L'atles més complet del cervell humà obre una nova era per a l'estudi de la salut mental

El cervell humà és un circuit extremament complex amb 86.000 milions de neurones i un nombre similar de glies, de cèl·lules neuronals. Identificar-les, classificar-les, saber quina funció fan i com es relacionen entre elles per poder desenvolupar aquesta tasca o funció específica que tenen designada permetria també descobrir quines es veuen afectades en cada trastorn cerebral i com, per poder dissenyar, després, teràpies o intervencions quirúrgiques especialment dirigides a reparar-les.

Una xarxa de centres i laboratoris de tot el món units des de fa vuit anys en el projecte BICCN, finançat pel govern dels Estats Units i liderat per l'Institut Allen per a la Ciència del Cervell --creat fa 20 anys pel cofundador de Microsoft, Paul Allen-- han treballat conjuntament, amb les tecnologies més punteres, en un projecte per crear l'atles més complet mapejat fins ara del cervell humà. Un mapa que ara s'ha d'explorar, pas a pas.

De moment, ja han aconseguit identificar 3.000 tipus de cèl·lules humanes diferents i fer-ne una descripció completa. Unes cèl·lules que, segons on es trobin i en quines combinacions, donen lloc a l'emoció, el pensament, la memòria o el llenguatge, per exemple, però també a malalties mentals com l'esquizofrènia, l'autisme, l'alzheimer o el pàrkinson.

Eduard Vieta, cap del servei de Psiquiatria i Psicologia Hospital Clínic Barcelona, explica que "aquesta informació és qualitativament i quantitativament molt important", però reconeix que "la seva aplicació en salut no és tan immediata".

Vieta explica que els coneixements detallats que aporten aquests estudis són molt necessaris a psiquiatria, on hi ha molts tractaments per fer, però poca informació sobre "què està fallant quan un emmalalteix", és a dir, "com funcionen un cervell sa i un de malalt". 

"En les malalties psiquiàtriques és on tenim més necessitat de comprendre millor com funciona el cervell en aquestes malalties."

"En neurologia sabem millor què va malament, encara que a vegades no hi hagi tractament, com en el cas de l'Alzheimer", explica Vieta, "però en psiquiatria ens passa al revés, tenim més tractament que els neuròlegs, però sabem pitjor què és el que no està funcionant, perquè és més complex i no és tan directe com que hi hagi unes lesions al cervell observables. I amb això tindrem una gran ajuda per omplir aquest pont."

Per això, Vieta alerta que aquests estudis permetran "un salt important" en la investigació i els tractaments mèdics, "però no immediat, sinó global".
 

What makes us human?

Today in @ScienceMagazine, a large research consortium funded by @NIH #studyBRAIN initiative shared new insights on how human brain cells differ from other humans and our closest primate relatives.

🔗https://t.co/mIlWqO1uZJ

More on some of the papers. 🧵⬇️

— Allen Institute (@AllenInstitute) October 12, 2023

Una porta gegant per entendre el cervell humà

Les revistes Sciences Advance, Science i Science Translational Medicine han publicat, aquest dijous i divendres, fins a 21 estudis inclosos en aquest projecte que permeten fer un gran salt endavant en l'elaboració d'aquest nou atles del cervell, tant dels humans com dels primats no humans o dels rosegadors.

Uns atles que s'han comparat per veure quines cèl·lules comunes tenen i quines no, i la seva composició i funcions, en un "esforç titànic", explica Eid Lein, neurocientífic de l'Allen Institut for Brain Science "per crear els primers esborranys de mapes d'alta resolució de les cèl·lules que conformen el cervell humà i dels nostres parents primats més propers".

"Cada part del cervell és tan complexa com un altre òrgan", alerta Ed Lein, que explica que entendre el nostre cervell a nivell cel·lular és clau per saber com som com a espècie, què ens fa humans. També ens ha de permetre identificar les arrels cel·lulars de les malalties i trastorns mentals per millorar-ne els tractaments.
 

Com són els blocs en construcció que formen cada cervell?

Partint de la premissa que no hi ha un cervell prototip únic, l'objectiu del projecte és identificar cadascuna de les cèl·lules dels cervells dels humans i d'altres animals, analitzar les seves característiques genètiques i morfològiques, la seva funció i com s'ho fan per executar-la, com es desenvolupen i maduren, com interaccionen i es combinen amb altres cèl·lules i gens, i també com queden afectades en el cas d'un trastorn cerebral.

Es tracta de saber, primer, com són els blocs en construcció que formen cada cervell i després com s'organitzen i s'interrelacionen per realitzar les funcions que tenen encomanades. També què falla o no encaixa entre ells que provoca trastorns o malalties mentals.

Aquest no és el primer mapa del cervell humà. De fet, fa més d'un segle, l'any 1906, Santiago Ramon y Cajal ja va rebre el premi Nobel de Medicina pels seus estudis sobre les cèl·lules neuronals. I tampoc no és un projecte acabat, sinó un punt de partida que aporta milions de dades que ara s'hauran d'analitzar d'una en una i aplicar a casos concrets.

