Mark Johnson · The Washington Post

Centenars de científics –tant professionals com voluntaris– de tot el món han traçat un mapa de les més de cinquanta milions de connexions del cervell diminut d’una mosca de la fruita, un pas cap a l’elaboració eventual de l’intricat mapa del cervell humà. És una fita que els experts confien que ajudarà a comprendre i, fins i tot, tractar malalties com ara el Parkinson, la depressió i l’abús de substàncies.

L’estudi, el més detallat fins ara sobre el cervell d’un animal adult, ajuda a entendre els mecanismes que s’activen quan una mosca de la fruita capta les impressions del món que li arriben per la vista, l’olfacte i més sentits, i hi actua en conseqüència.

Per més humils que semblin, les mosques de la fruita han evolucionat durant desenes de milions d’anys i tenen un seguit de comportaments complexos, tot i tenir un cervell de la mida d’una llavor de rosella. Així ho explica John Ngai, director de la iniciativa BRAIN de l’Institut de Salut nord-americà, responsable del nou mapa que apareix aquesta setmana en nou articles publicats a la revista Nature.

“Mengen. Cerquen les fonts d’allò que oloren. Mostren comportaments molt sofisticats com ara conductes d’aparellament, conductes d’agressió i més conductes socials”, explica Ngai. “Fan totes aquestes coses i, a més, poden volar”, afegeix. Les mosques de la fruita també poden veure la llum ultraviolada, indetectable per a l’ull humà.

El projecte BRAIN, que va començar fa una dècada i ha representat una inversió de més d’uns 3.200 milions d’euros, treballa amb l’objectiu pràctic d’impulsar el coneixement del sistema nerviós i accelerar la descoberta de remeis per als trastorns que l’afligeixen. Segons un estudi recent, més d’un 40% de la població humana pateix d’alguna mena de trastorn del sistema nerviós.

La mosca de la fruita és un dels organismes model més populars en la recerca biomèdica, juntament amb el peix zebra, els ascarídides –cucs paràsits– i els ratolins. Els organismes model són organismes que es fan servir per comprendre molts dels sistemes fonamentals que impulsen la vida al planeta. Per més diferents que siguin, sovint comparteixen molts dels mateixos gens. Gairebé un 75% dels gens implicats en les malalties humanes, per exemple, també es troben a la mosca de la fruita. Els ratolins, per la seva banda, comparteixen aproximadament un 97,5% de l’ADN funcional amb els humans.

Encara que hi hagi grans diferències entre el nombre de cèl·lules nervioses, o neurones, que tenen aquestes espècies, la lògica –o “codi font”– que regeix la comunicació i interacció entre neurones és semblant, diu Ngai.

Les mosques de la fruita hi veuen, hi senten, canten… i festegen

Sebastian Seung, catedràtic de neurociència computacional de la Universitat de Princeton, diu que el nou mapa probablement serà consultat pels científics que provin de respondre a pràcticament qualsevol pregunta sobre el funcionament i l’arquitectura del cervell de la mosca de la fruita. Els investigadors que en facin ús podran explorar les diferències cerebrals entre mosques de la fruita mascle i femella, entre mosques adultes i joves, i entre mosques sanes i malaltes.

“La gent intenta d’entendre com veuen les mosques, com senten, com canten –canten de debò–, com volen…”, explica Seung, que cita exemples de les aplicacions del mapa. “També s’estudien comportaments complexos, com ara el festeig. Les mosques es fan la cort, naveguen i emmagatzemen records. Tota aquesta recerca té de base el connectoma”, afegeix. Segons Seung, el mapa també ajudarà els científics a aprofundir en qüestions com ara la relació entre els gens i la funció cerebral, o bé en la influència dels gens en l’estructura cerebral durant l’etapa de desenvolupament.

El connectoma és el terme donat al mapa, una fita que ha estat tot un desafiament tècnic de proporcions enormes.

“Confesso que aquests darrers anys m’he acostat al ‘neuronihilisme’, i que he arribat a pensar que no podríem arribar a entendre-ho mai”, diu Davi Bock, coautor d’un dels articles de Nature i professor associat de la Facultat de Medicina Larner de la Universitat de Vermont.

El cervell de la mosca de la fruita conté uns 150 metres de cablatge neuronal en un espai d’uns tres quarts de mil·límetre per un quart de mil·límetre. És una arquitectura “fantàsticament compacta”, segons Bock. “Els cables que surten d’aquestes neurones solen tenir entre 50 i 100 nanòmetres de diàmetre, i van entrellaçats entre si, com en un bol d’espaguetis”, continua. Un cabell humà, com a referència, fa entre 80.000 nanòmetres i 100.000 d’amplada.

Però desembolicar els “espaguetis” ha acabat essent possible, com també ho ha estat –per a sorpresa de Bock– començar a comprendre el diagrama del cablejat. Per a aconseguir-ho, els científics van extreure minuciosament el cervell de la mosca del cos i, mitjançant diferents processos, van convertir-lo en un bloc dur. Posteriorment, aquest bloc va ser tallat en més de 7.000 seccions ultrafines amb l’ajuda de ganivets de diamant.

Els científics van observar cadascuna de les seccions amb un microscopi electrònic d’alta velocitat i van fer-ne 21 milions de fotografies. Cada píxel d’una imatge representava una secció de teixit cerebral, d’uns 4 per 4 per 40 nanòmetres.

A continuació, Bock i els seus col·legues van determinar la mena específica de cada neurona que forma el diagrama de cablejat. Les mosques de la fruita tenen milers de menes de neurones.

Un altre grup de científics va treballar per convertir les imatges produïdes per l’equip de Bock, a còpia d’emprar algorismes de segmentació d’última generació, en un format que els permetés d’extreure trossos individuals de cada neurona. Tots aquests trossos van ser revisats per científics voluntaris, i les peces revisades es van afegir posteriorment al mapa.

La iniciativa BRAIN és finançada per 10 dels 27 instituts i centres dels Instituts de Salut dels Estats Units i també per fons aprovats pel Congrés nord-americà.

• Subscribe to The Washington Post
• Podeu llegir més reportatges del Washington Post publicats en català a VilaWeb