Científics de les universitats Johns Hopkins (EUA) i Cambridge (Regne Unit) han completat el mapa cerebral d'un insecte, cosa que ens deixa més a prop d'entendre la ment humana. En un article publicat aquest dijous a la revista Science, l'equip d'investigadors entre els quals hi ha Albert Cardona relata com han aconseguit una representació del cablejat neuronal d'una larva de mosca del vinagre. Es tracta d'una "fita històrica" per a la neurociència, que apropa els científics a "la vertadera comprensió" del mecanisme del pensament, obre la porta a futures investigacions sobre el cervell i inspirarà noves arquitectures d'aprenentatge automàtic.
Es tracta del mapa cerebral complet més gran fins a la data, que s'ha assolit després de dotze anys d'investigació. "Si volem entendre qui som i com pensem, part d'això consisteix a comprendre el mecanisme del pensament", afirma un dels autors, Joshua T. Vogelstein — qui diu que la clau està a saber com connecten les neurones entre elles.
Com funciona el cervell
En els anys setanta es va aconseguir cartografiar un cervell per primera vegada i es va obtenir un mapa parcial i novell, d'un cuc rodó. Des d'aleshores, s'han cartografiat parcialment moltes xarxes neuronals de mosques, ratolins i éssers humans. El problema d'aquestes reconstruccions és que només representen una petita fracció del cervell total, segons explica la Johns Hopkins. De reconstruccions completes se n'havien aconseguit algunes anteriorment, però només d'espècies petites amb pocs centenars o milers de neurones: l'esmentat cuc rodó, la larva d'ascidi i la larva d'anèl·lid marí. Però en aquesta ocasió s'ha arribat molt més lluny que mai.
"Això significa que la neurociència ha funcionat en la seva major part sense mapes de circuits. Sense conèixer l'estructura d'un cervell, estem adivinant com s'implementen els càlculs. Ara podem començar a comprendre de forma mecànica com funciona el cervell", diu una de les autores, Marta Zlatic. Malauradament, afegeix que la tecnologia actual encara no és prou avançada per cartografiar el mapa cerebral d'animals superiors com els grans mamífers. Cosa que no impedeix que estem davant d'una passa gegant per a la neurociència: "Tots els cervells són similars i tots els cervells de totes les espècies han de realitzar molts comportaments complexos: processar informació sensorial, aprendre, seleccionar accions, navegar pel seu entorn, triar menjar, reconèixer els familiars o escapar de depredadors".
Dotze anys d'investigació
La representació de la cria de mosca del vinagre ("Drosophila melanogaster") és el mapa més complet i extens del cervell d'un insecte. Inclou 3.016 neurones i totes les connexions entre elles: 548.000. Per fer-ho va ser necessari dividir el cervell en centenars o milers de mostres de teixit individuals, totes les quals han de ser analitzades amb microscopis electrònics abans del procés de reconstruir les peces (neurona per neurona) en un retrat complet i precís. Per què es va escollir aquest insecte? Perquè comparteix gran part de la seva biologia fonamental amb els humans, inclosa una base genètica comparable.
Van ser dotze anys d'investigació, i és que en l'obtenció d'imatges van tardar aproximadament un dia per neurona. Els investigadors van escanejar milers de talls del cervell fent servir un microscopi electrònic d'alta resolució i van reconstruir les imatges resultants en un mapa, anotant les connexions entre les neurones. Van classificar cada neurona per la funció que fa i van descobrir que els circuits més actius del cervell eren els que anaven i venien de les neurones del centre de l'aprenentatge. També van desenvolupar eines informàtiques per identificar possibles vies de flux d'informació i diferents tipus de circuits.
Nous sistemes d'intel·ligència artificial
El treball va mostrar característiques de circuits que recordaven "sorprenentment" a arquitectures d'aprenentatge automàtic, de manera que l'equip espera que la recerca pugui inspirar nous sistemes d'intel·ligència artificial. "El que hem après sobre el codi de la mosca del vinagre tindrà aplicacions per al codi humà. És el que volem entendre: com escriure un programa que condueixi a una xarxa cerebral humana", diu Vogelstein.
Els mètodes i codis desenvolupats estan a disposició de qui intenti cartografiar un cervell animal encara més gros. En aquest sentit, es calcula que el cervell d'un ratolí és un milió de vegades més gros que el d'una cria de mosca del vinagre — cosa que significa que la possibilitat de cartografiar-lo no és probable en un futur pròxim. Tot i això, els investigadors són optimistes i esperen intentar-ho possiblement durant la pròxima dècada.