Pas de gegant per comprendre la ment humana. Un grup de científics han aconseguit un objectiu que semblava inassolible, a partir d'una mostra de teixit diminuta —de la mida d'una llavor de xia—: han dibuixat el mapa més gran del cervell d'un mamífer. Es tracta d'un mapa d'alta resolució de l'estructura i les connexions entre les cèl·lules cerebrals d'un ratolí, cosa que és tota una "fita" per a la neurociència. L'avenç ha estat possible gràcies a la feina de set anys d'un equip de més de 150 neurocientífics i investigadors de diverses institucions, aplegats en el projecte MICrONS. Els avenços s'han publicat aquest dimecres en deu articles a les revistes Nature i Nature Methods.
Els científics insisteixen que aquest diagrama és el més gran i detallat del cervell d'un mamífer fins al moment, tot i que es basi en les dades d'un sol mil·límetre cúbic de teixit. L'esquema de cablejat i les seves dades, amb unes 84.000 neurones i uns 500 milions de sinapsis, estan disponibles gratuïtament a l'explorador MICrONS (amb una mida d'1,6 petabytes, és a dir, 22 anys de vídeo HD continuat) i ofereixen "informació sense precedents" sobre la funció cerebral i l'organització del sistema visual. "Marquen una fita per a la neurociència, comparable a la del Projecte Genoma Humà en el seu potencial transformador", ha resumit David A. Markowitz, coordinador del treball.
Les claus del mapa cerebral
Segons Markowitz, un mapa de la connectivitat, la forma i la funció neuronal a partir d'una porció del cervell de la mida d'un gra de sorra no és només "una meravella científica", sinó un gran pas cap a la comprensió dels orígens del pensament, l'emoció i la consciència. També té implicacions per a trastorns com l'alzheimer, el Parkinson, l'autisme i l'esquizofrènia, que impliquen interrupcions en la comunicació neuronal. "Si tens una ràdio avariada i tens el diagrama del circuit, estaràs en una millor posició per arreglar-la", apunta Nuno da Costa, de l'Institut Allen (Estats Units), que afegeix: "Estem descrivint una espècie de mapa de Google o pla d'aquest gra de sorra. En el futur, podrem fer-lo servir per comparar el cablejat cerebral d'un ratolí sa amb el d'un model de malaltia".
Per completar aquest atles, científics de l'Escola de Medicina de Baylor (EUA) van fer servir microscopis especialitzats per registrar l'activitat cerebral d'una porció diminuta de l'escorça visual d'un ratolí mentre veia diversos vídeos. Posteriorment, investigadors de l'Institut Allen van prendre aquest mil·límetre cúbic del cervell i el van dividir en més de 25.000 capes molt primes, i van fer servir un seguit de microscopis electrònics per recollir imatges d'alta resolució de cada porció. Finalment, un altre equip de la Universitat de Princeton (EUA) van fer servir intel·ligència artificial i aprenentatge automàtic per reconstruir les cèl·lules i connexions en un volum tridimensional.
El resultat de tot plegat és el diagrama del cablejat i mapa funcional del cervell més gran fins al moment, amb més de 200.000 cèl·lules (84.000 neurones), quatre quilòmetres d'axons (ramificacions que es connecten amb altres cèl·lules) i 523 milions de sinapsis (punts de connexió entre les cèl·lules). Les troballes revelen nous tipus de cèl·lules, característiques i principis organitzatius i funcionals, entre les quals destaca el descobriment d'un nou principi d'inhibició en el cervell. Fins ara, els científics consideraven les cèl·lules inhibidores (les que suprimeixen l'activitat neuronal) com una simple força que esmorteeix l'acció d'altres cèl·lules. Però han descobert un nivell de comunicació molt més sofisticat: no actuen de forma aleatòria, sinó que són altament selectives amb les cèl·lules excitadores a les quals s'adrecen, creant un sistema de coordinació i cooperació a tota la xarxa.
Queda clar que calen mapes més amplis per estudiar circuits complets, i els Instituts Nacionals de Salut dels EUA tenen en marxa el programa BRAIN Connects per trencar, en un termini de quatre anys, les barreres tecnològiques que impedeixen fer un cervell de ratolí complet. "Si som capaços de desenvolupar la tecnologia, podrem començar a treballar amb un cervell de ratolí complet en cinc anys, i després trigarem entre cinc i deu anys més en recollir dades", ha previst Forrest Collman, de l'Institut Allen.
Fins fa poc, la neurociència havia funcionat amb mapes parcials o complets, però d'espècies amb uns pocs centenars o milers de neurones. Però això ha canviat radicalment en els últims anys: per exemple, el 2024 es va aconseguir el Google Maps de la mosca del vinagre, amb 140.000 neurones i cinquanta milions de sinapsis; un any abans, el mapa cerebral de la seva larva. També el 2024, la Universitat Harvard i Google Research van publicar una reconstrucció en 3D amb resolució sinàptica d'un tros d'escorça temporal humana també d'un mil·límetre cúbic.
Si bé aquests passos van ser importantíssims, el que s'ha publicat ara és "el millor que s'ha fet, no té precedents", segons ha comentat a Efe Juan Lerma, de l'Institut de Neurociències d'Alacant, qui no ha participat en els estudis. El científic ha destacat que s'ha aconseguit l'anàlisi funcional de les cèl·lules cerebrals i que aquesta és la clau, ja que les troballes serviran per desenvolupar models d'intel·ligència artificial superpotents basats en xarxes neuronals que, per exemple, permetran entendre malalties cerebrals.