Tots (no) som Phineas Gage

Phineas Gage tenia vint-i-cinc anys i una vida tranquil·la a Vermont, als Estats Units. Fins al dia que, mentre treballava a les obres del ferrocarril, va tenir un accident. Era el 1848 i en aquella època s’utilitzava pólvora per obrir pas entre les roques. El matí de l’accident, Gage va cometre un error de càlcul i la pólvora va esclatar abans d’hora. L'explosió va fer saltar una barra de ferro que li va travessar el cap. El pal, de més de tres centímetres de diàmetre, li va entrar per sota de l’ull esquerre i en va sortir per la coroneta. Davant la sorpresa de molts, Gage es va sanar. En part, gràcies a John Martyn Harlow, el primer metge que va arribar al lloc de l’accident. Gage havia perdut l'ull esquerre i tenia una cicatriu al front, però havia recuperat la majoria de funcions cognitives: podia parlar, comptar i recordar. Tot i això, familiars i amics van trigar poc a observar que la seva personalitat havia canviat: s’havia transformat en una persona impulsiva, caòtica i blasfema. El doctor Harlow, que el va seguir visitant, va explicar als seus col·legues que, en el cas de Gage, “l’equilibri entre les facultats intel·lectuals i els instints animals semblava haver-se destruït”. Així, el mateix Harlow i els que vingueren després van concloure que el lòbul prefrontal esquerre —la part que havia quedat perforada pel pal— era la regió del cervell responsable dels trets principals de la personalitat, així com de la presa racional de decisions i del processament selectiu de les emocions. La història d’aquest americà del segle XIX i la seva barra de ferro s’explica, encara avui, als cursos de psicologia i neurociència d’arreu del món.

Louis Victor Leborgne, més conegut com a Monsieur Leborgne, era un jove francès coetani a Gage. El 1840, quan tenia trenta anys, va entrar a l’hospital de Bicêtre després d’haver perdut completament la parla. O gairebé completament. Només era capaç d’articular les síl·labes “tan-tan”. Leborgne patia epilèpsia des de petit, però no va ser fins que va perdre les paraules que va ingressar a l’hospital. S’hi va estar 21 anys més, i va morir a causa de la mateixa malaltia. El va tractar Paul Broca, un metge curiós i caparrut, que s’havia interessat per la localització de la parla. Quan Leborgne va morir, Broca li va fer una autòpsia minuciosa. Al seu cervell hi va trobar una lesió que afectava una part del gir inferior frontal esquerre. Aquesta regió va passar a anomenar-se àrea de Broca i s’associa a les funcions del llenguatge.

Henry Gustave Molaison va viure un segle més tard que Gage i Leborgne, del 1926 al 2008, a Connecticut, als Estats Units. Com Leborgne, Molaison va tenir una infantesa i adolescència marcades per l’epilèpsia. Els seus pares, exhausts, el van portar a visitar William Beecher Scoville, un neurocirurgià de l’hospital de Hartford. El doctor Scoville curava malalts de psicosi amb extirpacions cerebrals. Per fer-ho, primer els col·locava una sèrie d’elèctrodes repartits per la superfície del crani. A partir dels senyals elèctrics del cervell, podia identificar el focus de la malaltia, que normalment es localitzava en un dels lòbuls temporals, el dret o l’esquerre. Tot seguit, feia l’extirpació a crani obert. Era una tècnica bruta però funcionava. Després de l'operació, els pacients podien fer vida normal, ja que sempre els quedava un hemisferi intacte, que suplia les funcions de la part que havia quedat buida. Tot i que Molaison no patia atacs psicòtics, sinó epilèptics, Scoville estava convençut que el podia curar amb el mateix mètode. Així que, com sempre, primer va analitzar l’activitat elèctrica del cervell del seu pacient. No va poder identificar el focus dels atacs, però va detectar activitat anormal als lòbuls temporals d’ambdós hemisferis. I va decidir extirpar-los tots dos en una única operació. Quan es va recuperar de la intervenció, Molaison ja no tenia atacs epilèptics, però no podia recordar res. L’operació l’havia deixat amb una amnèsia anterògrada severa. Sense els dos lòbuls temporals, Molaison havia perdut la memòria declarativa i era incapaç de generar cap record nou. Tot i això, la seva memòria operativa havia quedat intacta i podia mantenir informació en línia durant períodes curts –de menys d’un minut–, fet que li permetia realitzar les tasques bàsiques per sobreviure. Molaison havia perdut la capacitat de consolidar les memòries curtes fins a transformar-les en records. Aquest cas va posar en evidència que la memòria declarativa es localitza als lòbuls temporals. Molaison ha passat a la història amb el nom de pacient H. M. i el seu cas va inspirar Cristopher Nolan per crear el protagonista de la pel·lícula Memento.

