L’art del no pensar: la funció del repòs cerebral

“Durant els següents deu minuts, relaxi’s, intenti moure’s el mínim possible, procuri no pensar en res i, sobretot, no s’adormi.” Són les instruccions que rep  una persona abans de sotmetre’s a un estudi de ressonància magnètica funcional en repòs.

Al llarg dels darrers vint anys, personal mèdic i investigadors d’arreu del món han repetit aquesta frase a pacients i voluntaris de totes les edats. Això ha portat a un dels descobriments més importants de la neurociència moderna: l’existència del que s’ha anomenat xarxa neuronal per defecte, en anglès default mode network.

No pensar en res. Intenteu-ho.

Aquesta és la clau de l’èxit. Quan ens demanen no pensar en res, el més probable és que ens posem a divagar (en anglès, mind-wandering). El nostre cervell saltarà d’un tema a un altre, potser evocant moments passats o imaginant esdeveniments futurs, sense arribar a focalitzar en res concret. I això és el que volem observar els que ens dediquem a investigar el cervell: l’estudi del repòs no és més que la identificació de patrons comuns en aquest estat de divagació que, a priori, no n’hauria de tenir, de patrons.

La despesa energètica del cervell

Malgrat el tòpic que assegura que només n’utilitzem una part molt petita, sabem que el cervell està actiu la major part del temps, i ho està amb totes les seves capacitats. És un òrgan que ocupa al voltant del 2% del volum del cos humà però que en consumeix el 20% de l’energia. I aquest consum és constant: s’ha demostrat que l’activitat del cervell oscil·la sempre entre el 95% i el 100% de la seva capacitat.

Però, cap on va aquesta energia?

Si hi ha feina a fer, la despesa energètica queda justificada. Per exemple, si hem de memoritzar una sèrie d’imatges, l’energia anirà cap a les àrees cerebrals de la memòria, i segurament també cap a les encarregades del processament visual, que ens permetran identificar i codificar les imatges abans de memoritzar-les. Si estem escoltant una història, seran les regions del llenguatge i la comprensió les que necessitaran més energia. O quan ens emocionem, tota l’energia se’n va cap a les amígdales, unes estructures petites localitzades a la part interna del cervell que són centres d’emmagatzematge i organització de les emocions i dels estímuls relacionats amb la recompensa.      

Tot aquest coneixement el devem als experiments neurocientífics de la dècada dels noranta, que ens van explicar que per estudiar l’activitat del cervell calia posar-lo en acció, i així va néixer la ressonància magnètica funcional, o RMf.

La tècnica mare, la ressonància magnètica, o RM –sense la f–, consisteix en un imant enorme, en forma de tub, que és capaç d’obtenir imatges del que passa dins del cervell gràcies al magnetisme. El vessant funcional, la RMf, recull informació sobre la quantitat  d’oxigen que s’acumula a les diferents parts del cervell. El científic grec, instal·lat a la ciutat alemanya de Tübingen, Nikos Logothetis, va demostrar que l’increment d’oxigen està directament relacionat amb l’activitat cerebral i això va reforçar l’ús de la RMf per estudiar la cognició.

Així, seguint amb els exemples anteriors, si fem entrar un voluntari dins de la màquina de ressonància magnètica i li demanem que premi un botó cada cop que reconegui una imatge determinada a la pantalla, detectarem senyal magnètic a les parts del seu cervell implicades en la memòria, com l’hipocamp. Si en canvi, un cop dins del tub, li donem uns auriculars perquè escolti petites històries, observarem activitat en unes àrees de l’hemisferi esquerre, les encarregades del llenguatge. Per poder copsar les emocions ens caldran tasques més complicades, per exemple, podem mostrar als voluntaris imatges de persones contentes, angoixades o irades, i veurem que la RMf detecta l’increment d’oxigen a les amígdales. Durant aquestes tasques, les regions no s’activen de forma aïllada, sinó que ho fan en sincronia amb altres parts del cervell. Així, de totes les regions que s’activen durant realització d’una tasca, en diem xarxes: la xarxa de la memòria, la xarxa del llenguatge o la xarxa de les emocions.

Com gasta l’energia el cervell quan no fa res?

Mentre estem vius, el cervell no s’apaga mai. Com hem vist, les imatges de RMf durant una tasca cognitiva ens permeten descriure xarxes associades a funcions. Però, si en lloc d’analitzar les imatges mentre fem una activitat, ho fem durant períodes de repòs, veurem que l’increment d’oxigen es concentra en un grup de regions del cervell molt específiques.

Aquestes regions formen el que s’ha anomenat la xarxa neuronal per defecte, o default mode network, i inclouen part de l’escorça medial prefrontal, algunes àrees a l’escorça lateral parietal, el cingulat posterior i precuneus, i l’hipocamp. El terme default ('per defecte') fa referència al fet que són àrees actives en condicions vagatives (en anglès, idle).

