestran observaciones contradictorias con el paradigma del "reloj". En esta tesis se plantea el debate como algo abierto aún y a la espera de la existencia de un modelo de sistema motor en el canto de ave que integre todas estas observaciones recientes