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Pesquisa pode revolucionar o monitoramento e a estimulação cerebral com eletrodos neurais de filme fino

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Fonte

TITech | Instituto de Tecnologia de Tóquio

Data

segunda-feira, 18 setembro 2023 18:50

Áreas

Bioeletrônica. Bioengenharia. Biologia. Engenharia Biomédica. Medicina. Neurociências. Neurocirurgia. Processamento de Sinais. Saúde Mental. Sistemas de Controle.

Medir a atividade cerebral é uma técnica útil para diagnosticar epilepsia e outros distúrbios neuropsiquiátricos. Dentre as diversas abordagens adotadas, a eletroencefalografia (EEG) é a menos invasiva. Durante as gravações de EEG, os eletrodos são normalmente colocados no couro cabeludo. No entanto, isto limita a resolução do EEG, uma vez que os sinais eléctricos do cérebro são atenuados e distorcidos quando chegam ao couro cabeludo.

Em contraste, a eletrocorticografia (ECoG) envolve a colocação de eletrodos neurais diretamente na superfície do cérebro. Estando em contato próximo com a região de interesse, os eletrodos ECoG fornecem melhores registros da atividade cerebral. Além disso, também é possível enviar pulsos elétricos através deles para estimular grupos específicos de neurônios com o objetivo de controlar crises epilépticas. No entanto, os eletrodos ECoG convencionais apresentam uma grande desvantagem: eles geralmente não correspondem às propriedades mecânicas e à curvatura do tecido cerebral, resultando em aumento da pressão cerebral e outros efeitos adversos. Embora eletrodos neurais não-rígidos tenham sido desenvolvidos para mitigar esse problema, eles carecem de durabilidade e resistência ou exigem processos de fabricação complexos.

Para resolver esses problemas, uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Toshinori Fujie, professor do Instituto de Tecnologia de Tóquio (TITech), desenvolveu um novo tipo de eletrodo neural flexível. O projeto e as descobertas, publicados recentemente na revista científica Advanced Materials Technologies, podem revolucionar a forma como as gravações de ECoG e a estimulação neural direta são realizadas.

O substrato do eletrodo proposto consiste em um filme fino feito de um material flexível chamado poliestireno-bloco-polibutadieno-bloco-poliestireno (SBS). Os pesquisadores usaram uma impressora jato de tinta para fabricar fiação condutora no eletrodo com nanotinta de ouro. Finalmente, eles cobriram o circuito empilhando outra camada de SBS como isolamento, com microcanais perfurados a laser como pontos de medição ou estimulação.

Através de extensos testes mecânicos e simulações, os pesquisadores demonstraram que o eletrodo se adapta com precisão ao formato do tecido cerebral contendo muitas cristas irregulares. Seu projeto simples e processo de fabricação também simples são uma grande vantagem, uma vez que conduz à ampla adoção do eletrodo proposto em aplicações práticas. “Até onde sabemos, este é o primeiro estudo a demonstrar esses eletrodos ECoG ultraconformáveis baseados em eletrônica impressa, que se aproximam das propriedades mecânicas do tecido cerebral”, destaca o pesquisador.

Para mostrar o potencial do projeto, a equipe conduziu vários experimentos em modelos de camundongos com epilepsia. Usando os eletrodos ECoG recém-projetados, eles puderam medir com precisão a resposta neural no cérebro dos animais. Além disso, eles puderam visualizar a atividade convulsiva durante uma epilepsia induzida quimicamente. Além disso, ao desencadear movimentos nos bigodes e nos braços dos camundongos através de impulsos eléctricos enviados por canais específicos, os pesquisadores demonstraram que os eletrodos propostos podem estimular diferentes regiões do cérebro.

No geral, as descobertas destacam o potencial dos eletrodos neurais flexíveis de filme fino para o diagnóstico e tratamento da epilepsia e outras doenças cerebrais. Notavelmente, os eletrodos não causaram qualquer inflamação ou efeitos adversos nos cérebros dos animais, mesmo várias semanas após o procedimento, destacando a sua compatibilidade com o tecido biológico.

Os pesquisadores planejam melhorar ainda mais o design para torná-lo adequado para aplicações clínicas. “A integração do nosso eletrodo de película fina com um dispositivo implantável poderia torná-lo ainda menos invasivo e mais sensível à atividade elétrica anormal do cérebro. Isso permitiria melhores diagnósticos e estratégias terapêuticas para o tratamento da epilepsia intratável”, concluiu o Dr. Toshinori Fujie.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página do Instituto de Tecnologia de Tóquio (em inglês).

Fonte: TITech. Imagem: Freepik.

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