El cervell és l'estructura física més increïble que conec
La neurociència està fent un gran esforç per crear mapes o conectomes dels circuits cerebrals en molts organismes, per entendre com el sistema nerviós genera comportaments L'experiència amb circuits petits, en els quals la connectivitat es va establir fa anys, mostra que aquests mapes són absolutament necessaris, però insuficients, per entendre com la dinàmica del cervell es deriva de les propietats de les neurones i les interaccions sinàptiques entre elles, és a dir, per explicar com funciona el cervell.
En els darrers anys, la neurociència ha experimentat una gran transformació. Segons vostè quins han estat els principals canvis?
El cervell és, probablement, l'estructura física més increïble que conec. En els darrers anys hem vist una explosió de noves tecnologies que han fet possible fer-nos preguntes i realitzar experiments que no podíem ni imaginar fa tant sols una dècada. Tècniques com l’optogenètica, els escàners d’IRM (Imatge per ressonància magnètica) i PET (tomografia d’emissió de protons) que poden millorar la recerca clínica mostrant l'activitat del cervell, estan permetent als científics estudiar, per exemple, com el cervell produeix la consciència i l’origen de moltes malalties mentals, un dels majors problemes de salut que tenim avui en dia.
El títol d'aquesta trobada organitzada per B·Debate és Com la ment emergeix del cervell. Què sabem d'aquest tema?
La ment és el que menys entenem sobre el cervell. Sabem que el conjunt d'habilitats i experiències que anomenem la ment emergeix del cervell, de manera que l'estudi del cervell pot proporcionar informació important sobre la ment. Però tot just hem començat a aprofundir en la complexitat al·lucinant que és el cervell humà.
El seu laboratori ha realitzat una tasca pionera en l'estudi dels circuits cerebrals. Podria donar-nos una visió general sobre les principals conclusions de la seva recerca?
Durant anys el meu laboratori ha estat implicat en diferents aspectes de com es reestructura el cervell a mesura que envellim, quan aprenem, quan interactuem amb l'entorn. Hem estudiat un petit circuit de tot just 30 neurones de larves de llagosta. Hem representat com estan connectades totes i cadascuna de les cèl·lules nervioses en aquest sistema però aquest dibuix no és suficient per entendre globalment com funciona el sistema nerviós, i per això, vam estudiar les característiques de cada neurona del grup i aquesta recerca ens va dur a treballar un aspecte importantíssim: la neuromodulació. Aquest és un procés que explica com un mateix conjunt de cèl·lules nervioses, un circuit, pot produir una varietat de senyals diferents sota diferents condicions. Vam descobrir que aquesta capacitat es deu a l'existència d'entre 20 i 40 neuromoduladors, substàncies químiques que actuen sobre neurones concretes i modifiquen les seves propietats bioquímiques i com es comuniquen amb les cèl·lules veïnes. Això provoca que els circuits cerebrals modifiquin el seu comportament, que no siguin estàtics, sinó dinàmics.
En els últims 20 anys hem simulat milions de possibles combinacions. Només l’1-2% d'elles originen les dinàmiques que observem en la natura però, tot i així, suposen milers de combinacions que donen lloc a un mateix comportament.
Aquests estudis ens van portar a un altre concepte molt interessant: l'homeòstasi cerebral. Les neurones són cèl·lules que es divideixen molt, molt, molt lentament durant la vida adulta d'una persona. A l'interior del nostre cos, segons la nostra edat, poden existir cèl·lules nervioses de fa 20, 30, 40 i, fins i tot, 60 anys! Com manté el cervell la seva identitat? Com manté cada neurona la seva identitat si contínuament estan sotmeses a canvis provocats per les substàncies neuromoduladores? Hem proposat diversos models que expliquen com la homeòstasi cerebral és la responsable d'això. Ara estem treballant en la variabilitat entre animals que és molt important per a entendre les variacions entre els cervells d’éssers humans sans normals. El que hem trobat és que encara que els circuits dels crancs tenen un funcionament molt similar, les seves estructures subjacents són molt diferents i poden respondre de manera diferent a certs tipus d'agents farmacològics. Això ens diu que és possible que els humans tinguin respostes diferents als medicaments i a l'entorn pel mateix motiu.
