Novo Implante Neural Monitora Atividade em Múltiplas Regiões Cerebrais Simultaneamente

Como diferentes partes do cérebro se comunicam entre si durante aprendizado e formação de memória? Um novo estudo de pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego dá um primeiro passo para responder a esta 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, da superfície a estruturas profundas — um primeiro na área. Usando esta nova tecnologia, os pesquisadores mostram que diversos padrões de comunicação bidirecional ocorrem entre duas regiões cerebrais conhecidas por desempenhar papel no aprendizado e formação de memória — o hipocampo e o córtex cerebral. Os pesquisadores também mostram que esses diferentes padrões de comunicação estão ligados a eventos chamados "ondas agudas" (sharp-wave ripples), que ocorrem no hipocampo durante sono e repouso.

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

O implante neural é composto por uma fina, transparente e flexível tira de polímero fabricada com uma array de eletrodos de ouro de tamanho micrométrico, nos quais nanopartículas de platina foram depositadas. Cada eletrodo é conectado por um fio de espessura micrométrica a uma placa de circuito impresso personalizada. Ele pode registrar sinais elétricos de neurônios individuais profundos no cérebro, como no hipocampo, enquanto imagina grandes áreas como o córtex cerebral.

Vários recursos de design tornam possível o monitoramento multi-região. Um é que esta sonda é flexível. Quando inserida profundamente no cérebro para monitorar uma região como o hipocampo, a parte que fica para fora do cérebro pode ser dobrada para baixo para dar espaço a um microscópio ser baixado próximo à superfície para fazer imagem do córtex cerebral ao mesmo tempo. Sondas neurais convencionais são rígidas, então atrapalham o microscópio; como resultado, não podem ser usadas para monitorar estruturas cerebrais profundas enquanto se imagina a superfície do cérebro. E embora esta sonda neural seja macia e flexível, ela é projetada para resistir a flambagem sob pressão durante a inserção. Outro recurso importante é que a sonda é transparente, então dá ao microscópio um campo de visão claro. Também não gera sombras ou ruído adicional durante a imagem.

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 comunicação entre o hipocampo e o córtex cerebral. Mas como exatamente essa comunicação acontece? E qual região cerebral inicia essa comunicação: o hipocampo ou o córtex cerebral? Este tipo de pergunta ficou 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, monitoraram atividade antes, durante e após oscilações chamadas "ondas agudas" ocorrerem 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 inter-regiões no cérebro, disseram os pesquisadores.

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