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Ver el documento (formato PDF)   Goldin, Matías Alejandro.  "Enfriamientos de núcleos telencefálicos para testear la relación de escalas temporales en un modelo de canto de aves"  (2013)
Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
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Resumen:
En este trabajo estudiamos los mecanismos neuronales en el cerebro de las aves involucrados en la generación de los gestos motores del canto. Exploramos este sistema utilizando herramientas de análisis experimentales, teóricas y computacionales. La naturaleza del control telencefálico sobre los circuitos premotores y motores se encuentra en debate. Las hipótesis de funcionamiento van desde la usurpación completa de circuitos a los que conecta “río abajo” (downstream en inglés) a mecanismos interactivos de control. En este trabajo, mostramos teórica y experimentalmente, que el control motor telencefálico del canto en canarios (Serinus canaria) es consistente con una estrategia interactiva. Utilizamos predicciones de un modelo teórico de control respiratorio, para mostrar que el enfriamiento leve de un núcleo del telencéfalo (HVC) conlleva al estiramiento en el canto, pero que un enfriamiento adicional causa la reestructuración progresiva del mismo. Esto es consistente con la hipótesis de que los gestos respiratorios son respuestas subarmónicas a una escala de tiempo presente a la salida de HVC. Construimos un dispositivo enfriador que nos permitió realizar un enfriamiento controlado, local y bilateral de la zona del cerebro donde se encuentra el HVC. Logramos medir simultáneamente el canto y la presión dentro de los sacos aéreos, para diferentes temperaturas de enfriamiento de este núcleo bilateral. Como resultado obtuvimos estiramientos y luego rompimientos de las estructuras silábicas del canto, lo cual sugiere la existencia de al menos una escala temporal adicional en la ruta motora, que interactúa con la que se halla en HVC. Encontramos también evidencia en los patrones de presión de canarios de la existencia de bifurcaciones que ocurren naturalmente entre transiciones de distintos tipos de sílabas. Estas pudieron ser interpretadas como modificaciones suaves de dos parámetros que describen la actividad de HVC en nuestro modelo interactivo, y una de ellas pudo ser manipulada con enfriamiento. La interacción entre una función motora vital, como la respiración, y el control motor del telencéfalo sobre el canto sugiere la existencia de mecanismos más generales de cómo la integración no lineal de estructuras cerebrales evolutivamente nuevas con los circuitos preexistentes dan lugar a comportamientos nuevos y diversos. Estos resultados ayudan a construir confianza en un punto de vista que considera la actividad motora generada por el sistema del canto como el resultado de al menos dos escalas de tiempo no lineales interactuando, y sugieren que la diversidad puede surgir de cambios suaves en instrucciones muy sencillas.

Abstract:
In this work we study the neuronal mechanisms in the brain of birds involved in the generation of the motor gestures responsible for singing. We explore this system with experimental, theoretical and computational analytical tools. The nature of telencephalic control over premotor and motor circuits is debated. Hypotheses range from complete usurping of downstream circuitry to highly interactive mechanisms of control. We show theoretically and experimentally, that telencephalic song motor control in canaries is consistent with a highly interactive strategy. Using predictions from a theoretical model of respiratory control, we show that mild cooling of a forebrain nucleus (HVC) led to song stretching, but further cooling caused progressive restructuring of song, consistent with the hypothesis that respiratory gestures are subharmonic responses to a timescale present in the output of HVC. We built a cooling device that allowed us to perform a controlled and local temperature decrease of the bilateral zone of the brain where HVC is. We measured simultaneously the song and the intra air sac pressure for different cooling temperatures of this bilateral nucleus. This allowed us to find stretching and then breaking of the syllabic structure of song, which suggests the existence of at least an additional timescale in the motor pathway, interacting with the one present in HVC. We also found evidence of naturally occurring bifurcations in the transitions between different type of syllables of the pressure patterns of canary song. These could be interpreted as smooth modifications of two parameters that describe the activity of HVC in our interactive model, and one of them could be manipulated by means of cooling. This interaction between a life-sustaining motor function (respiration) and telencephalic song motor control suggests a more general mechanism of how nonlinear integration of evolutionarily new brain structures into existing circuitry gives rise to diverse, new behavior. These results allow to build confidence on a view that considers the motor activity generated by the song system as the result of at least two nonlinearly interacting timescales, and suggests that diversity may arise from slight changes of very simple instructions.

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Registro:
Título : Enfriamientos de núcleos telencefálicos para testear la relación de escalas temporales en un modelo de canto de aves     =    Cooling telencephalic nuclei to test the interplay between timescales in a birdsong model
Autor : Goldin, Matías Alejandro
Director : Mindlin, Gabriel
Consejero : Iemmi, Claudio
Jurados : Ponce Dawson, Silvina  ; Montani, Fernando  ; Szczupak, Lidia
Año : 2013
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Física. Laboratorio de Sistemas Dinámicos
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5462_Goldin
Idioma : Español
Area Temática : Física / Biofísica
Física / Dinámica
Biología / Neurociencias
Palabras claves : SISTEMAS DINAMICOS; SISTEMAS COMPLEJOS; DINAMICA NEURONAL; NEUROCIENCIA; RUTA MOTORA; CANTO DE AVES; RESPIRACION; TEMPERATURA; ESCALAS DE TIEMPO; BIFURCACIONES; DYNAMICAL SYSTEMS; COMPLEX SYSTEMS; NEURONAL DYNAMICS; NEUROSCIENCE; MOTOR PATHWAY; BIRDSONG; RESPIRATION; TEMPERATURE; TIMESCALES; BIFURCATIONS
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