Pesquisadores registram sem fio atividade cerebral humana durante atividades normais da vida



O fluxo de eletrodos implantados registrou dados em um dispositivo do tamanho de bolso usado por um paciente. Os dados são então transferidos sem fio para um tablet e, em seguida, carregados na nuvem através de um servidor compatível com HIPAA.


Pesquisadores conseguiram registrar sem fio atividade cerebral humana profunda e superficial por um longo período de tempo enquanto o paciente estava em seu ambiente doméstico.

Fonte: NIH-UCSF

Os pesquisadores agora são capazes de registrar sem fio a atividade cerebral diretamente medida de pacientes que vivem com a doença de Parkinson e, em seguida, usar essas informações para ajustar a estimulação fornecida por um dispositivo implantado. O registro direto da atividade cerebral profunda e superficial oferece um olhar único sobre as causas subjacentes de muitos distúrbios cerebrais; no entanto, os desafios tecnológicos até agora limitaram as gravações cerebrais humanas diretas a períodos relativamente curtos de tempo em ambientes clínicos controlados.

Este projeto, publicado na revista Nature Biotechnology,foi financiado pela Iniciativa de Pesquisa Cerebral do Instituto Nacional de Saúde através do Avanço da Iniciativa de Neurotecnologias Inovadoras (BRAIN).


"Este é realmente o primeiro exemplo de registro sem fio de atividade cerebral humana profunda e superficial por um longo período de tempo no ambiente doméstico dos participantes", disse Kari Ashmont, Ph.D., gerente de projetos da NiH BRAIN Initiative. "É também a primeira demonstração de estimulação cerebral adaptativa em casa."

Os dispositivos de estimulação cerebral profunda (DBS) são aprovados pela Food and Drug Administration dos EUA para o gerenciamento dos sintomas da doença de Parkinson, implantando um fio fino, ou eletrodo, que envia sinais elétricos para o cérebro.

Em 2018, o laboratório de Philip Starr, M.D., Ph.D. na Universidade da Califórnia, São Francisco, desenvolveu uma versão adaptativa do DBS que adapta sua estimulação apenas quando necessário com base na atividade cerebral registrada. Neste estudo, o Dr. Starr e seus colegas fizeram várias melhorias adicionais à tecnologia implantada.

"Este é o primeiro dispositivo que permite a gravação contínua e direta do sinal cerebral durante muitas horas", disse o Dr. Starr. "Isso significa que somos capazes de realizar gravações cerebrais inteiras durante um longo período de tempo enquanto as pessoas estão indo sobre suas vidas diárias."

As implicações desse tipo de gravação são significativas. Os padrões de atividade cerebral (assinaturas neurais) normalmente usados para identificar problemas como os sintomas da doença de Parkinson têm sido tradicionalmente registrados em ambientes clínicos em curtos períodos de tempo. Essa nova tecnologia possibilita validar essas assinaturas durante as atividades diárias ordinárias.

"Se você espera usar gravações hospitalares para modificar um estado de doença por meio de estimulação adaptativa, você deve mostrar que eles também são válidos no mundo real", disse o Dr. Starr.

Outra vantagem de registrar durante longos períodos de tempo é que mudanças distintas na atividade cerebral (biomarcadores) que poderiam prever distúrbios de movimento agora podem ser identificadas para pacientes individuais. Ro'ee Gilron, Ph.D., pós-doutorando no laboratório do Dr. Starr e primeiro autor deste estudo, explicou que isso permite um nível de tratamento personalizado de DBS que era impossível de alcançar anteriormente.

"Como somos capazes de construir uma biblioteca de biomarcadores para cada paciente, agora podemos programar cada unidade de DBS de acordo com as necessidades individuais de um paciente", disse o Dr. Gilron. "Isso inclui programas de estimulação personalizados que se adaptam à medida que as necessidades do paciente mudam ao longo do dia."

Uma consideração importante que surge é a implicação ética da (quase) gravação cerebral durante todo o dia. Desde o seu início, a Iniciativa BRAIN DO NIH reconheceu a importância de abordar potenciais considerações éticas relativas ao desenvolvimento e uso de dispositivos que registram ou modulam a atividade cerebral.

Por exemplo, o NiH BRAIN Neuroethics Working Group é um grupo de especialistas em neuroética e neurociência que serve para fornecer à Iniciativa DO NIH BRAIN uma contribuição relacionada à neuroética – um campo que estuda as implicações éticas, legais e sociais da neurociência.

Além do financiamento para pesquisas em neurotecnologia, a Iniciativa também financia pesquisas sobre as implicações éticas dos avanços da neurotecnologia.

"Tivemos pacientes que nos abordaram com preocupações sobre privacidade", disse o Dr. Starr. "Embora não estejamos no ponto em que podemos distinguir comportamentos normais específicos do registro de atividade cerebral, é uma preocupação absolutamente legítima. Dissemos aos pacientes para se sentirem livres para remover seus dispositivos vestíveis e desligar suas gravações cerebrais sempre que se envolverem em atividades que gostariam de manter privadas."

Os pacientes também foram convidados a participar de projetos de neuroética financiados pelo NIH BRAIN Initiative, buscando identificar preocupações sobre essa nova tecnologia (MH114860). Além disso, indivíduos que optaram por sair do projeto de implante foram entrevistados sobre sua decisão. Conforme recomendado por um recente relatório neuroético BRAIN 2.0, essas informações serão usadas para desenvolver diretrizes éticas e protocolos para projetos futuros para alcançar um equilíbrio saudável entre descoberta e privacidade.

Um benefício imprevista deste estudo foi que, por exigir pouco ou nenhum contato direto com os médicos após a cirurgia, foi idealmente adequado para o distanciamento social que é crucial durante a pandemia COVID-19. As tecnologias utilizadas para monitoramento remoto de pacientes e telessaúde foram originalmente projetadas para a conveniência dos sujeitos do estudo, mas possuem aplicações mais amplas para outros projetos de pesquisa que foram paralisados devido ao COVID-19.

"As tecnologias que desenvolvemos e usamos para comunicar e trabalhar remotamente com nossos pacientes também podem permitir que aqueles que não moram perto de uma clínica recebam atualizações 'no ar' para seus dispositivos e visitas de telessaúde de seus neurologistas à medida que gerenciam dispositivos DBS cada vez mais complexos", disse o Dr. Gilron.

A importância de estudar o comportamento em um ambiente natural como o lar no que se refere à atividade neural foi enfatizada em um recente relatório de neurociência cerebral 2.0. Dr. Ashmont ressaltou que este estudo é um passo significativo nessa direção e vai ajudar os cientistas a entender não apenas distúrbios, mas também a representação neural de comportamentos em geral.

“Long-term wireless streaming of neural recordings for circuit discovery and adaptive stimulation in individuals with Parkinson’s disease” by Ro’ee Gilron, Simon Little, Randy Perrone, Robert Wilt, Coralie de Hemptinne, Maria S. Yaroshinsky, Caroline A. Racine, Sarah S. Wang, Jill L. Ostrem, Paul S. Larson, Doris D. Wang, Nick B. Galifianakis, Ian O. Bledsoe, Marta San Luciano, Heather E. Dawes, Gregory A. Worrell, Vaclav Kremen, David A. Borton, Timothy Denison & Philip A. Starr. Nature Biotechnology



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