Dijous 22

La investigació en neurociències transforma vides

Publicado el 22/07/2021

L’art, descobrir els secrets més ben guardats de l’univers, produir una vacuna en temps rècord: totes aquestes fites neixen en la capacitat del nostre cervell. Tanmateix, aquest òrgan tan complex, el qual està configurat per 100.000 milions de neurones i per un nombre fins i tot superior de cèl·lules glials, és també l’origen d’una gran diversitat de trastorns i malalties.

Segons estimacions de l’OMS, una de cada quatre persones patirà un trastorn mental o neurològic al llarg de la vida. En molts casos, les persones amb una determinada afecció es compten per milions: 6 milions de morts cada any per accidents cerebrovasculars, 50 milions de persones pateixen epilèpsia i uns altres 50 milions, Alzheimer i altres classes de demència. En altres casos es compten fins i tot per centenars o milers de milions: 264 milions de persones pateixen depressió i uns 1.000 milions pateixen migranya.

A CaixaResearch de la Fundació ”la Caixa”, fa més d’una dècada que donem suport a la recerca en neurociències per buscar solucions concretes a totes aquestes afeccions. Són gairebé 200 projectes i més de 400 els investigadors amb els quals hem treballat a Espanya i Portugal.  

En el Dia Mundial del Cervell parlem de recerca i innovació en neurociències amb tres investigadors de la Xarxa CaixaResearch, per tal de posar el focus en aquest òrgan que tan sols amb 1,5 kg de pes consumeix entre el 20 i el 25 % de l’energia que fa servir el nostre cos. Cada dia el coneixem més bé i aquest coneixement té el poder de transformar la vida de moltes persones. 

 

De percepcions i de malalties

Hem aconseguit donar sentit a 100.000 milions de neurones, a les connexions gairebé infinites que presenten i al teixit glial que les sosté? La resposta a una pregunta d’aquestes característiques sembla ser, en el fons, ben simple per als investigadors CaixaResearch Leopoldo Petreanu, Adrià Tauste i Manel Vila-Vidal. 


Adrià Tauste, Manel Vila-Vidal i Leopoldo Petreanu

 

“No”, respon Petreanu, el qual dirigeix un laboratori que s’especialitza en l’estudi de les bases neurològiques de la percepció a la Fundació Champalimaud, a Lisboa. “Hem après moltes coses, però encara no tenim una idea unificada de com funciona”. 

A aquesta manca de teoria única, que faci sentit a tots les dades que hem aplegat, a totes les experiències que hem documentat, apel·len també Tauste i Vila-Vidal, del Centre de Cognició i Cervell de la Universitat Pompeu Fabra, a Barcelona. 

És ben cert que en les darreres dècades, hem visualitzat nombrosos mecanismes neuronals i els efectes de moltes malalties. Però continuem sense entendre’n les bases. “Tenim solucions clíniques o farmacològiques a malalties que no entenem com funcionen. Però sí que entenem com funciona una neurona i apliquem algoritmes matemàtics i físics per connectar registres de diversos punts del cervell. Què ens falta? Que totes aquestes peces encaixin”, explica Vila-Vidal.

Per fer-ho, els investigadors disposen de dues eines principals. La primera, la observació del comportament: què li passa al pacient durant una crisi epilèptica o a mesura que una malaltia com l’Alzheimer evoluciona? La segona, les dades aplegades directament de cervells humans o de models animals. “Les noves tecnologies ens permeten veure quines àrees estan més actives, fins i tot com es comuniquen a cada moment”, comenta Petreanu.

En models animals, explica Tauste, hem traçat una primera línia des de l’estímul sensorial a la presa de decisions simples que es basa en la percepció d’aquest estímul. La baula perduda tot sovint és precisament la de connectar les observacions biofísiques amb les funciones més complexes del cervell. Perquè, al capdavall, tenim un cervell per poder-nos moure, per interactuar amb els altres, per pensar, exclama Petreanu. 

Efectivament, afegeix Vila-Vidal, “per completar la imatge, cal que abordem necessàriament la subjectivitat dels individus, com expressen l’experiència dels efectes de la malaltia”. 

 

Quan la percepció falla


Taula òptica amb làsers usats per a observar el diàleg entre diferents zones cerebrals. Imatge cortesia de Leopoldo Petreanu.

 

A Lisboa, Petreanu estudia de quina manera emergeix la percepció: com s’ho fa el nostre cervell per combinar els estímuls sensorials amb tot allò que ja sabem, amb el que esperem que passi. I així construeix una conjectura més bona sobre què és el que està passant o està a punt de passar.

“La pregunta és, precisament, com es forma aquesta conjectura a partir d’una massa de neurones”, diu Petreanu. L’investigador estudia si el coneixement sobre el món es guarda d’una manera específica al nostre cervell. “Concretament, estudiem de quina manera la percepció visual es processa en el neocòrtex, la capa externa del cervell, la més recent evolutivament parlant on resideixen les nostres habilitats més avançades”. 