Diferents formes de representar la xarxa neuronal per defecte del cervell. D’esquerre a dreta: Els primers estudis de Shulman i companys del 1997; Mapa del patró de la xarxa per defecte sobre l’escorça i les seves oscil·lacions (Fox, 2005); Representació de la xarxa per defecte en forma de xarxa (Andrews-Hanna, 2010).

Com es va descobrir la xarxa neuronal per defecte?

Com la majoria dels grans avenços científics, el descobriment d’aquesta xarxa va ser fruit d’una casualitat. En els estudis clàssics de RMf en tasca cognitiva, s’introduïen blocs o períodes curts de repòs per deixar descansar els subjectes, i alhora per poder tenir imatges d’un estat basal del cervell. A finals dels anys noranta, quan aquests estudis es trobaven en expansió (i també els que utilitzaven una tècnica similar invasiva, la tomografia per emissió de positrons, o PET),  investigadors de la Universitat de Washington (Shulman i col·laboradors) es van adonar que, durant els blocs de repòs, totes les persones activaven de forma similar un grup de regions, i que les desactivaven subseqüentment per deixar pas a l’activitat de les xarxes de tasca. Aquests investigadors van ser els primers a proposar que existia una xarxa característica del repòs cerebral, que era comuna a tots els subjectes i independent de la naturalesa de la tasca, i van especular que podria tenir relació amb el monitoratge de l’estat del cervell i el control de les emocions.  

Al cap de pocs anys, el 2001, en un hospital de la Normandia francesa i gràcies a l’equip liderat per Nathalie Tzourio-Mazoier, es van donar per primera vegada les instruccions del repòs (relaxar-se, no moure’s, no pensar en res) a un grup de 63 voluntaris. Després d’aquests experiments, investigadors d’arreu del món es van interessar per aquest estat de repòs cerebral. Al cap de pocs anys, el concepte de la xarxa neuronal per defecte s’havia consolidat com el patró característic del repòs del cervell.

I quines funcions té aquesta xarxa?

Com tot el que passa al cos humà, si existeix aquest sistema és perquè té una funció que està relacionada amb la nostra supervivència.

La xarxa neuronal per defecte fa referència al pensament autoreferenciat, al jo. Se l’ha anomenat també la xarxa de l'ego. Està activa en el repòs i es desactiva quan realitzem una activitat. Segons el doctor Markus Raiche, quan ens endinsem a realitzar una tasca cognitiva, tendim a oblidar-nos de nosaltres mateixos, i això ens explicaria per què aquesta xarxa es desactiva quan hi ha demanda cognitiva, que ens obliga a focalitzar. La xarxa per defecte s’ha relacionat amb la nostra personalitat, i es planteja com un sistema d’organització d’aquesta. Més enllà de la personalitat individual, les connexions d'aquesta xarxa  també poden predir les nostres relacions socials. Ens fem amics d’aquells que responen igual que nosaltres a les instruccions del no pensar.   

Una altra de les seves grans funcions és la de predicció. És un sistema que està sempre actiu, construint models o patrons al cervell que li serviran per actuar davant d’una demanda externa. Durant el repòs, les diferents xarxes o sistemes es troben en un estat d’alerta activa, estan connectades, amb uns nivells d’activitat molt baixos, però a punt per reaccionar quan arribi un estímul. La xarxa neuronal per defecte, seguint un model que s’ha descrit com a jeràrquic, en té el control. En el moment que apareix un estímul o una demanda externa tota l’energia es focalitzarà cap a la xarxa o xarxes que corresponguin. Seguint amb els exemples anteriors, aquestes serien les xarxes de la memòria, el llenguatge o les emocions, però també hi podríem afegir la xarxa motora, la sensorial o la de l’atenció.

La xarxa per defecte també té una funció cognitiva. El repòs és la condició oposada a la tasca, i com dues cares d’una moneda, el fer i el no fer estan directament relacionats. La xarxa per defecte s’activa en el repòs i es desactiva per deixar pas a les xarxes de la tasca. Aquesta sincronització es pot veure com una relació de competència i està relacionada amb la manera fem les tasques cognitives. La xarxa per defecte té un paper "orquestral", com un sistema que s’ha de desactivar per permetre que l’energia se’n vagi cap a altres regions del cervell.

I com es relaciona amb les principals malalties neuronals?

Tenint en compte els rols i funcions que té sobre la cognició i la funció cerebral, la xarxa neuronal per defecte està vinculada a la majoria de condicions neurològiques i psiquiàtriques. 

