Podem entendre el nostre propi cervell? Ens queda molt camí per recórrer, diuen els neurocientífics.
Christof Koch, Ph.D., i els seus col·legues de neurociència reflexionen sobre quant encara no sabem sobre el cervll i com aquests investigadors estan intentant resoldre 5 misteris no resolts sobre el cervell.
5 misteris no resolts sobre el cervell
Si li preguntes a Christof Koch, Ph.D., científic en cap i president de l’Allen Institute per a la Ciència del Cervell, fins a quin punt estem d’entendre el nostre propi cervell, es burla.
“Ni tan sols entenem el cervell d’un cuc”, va dir Koch.
El cuc rodó del laboratori, més conegut tècnicament com a Caenorhabditis elegants, alberga 302 neurones i 7.000 connexions entre aquestes neurones al seu cos microscòpic. Els investigadors han cartografiat i descrit minuciosament totes aquestes connexions en els últims anys. I encara no entenem del tot com funcionen tots de manera sinèrgica per donar lloc als comportaments del cuc.
Els humans tenim aproximadament 86.000 milions de neurones al nostre cervell, teixides per uns 100 bilions de connexions o sinapsis estimades. És una tasca descoratjadora entendre els detalls de com funcionen aquestes cèl·lules. I molt menys com s’uneixen per formar els nostres sistemes sensorials, el nostre comportament, la nostra consciència.
Veiem 5 misteris no resolts sobre el cervell
#1 De què està fet el cervell?
El cervell està format de manera més evident per matèria grisa i substància blanca, teixit cerebral i les seves interconnexions o feixos d’axons. Mireu més de prop el primer i el poden distingir les neurones i la glia (l’altre tipus de cèl·lula cerebral). Però estem lluny d’entendre tots els tipus de neurones i altres cèl·lules cerebrals a nivell del que fan.
“Com podem entendre-ho tot si no entenem quants components diferents hi ha?”, va pregunta Koch.
Ell i els seus col·legues de vegades es refereixen a això com el descobriment de la “taula periòdica dels tipus de cèl·lules cerebrals”. Els químics tenen una taula organitzada que descriu els 118 elements químics coneguts – els blocs de construcció de la matèria – però els neurocientífics no tenen una categorització tan ben definida dels blocs de construcció del cervell.
És la naturalesa humana, o almenys la de molts científics, entendre alguna cosa categoritzant-la. Quan Koch era un nen, el primer que feia amb una nova caixa de Lego era classificar-la per tipus, va dir: “L’un per un, l’un per dos, el dos per quatre, etc.”
Ordenar les neurones no és tan senzill. Els investigadors de l’Allen Institute for Brain Science estan utilitzant diverses característiques per definir un tipus de cèl·lula cerebral. Diferents equips de l’Institut estan classificant cèl·lules en funció dels gens que encenen i apaguen, les seves formes detallades, les regions del cervell a les quals es connecten i el seu comportament elèctric únic. Després ve la difícil tasca d’ajuntar tota aquesta informació per definir els tipus de cèl·lules cerebrals en funció de tots aquests atributs.
Neurona humana giratòria reconstruïda pels investigadors de l’Allen Institute.
#2 Com canvia el cervell en la malaltia?
Una gran part de la comprensió de la llista de parts del cervell és perquè els investigadors puguin entendre millor quines cèl·lules del cervell poden ser la base de les malalties neurològiques i psiquiàtriques. Molts trastorns neuropsiquiàtrics no afecten tot el cervell de manera uniforma, sinó que comencen o estan impulsats per classes específiques de neurones o altres cèl·lules cerebrals.
“Ara mateix, no entenem quins tipus de cèl·lules són vulnerables a aquestes malalties”, va dir Boaz Levi, Ph.D., neurocientífic de l’Allen Institute for Brain Science.
Si els investigadors compilen la llista completa de tipus de cèl·lules cerebrals, podrien veure quins tipus de cèl·lules moren, creixen sense control o canvien el curs de les malalties del cervell. Aleshores, els investigadors podrien crear millors eines per estudiar aquestes cèl·lules que desencadenen malalties, i possiblement teràpies que s’orientin a un sol tipus de cèl·lula al cor de la malaltia.
Com a part del treball de l’Allen Institute que estudia diferents tipus de cèl·lules del cervell humà, Levi i els seus col·legues desenvolupen eines moleculars per aïllar i fer un seguiment d’aquestes cèl·lules específiques. Aquestes eines podrien ser dissenyades per oferir teràpies gèniques específiques o altres tractaments directament a un determinat tipus de cèl·lules. Els investigadors de l’Allen Institute col·laboren ara amb un equipo del Seattle Children’s Research Institute per provar si una d’aquestes eines es podria utilitzar per tractar la síndrome de Dravet, una forma poc comuna però greu d’epilèpsia infantil que sol ser causada per una mutació en un únic gen i que afecta una classe específica de neurones.
#3 Com es parlen les neurones entre elles?
