Como as células cerebrais se comunicam umas com as outras permanece em grande parte envolta em mistanãrio, mas uma sonda que registra sinais de neura´nios com clareza e precisão sem precedentes pode ajudar a desvendar esses segredos, de acordo com um estudo realizado por pesquisadores do Massachusetts General Hospital (MGH) e colegas em vários outros. instituições. Essas descobertas, relatadas na Nature Neuroscience , podem lana§ar as bases para uma melhor compreensão de como o cérebro funciona, as origens de doenças neurolégicas e muito mais.

Em 2017, uma empresa de tecnologia digital na Banãlgica chamada IMEC, em conjunto com o Howard Hughes Medical Institute (incluindo o Janelia Research Campus), introduziu a sonda Neuropixels, uma ferramenta para registrar a atividade das células cerebrais, ou neura´nios. "O dispositivo Neuropixels revolucionou o campo da neurociaªncia", diz a neurocientista e eletrofisiologista Angelique Paulk, Ph.D., pesquisadora do Centro de Neurotecnologia e Neurorecuperação do MGH e principal autora do estudo.

As tecnologias anteriores para registrar a atividade dos neura´nios geralmente dependiam de eletrodos relativamente grandes inseridos no cérebro. "Eles podem experimentar a atividade de milhares de células cerebrais de uma são vez, mas isso produz uma visão embaa§ada", diz Paulk. Ela muda para uma analogia de a¡udio para descrever a qualidade das gravações de dispositivos mais antigos: imagine estar no meio de um esta¡dio de futebol lotado, ouvindo a multida£o rugir. Por outro lado, a sonda Neuropixels émuito menor, mas tem uma resolução muito superior. "Em vez disso, écomo se vocêpudesse gravar centenas de vozes individuais, cada uma com seu pra³prio microfone", diz Paulk.

A sonda Neuropixels original, no entanto, foi projetada como uma ferramenta de pesquisa para uso em pequenos animais de laboratório, como roedores. Os neurocientistas imediatamente manifestaram interesse em uma ferramenta que pudesse ser usada para estudar cérebros humanos , o que exigia algumas modificações. Por exemplo, a sonda Neuropixels original era muito fra¡gil para ser usada no grande cérebro humano, então teve que ser mais espessa. Ainda assim, diz Paulk, a sonda tem apenas a largura de cerca de três fios de cabelo.

O objetivo do relatório da Nature Neuroscience era desenvolver técnicas para usar a sonda Neuropixels modificada para registrar a atividade cerebral em pacientes humanos submetidos a neurocirurgia em uma sala de cirurgia. Nove pacientes já programados para fazer neurocirurgia para tratar várias condições diferentes consentiram em permitir que os neurocirurgiaµes do MGH registrassem sua atividade cerebral durante os procedimentos.

A equipe, que incluiu o especialista em epilepsia Sydney Cash, MD, Ph.D., e o neurocirurgia£o Ziv Williams, MD, ambos do MGH, enfrentou desafios ao usar a sonda Neuropixels em humanos, pois seis tentativas de registrar a atividade cerebral não tiveram sucesso. No entanto, eles foram capazes de registrar com sucesso a atividade cerebral em três pacientes, um em tratamento para epilepsia, enquanto os outros dois receberam implantes para fornecer estimulação cerebral profunda para o tratamento de distúrbios do movimento. Em um dos últimos pacientes, a equipe registrou a atividade de 202 neura´nios individuais.

Por que éimportante registrar o comportamento de neura´nios individuais? "Graças a novas ferramentas de alta resolução, estamos descobrindo que diferentes tipos de células estãofazendo coisas muito interessantes", diz Paulk. Por exemplo, os neura´nios excitata³rios geram sinais, enquanto os neura´nios inibitórios os retardam ou os interrompem. Pequenas sondas já disponí­veis podem registrar a atividade de um ou dois neura´nios, "mas isso significa que vocênão estãorealmente capturando a diversidade de tipos de células", diz Paulk. "Ser capaz de amostrar 200 células ao mesmo tempo nos diz como as células conversam entre si. a‰ essa interação especial que permite que nossos circuitos cerebrais funcionem."

A decodificação da comunicação entre os neura´nios com o auxa­lio da sonda Neuropixels e outras ferramentas pode levar a novas revelações sobre condições neurolégicas como epilepsia e como as células tumorais invadem células vizinhas no cérebro , diz Paulk, além de auxiliar desenvolvedores de ferramentas que permitem que pessoas com deficiência para usar seus cérebros para operar computadores e dispositivos robóticos que lhes permitem viver de forma mais independente. Em última análise, essa nova tecnologia pode fornecer informações valiosas sobre a própria natureza da cognição, como formamos pensamentos e percebemos o mundo ao nosso redor.

Paulk éinstrutor de Neurologia na Harvard Medical School (HMS). Cash éprofessor associado de Neurologia no HMS e dirige o Cash Lab no MGH Center for Neurotechnology and Neurorecovery. Williams éprofessor associado de Neurocirurgia no HMS e dirige o Williams Lab no Center for Nervous System Repair no HMS.