Engenheiros projetaram um 'cérebro' sem fio pacemaker'que pode detectar e prevenir tremores ou convulsões em pacientes que sofrem de distúrbios neurológicos
De acordo com a Organização Mundial da Saúde (QUEM) os distúrbios neurológicos afetam mais de um bilhão de pessoas em todo o mundo e causam mais de 6 milhões de mortes anualmente. Esses distúrbios incluem epilepsia, Doença de Alzheimer, acidente vascular cerebral ou lesões e Doença de Parkinson. O impacto dessas doenças está presente tanto em países desenvolvidos quanto em desenvolvimento e, muitas vezes, o tratamento não está disponível por falta de um sistema de saúde adequado, pessoal treinado ou outros fatores. A população mundial está envelhecendo e, de acordo com a OMS, nos próximos 30-40 anos mais da metade da população terá mais de 65 anos. É imperativo entender que os distúrbios neurológicos serão um grande fardo para a saúde em um futuro próximo
Um 'marca-passo' para o cérebro
Engenheiros da Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA, projetaram um novo neuroestimulador que pode simultaneamente ouvir ('gravar') e também estimular ('entregar') a corrente elétrica dentro do cérebro. Um tal dispositivo pode proporcionar um tratamento personalizado aperfeiçoado para pacientes que sofrem de distúrbios neurológicos, particularmente doença de Parkinson e epilepsia. O dispositivo é denominado WAND (dispositivo de neuromodulação sem artefatos sem fio) e também pode ser chamado de 'marcapasso cerebral'semelhante ao coração pacemaker – um pequeno dispositivo alimentado por bateria que é capaz de detectar quando o coração está batendo irregularmente e, em seguida, enviar um sinal ao coração para atingir o ritmo correto desejado. Da mesma forma, o cérebro pacemaker é capaz de monitorar sem fio e de forma autônoma a atividade elétrica do cérebro e, uma vez aprendido a identificar sinais ou características de um tremor ou apreensão no cérebro, o dispositivo pode auto-ajustar os parâmetros de estimulação, fornecendo a estimulação elétrica "correta" quando algo não está em ordem. É um sistema de loop fechado que pode gravar e estimular paralelamente e é capaz de ajustar os diferentes parâmetros em tempo real. O WAND é capaz de registrar a atividade elétrica no cérebro em mais de 125 canais em um sistema de circuito fechado. Para uma demonstração prática, os pesquisadores mostraram que o WAND foi capaz de reconhecer e tomar medidas apropriadas para atrasar com sucesso movimentos de braço extremamente específicos em macacos primatas (macacos rhesus).
Desafios com dispositivos anteriores
Um dos maiores desafios para encontrar a terapia certa para um paciente com uma condição neurológica é a longa duração para encontrar primeiro um procedimento e, em seguida, os altos custos envolvidos. Qualquer um desses dispositivos poderia prevenir de forma muito eficaz tremores ou convulsões em pacientes. No entanto, as assinaturas elétricas que precedem a convulsão ou tremor são extremamente sutis. Além disso, a frequência e a força da estimulação elétrica desejada, que tem a capacidade de prevenir esses tremores ou convulsões, também são muito sensíveis. Essa é a razão pela qual pequenos ajustes para pacientes específicos geralmente levam anos antes que qualquer dispositivo seja capaz de fornecer um tratamento ideal. Se esses desafios forem enfrentados de forma adequada, pode haver um aumento definitivo nos resultados e acessibilidade.
Em um novo estudo publicado em Engenharia Biomédica da Natureza, os pesquisadores queriam que o dispositivo desse o melhor resultado possível para um paciente, fornecendo um estímulo ideal. Isso só é possível ouvindo e também gravando os padrões ou assinaturas neurais. No entanto, registrar e estimular sinais elétricos é muito desafiador, pois grandes pulsações que são fornecidas pela estimulação podem sobrecarregar os sinais elétricos no cérebro. O problema com os estimuladores cerebrais profundos atuais é que eles são incapazes de "registrar" e, ao mesmo tempo, "distribuir" estimulação para a mesma região do cérebro. Este aspecto é o mais crucial para qualquer terapia de circuito fechado e nenhum dispositivo está disponível comercialmente ou não.
É aqui que a excepcionalidade do WAND entra em cena. Os pesquisadores projetaram circuitos WAND personalizados que podem "registrar" sinais completos de ondas cerebrais sutis e também de pulsações elétricas mais fortes. A subtração do sinal das pulsações elétricas resulta em um sinal mais claro das ondas cerebrais que nenhum dos dispositivos existentes é capaz de fazer. Assim, a estimulação e o registro simultâneos na mesma região do cérebro nos transmitem os acontecimentos exatos que podem ser usados para projetar uma terapia ideal. WAND permite a reprogramação para uso em diferentes aplicações. Em um experimento ao vivo com macacos, o dispositivo WAND foi proficiente na detecção de assinaturas neurais e foi então capaz de fornecer a estimulação elétrica desejada. Pela primeira vez, um sistema de malha fechada demonstrou realizar essas duas tarefas juntas.
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Fontes)
Zhou A et al 2018. Um dispositivo de neuromodulação de 128 canais sem fio e sem artefato para estimulação e gravação em circuito fechado em primatas não humanos. Engenharia Biomédica da Natureza.
https://doi.org/10.1038/s41551-018-0323-x
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