El seu equip va descobrir fa uns anys que les connexions entre àrees visuals està organitzada seguint uns patrons precisos. Ara, en un projecte de CaixaResearch, la seva hipòtesi de treball és que aquestes connexions entre diferents parts del cervell reflecteixen la conjectura més probable de l’origen dels estímuls visuals: “creiem que el cervell compara els nous estímuls visuals amb la nostra experiència, amb el coneixement que emmagatzema. I és així com infereix que passa alguna cosa o aprèn quelcom nou”, explica. 

Fins ara, han pogut observar que el diàleg entre zones cerebrals, i els canvis després de noves observacions, segueixen patrons que són reproduïbles entre diversos models de ratolí. I per bé que encara queda molt de camí per arribar a aplicacions concretes, ja es comencen a entreveure en trastorns neuronals com és ara l’autisme o a malalties com l’esquizofrènia, la qual presenta uns mecanismes d’aprenentatge i percepció que fallen. 

El cervell pot, per exemple, confondre estímuls interns com si fossin externs i, per tant, la seva percepció pot resultar totalment alterada. Els investigadors creuen que de la mateixa manera que han vist aquests patrons en el còrtex visual, n’hi ha d’haver uns altres, probablement similars, en altres zones del cervell. Si aconseguim entendre les diferències en aquests patrons en pacients amb trastorns cerebrals, podrem explorar nous tractaments més personalitzats i més bons.

 

BrainFocus, més enllà del focus epilèptic


Visualització dels registres intracranials de pacients amb epilespia. Imatge cortesia de Manel Vila-Vidal.

 

Les dades del cervell que tenen habitualment Tauste i Vila-Vidal a l’abast són molt singulars. Per motius ètics i de riscs de salut, són ben poques les vegades que podem obtenir els registres intracranials de pacients humans. Amb tot, per estudiar pacients amb resistència als tractaments contra l’epilèpsia  (un de cada tres, 120.000 casos a España), aquesta presa de mida és clau per poder donar una solució a les crisis epilèptiques recurrents i sovint molt incapacitants, perquè la xarxa de neurones afectades, la denominada xarxa epileptogènica, pot ser cada vegada més gran.

“En aquests casos, el tractament més eficaç actualment és la cirurgia, és a dir, extirpar o cauteritzar les zones del cervell on s’originen les crisis. És per això que s’implanten elèctrodes profunds a diverses regions del cervell i es monitoritza a un pacient durant períodes de dues setmanes,” explica Vila-Vidal. L’objectiu final és trobar el focus epilèptic i la seva xarxa neuronal associada per planificar una cirurgia amb èxit.

Fins fa poc, aquesta identificació es feia per inspecció visual de les dades. “Quan comencem a col·laborar amb equips mèdics que tracten aquests pacients, de seguida ens adonem que amb les tècniques computacionals amb què treballem, potser podríem identificar aquestes zones cerebrals de forma més ràpida i precisa,” comenta Tauste. Sobre tot això hi poden treballar gràcies a un projecte d’innovació de CaixaResearch anomenat BrainFocus

Ja en les primeres fases de la col·laboració, van veure que sí, que si analitzaven les dades que havien recopilat durant les crisis epilèptiques podien identificar les regions on s’iniciaven i propagaven les crisis epilèptiques, un resultat que es va rebre amb interès per part dels equips mèdics. A hores d’ara treballen per transferir aquest coneixement i han construït un algoritme automatitzat que permet els metges de fer-lo servir de manera eficient i autònoma dins dels centres de recerca.

Els casos crítics d’epilèpsia farmacoresistent que són diagnosticats amb elèctrodes profunds es compten per uns pocs centenars cada any a Espanya i per milers a nivell europeu. Però gràcies a la llarga monitorització dels pacients, no només tenim dades de la crisi, sinó també del període precrisi i això ens permet estudiar què li passa al pacient abans de patir l’atac epilèptic, quins són els indicadors que ens avancen que la crisi és ben a prop. Per això, un altre dels seus objectius a llarg termini és no només identificar les àrees afectades, sinó poder predir i potser prevenir crisis futures. 

D’altra banda, amb el suport de la Fundació ”la Caixa” s’està explorant la possibilitat d’expandir aquests algoritmes per localitzar les àrees epileptogèniques a partir de registres no invasius. Amb això, les millores diagnòstiques arribarien a molts més pacients farmacoresistentes, de l’ordre de milers cada any a Espanya. Si bé encara resta per confirmar, els investigadors esperen que aquestes tècniques siguin útils també per a estudis d’altres menes d’epilèpsies i que tot plegat permeti fer uns tractaments més bons i uns abordatges farmacològics per als 50 milions de persones que pateixen epilèpsia arreu del món.  

Compartir

0

Categoría:

Investigació