Novas pesquisas identificam uma regia£o do cérebro onde tanto as ma£os imaginadas quanto as palavras faladas podem ser decodificadas, indicando uma regia£o candidata promissora para implantes cerebrais para aplicações neuroprotanãticas.

Todos os anos, as vidas de centenas de milhares de pessoas são severamente interrompidas quando perdem a capacidade de se mover ou falar como resultado de lesão na coluna vertebral, acidente vascular cerebral ou doenças neurolégicas. No Caltech, neurocientistas do laboratório de Richard Andersen, professor de NeurociênciaJames G. Boswell, e lider e diretor do Tianqiao & Chrissy Chen Brain-Machine Interface Center, estãoestudando como o cérebro codifica movimentos e fala, a fim de potencialmente restaurar essas funções aos indivíduos que as perderam.

As interfaces cérebro-ma¡quina (BMIs) são dispositivos que gravam sinais cerebrais e os interpretam para emitir comandos que operam dispositivos auxiliares externos, como computadores ou membros robóticos. Assim, um indiva­duo pode controlar tal maquinaria apenas com seus pensamentos. Por exemplo, em 2015, a equipe de Andersen e colegas trabalharam com um participante tetraplanãgico para implantar eletrodos de gravação em uma parte do cérebro que forma intenções de se mover. O IMC permitiu que o participante direcionasse um membro roba³tico para alcana§ar e pegar um copo, apenas pensando nessas ações.

Agora, uma nova pesquisa do laboratório Andersen identificou uma regia£o do cérebro, chamada de giro supramarginal (SMG), que codifica movimentos de preensão e fala osindicando uma regia£o candidata promissora para a implantação de IMCs mais eficientes que podem controlar vários tipos de pra³teses nos doma­nios de preensão e fala.

A pesquisa édescrita em um artigo publicado na revista Neuron em 31 de mara§o. Sarah Wandelt, estudante de pós-graduação no programa de computação e sistemas neurais da Caltech, éa primeira autora do estudo.

A localização exata no cérebro onde os eletrodos são implantados afeta o desempenho do IMC e o que o dispositivo pode interpretar a partir de sinais cerebrais. No estudo de 2015 mencionado anteriormente, o laboratório descobriu que os IMCs são capazes de decodificar intenções motoras enquanto um movimento estãosendo planejado e, portanto, antes do ini­cio dessa ação, se estiverem lendo sinais de uma regia£o cerebral de altonívelque governa as intenções: o cortex parietal posterior (PPC). Implantes de eletrodos nessa área, então, poderiam levar ao controle de um repertório de movimentos muito maior do que áreas motoras mais especializadas do cérebro.

Devido a  capacidade de decodificar a intenção e traduzi-la em movimento, um implante no PPC requer apenas que o paciente pense no desejo de agarrar um objeto, em vez de ter que visualizar cada um dos movimentos precisos envolvidos na preensão - abrir a ma£o, desdobrar cada dedo, colocando a ma£o em torno de um objeto, fechando cada dedo e assim por diante.

“Quando vocêestende a ma£o para pegar um copo de a¡gua, vocênão pensa conscientemente nos movimentos precisos envolvidos osvocêsimplesmente pensa na ação desejada e suas áreas motoras mais especializadas fazem o resto”, diz Wandelt. “Nosso objetivo éencontrar regiaµes do cérebro que possam ser facilmente decodificadas por um IMC para produzir movimentos de compreensão total, ou mesmo fala, como descobrimos neste estudo”.

O SMG éuma regia£o dentro do PPC. Estudos anteriores com primatas não humanos e ressonância magnanãtica funcional (fMRI) realizados com humanos indicaram que o SMG foi ativado para movimentos de preensão. Nesta nova pesquisa, a equipe implantou uma sanãrie de microeletrodos no SMG de um participante tetraplanãgico e, em seguida, mediu a atividade cerebral enquanto a pessoa imaginava fazer movimentos de preensão. O implante de matriz de eletrodos, que tem 96 eletrodos de gravação em um chip quadrado de 4,4 por 4,2 mila­metros, menor que a unha do polegar, mediu a atividade de 40 a 50 neura´nios durante cada sessão de gravação. O estudo mostrou pela primeira vez que as populações de neura´nios individuais no SMG humano codificam uma variedade de movimentos imaginados.

Em seguida, a equipe acompanhou pesquisas anteriores sugerindo que o SMG estãoenvolvido nos processos de linguagem para ver se a fala pode ser decodificada a partir dos sinais neurais gravados no implante. Os pesquisadores pediram ao participante para falar palavras especa­ficas e simultaneamente mediram a atividade do SMG. Esses experimentos mostraram que as palavras faladas, sejam tipos de preensão falada (por exemplo, posições das ma£os chamadas de tripéde escrita ou pina§a palmar) ou cores faladas (como "verde" ou "amarelo") podem ser decodificadas a partir da atividade neural. Isso sugere que o SMG seria uma boa regia£o candidata para implantação de IMCs, pois os IMCs poderiam ser conectados a pra³teses que permitem que uma pessoa se mova e fale.

“A descoberta de uma área que codifica tanto a compreensão imaginada quanto as palavras faladas estende o conceito de IMCs cognitivos, nos quais os sinais de áreas cognitivas de altoníveldo cérebro podem fornecer uma variedade muito grande de sinais cerebrais aºteis”, diz Andersen. “Neste estudo, a atividade relacionada a  fala foi para palavras faladas, e nosso pra³ximo passo éver se a fala imaginada, esse dia¡logo interno que temos conosco, também pode ser decodificada a partir do SMG”.

O artigo éintitulado "Decodificação de sinais de compreensão e fala do circuito de compreensão cortical em um humano tetraplanãgico" e épublicado na Neuron.