NML, 15/07/2022
Por Emily Henderson
Uma equipe de pesquisa liderada por neuro engenheiros da Universidade Rice criou tecnologia sem fio para ativar remotamente circuitos cerebrais específicos em moscas da fruta em menos de um segundo.
Em uma demonstração publicada na Nature Materials, pesquisadores da Rice, Duke University, Brown University e Baylor College of Medicine usaram sinais magnéticos para ativar neurônios direcionados que controlavam a posição do corpo de moscas da fruta em movimento livre em um recinto.
"Para estudar o cérebro ou tratar distúrbios neurológicos, a comunidade científica busca ferramentas incrivelmente precisas, mas também minimamente invasivas. O controle remoto de circuitos neurais selecionados com campos magnéticos é uma espécie de santo graal para as neurotecnologias. Nosso trabalho dá um passo importante em direção a esse objetivo porque aumenta a velocidade do controle magnético remoto, tornando-o mais próximo da velocidade natural do cérebro."
Jacob Robinson, autor do estudo, professor associado de engenharia elétrica e de computação na Rice e membro da Iniciativa de Neuroengenharia de Rice
Robinson disse que a nova tecnologia ativa circuitos neurais cerca de 50 vezes mais rápido do que a melhor tecnologia demonstrada anteriormente para estimulação magnética de neurônios geneticamente definidos.
"Fizemos progressos porque o principal autor, Charles Sebesta, teve a ideia de usar um novo canal iônico que fosse sensível à taxa de mudança de temperatura", disse Robinson. "Ao reunir especialistas em engenharia genética, nanotecnologia e engenharia elétrica, conseguimos juntar todas as peças e provar que essa ideia funciona. Foi realmente um esforço de equipe de cientistas de classe mundial com quem tivemos a sorte de trabalhar."
Os pesquisadores usaram engenharia genética para expressar um canal iônico especial sensível ao calor em neurônios que fazem com que as moscas abram parcialmente suas asas, um gesto comum de acasalamento. Os pesquisadores então injetaram nanopartículas magnéticas que poderiam ser aquecidas com um campo magnético aplicado. Uma câmera no alto observava as moscas que vagavam livremente em torno de um recinto em cima de um eletroímã. Ao alterar o campo do ímã de uma maneira específica, os pesquisadores puderam aquecer as nanopartículas e ativar os neurônios. Uma análise de vídeo dos experimentos mostrou que moscas com as modificações genéticas assumiram a postura de asas abertas dentro de aproximadamente meio segundo da mudança do campo magnético.
Robinson disse que a capacidade de ativar células geneticamente direcionadas em momentos precisos pode ser uma ferramenta poderosa para estudar o cérebro, tratar doenças e desenvolver tecnologia de comunicação direta cérebro-máquina.
Robinson é o investigador principal do MOANA, um projeto ambicioso para desenvolver tecnologia de fone de ouvido para comunicação não-cirúrgica, sem fio, cérebro a cérebro. Abreviação é de "acesso neural magnético, óptico e acústico", MOANA é financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) para desenvolver tecnologia de fone de ouvido que pode "ler" ou decodificar a atividade neural no córtex visual de uma pessoa e "escrever, " ou codificar, essa atividade no cérebro de outra pessoa. A tecnologia magnetogenética é um exemplo deste último.
A equipe de Robinson está trabalhando com o objetivo de restaurar parcialmente a visão de pacientes cegos. Ao estimular partes do cérebro associadas à visão, os pesquisadores da MOANA esperam dar aos pacientes uma sensação de visão, mesmo que seus olhos não funcionem mais.
"O objetivo a longo prazo deste trabalho é criar métodos para ativar regiões específicas do cérebro em humanos para fins terapêuticos sem nunca ter que realizar uma cirurgia", disse Robinson. "Para chegar à precisão natural do cérebro, provavelmente precisamos obter uma resposta de alguns centésimos de segundo. Portanto, ainda há um caminho a percorrer."
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