Ciència i Innovació

Gustavo Deco és professor de Recerca de la Institució Catalana per a la Recerca i Estudis Avançats (ICREA) i catedràtic de la Universitat Pompeu Fabra, institució on dirigeix ​​el grup de Neurociència Computacional i el Center for Brain and Cognition. Amb motiu del diàleg organitzat pel Barcelona Knowledge Hub de l’Academia Europaea en què va participar al costat de Mara Dierssen, del Centre de Regulació Genòmica, parlem amb ell sobre el cervell, la neurociència, els avenços fets i els que encara han de venir.

El cervell és una de les coses més enigmàtiques del món, què en sabem i què ens falta per conèixer?

La mala notícia és que sabem poc del cervell. Tot i els segles de recerca, la quantitat de mesures que tenim avui dia i les possibilitats de caracteritzar el cervell, especialment durant l’últim segle – des de Ramon i Cajal, potser – sabem realment poc. La bona notícia és que sabem per què en sabem poc. Perquè estem tractant amb un sistema extremadament complex. I el més important és entendre-ho des del punt de vista mecànic, és a dir, per què està i en quina forma està fent les seves funcions.

Aleshores, la complexitat més gran és comprendre’n el mecanisme?

Sí. Són bilions d’elements, són cèl·lules complexes que tenen una dinàmica que es pot descriure matemàticament per una equació diferencial i, en tenir bilions d’elements, la seva complexitat es multiplica moltíssim. En matemàtica, i ho sento per posar-me tècnic…

Només faltaria.

… representa un sistema d’equacions diferencials acoblades no lineals. És una de les situacions més complexes en matemàtica. I és la raó per la qual ens costa tant entendre com el cervell realitza les seves operacions. De tota manera, allunyant-nos del missatge pessimista, el que realment importa és que sabem què és el que hem d’investigar. I, de mica en mica, anem entenent algunes característiques essencials subjacents a aquest tipus de computació. Tant en un cervell sa com en un cervell malalt.

I quin creus que ha estat l’avenç diferencial dels darrers anys?

N’hi ha molts. És difícil escollir. És com quan et pregunten quina és la teva pel·lícula preferida, n’hi ha massa. Però hi ha avenços que a mi, subjectivament, m’han impactat. Un són els correlats mecànics subjacents als diferents estats del cervell. Per exemple, als seus estats de consciència: quan un cervell està despert, quan està dormint, quan està anestesiat, quan està en coma; a banda que sabem que la persona es comporta de manera diferent, també sabem que l’activitat del cervell és totalment diferent. Fins i tot si el cervell està malalt.

I aquest coneixement, què ens aporta?

Si en comptes de preguntar a una persona com se sent, analitzo com se sent el seu cervell, observaré la raó per la qual aquest cervell està funcionant malament. Ens dona una explicació de la malaltia, fins i tot de les vies de tractament. Encara estem als inicis d’aquest procés, però s’estan obrint totes aquestes rutes gràcies al marc teòric que permet identificar els mecanismes sense basar-se només en l’observació.

Aquest canvi ens ajudarà a entendre millor com tractar un cervell malalt?

Definitivament. La psiquiatria encara continua operant de manera molt empírica. Si coneixes gent que ha anat al psiquiatre o al terapeuta, el diàleg és la manera d’objectivar el què li passa. És curiós perquè sabem que el que li passa és al cervell i, tot i això, ho ignorem. Si tens un problema cardíac, el primer que es farà és mesurar el cor. A més de preguntar-te si et sents agitat, analitzen què és el que passa a l’òrgan. A psiquiatria això encara no passa. La psiquiatria està canviant radicalment i jo crec que és la propera revolució. En qüestió de pocs anys, a banda de preguntar al pacient què és el que subjectivament li està passant, li explicarem que el cervell és l’origen de la seva situació.

Així doncs, la neurocomputació pot ajudar a prevenir malalties.

Bé, prevenir no ho sé. Detectar-les primerencament i, potser, fins i tot dissenyar el tipus de tractament que més es correspon a cada persona. La individualització, avui dia, és un gran tema en medicina. Especialment en psiquiatria, ja no hi ha una taxonomia vàlida, no hi ha una malaltia que es digui esquizofrènia o una malaltia que es digui depressió. Hi ha una persona que té símptomes i hi ha una persona que té una afecció al cervell extremadament individual. Amb això, el que més interessa és entendre com podem ajudar aquesta persona en concret i no un grup de persones que tinguin símptomes similars.

I amb aquesta personalització, a través de quins mecanismes es tractarien malalties?

Les dues línies més grans de tractament són, o bé farmacològic, on s’interactua a nivell mecànic, neuronal i sinàptic, o bé mitjançant estimulacions electromagnètiques. La gran pregunta és si es pot dissenyar o preveure l’efecte que provocarà un determinat tractament farmacològic o un determinat tractament electromagnètic. Sempre poso un exemple molt banal. Als televisors antics, els que funcionaven amb vàlvules, quan començaven les interferències amb un cop sec acabaven per funcionar. I això és el que es tracta de fer avui dia amb les estimulacions.

I funcionen?

Sí, però no sempre. El sistema que tenim, a banda de ser complex, és extremadament robust. No obstant això, de vegades una ajuda electromagnètica o farmacològica, torna a posar el sistema en funcionament. I avui dia, si tenim un pla del cervell, en comptes de donar-li un xoc electromagnètic a cegues, podem individualitzar i proporcionar estimulació farmacològica o electromagnètica on realment ho hem de fer, amb més probabilitat d’estabilitzar-lo.

