Patrón matemático en horneros

Por Nora Bär
De la Redacción de LA NACION
.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.
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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.
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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.
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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.
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"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.
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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.
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"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."
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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.
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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.
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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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