Els llibres de text de biologia ens diuen que el cervell es comunica mitjançant sinapsis, connexions especialitzades entre dues neurones diferents.
“Creiem que això és cert per a molts tipus de neurones del cervell”, va dir Jack Waters, Ph.D., neurocientífic de l’Allen Institute for Brain Science.
La majoria de les neurones utilitzen una de les dues molècules de senyalització comunes conegudes com a neurotransmisors, GABA o glutamat, que se sap que passen per sinapsis especialitzades. Però hi ha molts altres tipus de molècules de senyalització presents al cervell i no està clar com aquestes molècules transmeten el seu missatge.
Prenguem, per exemple, les molècules sobre les quals actuen la majoria de fàrmacs neurològics o psiquiàtrics.
«Si haguéssiu de desplaçar-vos per tots els fàrmacs dels quals la gent ha sentit a parlar, la majoria d’ells no actuen sobre el glutamat o el GABA«, va dir Waters. «Amb fàrmacs com els opioides o els antidepressius, en realitat no entenem els mecanismes de les molècules subjacents amb les quals interactuen aquests fàrmacs«.
És una pregunta difícil de respondre perquè és molt àmplia, va dir Waters. Però les dades recollides mitjançant un projecte col·laboratiu conegut com a projecte IARPA MICrONS podrien ajudar. Aquest treball, que es realitza en part a l’Institut Allen, està creant el full de ruta més gran de connexions al cervell dels mamífers, cartografiant una part de l’escorça visual del ratolí de la mida d’un gra de sorra que conté uns mil milions de sinapsis. Un cop s’hagi completat, els investigadors poden començar a construir el trencaclosques de quines molècules van amb quines sinapsis, va dir Waters.
#4 Com calcula el cervell?
Si entendre la composició del cervell és un repte, esbrinar com s’uneixen aquests bilions de components per permetre tot el comportament complex del cervell és encara més difícil. L’equip de l’Allen Brain Observatory pretén capturar una petita part d’aquesta complexitat: com el cervell d’un mamífer representa i processa la informació visual.
Els neurocientífics porten dècades estudiant la part visual del cervell dels mamífers, però fins fa molt poc la tecnologia només els permetia capturar informació d’un grapat de neurones alhora. És com si intentés veure una pel·lícula però només poguessis veure 1000 píxels de diversos milions a la pantalla, va dir Koch.
«Imagina que has d’inferir qui estima a qui, qui apuñala a qui, què està passant només amb aquests pocs píxels«, va dir. “Aquesta és la situació que heu tingut en neurociència fins fa poc. Graves d’un grapat de neurones i intentes inferir alguns principis comuns«.
Els investigadors de l’equip de l’Observatori estan observant desenes de milers de neurones mentre s’encenen en temps real. Pel que fa a aquests principis de càlcul? Fins ara, no sembla que hi hagi una resposta senzilla, va dir Koch.
#5 Què significarà entendre el nostre cervell?
Quan pensem a entendre una cosa, sovint pensem en poder-la explicar d’una manera relativament senzilla. En ciència, els investigadors d’altres camps consideren la física com un model d’enteniment, va dir Koch, que ell mateix és un antic físic. El món físic es presta a abstraccions que es poden reduir a equacions (relativament) simples.
Però, i si la biologia no ho fa? Com més Koch i altres de l’Institut Allen estudien el cervell a gran escala, mirant moltes o la majoria de cèl·lules del cervell en comptes de només unes poques, més s’adonen que fins i tot les parts de la neurociència que pensaven que el camp havia clavat són més complicat del que ningú s’havia adonat.
«És possible que no hi hagi cap camí senzill per entendre sistemes complexos modelats per la selecció natural«, va dir Koch. «A l’evolució no li importa l’elegància. Al cervell no li importa si ho entens«.
Arribar a una comprensió del cervell
Llavors, com podem arribar a una comprensió del cervell que ens ajudarà a alimentar la investigació mèdica i a satisfer la nostra curiositat sobre aquest òrgan que ens fa únics com som? Podria necessitar més potència computacional, va dir Koch. Els models informàtics poden ajudar, però potser en necessitem molts per explicar cada petita peça del trencaclosques. O potser només vol dir acceptar el poder de les grans dades.
La bona notícia és que la tecnologia ha avançat fins al punt que podem reunir i emmagatzemar aquestes dades en quantitats cada cop més grans. I en els darrers anys, hi ha hagut un interès creixent i el finançament per la neurociència, gràcies en part a la Iniciativa BRAIN de 2013 a través dels Instituts Nacionals de Salut.
«Aquesta és una època daurada de la ciència del cervell«, va dir Koch. «Hi ha molts més recursos i instituts, com el nostre, on podem fer preguntes que eren realment impensables fa 20 anys«. — escrit per Rachel Tompa, Ph.D.
Rachel Tompa és escriptora sènior de l’Institut Allen. Cobreix notícies de totes les divisions científiques de l’Institut. Poseu-vos en contacte amb rachelt@alleninstitute.org.
Llegit a: