Neurocientistas criam modelo para estudar supressão de explosão e estados cerebrais

Pesquisadores de Harvard e MIT estão estudando as diferentes ondas de atividade elétrica produzidas por diferentes estados cerebrais. O cérebro produz ondas muito diferentes quando está alerta, dormindo, relaxado e quando entra em certos estados profundamente inativos durante a anestesia geral ou o coma. Ao estudar o comportamento dos neurônios no cérebro, os pesquisadores criaram um modelo que pode levar a uma melhor compreensão de quanta supressão de explosão é necessária para uma proteção ideal do cérebro durante estados médicos induzidos.

Diferentes estados cerebrais produzem diferentes ondas de atividade elétrica, com o cérebro alerta, o cérebro relaxado e o cérebro adormecido produzindo padrões de eletroencefalograma (EEG) facilmente distinguíveis. Esses padrões mudam ainda mais dramaticamente quando o cérebro entra em certos estados profundamente inativos durante a anestesia geral ou o coma.

Pesquisadores do MIT e da Universidade de Harvard descobriram agora como surge um desses estados inativos, conhecido como supressão de explosão. A descoberta, relatada na edição online do Proceedings of the National Academy of Sciences na semana de 6 de fevereiro, poderia ajudar os pesquisadores a monitorar melhor outros estados nos quais ocorre a supressão de surtos. Por exemplo, também é observado nos cérebros de vítimas de ataques cardíacos que são resfriados para evitar danos cerebrais devido à privação de oxigênio, e nos cérebros de pacientes deliberadamente colocados em coma médico para tratar uma lesão cerebral traumática ou convulsões intratáveis.

Durante a supressão de surtos, o cérebro fica quieto por vários segundos de cada vez, pontuados por curtos surtos de atividade. Emery Brown, professor de ciências cerebrais e cognitivas do MIT e de ciências e tecnologia da saúde e anestesista do Massachusetts General Hospital, começou a estudar a supressão de explosão no cérebro anestesiado e em outros estados cerebrais na esperança de descobrir um mecanismo fundamental para como o padrão surge . Esse conhecimento poderia ajudar os cientistas a descobrir quanta supressão de explosão é necessária para uma proteção ideal do cérebro durante a hipotermia induzida, quando este estado é criado deliberadamente.

“Você poderá desenvolver uma maneira muito mais baseada em princípios para orientar a terapia para o uso de supressão de surtos em casos de coma médico”, diz Brown, autor sênior do artigo PNAS. “A questão é: como saber se os pacientes estão suficientemente protegidos pelo cérebro? Eles deveriam ter uma explosão a cada segundo? Ou um a cada cinco segundos?

Modelagem de atividade elétrica

ShiNung Ching, pós-doutorado no laboratório de Brown e autor principal do artigo PNAS, desenvolveu um modelo para descrever como surge a supressão de explosão, com base no comportamento dos neurônios no cérebro. O disparo dos neurônios é controlado pela atividade de canais que permitem que íons como potássio e sódio fluam para dentro e para fora da célula, alterando sua voltagem.

Para cada neurônio, “somos capazes de modelar matematicamente o fluxo de íons para dentro e para fora do corpo celular, através da membrana”, diz Ching. Neste estudo, a equipe combinou muitos neurônios para criar um modelo de uma grande rede cerebral. Ao mostrar como tanto o resfriamento quanto certos medicamentos anestésicos reduzem o uso de ATP pelo cérebro (a moeda energética da célula), os pesquisadores foram capazes de gerar padrões de supressão de explosão consistentes com aqueles realmente observados em pacientes humanos.

Esta é a primeira vez que reduções na atividade metabólica no nível dos neurônios foram associadas à supressão de explosão, e sugere que o cérebro provavelmente usa a supressão de explosão para conservar energia vital durante períodos de trauma.

“O que é realmente interessante nisso é a ideia de que a regulação metabólica dos estoques de energia celular desempenha um papel na dinâmica observada do EEG. Essa é uma maneira diferente de pensar sobre os determinantes do EEG”, diz Nicholas Schiff, professor de neurologia e neurociência no Weill Cornell Medical College, que não esteve envolvido nesta pesquisa.

O cérebro em desenvolvimento

A supressão de explosão também é observada em bebês nascidos prematuramente. À medida que esses bebês envelhecem, seus padrões cerebrais passam para o padrão contínuo normal. Brown especula que em bebés prematuros, o cérebro pode estar a proteger-se através da conservação de energia.

“Quando você observa o desenvolvimento dessas crianças, podemos facilmente começar a sugerir maneiras de acompanhar quantitativamente sua melhoria. Portanto, os mesmos algoritmos que usamos para rastrear a supressão de surtos na sala de cirurgia poderiam ser usados ​​para rastrear o desaparecimento da supressão de picos nessas crianças”, diz Brown.

Esse rastreamento poderia ajudar os médicos a determinar se os bebês prematuros estão avançando em direção ao desenvolvimento normal ou se têm um distúrbio cerebral subjacente que, de outra forma, poderia não ser diagnosticado, diz Ching.

Em estudos futuros, os pesquisadores planejam estudar bebês prematuros, bem como pacientes cujos cérebros estão resfriados e aqueles em coma induzido. Tais estudos poderiam revelar quanta supressão de explosão é suficiente para proteger o cérebro nessas situações vulneráveis.