Gage, Leborgne i Molaison s’han convertit en casos seminals en la neurociència i han contribuït a la teoria de la localització de les funcions cerebrals. Aquesta teoria, també anomenada teoria de l'especialització, defensa que el cervell està dividit en regions o parcel·les, com si es tractés d’un puzle, i que cada una s’encarrega d’una funció concreta. La personalitat i les emocions es troben al lòbul frontal, el llenguatge a l’àrea de Broca i la memòria als lòbuls temporals. I així podríem resseguir tot el cervell.

Malgrat les evidències empíriques que justifiquen la teoria de la localització, hi ha moltes preguntes que no es resolen amb una simple associació de parelles regió-funció. Com pot ser que un nombre limitat de regions del cervell siguin la base de les infinites funcions que formen la cognició humana? Com s’expliquen els processos d’aprenentatge? O, quins són els mecanismes de recuperació després d’una lesió?

Al llarg del segle XIX, paral·lelament als casos de Gage i Leborgne, diversos científics es van interessar per l’estudi de les cèl·lules del cervell –a les quals, més tard, Waldeyer va posar el nom de neurones–. La majoria eren metges, però estaven més a gust als laboratoris, on passaven nits a les fosques mirant rodanxes de teixit cerebral pel microscopi. Un dels primers va ser el suís Albert von Kölliker, catedràtic d’anatomia a Würzburg (Alemanya). L’any 1852, Kölliker va descriure, per primera vegada, teixit cerebral. Va fer-ne una definició rudimentària, deia que estava format per "uns nuclis cel·lulars i per unes branques”. No sabia la funció de les branques i ni tan sols podia assegurar que estiguessin relacionades amb els nuclis. Ell utilitzava una tècnica de tinció que només s’adheria al nucli de les cèl·lules i no podia veure tot el que passava fora.  

El 1871, Joseph von Gerlach, professor d’anatomia a la Universitat d’Erlangen-Nürnberg, també a Alemanya, va presentar la teoria reticular. Com Kölliker, Gerlach va demostrar que existia un entramat de nervis que coexistien amb els nuclis cel·lulars al cervell. Segons ell, aquests nervis formaven una xarxa difusa i no organitzada, i tenien l'única funció d’aportar nutrients als nuclis.

El gran salt va arribar el 1873, quan Golgi va descobrir la reazione nera (reacció negra). Camillo Golgi, que havia nascut en un poble petit dels Alps italians, treballava, de dia, a l’hospital d’Abbiategrasso. De nit feia experiments histològics a la cuina de casa seva. La reazione nera consistia a fer reaccionar nitrat de plata en talls de cervell endurits amb dicromat potàssic. El fet que Golgi utilitzés aquests components i no uns altres va ser fruit, en part, de la casualitat, però també de moltes hores de treball. Com ell mateix assegurava, hi havia arribat “provando e riprovando”. Amb aquest experiment, i a través d’un microscopi, va poder observar tota l’estructura de les cèl·lules del cervell: el nucli, l’axó i les dendrites ramificades (força similar a com coneixem la neurona ara).

Des de València, Santiago Ramón y Cajal va veure-hi un filó i aviat es va interessar per la reazione nera. Va aprendre el mètode de Golgi i el va utilitzar per estudiar els tipus de neurones. Les va classificar segons la llargària dels axons i, meticulós com era, les va dibuixar amb tinta de color sèpia. Cajal va demostrar que, al cervell, la informació es transmet com un flux, gràcies als axons i les dendrites que actuen de cablejat per enviar impulsos entre els nuclis neuronals. L’any 1906, Cajal i Golgi van compartir el premi Nobel, “en reconeixement als seus treballs sobre l’estructura del sistema nerviós”. Kölliker va morir pocs mesos abans de la concessió del Nobel. Havia sigut mentor i amic de Golgi, i va tenir temps d’assabentar-se de la notícia i felicitar-lo. Gerlach havia mort 10 anys abans. Les troballes de Cajal i Golgi desmentien la majoria de les seves teories. No sabem com hauria reaccionat.

