Resumo:
De acordo com uma reportagem da revista Nature de 2 de novembro, sondas neurais ultrafinas chamadas Neuropixels estão mudando a forma como os cientistas estudam o cérebro. Este dispositivo, mais fino que um fio de cabelo humano, pode registrar a atividade elétrica de centenas de neurônios simultaneamente, permitindo aos pesquisadores observar o processo de processamento de informações dentro do cérebro com uma precisão sem precedentes. Atualmente, esta tecnologia entrou gradualmente na pesquisa do cérebro humano a partir de experimentos com animais.
Na sala de cirurgia de um hospital de Londres, cientistas tentam "ouvir" diretamente o cérebro humano.
Uma paciente do sexo feminino foi submetida a uma cirurgia de derivação para hidrocefalia de pressão normal no Hospital Nacional de Neurologia e Neurocirurgia de Londres, Reino Unido. Durante a operação, ela concordou em participar de um experimento especial: o médico inseriu brevemente uma sonda Neuropixels, com cerca de 1 centímetro de comprimento e mais fina que um fio de cabelo, no cérebro para registrar os sinais elétricos dos neurônios em tempo real.
Os pesquisadores então jogaram uma série de palavras para os pacientes, incluindo “ponto cego”, “vaga de estacionamento” e “cofrinho”, para ver como o cérebro processava as transições entre palavras diferentes e como a frequência e a familiaridade das palavras afetavam a atividade neural.
À medida que o som tocava na sala de cirurgia, a forma de onda do sinal nervoso na tela de monitoramento mudava significativamente. Isso significa que os pesquisadores conseguiram capturar a resposta em tempo real do cérebro humano à estimulação da linguagem externa por meio de sondas.
No passado, embora os cientistas conseguissem utilizar a electroencefalografia ou eléctrodos implantados para monitorizar a actividade cerebral humana, muitas vezes só conseguiam obter sinais produzidos por um grande número de neurónios, tornando difícil distinguir o que os neurónios individuais estavam a fazer.
Pierre Bourdillon, neurocirurgião do Hospital da Fundação Rothschild em Paris, França, usou uma metáfora vívida para explicar o avanço desta tecnologia.
O monitoramento tradicional de EEG é como colocar um microfone em um cruzamento movimentado e tentar distinguir a conversa de cada pessoa da confusão de sons. A Neuropixels está mais próxima de instalar microfones no colarinho de cada pessoa para ouvir as vozes de diferentes indivíduos.
“Estamos apenas começando a chegar ao ponto em que poderemos ter microfones individuais para todos”, disse ele.
O principal avanço desta tecnologia é que ela permite aos cientistas observar a atividade de um grande número de neurônios individuais simultaneamente.
O Neuropixels foi lançado pela primeira vez em 2017 e foi desenvolvido em cooperação com instituições como o Howard Hughes Medical Institute Janelia Research Park, nos Estados Unidos, e o Centro Belga de Pesquisa em Microeletrônica (Imec).
A sonda Neuropixels de primeira geração possui 960 locais de gravação, 384 dos quais podem ler sinais simultaneamente. O corpo da sonda de silício é fino como um fio de cabelo e está conectado a um chip do tamanho de um cartão Nano SIM, responsável pela leitura, amplificação e digitalização dos sinais neurais.
Nos primeiros experimentos com animais, os cientistas implantaram duas sondas no cérebro de camundongos e registraram com sucesso aproximadamente 700 neurônios distribuídos em 5 regiões do cérebro ao mesmo tempo.
O Neuropixels 2.0, lançado em 2021, melhora ainda mais as capacidades de gravação, com 5.120 locais de gravação, dos quais 1.536 podem ser lidos simultaneamente, e o dispositivo ficou mais leve.
Usando uma nova geração de tecnologia, os cientistas conseguiram registrar dezenas de milhares de neurônios simultaneamente em cérebros de camundongos e, em alguns experimentos, rastreá-los durante meses.
Isso significa que os pesquisadores não podem mais observar apenas a atividade de uma área local do cérebro, mas podem estudar como diferentes áreas do cérebro funcionam juntas.
Em 2025, uma pesquisa colaborativa internacional alcançou resultados em maior escala.
Doze laboratórios dos Estados Unidos e da Europa conduziram pesquisas em conjunto, usando a tecnologia Neuropixels para registrar as atividades de mais de 620 mil neurônios em 279 regiões cerebrais de 139 camundongos e desenhar um mapa da atividade neural de todo o cérebro envolvendo funções como visão, movimento e tomada de decisões.
Pesquisas descobriram que
sinais neurais relacionados à sensação, cognição e movimento podem estar mais amplamente distribuídos no cérebro do que se pensava anteriormente.
Isto fornece uma base importante para os cientistas compreenderem novamente o mecanismo de processamento de informações do cérebro.Atualmente, os Neuropixels têm sido usados por cerca de 1.700 laboratórios em todo o mundo, e os temas de pesquisa abrangem mais de 20 animais, incluindo ratos, tentilhões-zebra, lagartos-dragão-barbudos e até polvos.
Na pesquisa com primatas, a tecnologia também trouxe mudanças significativas.
Tirin Moore, neurocientista da Universidade de Stanford, disse que antes do advento dos Neuropixels, os pesquisadores geralmente só conseguiam registrar a atividade de cerca de 20 neurônios de primatas por dia, mesmo que seus experimentos corressem bem. Hoje, eles são capazes de registrar rotineiramente pelo menos 100 neurônios.
Moore acredita que sem essas ferramentas, a pesquisa em neurociência em primatas permanecerá severamente limitada.
Atualmente, a equipe de pesquisa da Universidade de Stanford planeja usar Neuropixels para desenhar mapas de atividade neural de alta resolução do sistema visual dos macacos para entender melhor como o cérebro processa a informação visual.
Vale a pena notar que
Os neuropixels não são exatamente iguais aos dispositivos implantáveis para aplicações de interface cérebro-computador.
Seu principal uso atual é na pesquisa básica em neurociência, ajudando os cientistas a compreender processos como sensação, movimento, cognição e tomada de decisão, registrando a atividade dos neurônios. Embora pesquisas relacionadas possam fornecer uma base para futuras tecnologias de interface cérebro-computador e pesquisas sobre doenças neurológicas, isso não significa que o Neuropixels tenha capacidades maduras de tratamento clínico.
A "Nature" destacou que os Neuropixels estão empurrando a neurociência para um novo estágio: os cientistas podem não apenas observar se diferentes áreas do cérebro estão ativas, mas também estudar mais a fundo como os neurônios individuais participam no processamento complexo de informações.
De camundongos a primatas e salas de cirurgia humanas, esta sonda fina está ajudando os cientistas a explorar o mecanismo de funcionamento do cérebro humano com maior precisão.
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