Descubren un patrón matemático en el canto de los horneros

Como muchos jóvenes de Villa Elisa, en los suburbios de La Plata, Gabriel Mindlin solía correr al atardecer por el parque ecológico de la zona, poblado de árboles y de otros pequeños habitantes, los horneros.

Pronto, el canto de estos pajaritos - Furnarius rufus - comenzó a intrigarlo: "Es un ritmo muy peculiar -explica-. Al principio, el macho y la hembra están muy coordinados, pero después es como si la hembra se fuera retrasando y aparece una especie de síncopa. Empecé a preguntarme si había un sistema detrás de esos duetos".

Mindlin es investigador del departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas de la UBA y, dado que trabaja en el área de dinámica no lineal, comenzó a jugar con la idea de que el canto de los horneros seguía un patrón matemático.

Fue así como, junto con Rodrigo Laje, su becario de doctorado, descubrió un hecho singular: los ritmos sincronizados de machos y hembras responden a simples leyes de la física, en particular las que gobiernan los sistemas conocidos como osciladores no lineales , tales como un péndulo impulsado por una fuerza vertical que oscila en una región amplia. Recientemente, su trabajo fue publicado en la revista científica Physical Review Letters y comentado en la revista Nature.

Los científicos grabaron alrededor de cien duetos, digitalizaron y analizaron alrededor de 25, y desarrollaron dos modelos matemáticos: uno que describe la física del canto, y otro para las partes relevantes del cerebro involucradas.

"Grabamos cerca de mi casa, en la zona del parque Pereyra Iraola, donde hay muchísimos nidos de horneros en postes telefónicos", cuenta el investigador durante una comunicación telefónica desde la Universidad de California en San Diego, donde está finalizando un año sabático.

Así descubrieron que las notas musicales de machos y hembras se alternan en diferentes secuencias, que cambian a lo largo de varios segundos. Una combinación frecuente es una nota femenina por cada tres masculinas, pero también se dan las combinaciones una cada cuatro, dos cada siete y tres cada diez, respectivamente.

"Un oscilador no lineal es un sistema que oscila explorando una región más amplia que uno lineal. Expresa variaciones temporales periódicas, pero no armónicas -explica Mindlin-. Se queda mucho tiempo en una posición, en la otra... Un ejemplo clarito sería un péndulo, pero que no registra pequeñas oscilaciones, cerca del equilibrio, sino que explora una región grande. Cuando uno lo hace oscilar con gran amplitud, se queda muchísimo tiempo en los extremos. Luego, si uno lo fuerza en una frecuencia similar al ritmo en que le gusta oscilar, se engancha, pero si la frecuencia es más alta, responde caprichosamente; por ahí repite su comportamiento, que es periódico, pero no una vez por cada período del forzado, sino que a lo mejor tarda el doble del tiempo que tarda el forzante para volver a repetirse, tres o cuatro veces. Este es, precisamente, el patrón que uno encuentra en el canto de los horneros."

Y más adelante agrega: "Eso es lo increíble. Porque éstos son sistemas sencillos, como una barra suspendida que uno hace oscilar y en la que fuerza el punto de suspensión de arriba hacia abajo, por ejemplo. Bueno, el cerebro de los horneros, con miles de neuronas que interactúan entre sí, termina respondiendo de la misma manera que esa reglita sometida a leyes físicas".

Según Mindlin, que los núcleos del cerebro responsables de controlar la siringe (el aparato fonador del pájaro) se comporten globalmente como un oscilador no lineal implica que tienen que estar fuertemente acoplados. Básicamente, cuando la hembra canta es como si la audición forzara los disparos neuronales.

El trabajo de los científicos argentinos sería, en principio, el primero que encuentra una relación matemática de este tipo en el comportamiento neuronal de seres vivos. "Hay otras investigaciones que muestran que las neuronas pueden responder como un oscilador no lineal, pero se hicieron in vitro y con una sola neurona", explica Mindlin.

Estudios como éste ayudan a comprender cómo se organiza el cerebro de estos pájaros (incluidos dentro del grupo de los suboscinos , para los que el canto es innato) en comparación con el de los oscinos , cuyo cerebro se va reconfigurando a medida que aprende.

"Nuestra contribución fue ver que en los duetos de los horneros hay una clave para entender algunas propiedades importantes de los cerebros de los suboscinos -concluye-: el alto acople entre la parte auditiva y la parte del cerebro que controla el canto, y la enorme simplificación que ocurre en el cerebro del ave al cantar. Miles de neuronas establecen un patrón de actividad colectivo que resulta equivalente al de un oscilador no lineal sencillo. En el fondo, uno quiere saber si detrás de la enorme complejidad de un cerebro hay instancias de simplificación que permitan modelarlo."

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