Pesquisadores da Northwestern University identificaram um processo no contato direto com cérebro devido ao desenvolvimento de um Implante cerebral sem fiosuave e gentil, que usa luz para enviar informações diretamente ao córtex cerebral.
O aparelho, do tamanho de um selo postal e mais fino que um cartão de crédito, representa um grande avanço para a neurobiologia e a bioeletrônica ao permitir a transmissão de sinais artificiais para neurônios específicos, contornando as vias sensoriais naturais do corpo.
O implante funciona por meio de um até 64 micro-LEDs programáveiscada um tem o mesmo tamanho de um fio de cabelo humano. Ele foi projetado para ser colocado sob o couro cabeludo e na superfície do crânio, permitindo que a luz penetre no osso e alcance os neurônios corticais.
Estes micro-LEDs podem ser controlados de forma independente e em tempo real, tornando possível criar padrões complexos de estimulação neural, imitando a atividade cerebral associada a experiências sensoriais naturais.
Os parâmetros de controle – frequência, intensidade e sequência temporal da luz – permitem a produção de combinações quase infinitas, dando aos pesquisadores um controle refinado sobre as informações recebidas pelos neurônios. “Esta plataforma nos permite criar sinais completamente novos e ver como o cérebro aprende a usá-losdisse a professora Evgenia Kozorovitskyum neurobiólogo da Northwestern que está liderando o estudo experimental.
A função do implante é baseada em optogenéticauma técnica que usa a resposta alterada dos neurônios à luz. Este método facilita a ativação precisa e direcionada de grupos neuronais, diferenciando-se das tecnologias anteriores que dependem de cabos sensíveis ou sondas rígidas que limitam o movimento e o comportamento do sujeito experimental.
Para testar a eficácia do dispositivo, a equipe utilizou ratos com neurônios modificados para reagir à luz. Durante o experimento, os animais foram treinados para associar certos padrões claros a recompensas específicas, como ir a um local específico na câmara de testes.
Na ausência de informações táteis, visuais ou auditivas, o mouse foi capaz de interpretar corretamente as informações transmitidas pela luz, escolhendo com sucesso a porta certa para receber sua recompensa. “Ao escolher consistentemente a porta correta, o animal mostrou que havia recebido a mensagem“, explica Mingzheng Wuprimeiro autor do estudo. Esses resultados mostram que o cérebro pode reconhecer e usar sinais artificiais como informações importantes para a tomada de decisões comportamentais.
Ao contrário do sistema antigo, que exigia a conexão de fibras ópticas ao cérebro e a movimentação do animal, o novo implante sem fio permite que o sujeito o segure. comportamento natural. Isto facilita o estudo da integração de sinais artificiais no mundo social e natural, o que é um passo importante no desenvolvimento de tecnologias aplicáveis aos seres humanos.
O implante incorpora inovações tecnológicas fundamentais em comparação com versões anteriores. O design flexível e adaptável, aliado à atenuação dos micro-LEDs e à ausência de fios externos, minimiza a invasividade e os riscos dos implantes rígidos.
Enquanto o experimento anterior usou uma única sonda micro-LED, a nova versão usa um matriz programávelaumentando a capacidade de codificação de padrões e simulando de forma realista a atividade distribuída em circuitos neurais corticais.
Além disso, é possível observar avanços no controle sem fio e na possibilidade de cirurgia completa do sistema sob a pele. “Ao introduzir microLEDs flexíveis e adaptáveis, cada um deles tão pequeno quanto um fio de cabelo humano, John A. Rogerspioneira em bioeletrônica e responsável pelo desenvolvimento da tecnologia.
“Representa um grande avanço na criação de dispositivos que podem se comunicar com o cérebro sem a necessidade de cabos pesados ou equipamentos externos extensos.“, acrescentou.
O potencial terapêutico desta tecnologia é vasto. Entre as aplicações mais promissoras estão o feedback sensorial para membros protéticos e a restauração de sentidos como visão e audição, enviando estímulos artificiais diretamente ao cérebro.
Além disso, o implante pode alterar a sensação de dor sem depender de opioides ou outras drogas sistêmicas, melhorar o processo de recuperação após lesões graves ou derrames e até controlar membros robóticos por meio da interpretação de sinais cerebrais.
“Isso nos aproxima de recuperar os sentidos perdidos após uma lesão ou doençaao mesmo tempo que nos oferece uma visão dos princípios fundamentais pelos quais vemos o mundo”, disse Kozorovitskiy.
Apesar do seu potencial, a tecnologia enfrenta limitações significativas na sua tradução para a prática clínica humana. Atualmente, o teste foi realizado em camundongos modificados para responder à luz, por isso é necessário verificar a segurança, eficiência e precisão no cérebro humano,
“O número de padrões que podemos criar com diferentes combinações de LED, frequências, intensidades e sequências temporais é quase infinito.”Wu observa.
Os pesquisadores buscam aumentar o número de micro-LEDs, reduzir sua distância e experimentar diferentes comprimentos de onda que possam atingir áreas mais profundas do cérebro, além de observar “vários padrões que o cérebro pode aprender”.
Por outro lado, o acesso direto ao dispositivo no processo em que o cérebro converte a atividade elétrica em experiência levanta questões éticas e sociais sobre privacidade, controlo e autonomia.
A possibilidade de transmissão e manipulação de informação neural abre um debate sobre os limites e perigos da neurotecnologia, bem como os possíveis efeitos a longo prazo da estimulação artificial. “Esta tecnologia nos permite acessar diretamente esse processo” Kozorovitskiy observa, discutindo como o cérebro cria experiência a partir de sinais elétricos processados externamente.
O desenvolvimento do implante representa um avanço técnico e tecnológico na convergência da neurociência e da bioeletrônica. Rogers enfatizou: “Isto é valioso a curto prazo para a investigação básica em neurociências e a longo prazo para resolver desafios de saúde humana.“.
A capacidade de organizar e transferir os padrões mentais do cérebro, sem restrições físicas e com um controlo sem precedentes, redefine a investigação sobre processos perceptivos e o desenvolvimento de futuras soluções médicas baseadas na comunicação cerebral.
