Entendre el cervell, un repte tan vell com nou

Científica i catedràtica de la Universitat Pompeu FabraLa fascinació pel cervell, aquest gran desconegut, fa segles que dura. El cervell humà és un producte d’una evolució de milions d’anys. Sabem que les seves capacitats no depenen simplement de la mida absoluta o relativa que tingui, sinó de la diversitat cel·lular i dels patrons de connectivitat entre les cèl·lules. El cervell és un mosaic format per diferents tipus de cèl·lules, cadascuna amb propietats úniques, i les més comunes són les neurones i les cèl·lules de la glia. El cervell humà adult conté aproximadament cent mil milions de neurones i més cèl·lules de glia. Cada neurona està connectada amb unes mil neurones més, i això fa que el nombre de connexions sigui d’aproximadament cent bilions. I aquestes connexions estan organitzades en xarxes neuronals amb funcions determinades. Tenint en compte aquestes dades, no és estrany que siguem tants els que volem entendre com es genera aquesta complexitat.

Sabem que els circuits neuronals funcionals del cervell i, per tant, les xarxes de cablejat neuronal es construeixen durant el desenvolupament embrionari a partir d’uns programes gènics establerts. Aquests programes es despleguen de manera exquisidament orquestrada i permeten posar en marxa l’estratègia del desenvolupament embrionari: construir estructures neuronals molt simples on s’anirà afegint complexitat a mesura que l’embrió es desenvolupi. És la mateixa estratègia que quan es construeix un edifici: primer es fan els fonaments i a sobre s’edifica tota la resta.

Si podem entendre com les cèl·lules mare del cervell executen aquests programes i com es coordinen per donar lloc a un cervell funcional durant el desenvolupament embrionari, comprendrem millor els principis bàsics de la producció de neurones per poder reconstruir aquests circuits neuronals amb finalitats terapèutiques. Aquesta aproximació, però, només permet entendre quines són les peces d’aquest mecano i les instruccions que cal seguir per construir-lo.

Seguint el mateix raonament d’entendre com s’afegeix complexitat a sistemes més simples, i considerant que la pressió evolutiva fa que les espècies mantinguin les funcions fonamentals per sobreviure, desvelar com s’estableix l’arquitectura neuronal del cervell en organismes més simples com la mosca drosòfila, el cuc elegant, el peix zebra o el ratolí, ens ajudarà a desxifrar els mecanismes operatius en organismes complexos com els humans. Encara que ens sorprengui, els circuits neuronals bàsics estan molt conservats en tots els vertebrats. Els mecanismes gènics clau es conserven fins i tot en invertebrats!

Un repte col·lectiu

Les revolucions tecnològiques acompanyen els nous descobriments, i en l’última dècada s’està avançant a passos de gegant en la construcció dels mapes de les connexions neuronals en el cervell de la drosòfila i de vertebrats com el peix zebra i el ratolí. Cada vegada la recerca és més interdisciplinària. Biòlegs, físics, científics de la computació i matemàtics treballem junts per construir els mapes de connexions neuronals dels diversos models.

Les iniciatives de recerca a gran escala, com l’europea Human Brain Project, posada en marxa el 2013, o la nord-americana The BRAIN Initiative, engegada per Obama el 2014, han apostat per la construcció d’infraestructures de recerca col·laborativa en medicina, computació i neurociències, amb l’objectiu de revolucionar la nostra comprensió sobre el funcionament del cervell humà. Aquestes iniciatives incorporen experts en ciències de la computació i intel·ligència artificial (IA) per ajudar a desxifrar i modelar els circuits neuronals com si fossin xarxes de connexió. La idea és generar models que ajudin a entendre la sofisticació del nostre cervell i la capacitat que té de generar comportaments complexos. Malgrat les crítiques que han suscitat, s’han fet grans avenços i s’ha estimulat el finançament a Silicon Valley amb l’objectiu de desenvolupar noves eines d’IA per desvelar el codi neural (“ cracking the neural code” ).

Quins són els reptes a afrontar en els propers deu anys? Segons MIT Technological Review, el primer seria entendre què fa únic el nostre cervell, entenent quins són els principis d’aquest disseny singular que governen aquesta variabilitat. El segon, entendre com el cervell és capaç de resoldre problemes computacionals complexos en la nostra vida quotidiana (com reconeixem estats emocionals diferents, com traduïm llengües, etc.) I tercer, com utilitzem tota aquesta informació per diagnosticar i prevenir malalties mentals i com restaurem les funcions cerebrals quan hi ha danys.

Per respondre amb èxit aquests reptes cal unir esforços i coneixement, continuar treballant en la interdisciplinarietat i al mateix temps millorar la tecnologia disponible. Això comporta una aproximació global, per la qual cosa s’està considerant crear una infraestructura tecnològica per col·laborar a escala mundial. Seria una “International Brain Station”. ¿Serem capaços de posar-nos tots d’acord, comunitat científica, ciutadania i governs, per construir-ho? Aquí tenim un altre repte que no hauríem de trigar gaire a encarar.