Com investiga la ciència moderna el cervell?

2024 Autora: Seth Attwood | [email protected]. Última modificació: 2023-12-16 16:00

No fa gaire, segons els estàndards històrics, es parlava del cervell com una "caixa negra", els processos dins dels quals romanien un misteri. Els èxits científics recents ja no ens permeten declarar-ho tan categòricament. Tanmateix, encara hi ha moltes més preguntes que respostes inequívoques en el camp de la investigació del cervell.

És extremadament difícil reconèixer en aquest sistema, que té paràmetres numèrics còsmics i està en constant moviment, mecanismes que es podrien correlacionar amb el que anomenem memòria i pensament. De vegades per a això cal penetrar directament al cervell. En el sentit físic més directe.

Diguin el que diguin els defensors de la vida salvatge, ningú encara ha prohibit als investigadors experimentar amb cervells de micos i rates. Tanmateix, quan es tracta del cervell humà, un cervell viu, és clar, els experiments amb ell són pràcticament impossibles per raons de llei i ètica. Podeu entrar a la "substància grisa" només, com diuen, per a l'empresa amb medicaments.

Cables al meu cap

Una d'aquestes oportunitats presentades als investigadors del cervell va ser la necessitat de tractament quirúrgic dels casos greus d'epilèpsia que no responen a la teràpia farmacològica. La causa de la malaltia són les zones afectades del lòbul temporal mitjà. Són aquestes zones les que s'han d'extirpar amb mètodes de neurocirurgia, però abans de tot cal identificar-les per, per dir-ho així, no "tallar l'excés".

El neurocirurgià nord-americà Yitzhak Fried de la Universitat de Califòrnia (Los Angeles) va ser un dels primers a aplicar la tecnologia d'inserir elèctrodes d'1 mm directament a l'escorça cerebral als anys setanta. En comparació amb la mida de les cèl·lules nervioses, els elèctrodes tenien dimensions ciclòpies, però fins i tot un instrument tan cru era suficient per eliminar el senyal elèctric mitjà d'un nombre de neurones (des de mil fins a un milió).

En principi, això va ser suficient per aconseguir objectius purament mèdics, però en algun moment es va decidir millorar l'instrument. A partir d'ara, l'elèctrode mil·limètric va rebre un extrem en forma de ramificació de vuit elèctrodes més prims amb un diàmetre de 50 μm.

Això va permetre augmentar la precisió de les mesures fins a la fixació del senyal de grups relativament petits de neurones. També s'han desenvolupat mètodes per filtrar el senyal enviat des d'una sola cèl·lula nerviosa del cervell del soroll "col·lectiu". Tot això no es va fer amb finalitats mèdiques, sinó purament científics.

Què és la plasticitat cerebral?

La plasticitat del cervell és la sorprenent capacitat del nostre òrgan de pensament per adaptar-se a circumstàncies canviants. Si aprenem una habilitat i entrenem el cervell de manera intensiva, apareix un engrossiment a la zona del cervell responsable d'aquesta habilitat. Les neurones ubicades allí creen connexions addicionals, consolidant les habilitats recentment adquirides. En cas de dany a una part vital del cervell, el cervell de vegades torna a desenvolupar els centres perduts a la zona intacta.

Neurones anomenades

Els objectes de recerca eren persones que esperaven una cirurgia per epilèpsia: mentre que els elèctrodes incrustats a l'escorça cerebral llegien senyals de les neurones per determinar amb precisió l'àrea d'intervenció quirúrgica, al llarg del camí es van dur a terme experiments molt interessants. I aquest va ser el mateix cas quan les icones de la cultura pop, les estrelles de Hollywood, les imatges de les quals són fàcilment reconeixibles per la majoria de la població mundial, van aportar beneficis reals a la ciència.

El company de feina de Yitzhak Frida, el metge i neurofisiòleg Rodrigo Kian Quiroga, va mostrar als subjectes al seu ordinador portàtil una selecció d'imatges conegudes, incloent personalitats populars i estructures famoses com l'Òpera de Sydney.

Quan es van mostrar aquestes imatges, es va observar l'activitat elèctrica de les neurones individuals al cervell i diferents imatges "encenen" diferents cèl·lules nervioses. Per exemple, es va instal·lar una "neurona Jennifer Aniston", que "es disparava" cada vegada que apareixia un retrat d'aquesta actriu romàntica a la pantalla. Sigui quina sigui la foto que Aniston va mostrar al subjecte, la neurona "el seu nom" no va fallar. A més, també va funcionar quan apareixien a la pantalla fotogrames de la famosa sèrie de televisió, on l'actriu protagonitzava, encara que ella mateixa no hi fos. Però en veure unes noies que només s'assemblaven a Jennifer, la neurona va callar.

La cèl·lula nerviosa estudiada, segons va resultar, s'associava precisament amb la imatge holística d'una actriu en particular, i no amb elements individuals de la seva aparença o roba. I aquest descobriment va proporcionar, si no una clau, una pista per entendre els mecanismes de retenció de memòria a llarg termini al cervell humà.

L'únic que ens va impedir avançar van ser les mateixes consideracions d'ètica i de dret, que s'han esmentat més amunt. Els científics no van poder col·locar elèctrodes a cap altra zona del cervell, excepte aquelles que van ser sotmeses a investigacions preoperatòries, i l'estudi en si tenia un període de temps mèdic limitat.