La seva investigació ha demostrat que el cervell té una gran plasticitat a un nivell molt bàsic...
Estem contínuament alimentant el cervell amb nova informació. Quan aprenem alguna cosa nova no oblidem l'après prèviament i tampoc perdem la capacitat de fer altres coses. Això suposa un desafiament pel cervell. Com ho fa? És gràcies a aquesta plasticitat, però no coneixem el mecanisme exacte. Però, a més, el cervell de cada persona és únic. El meu no és idèntic al teu però, gràcies a la seva plasticitat, ens permet respirar als dos. Fins a quin punt poden diferir dos cervells i seguir funcionant amb normalitat? Són qüestions molt complexes de la biologia i no tenim respostes encara.
És per tot això que la plasticitat s'ha convertit en un tema d’actualitat dins de la neurociència?
Sí, per això i i perquè sempre ens ha fascinat com aprenem, com canvia el nostre cervell a mesura que envellim, com l'entorn influencia el nostre cervell. És una qüestió molt natural i fonamental tractar d'entendre com el cervell ens ajuda a sobreviure i triomfar en el món.
Quina informació ens aporta l’estudi d’un circuit compost per un petit nombre de neurones sobre d’altres més grans i complexes, com l’humà?
El sistema amb el qual treballem nosaltres està compost per 30 neurones gegants. Això ens permet fer experiments molt rigorosos i extreure conclusions que en sistemes més grans i complexos seria més difícil. Lògicament un grup de neurones d'una llagosta no té res a veure amb el sistema nerviós humà, però tot el que descobrim en un sistema petit és aplicable a altres més grans.
Quines són les implicacions de la seva recerca en altres camps? Podrien ajudar-nos a desenvolupar noves estratègies terapèutiques pel tractament de malalties neurològiques humanes?
Avui sabem que alguns dels neuromoduladors, com les dopamines i la serotonina, són molt importants en el desenvolupament de certes malalties com l'esquizofrènia o la depressió. També hi ha diversos fàrmacs que interactuen amb sistemes que depenen d'algun d'aquests compostos. Per entendre determinades malalties mentals i poder tractar-les primer hem de conèixer aquests circuits i saber com modificar-los.
Diversos projectes científics estan tractant de crear models digitals del cervell humà. Un dels més famosos és el Human Connectome Project. Creu que arribarem a reproduir el cervell humà en un ordinador?
Gràcies als avenços tecnològics, és una qüestió de dies mapejar una neurona. Podem construir models d'ordinador de moltes parts del cervell i capturar algunes de les seves característiques. Però encara no tenim un coneixement detallat de la connectivitat entre les neurones i sense això no es pot pensar en fer un model precís del cervell humà. El treball anatòmic i funcional per entendre el conectoma és absolutament fonamental abans d’imaginar de desenvolupar un model funcional del nostre cervell. No estic segura que tingui gaire sentit construir un model de tot el cervell, perquè serà tan complicat que serà difícil extreure’n conclusions. Els models són molt, molt útils quan s'aïllen els principis simples, ja que permeten entendre'ls.
Segons vostè quins són els principals reptes de futur de la neurociència?
Els neurocientífics tenim un gran problema: les malalties neurològiques i psiquiàtriques humanes. Són tan complexes i devastadores que volem trobar respostes ràpidament. Però tot i que algunes respostes semblen temptadorament a prop, necessitem molta, molta, molta més i recerca bàsica per tal d'entendre realment el que està passant. I les respostes no les obtindrem en un parell d’anys; algunes requeriran una, dues o tres dècades de treball....