O implante neural monitora várias áreas do cérebro ao mesmo tempo

Como as diferentes partes do cérebro se comunicam durante o aprendizado e a formação da memória? Um novo estudo realizado por pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego dá o primeiro passo para responder a essa questão fundamental da neurociência.

O estudo foi possível graças ao desenvolvimento de um implante neural que monitora a atividade de diferentes partes do cérebro ao mesmo tempo, desde a superfície até estruturas profundas – o primeiro no campo. Usando essa nova tecnologia, os pesquisadores mostram que diversos padrões de comunicação bidirecional ocorrem entre duas regiões do cérebro conhecidas por desempenhar um papel na aprendizagem e na formação da memória – o hipocampo e o córtex cerebral. Os pesquisadores também mostram que esses diferentes padrões de comunicação estão ligados a eventos chamados ondulações de ondas agudas, que ocorrem no hipocampo durante o sono e o descanso.

“Nosso implante neural é versátil; ele pode ser aplicado a qualquer área do cérebro e pode permitir o estudo de outras regiões cerebrais corticais e subcorticais, não apenas o hipocampo e o córtex cerebral”, disse o professor Duygu Kuzum.

O implante neural é composto por uma tira de polímero fina, transparente e flexível fabricada com uma matriz de eletrodos de ouro do tamanho de um micrômetro, sobre os quais foram depositadas nanopartículas de platina. Cada eletrodo é conectado por um fio fino de micrômetros a uma placa de circuito impresso personalizada. Ele pode registrar sinais elétricos de neurônios únicos nas profundezas do cérebro, como no hipocampo, enquanto visualiza grandes áreas como o córtex cerebral.

Vários recursos de design possibilitam o monitoramento multirregional. Uma é que esta sonda é flexível. Quando é inserido profundamente no cérebro para monitorar uma região como o hipocampo, a parte que se projeta para fora do cérebro pode ser dobrada para dar espaço para um microscópio ser abaixado perto da superfície para fazer imagens do córtex cerebral na região. mesmo tempo. As sondas neurais convencionais são rígidas, então elas ficam no caminho do microscópio; como resultado, eles não podem ser usados ​​para monitorar estruturas cerebrais profundas durante a imagem da superfície do cérebro. E mesmo que essa sonda neural seja macia e flexível, ela foi projetada para resistir à flambagem sob pressão durante a inserção. Outra característica importante é que a sonda é transparente, por isso dá ao microscópio um campo de visão claro. Também não gera sombras ou ruídos adicionais durante a geração de imagens.

A motivação para este estudo foi chegar à raiz de como diferentes processos cognitivos, como aprendizado e formação de memória, ocorrem no cérebro. Tais processos envolvem a comunicação entre o hipocampo e o córtex cerebral. Mas como exatamente essa comunicação acontece? E qual região do cérebro inicia essa comunicação:o hipocampo ou o córtex cerebral? Esses tipos de perguntas ficaram sem resposta porque é muito difícil estudar essas duas regiões cerebrais simultaneamente, disse Kuzum.

Os pesquisadores usaram sua sonda para monitorar a atividade do hipocampo e do córtex cerebral em camundongos transgênicos. Especificamente, eles monitoraram a atividade antes, durante e depois de oscilações chamadas ondulações de ondas agudas que ocorrem no hipocampo. Seus experimentos revelaram que a comunicação entre o hipocampo e o córtex cerebral é bilateral:às vezes o córtex inicia a comunicação, outras vezes é o hipocampo. Esta é uma primeira pista importante para entender a comunicação entre regiões no cérebro, disseram os pesquisadores.

“A comunicação bilateral que relatamos aqui é diferente da noção convencional de que o córtex recebe passivamente as informações do hipocampo. Em vez disso, o córtex está ativamente envolvido na codificação de informações no cérebro e pode desempenhar um papel instrutivo durante a consolidação e recuperação da memória”, disse o Dr. Chi Ren, um dos pesquisadores.