Això va fer molt difícil trobar una resposta a la pregunta de si la neurona de Jennifer Aniston, o Brad Pitt, o la Torre Eiffel existeix realment, o potser com a resultat de les mesures, els científics van ensopegar accidentalment amb només una cèl·lula d'una xarxa sencera. connectats entre si per connexions sinàptiques, que s'encarrega de preservar o reconèixer una determinada imatge.

Jugant amb imatges

Sigui com sigui, els experiments van continuar i s'hi va unir Moran Cerf, una personalitat extremadament versàtil. Israelià de naixement, es va provar com a consultor empresarial, pirata informàtic i alhora instructor de seguretat informàtica, així com artista i escriptor de còmics, escriptor i músic.

Va ser aquest home amb un espectre de talents dignes del Renaixement qui es va comprometre a crear una mena d'interfície neuromàquina a partir de la neurona de Jennifer Aniston i similars. Aquesta vegada, 12 pacients del Centre Mèdic que porta el nom de V. I. Ronald Reagan a la Universitat de Califòrnia. En el curs dels estudis preoperatoris, es van inserir 64 elèctrodes separats a la regió del lòbul temporal mitjà. Paral·lelament, van començar els experiments.

El desenvolupament de les ciències de l'activitat nerviosa superior promet perspectives increïbles: les persones podran entendre's millor a si mateixes i fer front a malalties ara incurables. La part moral i legal dels experiments amb un cervell humà viu segueix sent un problema.

A la gent se'ls va mostrar primer 110 imatges de temes de cultura pop. Com a resultat d'aquesta primera ronda, es van seleccionar quatre imatges, a la vista de les quals es va registrar clarament l'excitació de les neurones en diferents parts de l'àrea estudiada de l'escorça en tota la dotzena de subjectes. Aleshores, es mostraven dues imatges simultàniament a la pantalla, superposades l'una a l'altra, i cadascuna tenia un 50% de transparència, és a dir, les imatges brillaven entre si.

Es va demanar al subjecte que augmenti mentalment la brillantor d'una de les dues imatges, de manera que enfosquis el seu "rival". En aquest cas, la neurona responsable de la imatge en la qual es va centrar l'atenció del pacient va produir un senyal elèctric més fort que la neurona associada a la segona imatge. Els polsos es fixaven mitjançant elèctrodes, entraven al descodificador i es convertien en un senyal que controla la brillantor (o transparència) de la imatge.

Així, el treball del pensament va ser suficient perquè una imatge comencés a "martellejar" l'altra. Quan se'ls va demanar als subjectes que no intensifiquessin, sinó, al contrari, que una de les dues imatges fos més pàl·lida, l'enllaç cervell-ordinador va tornar a funcionar.

Cap lleuger

Va valer la pena aquest emocionant joc la necessitat de fer experiments amb persones vives, especialment aquelles amb problemes de salut greus? Segons els autors del projecte, va valdre la pena, perquè els investigadors no només van satisfer els seus interessos científics de caràcter fonamental, sinó que també van buscar enfocaments per resoldre problemes força aplicats.

Si hi ha neurones (o paquets de neurones) al cervell que s'emocionen al veure Jennifer Aniston, llavors hi ha d'haver cèl·lules cerebrals responsables de conceptes i imatges més essencials per a la vida. En els casos en què el pacient no pot parlar o assenyalar els seus problemes i necessitats amb gestos, la connexió directa amb el cervell ajudarà els metges a conèixer les necessitats del pacient a partir de les neurones. A més, com més associacions s'estableixin, més serà capaç una persona de comunicar-se sobre si mateixa.

Tanmateix, un elèctrode incrustat al cervell, fins i tot si té 50 micres de diàmetre, és una eina massa crua per apuntar amb precisió a una neurona específica. Un mètode d'interacció més subtil és l'optogenètica, que implica la transformació de les cèl·lules nervioses a nivell genètic.

Ed Boyden i Karl Thessot, que van començar la seva feina a la Universitat de Stanford, són considerats entre els pioners d'aquesta direcció. La seva idea era actuar sobre les neurones utilitzant fonts de llum en miniatura. Per això, les cèl·lules, per descomptat, s'han de fer sensibles a la llum.

Com que les manipulacions físiques del trasplantament de proteïnes sensibles a la llum (opsines) a cèl·lules individuals són gairebé impossibles, els investigadors van suggerir… infectar les neurones amb un virus. És aquest virus el que introduirà un gen que sintetitza una proteïna sensible a la llum al genoma de les cèl·lules.

Aquesta tecnologia té diversos usos potencials. Un d'ells és una restauració parcial de la visió d'un ull amb una retina danyada mitjançant la impartició de propietats sensibles a la llum a les cèl·lules restants no sensibles a la llum (hi ha experiments amb èxit en animals). En rebre senyals elèctrics provocats per la llum incident, el cervell aviat aprendrà a treballar-hi i interpretar-los com una imatge, encara que de qualitat inferior.

Una altra aplicació és treballar amb neurones directament al cervell mitjançant guies de llum en miniatura. Activant diferents neurones al cervell dels animals amb l'ajuda d'un feix de llum, és possible rastrejar quines respostes de comportament provoquen aquestes neurones. A més, la intervenció "lleugera" al cervell pot tenir valor terapèutic en el futur.