Google i Harvard creen el primer mapa detallat del cervell, un fragment d'1,4 petabytes

Investigadors de Google i de la Universitat de Harvard han creat el mapa més detallat fins ara de les cèl·lules nervioses i les connexions del cervell humà.

El mapa mostra en tres dimensions la situació de 50.000 neurones --dels cent mil milions que en té el cervell en total- i 130 milions de connexions entre elles –les anomenades sinapsis. Tot i que representa una part molt petita del cervell humà, ocupa una memòria d'1,4 petabytes, equivalent al que ocuparien unes 16.000 pel·lícules en 4K.

El treball l'han dirigit Viren Jain, de Google Research a Mountain View, Califòrnia, i Jeff W. Lichtman, de la Universitat de Harvard. No ha estat revisat però es pot llegir a la web de BioXriv.

A part de servir per conèixer més a fons el cervell humà, aquest mapa permetrà explorar quines diferències hi ha entre les persones sanes i les que tenen alteracions mentals.

La mostra correspon a una dona anònima de 45 anys que tenia epilèpsia resistent als fàrmacs. La van operar I li van extreure una part molt petita del cervell corresponent a l'hipocamp, que és on es generaven les seves crisis. Al mateix temps, els cirurgians van haver d'extreure una mica de teixit sa.

La mostra, d'un mil·límetre cúbic, es va conservar amb substàncies que la van preservar de manera que fossin visibles al microscòpic les membranes externes de totes les cèl·lules.

Posteriorment, la van tallar en unes 5.000 làmines de tot just 30 nanòmetres de gruix –milionèsims de mil·límetre-, mil vegades més primes que un cabell humà.

De cada una de les llesques se'n va captar la imatge amb un potent microscopi electrònic. Finalment, van compondre l'immens trencaclosques per formar la imatge en tres dimensions. I amb un sistema d'aprenentatge automàtic van poder establir les connexions entre les neurones l'anomenat connectoma.

Molta informació d'una part diminuta

Tot i ser una part tan diminuta, la complexitat del cervell humà fa que contingui molta informació. De moment, els investigadors n'han analitzat molt poca, però ja han descobert que hi ha neurones que estableixen moltes més connexions del que és habitual.

Tal com expliquen els autors, una neurona sol tenir una sola sinapsi o, a tot estirar i rarament, entre dues i quatre. Però han observat que hi ha neurones que reben fins a 20 sinapsis. A falta d'aprofundir en aquest fet, els investigadors apunten que això tindria a veure amb algunes tasques que s'aprenen i que després es duen a terme de manera automàtica.

També han observat parells de neurones a certa profunditat en l'escorça disposades d'una forma fins ara inèdita.

Els mapes del cervell i les seves connexions tenen una primera fita el 1986, quan Sidney Brenner i el seu equip del Laboratori de Biologia Molecular de Cambridge van publicar a la revista Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences un primer esborrany de l'estructura i la connectivitat de les 302 neurones del cuc Caenorhabditis elegans.

El sud-africà Brenner rebria el premi Nobel de Fisologia o Medicina l'any 2002. La història de les seves recerques sobre mapes cerebrals està explicada detalladament per Scott W. Emmons, de l'Escola de Medicina Albert Einstein del Bronx, en un article publicat el 2015 també a Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences.

El mapa complet d'aquest nematode va aparèixer el 2019 a la revista Nature. Alguns investigadors han demanat d'emprendre el mapatge de cervells més complexos, com el del ratolí. I en comparació amb el mil·límetre cúbic humà presentat ara, el mapa del cervell d'aquest rosegador tindria mil vegades més informació.

Els autors del mapatge del fragment de cervell humà comenten en el seu article que tot i que s'ha assumit que es pot fer un mapa complet de l'escorça cerebral d'un rosegador, de la mosca de la fruita o d'un cuc, es creu que "una gesta així seria impossible en un humà".

Malgrat això, ells es fan diverses preguntes sobre aquest objectiu:

"Es podrien superar les barreres tècniques amb mostres humanes, no seria més rellevant fer el mateix tipus d'anàlisi amb mostres humanes? No seria especialment significatiu fer les proves en mostres provinents d'humans amb trastorns psiquiàtrics o de desenvolupament?"