Tecnologia óptica ultrafina revoluciona estudo do cérebro

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Pesquisadores das universidades de Columbia e Nova York desenvolveram um novo dispositivo óptico subdural capaz de monitorar e estimular o cérebro de mamíferos com maior precisão, apontando para avanços importantes nas pesquisas sobre o sistema nervoso.

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A tecnologia utiliza uma sonda óptica baseada em semicondutores de óxido de metal complementar (CMOS), descrita como fina, flexível e sem lentes, permitindo o acesso a áreas profundas do cérebro de maneira menos invasiva.

diagrama nature — Comparação do fator de deslocamento de microscópios miniaturizados. a, comparação em escala do tamanho do Miniscope9 e do SCOPe desenvolvido aqui. (Imagem: Nature Electronics)

Técnicas ópticas e sua precisão

As tecnologias ópticas e optogenéticas vêm ganhando destaque nas pesquisas com mamíferos, permitindo aos neurocientistas direcionar populações específicas de neurônios com alta precisão.

Ao contrário das técnicas tradicionais baseadas em eletrodos, que monitoram ou estimulam a atividade elétrica no cérebro, os métodos ópticos oferecem vantagens significativas, como a capacidade de atingir distâncias maiores e cobrir áreas corticais mais amplas. Entretanto, o uso dessas técnicas geralmente exige equipamentos volumosos, como microscópios de mesa, dificultando sua aplicação.

Dispositivo subdural ultrafino

O novo dispositivo desenvolvido pelas equipes das universidades mencionadas é uma solução inovadora para superar essas limitações.
Ao contrário dos microscópios tradicionais, que são volumosos e pouco práticos para experimentos e intervenções em humanos, o novo dispositivo utiliza uma sonda óptica ultrafina e flexível.
Com uma espessura total inferior a 200 µm, essa sonda é fina o suficiente para ser inserida no espaço subdural de primatas, situado entre as camadas de tecido que envolvem o cérebro, conhecidas como dura-máter e aracnoide.
De acordo com o estudo publicado na Nature Electronics, a sonda SCOPe inclui um microscópio miniaturizado e um estimulador óptico.
O design flexível e sem lentes foi possível graças à utilização de um circuito integrado CMOS específico, capaz de realizar tanto a imagem por fluorescência quanto a estimulação optogenética. Isso abre portas para novas formas de monitoramento e controle da atividade cerebral.

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Testes em modelos animais

Os testes iniciais com camundongos demonstraram resultados promissores, tanto na captação de imagens quanto na estimulação óptica do cérebro dos animais. Em seguida, o dispositivo foi testado em primatas não-humanos, onde foi utilizado para estudar a atividade neuronal no córtex motor.

Os pesquisadores conseguiram correlacionar os movimentos dos animais com a atividade cerebral, mostrando o potencial da tecnologia para decodificar informações como a velocidade do movimento.

Testes em camundongos mostraram resultados promissores. Crédito: Arquivo/Shutterstock

Perspectivas futuras

O sucesso dos testes preliminares aponta para um futuro promissor no uso dessa tecnologia em estudos mais amplos. O dispositivo pode permitir que outros neurocientistas manipulem e monitorem com precisão a atividade de neurônios específicos de forma menos invasiva, contribuindo para novos avanços no entendimento do cérebro e na criação de novas terapias para doenças neurológicas.