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Uma nova pesquisa da Universidade da Pensilvânia revelou que a estimulação elétrica precisamente cronometrada para o córtex temporal lateral (o círculo vermelho) pode melhorar de forma confiável e significativa o desempenho do aprendizado e da memória em até 15%. Os círculos azuis indicam as localizações dos eletrodos usados para registrar a atividade cerebral para determinar quando aplicar os pulsos sutis.
Um novo estudo realizado por uma equipe de neurocientistas da Universidade da Pensilvânia mostra que a estimulação elétrica precisamente cronometrada no lado esquerdo do cérebro pode melhorar de forma confiável e significativa o desempenho do aprendizado e da memória em até 15%. É a primeira vez que tal ligação é feita e representa um grande avanço em direção ao objetivo de Restaurar a Memória Ativa, um projeto patrocinado pelo Departamento de Defesa dos EUA que visa desenvolver tecnologias de próxima geração para melhorar a função da memória em veteranos com perda de memória. A nova pesquisa é publicada em Comunicações da Natureza.
“Nosso estudo tem dois aspectos novos”, disse Youssef Ezzyat, cientista de dados sênior do departamento de psicologia da Escola de Artes e Ciências da Penn e autor principal do artigo. “Desenvolvemos um sistema para monitorar a atividade cerebral e desencadear a estimulação de forma responsiva com base na atividade cerebral do sujeito. Também identificamos um novo alvo para aplicação de estimulação, o córtex temporal lateral esquerdo.”
Em trabalhos anteriores da equipe Penn, liderada por Michael Kahana, professor de psicologia e investigador principal do programa RAM, e Daniel Rizzuto, diretor de neuromodulação cognitiva, pulsos elétricos foram emitidos em intervalos regulares, independentemente do sucesso de aprendizagem do sujeito. Por exemplo, durante uma tarefa de memória de recordação livre, os investigadores apresentaram palavras num ecrã para o paciente aprender e aplicaram estimulação cerebral a cada duas palavras num esforço para melhorar o resultado. Neste caso, a estimulação não ocorreu em resposta a padrões específicos de atividade cerebral.
No presente estudo, eles adotaram uma abordagem diferente, que incluiu o monitoramento da atividade cerebral do paciente em tempo real durante uma tarefa. Enquanto o paciente observava e tentava absorver uma lista de palavras, um computador que rastreava e registrava os sinais cerebrais faria previsões com base nesses sinais e, em seguida, geraria um pulso elétrico, em níveis seguros e não sentido pelos participantes, quando eles tivessem menos probabilidade de se lembrar. as novas informações.
“Durante cada nova palavra que o paciente visualizasse, o sistema registraria e analisaria a atividade cerebral para prever se o paciente a aprendeu de forma eficaz. Quando o sistema detectou uma aprendizagem ineficaz, isso desencadeou a estimulação, fechando o ciclo”, disse Ezzyat.
Após a estimulação ser desligada, o sistema ouviria novamente a atividade cerebral do sujeito, aguardando a próxima oportunidade apropriada para gerar o pulso.
O estudo envolveu 25 pacientes neurocirúrgicos em tratamento para epilepsia. Os pacientes participaram de centros clínicos em todo o país, incluindo o Hospital da Universidade da Pensilvânia, o Hospital Universitário Thomas Jefferson, a Universidade do Texas Southwestern, o Hospital Universitário Emory, o Centro Médico Dartmouth-Hitchcock e a Clínica Mayo. Todos os indivíduos já tinham eletrodos implantados em seus cérebros como parte do tratamento clínico de rotina para a epilepsia.
Para construir os modelos que usaram a atividade cerebral para fazer previsões, cada participante realizou a tarefa de memória de recordação livre durante pelo menos três sessões de 45 minutos antes de a equipe da Penn introduzir qualquer estimulação de circuito fechado; múltiplas sessões aumentaram a confiança de que a atividade cerebral ligada à aprendizagem ineficaz refletia um padrão verdadeiro, em vez de um sinal acidental. Os pacientes então participaram de pelo menos uma sessão envolvendo estimulação cerebral.
“Ao desenvolver modelos de aprendizado de máquina personalizados e específicos do paciente”, disse Kahana, “poderíamos programar nosso estimulador para fornecer pulsos apenas quando a memória estivesse prevista para falhar, dando a esta tecnologia a melhor chance de restaurar a função da memória. Isto foi importante porque sabíamos, por trabalhos anteriores, que estimular o cérebro durante períodos de bom funcionamento provavelmente pioraria a memória.”
Com esta descoberta, o projeto RAM de quatro anos aproxima-se de um sistema de monitoramento e estimulação neural totalmente implantável. Os pesquisadores disseram acreditar que há um grande potencial para os benefícios terapêuticos desta estimulação, especialmente para pessoas com lesão cerebral traumática e Alzheimer doença.
“Agora sabemos com mais precisão”, disse Rizzuto, “onde estimular o cérebro para melhorar a memória em pacientes com distúrbios de memória, bem como quando estimular para maximizar o efeito”.
Michael Sperling, investigador de estudos clínicos do Hospital Universitário Thomas Jefferson, acrescentou: “Agora somos capazes de monitorar quando o cérebro parece estar saindo do curso e usar estimulação para corrigir a trajetória. Esta descoberta exigiu um esforço incrível não só dos investigadores, mas também dos nossos pacientes, que se dedicaram extraordinariamente a participar neste projeto para que outros pudessem ser ajudados.”
Referência: “A estimulação de circuito fechado do córtex temporal resgata redes funcionais e melhora a memória” por Youssef Ezzyat, Paul A. Wanda, Deborah F. Levy, Allison Kadel, Ada Aka, Isaac Pedisich, Michael R. Sperling, Ashwini D. Sharan, Bradley C. Lega, Alexis Burks, Robert E. Gross, Cory S. Inman, Barbara C. Jobst, Mark A. Gorenstein, Kathryn A. Davis, Gregory A. Worrell, Michal T. Kucewicz, Joel M. Stein, Richard Gorniak , Sandhitsu R. Das, Daniel S. Rizzuto e Michael J. Kahana, 6 de fevereiro de 2018, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-017-02753-0