Mediciones electroencefalográficas en titíes despiertos escuchando vocalizaciones conespecíficas

Los primates utilizan vocalizaciones específicas de cada especie para transmitir información biológicamente importante, como el estado emocional de la persona que llama o su intención de mantener los lazos sociales, la presencia de depredadores u otras situaciones peligrosas. La investigación de los mecanismos neuronales que subyacen a la percepción de la vocalización en primates no humanos ricos en voz puede proporcionarnos pistas críticas para comprender mejor los orígenes evolutivos del lenguaje humano.

Los titíes comunes son pequeños primates nativos de América del Sur. En los últimos años, los titíes han sido cada vez más utilizados como animales modelo, junto con los monos macacos, debido a su alta reproductividad, facilidad de uso debido a su pequeño tamaño y el desarrollo de técnicas transgénicas útiles ^1,2,3. Además de su utilidad como modelos de enfermedades, la rica comunicación vocal dentro de los grupos es otra característica única de esta especie 4,5,6,7. Los titíes intercambian señales vocales de forma rutinaria para comunicarse con congéneres invisibles en el bosque. Al examinar la actividad cerebral involucrada en la percepción y producción vocal en los titíes, podemos determinar cómo procesan la información auditiva de sus propias llamadas o llamadas conespecíficas en el cerebro e identificar qué circuitos neuronales están involucrados. Estudios previos han demostrado actividad neuronal en la corteza auditiva primaria 8,9,10,11,12 y la corteza frontal^13,14 involucrada en la producción vocal en titíes. Además, estas respuestas neuronales excitadas y suprimidas fueron moduladas por interacciones auditivo-vocales en la corteza auditiva primaria ^8,10. Estos estudios proporcionaron datos detallados de la actividad neuronal a nivel de una sola neurona utilizando métodos de registro invasivos. Numerosos estudios han examinado más a fondo la actividad neuronal implicada en la producción vocal de los titíes; Sin embargo, la percepción vocal sigue siendo poco conocida^15,16.

Varios estudios de imagen cerebral no invasivos han dilucidado los mecanismos neuronales del procesamiento vocal en titíes 17,18,19; Su alta resolución espacial es una ventaja, sin embargo, mantener a los animales en estado despierto durante el escaneo requiere técnicas avanzadas. Sin embargo, más recientemente, Jafari et al. identificaron regiones frontotemporales implicadas en la percepción vocal en titíes despiertos utilizando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI)¹⁹. Casi todos los experimentos para dilucidar las funciones cerebrales involucradas en la percepción y producción vocal en humanos se han realizado utilizando métodos no invasivos, como la electroencefalografía (EEG) del cuero cabelludo, la magnetoencefalografía (MEG)^20,21 y la fMRI 22,23,24. Numerosos estudios en humanos han investigado la actividad cerebral relacionada con la percepción vocal mediante EEG. La mayoría de estos estudios se han centrado en la información emocional 25,26,27 y en la prominencia de las palabras emocionales²⁸, y los resultados revelan cambios en los potenciales relacionados con eventos durante la percepción vocal ²⁹. La electrocorticografía (ECoG) y los registros de una sola neurona utilizando electrodos implantados intracranealmente en humanos solo se han realizado en un número limitado de experimentos en pacientes sometidos a tratamiento neuroquirúrgico^30,31.

Una perspectiva evolutiva que compare a los humanos con los monos es importante para comprender los mecanismos neuronales únicos que subyacen a la percepción y producción vocal que se han desarrollado en los humanos. Para comparar directamente los mecanismos neuronales implicados en la percepción del habla y la vocalización de primates no humanos ricos en voz, como el tití, con los humanos, es importante comparar los datos entre las dos especies utilizando el mismo método. La resonancia magnética funcional permite obtener imágenes de todo el cerebro y tiene una alta resolución espacial. Tiene la ventaja de registrar la actividad perpendicular al cráneo o en regiones profundas que son difíciles de registrar con EEG o MEG. Sin embargo, la máquina de resonancia magnética es costosa de instalar y mantener, y existen muchas restricciones sobre los estímulos que se pueden presentar debido a la naturaleza del dispositivo. En comparación, el EEG, los potenciales relacionados con eventos (ERP) y el MEG tienen una alta resolución temporal, lo que los hace útiles para analizar el procesamiento vocal de series temporales. En particular, el EEG tiene las ventajas de una alta movilidad y la capacidad de ser utilizado en una variedad de entornos experimentales, un costo relativamente bajo y el requisito de un solo operador.

Dado que ya se ha obtenido una gran cantidad de datos de EEG en humanos, se necesitan métodos de medición de EEG que utilicen paradigmas no invasivos para primates no humanos. Nuestro grupo de investigación desarrolló un método único de registro de EEG no invasivo utilizando tubos³² para macacos y titíes. Aquí, reportamos varios hallazgos novedosos sobre el procesamiento auditivo en primates no humanos 33,34,35,36,37. Para caracterizar la actividad cerebral en respuesta a las vocalizaciones específicas de la especie en titíes, construimos un sistema experimental para registrar la actividad cerebral de forma no invasiva utilizando electrodos colocados en el cuero cabelludo. En este estudio, describimos el método de medición EEG para titíes.