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Criança usando um dos scanners cerebrais estilo capacete MEG-OPM. Crédito: Universidade de Nottingham
Pesquisas recentes usando scanners cerebrais vestíveis oferecem novos insights sobre o desenvolvimento do cérebro das crianças, rastreando como marcos críticos estão ligados à atividade cerebral e explorando os fundamentos de condições de neurodesenvolvimento como o autismo.
Uma nova pesquisa forneceu a visão mais detalhada do cérebro em desenvolvimento de crianças pequenas, usando um scanner cerebral vestível para mapear a atividade elétrica. Este estudo abre caminho para novos métodos para monitorar como marcos essenciais do desenvolvimento, como andar e falar, são apoiados pela evolução das funções cerebrais, e para explorar as origens de condições de desenvolvimento neurológico como o autismo.
A equipe de pesquisa usou um novo design de scanner de magnetoencefalografia (MEG) para medir a eletrofisiologia cerebral em crianças de apenas dois anos. Cientistas da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Nottingham lideraram o estudo, e as descobertas foram publicadas na revista e-Vida.
As células cerebrais operam e se comunicam produzindo correntes elétricas. Estas correntes geram pequenos campos magnéticos que podem ser detectados fora da cabeça. Os pesquisadores usaram seu novo sistema para medir esses campos e modelagem matemática para transformar esses campos em imagens de alta fidelidade que mostram, milissegundo por milissegundo, quais partes do cérebro estão envolvidas quando realizamos tarefas.
Inovações em scanners cerebrais vestíveis
O scanner cerebral vestível é baseado em tecnologia quântica e usa sensores do tamanho de peças de LEGO – chamados magnetômetros bombeados opticamente (OPMs) – que são incorporados a um capacete leve para medir os campos gerados pela atividade cerebral. O design exclusivo significa que o sistema pode ser adaptado para qualquer faixa etária, desde crianças até adultos. Os sensores podem ser colocados muito mais próximos da cabeça, melhorando a qualidade dos dados. O sistema também permite que as pessoas se movam enquanto o usam, tornando-o ideal para digitalizar crianças que têm dificuldade em permanecer imóveis em scanners convencionais.
27 crianças (com idades entre 2 e 13 anos) e 26 adultos (com idades entre 21 e 34 anos) participaram do estudo, que examinou um componente fundamental da função cerebral chamado “oscilações neurais” (ou ondas cerebrais). Diferentes áreas do cérebro são responsáveis por diferentes aspectos do comportamento e as oscilações neurais promovem a comunicação entre essas regiões. A equipe de pesquisa mediu como essa conectividade muda à medida que crescemos e como nossos cérebros usam rajadas curtas e pontilhadas de atividade eletrofisiológica para inibir redes de regiões cerebrais e, consequentemente, para controlar como atendemos aos estímulos sensoriais recebidos.
Comentários dos líderes de pesquisa
O trabalho foi liderado conjuntamente pelo Dr. Lukas Rier e pela Dra. Universidade de NottinghamEscola de Física e Astronomia. Dr. Rier disse: “O sistema vestível abriu novas oportunidades para estudar e compreender o cérebro das crianças em idades muito mais jovens do que era possível anteriormente com o MEG. Existem razões importantes para passar para participantes mais jovens: do ponto de vista neurocientífico, muitos marcos críticos no desenvolvimento ocorrem nos primeiros anos (até meses) de vida. Se pudermos usar a nossa tecnologia para medir as atividades cerebrais que sustentam esses marcos de desenvolvimento, isso ofereceria uma nova compreensão da função cerebral.”
A pesquisa, que foi financiada pelo Conselho de Pesquisa em Engenharia e Física (EPSRC), incluiu colaboradores acadêmicos do Hospital SickKids em Toronto, Canadá, e parceiros da indústria da empresa americana de dispositivos atômicos QuSpin e da empresa Cerca Magnetics Limited, sediada em Nottingham.
Dr. Rhodes era estudante de graduação em Física da Universidade de Nottingham e estudante de pós-graduação quando o trabalho foi realizado. Ela agora passou para um cargo de pós-doutorado em Toronto e explica: “Este estudo é o primeiro desse tipo usando tecnologia MEG vestível e fornece uma plataforma para lançar novas pesquisas clínicas em distúrbios infantis. Isto significa que podemos começar a explorar não apenas o desenvolvimento saudável do cérebro, mas também os substratos neurais que estão na base do desenvolvimento atípico nas crianças.”
A neurocientista de renome mundial Dra. Margot Taylor – também autora do artigo – está liderando pesquisas sobre autismo em Toronto. Ela disse: “Nosso trabalho é dedicado a estudar a função cerebral em crianças com e sem autismo. Este estudo é o primeiro a demonstrar que podemos acompanhar o desenvolvimento do cérebro desde uma idade muito jovem. Isto é extremamente emocionante para uma possível tradução para pesquisa clínica e trabalhos como este nos ajudam a entender como o autismo se desenvolve.”
Referência: “Rastreando a trajetória do neurodesenvolvimento das oscilações da banda beta com magnetoencefalografia baseada em magnetômetro com bomba óptica” por Lukas Rier, Natalie Rhodes, Daisie O Pakenham, Elena Boto, Niall Holmes, Ryan M Hill, Gonzalo Reina Rivero, Vishal Shah, Cody Doyle, James Osborne, Richard W Bowtell, Margot Taylor e Matthew J Brookes, 4 de junho de 2024, e-Vida.
DOI: doi:10.7554/eLife.94561
A Universidade lançou uma empresa spin-out Cerca Magnética em 2020 para comercializar scanners OPM-MEG e tecnologias relacionadas. O sistema vestível foi instalado em diversas instituições de pesquisa de alto nível em todo o mundo, incluindo o hospital SickKids em Toronto. As equipas de investigação de ambas as instituições estão agora a trabalhar em conjunto para expandir a quantidade de dados sobre o neurodesenvolvimento, tanto sobre a função cerebral saudável como atípica.