Hem parlat del que ha de venir. Però, quines tecnologies creus que han contribuït als avenços del coneixement del cervell des de començaments de segle?

Com sempre en ciència, el punt de partida és l’observació. I realment hi ha hagut un gran desenvolupament durant les darreres dècades en les tècniques d’observació del cervell. En primer lloc, la invenció de la ressonància magnètica, amb què podem visualitzar l’activitat del cervell quan està fent una tasca. I el segon gran avenç tecnològic és l’aprenentatge de tècniques més refinades de computació, de llenguatge matemàtic. Les maneres en com expressar i analitzar aquesta complexitat i, insisteixo, les capacitats computacionals que tenim avui dia, que ens permeten fer simulacions en tot el cervell.

El diàleg del Barcelona Knowledge Hub de l’Acadèmia Europaea en què vas participar juntament amb Mara Dierssen posava sobre la taula el rol de la neurocomputació, però també el de la neurobiologia. Què aporta cadascuna d’aquestes disciplines al cervell?

Si la neurocomputació combina conceptes i tècniques de neurociència amb la informàtica per estudiar el funcionament de la computació del cervell humà, la neurobiologia és la dimensió d’observació experimental a una escala més biològica, que és absolutament fonamental. La neurobiologia ens permet observar les parts més microscòpiques a escala neuronal i entendre com actuen quan estan fent una determinada tasca. Això ens permet obtenir una informació complementària al marc teòric, al marc computacional.

És a dir, que d’alguna manera, es necessiten l’una a l’altra.

Absolutament, això és el que és bonic i també el que és complicat de la neurociència. A banda que és un sistema complex, és un sistema multiescala, és a dir, té diverses escales espacials i temporals. Les neurones funcionen en microsegons, mil·lisegons, però nosaltres funcionem en segons o de vegades minuts. I això complica el seu estudi, però també el fa més atractiu. Aquests extrems requereixen nivells d’explicació computacional i nivells d’observació a totes aquestes escales.

Quines conclusions es van poder treure de la conversa amb Mara Dierssen?

Reafirmar la filosofia predominant d’avui dia per ambdós costats. Del costat experimental representat per la Mara i del costat computacional representat per mi, d’aplicar realment aquests principis tecnològics bàsics al terreny de la neurociència. No es pot avançar en neurociència merament amb observacions, no es pot avançar en neurociència amb models computacionals, cal la sincronització activa dels dos elements, és fonamental. Jo crec que ha estat una de les grans revolucions del segle XXI, originada sobretot per la genètica i per la neurociència, on en estar confrontades amb sistemes complexos i tantes dades, en algun moment vam comprendre que cal un marc teòric.

Gustavo, què és el que més t’apassiona del cervell?

Potser la robustesa, és un sistema extremadament robust. Poden passar coses terribles com un accident cardiovascular o un tumor, que són danys irreparables i, tanmateix, el cervell intenta compensar-los. Si ho hagués dissenyat un enginyer, possiblement els danys serien més catastròfics. Imagina’t un ordinador que li treus un tros de plaqueta. Deixa de funcionar, no? Doncs el cervell continua funcionant, i per a mi això és una cosa genial, aquesta robustesa, que encara no entenem bé per què hi és, però que li dona un caràcter al cervell que és únic i envejable des del punt de vista d’enginyeria. És un dels temes que més em sorprèn i que menys entenc, aquesta integritat del cervell davant d’atacs externs.

I mirant cap al futur, quin descobriment suposaria una revolució de coneixement?

Una teoria. Curiosament, encara no hi ha una teoria del cervell. De fet, jo vinc originalment de l’estudi de la física. Vaig fer el meu primer doctorat en física quàntica. Tot i la meva fascinació per aquesta ciència i la seva complexitat, sempre tenia la sensació que era relativament avorrida. Els anys genials de la quàntica van ser entre el 1923 i el 1925. Sentia llàstima per no haver estat en aquella època on els grans físics ho van descobrir tot. Van descobrir la quàntica, la van formalitzar i ens van deixar els problemes complexos però avorrits. Crec que ara estem en aquests anys de descobriment de la neurociència i m’encantaria poder contribuir a la formalització d’una teoria. Aproximada, és clar, no serà exacta. Però seria increïble poder estar envoltat del Newton o el Kepler de la neurociència.

Creus que aquest tipus de genis tenien un cervell diferent de la resta?

No ho sé. Et puc respondre informalment, no com a neurocientífic, ja que no existeix una evidència. Però des de la informalitat, sí. Possiblement, el seu cervell tenia una forma d’integrar o segregar informació que és molt particular i que altres persones no en tenen. Però no n’hi ha evidència. És difícil d’analitzar perquè tampoc hi ha tants genis, de manera que és molt difícil de descobrir.

Tinc el cervell espremut després d’aquesta conversa. Intens però fascinant!

El cervell és apassionant i el millor és que estem en una època apassionant. Sabem els ingredients per conèixer-ne la complexitat, però encara no hem trobat la solució. Crec que quan ho aconseguim tindrà un gran impacte social. No només en l’àmbit clínic, crec que en molts aspectes. A la justícia, les lleis, a l’educació. Entendre el cervell tindrà impacte a tots els àmbits socials, fins i tot de la vida. I això també és extremadament apassionant.