Un exemple el trobem en la depressió, una malaltia que es relaciona amb problemes per manipular el món interior. La depressió s’ha caracteritzat per un rumiament excessiu. Rumiar pensaments consisteix a projectar una vegada i una altra esdeveniments que normalment són negatius o incòmodes, que creen situacions d’ansietat i que es converteixen en cercles depressius. Tenir la xarxa per defecte forta o massa connectada es pot convertir en un enemic per sortir d’aquests cercles, ja que ens provoca una introspecció excessiva. Els antidepressius modelen l’activitat d'aquesta xarxa. Segurament la fan més oblidadissa, distreta o descuidada, i ajuden a sortir d’aquests cercles d’autofocalització.

L’esquizofrènia també té els seus orígens en la xarxa neuronal per defecte. Els pacients que la pateixen també tenen la xarxa per defecte hiperactiva, com els depressius.  Però en l’esquizofrènia, la hiperactivitat no es queda concentrada a la mateixa xarxa, i va a parar a altres xarxes: per exemple, les funcions de la xarxa per defecte es barregen amb les funcions d’una xarxa que anomenem prominència (salience, en anglès), i que és la que filtra els estímuls que venen de fora i en decideix la importància. Així, en lloc de rumiar des de dins, aquesta hiperactivitat contribueix a la confusió sobre els senyals externs que arriben al cervell. I és per això (de manera simplificada) que l’esquizofrènia es caracteritza per grans confusions respecte al món exterior.

Les malalties neurodegeneratives tampoc deixen escapar aquesta xarxa. En el cas de l’Alzheimer, la xarxa per defecte es torna caòtica. S’activa quan no toca i s’apaga quan hauria d’estar activa. També es desintegra, es desconnecta, i les connexions que queden lliures enganxen parts d’altres xarxes, els patrons del repòs es confonen amb els de les tasques i el cervell no sap quan toca fer què.

En resum, en poc temps hem viscut el descobriment d’aquesta xarxa i la incorporació de la RMf en repòs en una gran varietat d’estudis, tant els que es pregunten sobre la condició humana com els que volen trobar marcadors per a les diferents malalties neuronals. L’expansió d’aquests estudis coincideix amb una època en què els grans avenços tècnics ens permeten obtenir imatges de bona qualitat i dissenyar algoritmes molt potents per analitzar-les. Així, s’han generat noves incògnites i noves idees per a la investigació i per a la intervenció que ja formen part de les agendes de recerca de molts grups d’investigació. La majoria d’aquestes incògnites les veurem resoltes els següents anys, però segur que vindran acompanyades de noves preguntes i nous reptes.

REFERÈNCIES:

Shulman GL, Fiez JA, Corbetta M, Buckner RL, Miezin FM, Raichle ME, Petersen SE.: "Common Blood Flow Changes across Visual Tasks: II. Decreases in Cerebral Cortex". J Cogn Neurosci. 1997 Fall;9(5):648-63. doi: 10.1162/jocn.1997.9.5.648. PMID: 23965122.

Mazoyer B, Zago L, Mellet E, Bricogne S, Etard O, Houdé O, Crivello F, Joliot M, Petit L, Tzourio-Mazoyer N.: "Cortical networks for working memory and executive functions sustain the conscious resting state in man". Brain Res Bull. 2001 Feb;54(3):287-98. doi: 10.1016/s0361-9230(00)00437-8. PMID: 11287133.

Fox MD, Snyder AZ, Vincent JL, Corbetta M, Van Essen DC, Raichle ME.: "The human brain is intrinsically organized into dynamic, anticorrelated functional networks". Proc Natl Acad Sci U S A. 2005 Jul 5;102(27):9673-8. doi: 10.1073/pnas.0504136102. Epub 2005 Jun 23. PMID: 15976020; PMCID: PMC1157105.

Andrews-Hanna JR, Reidler JS, Sepulcre J, Poulin R, Buckner RL.: "Functional-anatomic fractionation of the brain's default network". Neuron. 2010 Feb 25;65(4):550-62. doi: 10.1016/j.neuron.2010.02.005. PMID: 20188659; PMCID: PMC2848443.

Hyon R, Youm Y, Kim J, Chey J, Kwak S, Parkinson C. Similarity in functional brain connectivity at rest predicts interpersonal closeness in the social network of an entire village. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Dec 29;117(52):33149-33160. doi: 10.1073/pnas.2013606117. Epub 2020 Dec 14. PMID: 33318188.

Sala-Llonch R, Peña-Gómez C, Arenaza-Urquijo EM, Vidal-Piñeiro D, Bargalló N, Junqué C, Bartrés-Faz D. Brain connectivity during resting state and subsequent working memory task predicts behavioural performance. Cortex. 2012 Oct;48(9):1187-96. doi: 10.1016/j.cortex.2011.07.006. Epub 2011 Aug 5. PMID: 21872853.