Pesquisadores da ETH Zurich desenvolveram sondas cerebrais ultraflexíveis que registram com precisão a atividade cerebral sem causar danos aos tecidos. Isso abre novos caminhos para o tratamento de uma série de distúrbios neurológicos e neuropsiquiátricos.
Neuroestimuladores, também conhecidos como marcapassos cerebrais, enviam impulsos elétricos para áreas específicas do cérebro por meio de eletrodos especiais. Estima-se que cerca de 200.000 pessoas em todo o mundo estejam se beneficiando dessa tecnologia, incluindo aquelas que sofrem de doença de Parkinson ou de espasmos musculares patológicos. De acordo com Mehmet Fatih Yanik, professor de neurotecnologia na ETH Zurich, pesquisas futuras expandirão muito as aplicações potenciais: em vez de usá-los exclusivamente para estimular o cérebro, os eletrodos também podem ser usados para registrar com precisão a atividade cerebral e analisá-la em busca de anomalias associadas a distúrbios neurológicos ou psiquiátricos. Em uma segunda etapa, seria concebível no futuro tratar essas anomalias e distúrbios usando impulsos elétricos.
Para esse fim, Yanik e sua equipe desenvolveram um novo tipo de eletrodo que permite gravações mais detalhadas e precisas da atividade cerebral por um longo período de tempo. Esses eletrodos são feitos de feixes de fibras extremamente finas e flexíveis de ouro eletricamente condutor encapsuladas em um polímero. Graças a um processo desenvolvido pelos pesquisadores, esses feixes podem ser inseridos no cérebro muito lentamente, razão pela qual não causam nenhum dano detectável ao tecido cerebral.
Isso diferencia os novos eletrodos das tecnologias rivais. Destes, talvez o mais conhecido na esfera pública seja o da Neuralink, uma empresa de Elon Musk. Em todos esses sistemas, incluindo o da Neuralink, os eletrodos são consideravelmente mais largos. “Quanto mais larga a sonda, mesmo que seja flexível, maior o risco de danos ao tecido cerebral”, explica Yanik. “Nossos eletrodos são tão finos que podem ser enfiados pelos longos processos que se estendem das células nervosas no cérebro. Eles são apenas tão grossos quanto os próprios processos das células nervosas.”
A equipe de pesquisa testou os novos eletrodos nos cérebros de ratos usando quatro feixes, cada um composto de 64 fibras. Em princípio, como Yanik explica, até várias centenas de fibras de eletrodos poderiam ser usadas para investigar a atividade de um número ainda maior de células cerebrais. No estudo, os eletrodos foram conectados a um pequeno dispositivo de gravação preso à cabeça de cada rato, permitindo assim que eles se movessem livremente.
Nenhuma influência na atividade cerebral
Nos experimentos, a equipe de pesquisa conseguiu confirmar que as sondas são biocompatíveis e que não influenciam a função cerebral. Como os eletrodos estão muito próximos das células nervosas, a qualidade do sinal é muito boa em comparação a outros métodos.
Ao mesmo tempo, as sondas são adequadas para atividades de monitoramento de longo prazo, com pesquisadores registrando sinais das mesmas células nos cérebros de animais durante toda a duração de um experimento de dez meses. Os exames mostraram que nenhum dano ao tecido cerebral ocorreu durante esse tempo. Uma vantagem adicional é que os feixes podem se ramificar em direções diferentes, o que significa que podem atingir várias áreas do cérebro.
Testes em humanos começarão em breve
No estudo, o pesquisador usou os novos eletrodos para rastrear e analisar a atividade das células nervosas em várias áreas do cérebro de ratos ao longo de um período de vários meses. Eles foram capazes de determinar que as células nervosas em diferentes regiões foram “coativadas”. Os cientistas acreditam que essa interação síncrona e em larga escala de células cerebrais desempenha um papel fundamental no processamento de informações complexas e na formação da memória. “A tecnologia é de alto interesse para a pesquisa básica que investiga essas funções e seus comprometimentos em distúrbios neurológicos e psiquiátricos”, explica Yanik.
“Isso pode ajudar no desenvolvimento de terapias mais eficazes para pessoas com distúrbios neurológicos e psiquiátricos.”
O grupo se uniu a colegas pesquisadores da University College London para testar o uso diagnóstico dos novos eletrodos no cérebro humano. Especificamente, o projeto envolve portadores de epilepsia que não respondem à terapia medicamentosa. Nesses casos, os neurocirurgiões podem remover uma pequena parte do cérebro onde as convulsões se originam. A ideia é usar o método do grupo para localizar precisamente a área afetada do cérebro antes da remoção do tecido.
Interfaces cérebro-máquina
Também há planos para usar os novos eletrodos para estimular células cerebrais em humanos. “Isso pode ajudar no desenvolvimento de terapias mais eficazes para pessoas com distúrbios neurológicos e psiquiátricos”, diz Yanik. Em distúrbios como depressão, esquizofrenia ou TOC, geralmente há deficiências em regiões específicas do cérebro, o que leva a problemas na avaliação de informações e na tomada de decisões. Usando os novos eletrodos, pode ser possível detectar os sinais patológicos gerados pelas redes neurais no cérebro com antecedência e, então, estimular o cérebro de uma forma que alivie tais distúrbios. Yanik também acha que essa tecnologia pode dar origem a interfaces cérebro-máquina para pessoas com lesões cerebrais. Nesses casos, os eletrodos podem ser usados para ler suas intenções e, assim, por exemplo, controlar próteses ou um sistema de saída de voz.
Esta pesquisa foi financiada em parte por uma Bolsa Consolidadora do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC) concedida a Mehmet Fatih Yanik em 2018 e pelo programa Sinergia da Fundação Nacional Suíça de Ciências.
Referência
Yasar TB, Gombkoto P, Vyssotski AL, Vavladeli AD, Lewis CM, Wu B, Meienberg L, Lundegardh V, Helmchen F, von der Behrens W, Yanik MF: Rastreamento de conjuntos neuronais abrangendo várias áreas do cérebro com eletrodos de tentáculo ultraflexíveis durante meses, Nature Communications, 6 de junho de 2024, doi: 10.1038/s41467'024 -49226-9
Fabio Bergamin
