Neurocientífics de la UPF, la UdG i la Universitat d’Oxford proposen un nou model computacional per estudiar amb més precisió aspectes desconeguts del cervell humà i sobre les causes de diversos trastorns neuropsiquiàtrics. Els investigadors fan una crida a la comunitat científica perquè empri aquest nou model computacional per cercar diagnòstics i tractaments personalitzats a diversos trastorns (com l’estat de coma, l’epilèpsia, el Parkinson o l’esclerosi múltiple, entre d’altres), en la línia de la denominada medicina de precisió.

Els investigadors parteixen d’un enfocament innovador en neurociència, denominat model del cervell sencer, que es basa en simulacions computacionals del seu funcionament i permet crear bessons virtuals cerebrals de pacients específics.

A diferència dels enfocaments tradicionals, aquest model permet analitzar les dinàmiques cerebrals en el seu conjunt, més enllà de les de regions específiques, i comprendre com interactuen entre elles. La creació d’aquest model és fruit del treball desenvolupat durant dècades per neurocientífics d’aquest grup, per a qui la neurociència computacional ja es troba en el punt de maduresa suficient per desvetllar aspectes desconeguts del cervell humà en la salut i la malaltia.

Recentment, l’equip de recerca ha publicat un article a la prestigiosa revista mèdica Nature reviews methods primers, dedicat al model del cervell sencer. L’article explica com s’està aplicant aquest model, per exemple per predir com despertar un pacient en coma estimulant parts específiques del seu cervell o per entendre com es propaguen les convulsions pel cervell de les persones amb epilèpsia i provar maneres d'aturar-les.

El model consisteix en crear una simulació computacional del cervell humà amb dades de neuroimatge (principalment de ressonàncies magnètiques) i fórmules matemàtiques. El resultat és un bessó virtual del cervell d’un pacient específic, que mostra un mapa detallat, no només de la seva anatomia sinó també de la seva activitat. Fent un símil amb la circulació viària, podríem considerar que el mapa no només mostra les carreteres sinó també el trànsit.

El model permet fer simulacions per analitzar com les diferents regions cerebrals es comuniquen i interactuen entre elles o posar-les a prova en diferents escenaris, per exemple per analitzar com el cervell d’una persona respondria davant de determinats canvis o estímuls. Aquestes proves es fan en entorns virtuals altament controlats i permeten experimentar les reaccions cerebrals d’un pacient concret amb tècniques personalitzades, segures i no invasives.

El model permet analitzar amb gran precisió tant l’activitat cerebral en un moment concret com les seves fluctuacions al llarg del temps en escales temporals molt reduïdes, de mil·lisegons. Això el fa particularment adient per examinar el procés de transició entre estats cerebrals, per exemple entre el son i la vigília o entre l’estat de coma i el del plena consciència. De fet, algunes proves realitzades per l’equip de recerca s’han basat en neuroimatges corresponents a persones adormides. Partint d’aquestes dades, s’ha experimentat amb simulacions computacionals com promoure la transició entre el cervell adormit i el cervell despert. D’altres recerques en curs estan identificant quines són les parts específiques del cervell que cal estimular per provocar que els pacients en coma despertin.

Gustavo Deco (UPF): “La neurociència computacional ha arribat a un punt de maduresa en què pot proporcionar eines que finalment arribin a comprendre principis fonamentals de les funcions del cervell en la salut i la malaltia”

Gustavo Deco (UPF), investigador principal de la recerca juntament amb Morten L.Kringelbach (Oxford) i director del grup de Neurociència Computacional del Centre del Cervell i la Cognició (CBC) de la UPF, exposa: “La neurociència computacional ha arribat a un punt de maduresa en què pot proporcionar eines que finalment arribin a comprendre principis fonamentals de les funcions del cervell en la salut i la malaltia”.

Gustavo Patow (UdG i UPF): “Els models de cervell sencer ofereixen una nova manera de mirar el cervell, ajudant els investigadors a identificar què podria estar malament i com solucionar-ho”

L’autor principal de l’article sobre la recerca, Gustavo Patow, del grup de recerca Visualització, Realitat Virtual i Interacció Gràfica (ViRVIG) de la UdG i del CBC de la UPF, afegeix: “Un dels grans reptes a l'hora d'entendre les malalties del cervell, com la depressió o l'epilèpsia, és que no entenem del tot què passa dins del cervell. Els mètodes tradicionals han lluitat per oferir respostes clares. Els models de cervell sencer ofereixen una nova manera de mirar el cervell, ajudant els investigadors a identificar què podria estar malament i com solucionar-ho”.

Els investigadors ja han demostrat el potencial prometedor del model del cervell sencer per tractar diversos desordres neuropsiquiàtrics fins ara sense cura. A mesura que es vagi perfeccionant, el model podria convertir-se en una eina estàndard als hospitals i ajudar els professionals mèdics a diagnosticar i tractar millor les malalties del cervell.

Article de referència:

Patow, G., Martin, I., Sanz Perl, Y. et al. Whole-brain modelling: an essential tool for understanding brain dynamics. Nat Rev Methods Primers 4, 53 (2024). https://doi.org/10.1038/s43586-024-00336-0