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Qué le pasa al cerebro cuando respiramos

Ilustración de los pulmones con la anatomía del sistema circulatorio. Firma: iStock

Las cuerdas vocales, situadas en la laringe, son dos bandas musculares que pueden abrirse y cerrarse. Cuando están cerrados o en aducción, el aire exhalado por los pulmones genera sonido a medida que pasa a través de las cuerdas. El equipo de neurocientíficos del MIT, en Estados Unidos, ha estudiado cómo el cerebro controla este proceso de vocalización.

Han descubierto un circuito que controla la vocalización y asegura que se prioriza la respiración sobre el habla. Este circuito controla dos acciones necesarias para la vocalización: el estrechamiento de la laringe y la exhalación de aire de los pulmones. Además, descubrieron que este circuito de vocalización está bajo el mando de una región del tronco encefálico que regula el ritmo respiratorio, garantizando que la respiración siga siendo dominante sobre el habla.

El autor principal del estudio, Fan Wang, explica que descubrieron que las neuronas que controlan la vocalización reciben información inhibidora directa del generador del ritmo respiratorio. Para la investigación, utilizaron ratones. Estos animales se comunican entre sí a través de sonidos conocidos como vocalizaciones ultrasónicas (USV), que producen mediante el exclusivo mecanismo de silbido de exhalar aire a través de un pequeño orificio entre las cuerdas vocales casi cerradas.

Las neuronas que controlan la vocalización reciben información inhibidora directa del generador del ritmo respiratorio

"Queríamos entender cuáles son las neuronas que controlan la aducción de las cuerdas vocales y, luego, ¿cómo interactúan esas neuronas con el circuito respiratorio?". Para abordar esta pregunta, los expertos usaron una técnica con las que mapear las conexiones sinápticas entre neuronas. Ya sabían que la aducción de las cuerdas vocales está controlada por las neuronas motoras laríngeas, por lo que comenzaron a rastrear hacia atrás para encontrar las neuronas que inervan esas neuronas motoras.

Con esto se relevó que una fuente importante de información es un grupo de neuronas premotoras que están en la región del rombencéfalo llamado núcleo retroambiguo (RAm). Estas neuronas marcadas con rastreo sináptico se activaban fuertemente durante las USV. Esta observación llevó al equipo a utilizar un método dependiente de la actividad para apuntar a estas neuronas RAm específicas de la vocalización, denominadas RAm VOC.

Los investigadores usaron la quimioterapia y la optogenética para descubrir qué pasaría si silenciaran o estimularan su actividad. Cuando bloquearon las neuronas RAm VOC, los ratones ya no pudieron producir USV ni ningún otro tipo de vocalización. Sus cuerdas vocales no se cerraron y sus músculos abdominales no se contrajeron como suele pasar durante la exhalación para vocalizar.

En cambio, al activarse las neuronas RAm VOC, las cuerdas voales se cerraron, los ratones exhalaron y se produjeron USV. Aunque si la estimulación durara dos segundos o más, estas USV serían interrumpidas por inhalaciones, lo que sugiere que el proceso está bajo el control de la misma parte dle cerebro que regula la respiración.

"Respirar es una necesidad de supervivencia", insiste Wang. "Aunque estas neuronas son suficientes para provocar la vocalización, están bajo el control de la respiración, lo que puede anular nuestra estimulación optogenética".

A través de un mapeo sináptico adicional se reveló que las neuronas en una parte del tronco encefálico llamada complejo pre-Bötzinger, que actúa como generador de ritmo para la inhalación, proporcionan información directa a las neuronas RAm VOC.

"El complejo pre-Bötzinger genera ritmos de inhalación de forma automática y continua, y las neuronas inhibidoras de esa región se proyectan a estas neuronas premotoras de vocalización y esencialmente pueden apagarlas", dice Wang. Así se asegura que la respiración siga siendo dominante sobre la producción del habla y que tengamos que hacer una pausa para respirar mientras hablamos.

Los investigadores creen que, aunque la producción del habla humana es más compleja que la vocalización del ratón, el circuito que identificaron en ratones desempeña el papel conservado en la producción del habla y la respiración en los humanos. Los investigadores ahora esperan estudiar cómo otras funciones, como toser y tragar alimentos, pueden verse afectadas por los circuitos cerebrales que controlan la respiración y la vocalización.

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