Una porta oberta tan gran que s'ha comparat amb la seqüenciació del genoma humà.

Què s'ha descobert ara?

Els descobriments fets públics aquest dijous no s'han publicat com un producte final, sinó que es tracta d'un conjunt d'estudis i investigacions científiques que arriba, cadascun d'ells, a conclusions diferents. També n'hi ha que aporten conclusions que ja se sabien, però s'han confirmat amb noves dades i d'altres són punts de partida que obren noves qüestions a analitzar. 

D'entrada, s'ha aconseguit identificar 3.000 tipus de cèl·lules humanes diferents i fer-ne una descripció completa. Conèixer tan detalladament aquestes cèl·lules ha permès confirmar que en algunes zones del cervell hi ha unes cèl·lules específiques determinades que no estan en altres regions, però que en altres zones hi ha les mateixes cèl·lules, però en proporcions i combinacions diferents. Cada combinació de cèl·lules crea un circuit neuronal únic que permet fer una funció específica diferent.

També permet estudiar, per exemple, quines cèl·lules són més propenses a mutacions que podrien provocar malalties neurològiques.

Un dels estudis, fet per l'Institut de Ciències Genòmiques de la Universitat de Medicina de Maryland, ha investigat com afecta la inflamació del cervell en infants d'entre 1 i 5 anys que patien autisme o esquizofrènia i ha comparat les característiques del seu cervell amb el d'altres nens que van morir a la mateixa edat, però que no tenien signes d'inflamació al cervell. I van trobar que els nens amb inflamació al cervell tenien alterades dos tipus de neurones clau, les de Golgi i de Purkinje, i com. Ara s'està investigant si hi ha canvis similars en aquestes neurones en adults amb esquizofrènia i autisme.

Un altre estudi ha comparat les cèl·lules neuronals humanes amb les dels nostres parents més propers, com els ximpanzés, els goril·les o els macacos, i ha conclòs que, de fet, "compartim la mateixa arquitectura bàsica de tipus de cèl·lules cerebrals", cosa que ja se sabia. Hi ha molt pocs canvis en uns centenars de gens que són els que ens diferencien, ens fan humans i determinen les nostres habilitats cognitives com, per exemple, la nostra capacitat de llenguatge, explica Ed Lein. El més important aquí és identificar cadascun d'aquests gens i com participen en aquesta evolució de l'espècie.

Un altre estudi, fet també per l'Institut Allen, va comparar cèl·lules del còrtex cerebral dels humans amb les dels ratolins i va trobar que el nostre còrtex visual, on processem el que veiem, és molt més especialitzat en aquesta zona que el dels rosegadors. Una troballa que possiblement es relaciona amb el fet que els humans i altres primats depenem molt més del sentit de la vista que altres mamífers.

La majoria d'estudis existents fins ara se centraven en l'escorça cerebral, unes dades que s'han utilitzat com a base també en un altre estudi fet per l'Institut Karolinska d'Estocolm, que ha ampliat l'abast d'anàlisi a un centenar de regions més profundes del cervell per veure quines cèl·lules es troben arreu i quines no. Els resultats conclouen que les neurones varien àmpliament entre les regions del cervell i són particularment diverses i heterogènies fora de l'escorça.

Unes observacions que tenen implicacions per a una sèrie de malalties que presenten variacions regionals, com el càncer o les malalties neurodegeneratives, expliquen els investigadors d'aquest institut suec. "El cervell humà dirigeix comportaments complexos, que van des de la motricitat fina fins a la intel·ligència abstracta, però la diversitat del tipus de cèl·lules que permeten aquestes habilitats no s'ha descrit completament. El cens transcriptòmic de tot el cervell humà presentat en aquest treball proporciona un recurs per entendre la diversitat molecular del cervell humà en salut i en malaltia".

Aquests estudis, i centenars més que estan inclosos en aquest projecte de recerca de la Xarxa d'Investigació pel Cens del Cervell BICCN, estan oberts perquè investigadors de tot el món n'utilitzin les conclusions en un projecte col·laboratiu que genera noves incògnites amb cada avenç i descobriment assolits.

"Hem avançat en el coneixement i ens hem adonat que encara hem d'avançar molt més i hi ha molt més per aprendre", explica el cap del servei de Psiquiatria i Psicologia Hospital Clínic Barcelona, Eduard Vieta. 

"Això és un laberint on vas obrint portes i cada cop en surten més. Però és un avenç important."

"Coneixem molt millor el cervell", conclou Vieta, "i també és molt important la part comparativa amb els primats no humans, però hi ha una part més complicada d'entendre, a la qual encara no hem arribat, que és com funciona un pensament o una emoció. I ara sabem que són més sofisticades del que pensàvem".