Neurociências e Neuroengenharia

O Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra (IIN-ELS) possui o diferencial de realizar pesquisa translacional, àquela que tem início na ciência básica e é concluída na aplicação prática do conhecimento apreendido. Tanto o IIN-ELS, quanto a curso de Mestrado em Neuroengenharia do IIN-ELS, desenvolvem pesquisas de duas áreas de concentração: Interface Cérebro-máquina (ICM) e Neuromodulação.

 

Interface-cérebro máquina (ICM): estabelece comunicação direta entre o sistema nervoso e artefatos robóticos, eletrônicos ou computacionais, por meio do uso de sinais neurofisiológicos e de micro-estimulação cerebral. Exemplos de sinais captados do sistema nervoso central são eletroencefalogramas, eletrocorticogramas, atividade unitária de registros extracelulares, potencial de campo local de registros extracelulares, ressonância magnética funcional e magnetoencefalografia. Exemplos de artefatos periféricos controlados são próteses robóticas, veículos e computadores.

O desenvolvimento de ICM possui um grande potencial terapêutico e tecnológico assistivo para uma variedade de doenças neurológicas que afetam dramaticamente a função motora, como a paralisia cerebral, a doença de Parkinson, e o acidente vascular encefálico (AVE). O aprofundamento da pesquisa em ICM pode levar ao surgimento de uma nova geração de dispositivos neuroprostéticos capazes de restaurar uma variedade de funções neurológicas em pacientes severamente limitados por sua deficiência.

O desenvolvimento de ICM permite extrapolar os meios de comunicação conhecidos até o momento e desenvolver novas interfaces como a cérebro-máquina-cérebro, e estudos da dinâmica de interação entre cérebros durante comportamentos de interação social. Paralelamente, faz-se necessário o desenvolvimento tecnológico de materiais biocompatíveis, bem como de matrizes de microeletrodos mais eficientes para avaliar o efeito de ICM durante uso crônico. Em conjunto, as pesquisas dos componentes individuais para implementação de ICM exigem um desenvolvimento tecnológico avançado, integrado à compreensão de mecanismos neurobiológicos do sistema. Nessa abordagem, as pesquisas em ICM permitem o desenvolvimento de tecnologias assistivas extremamente avançadas.

 

Neuromodulação: consiste no uso de agentes químicos, biológicos ou físicos para restabelecer, modular, inibir ou aumentar as funções do sistema nervoso. Ela pode ser feito de maneira não invasiva, com a estimulação transcraniana por corrente elétrica ou magnética transcraniana, ou de maneira invasiva, como através de implante de dispositivos no sistema nervoso, central ou periférico, que liberam um agente químico, ou físico. Exemplos de agentes químicos são moduladores de canais iônicos; e de físicos, a estimulação elétrica.

A neuromodulação com estimulação elétrica tem sido utilizada atualmente para tratamento de Parkinson, tremor essencial, dor crônica, epilepsia, deficiência auditiva (surdez), depressão, distonia, síndrome de Tourette e transtorno obsessivo-compulsivo. Além destas doenças e desordens, inúmeras outras estão sob investigação. Obesidade e desordens alimentares, zumbido, acidente vascular encefálico (AVE), coma, paralisias e déficits motores, deficiência visual (cegueira) e angina pectoris são exemplos de desordens que são focos de estudos que avaliam a eficácia clínica de diversas terapias de neuromodulação para os pacientes.

Outro ramo da pesquisa nessa área é o desenvolvimento tecnológico de novos equipamentos e produtos ou o aperfeiçoamento dos já existentes, como dimensão e formato de microeletrodos e materiais biocompatíveis. Os estudos de desenvolvimento tecnológico planejam e testam conceitos que signifiquem uma evolução do estado atual dos atuais neuromoduladores, construindo os que serão utilizados nas próximas décadas.

A investigação de parâmetros físicos, tais como intensidade da corrente, frequência, polaridade, permanecem desconhecidos. Os aspectos neurobiológicos relativos aos parâmetros físicos necessitam mais investigações metódicas para compreensão de fenômenos físico-químicos induzidos no sistema nervoso, permitindo explorar mecanismos essenciais para tecnologias assistivas acessíveis à população menos favorecida.

O desenvolvimento de neuromoduladores requer investigações e desenvolvimentos de dispositivos específicos aos locais de acesso no sistema nervoso central e periférico. Estas pesquisas avançadas em neuromodulação podem superar o conhecimento atual para além da expectativa de dispositivos para intervenção em alterações ou distúrbios instalados, para novas aplicações e prevenção por meio de sistemas inteligentes de realimentação do sistema nervoso.