Treballs de Ramon y Cajal. Els dibuixos mostren nivells de la circuiteria cerebral (Swanson, 2016)

A finals del segle XX, els estudis de ressonància magnètica van representar un altre salt important per entendre el cervell. Aquesta tècnica, que havia nascut com un mètode per identificar la composició química d’alguns elements gràcies a les seves propietats magnètiques, va evolucionar fins a permetre obtenir imatges de l’estructura i la funció del cos humà, incloent-hi, és clar, el cervell. D'entre totes les seves modalitats, la ressonància magnètica de difusió és capaç de reconstruir les fibres de la substància blanca cerebral –la part del teixit formada pels axons– que enllacen les diferents regions. Així, el concepte de connexió neuronal, que Cajal i Golgi havien utilitzat per explicar com les neurones envien impulsos a través dels axons per comunicar-se amb altres neurones –les sinapsis–, es va extrapolar a regions més grans i es va començar a parlar de connectivitat a gran escala. Des de llavors, diversos estudis han demostrat que l’entramat de fibres cerebrals té una estructura ben definida i que es regeix per les normes de les xarxes complexes, similar a com ho fan les xarxes socials o els biosistemes. L’any 2005, Olaf Sporns, un científic alemany instal·lat a Indiana, va utilitzar per primer cop el terme connectoma per referir-se a l’arquitectura de les connexions cerebrals. El connectoma és el "matrix" del cervell. Els estudis que se’n deriven agrupen dades de milers de persones i utilitzen models computacionals per definir patrons de connectivitat i entendre’n el funcionament i les alteracions degudes a lesions o a malalties.

L’aparició del connectoma ha provocat un canvi de paradigma, en què les connexions són tant o més importants que les regions. En aquest context, científics actuals han revisat els casos de Gage, Leborne i Molaison. El cervell de Gage es conserva al museu d’anatomia de Boston, al costat de la seva inseparable barra de ferro. El de Leborgne es guarda en un pot amb formol en un museu de París. De Molaison no se’n conserva el cervell, però ell va conviure amb la ressonància magnètica, i se’n van poder obtenir imatges in vivo. Amb l’ajuda dels mètodes d’anàlisi  actuals, i utilitzant els models del connectoma definits per Sporns i companyia, s’han pogut reconstruir les imatges d’aquests tres cervells i s’ha vist que els canvis –de personalitat en Gage, de la parla en Leborgne i de memòria en Molaison– foren conseqüència de les lesions però també, i sobretot, van ser el resultat de la manca de connectivitat entre les parts afectades i altres regions del cervell, que, tot i restar intactes, havien quedat desconnectades.

Reconstrucció de les fibres de substància blanca afectades en els cervells de Gage, Leborgne i Molaison (Thiebaut de Schotten, 2015)

REFERÈNCIES

Swanson LW, Lichtman JW. "From Cajal to Connectome and Beyond". Annu Rev Neurosci. 2016 Jul 8;39: 197-216.

Thiebaut de Schotten M, Dell'Acqua F, Ratiu P, Leslie A, Howells H, Cabanis E, Iba-Zizen MT, Plaisant O, Simmons A, Dronkers NF, Corkin S, Catani M. From Phineas Gage and Monsieur Leborgne to H.M.: "Revisiting Disconnection Syndromes". Cereb Cortex. 2015 Dec;25(12): 4812-27.

Sporns O, Tononi G, Kötter R. "The human connectome: A structural description of the human brain". PLoS Comput Biol. 2005 Sep;1(4): e42.

Denis Le Bihan, E. Breton. "Imagerie de diffusion in-vivo par résonance magnétique nucléaire". Comptes-Rendus de l'Académie des Sciences, 1985, 93 (5), p. 27-34.

NOTES

Imatge de portada: reconstrucció tridimensional de neurones del ZEISS Atlas dataset. ZEISS FE-SEM. www.zeiss.com/sem. Cortesia de Daniel Berger, Group of S. Seung, Dep. Brain and Cognitive Sciences, MIT. G. J. Lichtman, Molecular and Cellular Biology, Harvard, EUA.