How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

Translator: Elisabet Delgado Mas Reviewer: Anna Comas-Quinn

"És al cervell que la rosella és vermella, la poma fa olor i canta l'alosa"

As far as we know,

Pel que sabem,

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

al sistema solar només hi ha una cosa

prou sofisticada per estudiar-se a si mateixa:

the human brain.

el cervell humà.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Però aquesta auto-recerca és tot un repte:

a living brain is shielded by a thick skull,

el cervell està protegit per un crani gruixut,

swaddled in layers of protective tissue,

embolicat en capes de teixit protector,

and made up of billions of tiny, connected cells.

i fet de milers de milions de minúscules cèl·lules connectades.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

Per això és tan difícil aïllar, observar i entendre

malalties com l'Alzheimer.

like Alzheimer’s.

So how do we study living brains without harming their owners?

Com podem estudiar el cervell d'una persona viva sense fer-li mal?

We can use a trio of techniques called EEG,

Podem fer servir tres tècniques

anomenades EEG, IRMf i PET.

fMRI,

and PET.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

Cada una mesura una cosa diferent, i té els seus pros i contres.

and we’ll look at each in turn.

Ara les veurem una per una.

First is EEG, or electroencephalography,

En primer lloc, l'EEG o electroencefalograma

which measures electrical activity in your brain.

que mesura l'activitat elèctrica al cervell.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Quan les cèl·lules del cervell es comuniquen,

produeixen senyals elèctriques.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

Elèctrodes col·locats al crani capten aquests senyals

and differences in the signals detected between electrodes

i les diferències dels senyals detectats entre els elèctrodes

provide information about what’s happening.

ens donen informació sobre el que està passant.

This technique was invented almost 100 years ago,

Aquesta tècnica es va inventar fa gairebé 100 anys

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

i encara es fa servir per diagnosticar l'epilèpsia o els trastorns del son.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

També es fa servir per investigar quines àrees del cervell s'activen

during learning or paying attention.

quan aprenem o parem atenció.

EEG is non-invasive,

L'EEG és una tècnica no invasiva,

relatively inexpensive,

relativament barata

and fast:

i ràpida:

it can measure changes that occur in just milliseconds.

pot mesurar canvis que es produeixen en mil·lisegons.

Unfortunately, it’s hard to determine

Desgraciadament, és difícil saber

exactly where any particular pattern originates.

exactament on comença un patró qualsevol.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Contínuament es generen senyals elèctrics per tot el cervell

and they interact with each other to produce complex patterns.

i interaccionen els uns amb els altres per produïr patrons complexos.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

Fer servir més elèctrodes o algoritmes de processament de dades pot ajudar.

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

Però, al final, mentre l'EEG ens pot dir

amb molta precisió quan passa una certa activitat,

it can’t tell you precisely where.

no ens pot dir exactament a on.

To do that, you’d need another technique,

Per fer-ho, es necessita una altra tècnica

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

com la ressonància magnètica funcional o IRMf

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

que mesura com de ràpid es consumeix l'oxigen al cervell.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

Les regions actives del cervell fan servir oxigen més ràpidament.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

Per tant, veure la IRMf d'algú mentre fa tasques cognitives o de comportament

can provide information about which regions of the brain might be involved.

pot donar-nos informació sobre les regions del cervell involucrades.

That allows us to study everything from how we see faces

Això ens permet estudiar-ho tot des de com veiem cares

to how we understand what we’re feeling.

fins a com entenem el que sentim.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

La IRMf permet localitzar diferències en l'activitat cerebral

amb un marge de pocs mil·límetres,

but it’s thousands of times slower than EEG.

però és milers de vegades més lenta que una EEG.

Using the two techniques together

Fer servir les dues a la vegada

can help show when, and where, neural activity is occurring.

pot ajudar a descobrir quan i on té lloc l'activitat cerebral.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

La tercera tècnica, encara més precisa, es diu tomografia per emissió de positrons

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

i mesura elements radioactius que introduïm al cervell.

That sounds much scarier than it actually is;

Això sona pitjor del que realment és;

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

una PET, com una IRMf i un EEG, és completament segura.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

Durant una PET, una petita quantitat d'una substància radioactiva

anomenada indicador s'injecta al corrent sanguini,

is injected into the bloodstream,

and doctors monitor its circulation through the brain.

i els doctors monitoren com circula pel cervell.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

Modificant l'indicador perquè s'adhereixi a molècules específiques,

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

es pot estudiar la complexa química del cervell.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

És útil per estudiar com afecten el cervell drogues noves

and detecting diseases like Alzheimer’s.

i detectar malalties com l'Alzheimer.

But this technique has the lowest time resolution of all

Però aquesta tècnica té la resolució temporal més baixa de totes

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

ja que l'indicador tarda minuts a circular i fer aparèixer els canvis.

These techniques collectively help doctors and scientists

El conjunt d'aquestes tècniques ajuda als metges i investigadors

connect what happens in the brain with our behavior.

a connectar el que passa al cervell amb el nostre comportament.

But they’re also limited by how much we still don't know.

Però els limita tot allò que encara no sabem.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

Per exemple, per investigar com funciona la memòria.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

Podem demanar a 50 participants que memoritzin sèries d'imatges

mentre són a escàners de RMI, i analitzar els resultats

the researchers might analyze the results

and discover a number of active brain regions.

per descobrir les regions actives al cervell.

Making a link between memory and specific parts of the brain

Vincular la memòria amb regions específiques del cervell

is an important step forward.

és un pas important.

But future research would be necessary

Però la recerca del futur necessitarà entendre millor

to better understand what’s happening in each region,

el que passa a cada regió, com treballen conjuntament

how they work together,

i si l'activitat és deguda al seu paper en la memòria

and whether the activity is because of their involvement in memory

or another process occurring simultaneously.

o altres processos que tenen lloc simultàniament.

More advanced imaging and analysis technology

Noves tècniques d'imatge i tecnologies més avançades

might one day provide more accurate results

ens podran oferir algun dia resultats més acurats

and even distinguish

i fins i tot diferenciar l'activitat d'una sola neurona.

the activity of individual neurons.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

Fins llavors, els nostres cervells seguiran mesurant, analitzant i innovant

in pursuit of that quest to understand

perseguint la missió d'entendre

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

una de les coses més extraordinàries amb la que mai ens hem trobat.