Notícia

Códigos neurais para os movimentos do corpo

Caltech

Fonte

Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech)

Data

sábado, 22 julho 2017 19:30

Áreas

Biomecânica. Reabilitação. Bioeletrônica. Engenharia Biomédica. Engenharia Biológica. Neurologia.

Uma pequena parte dos neurônios no cérebro pode codificar os movimentos de muitas partes do corpo, de acordo com pesquisadores do Laboratório de Engenharia Biológica e do instituto de Neurociências do instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). Compreender este código neural pode ajudar a melhorar a vida das pessoas com paralisia ou com déficits motores de doenças neurológicas, como um acidente vascular cerebral. As descobertas aparecem no artigo publicado na edição de 20 de julho da revista científica Neuron.

O córtex motor, a região do cérebro responsável pelo movimento, situa-se no final da via sensorial-motora e controla os músculos do corpo. Antes desta via está o córtex parietal posterior (PPC), uma área cognitiva de alto nível que codifica a intenção de se mover. Quando uma pessoa pretende beber um copo de água, por exemplo, o sinal desta intenção é transmitido do PPC ao córtex motor, que envia sinais para baixo da medula espinhal e para os membros apropriados. Em 2015, a equipe de pesquisa do Laboratório de Engenharia Biológica do Caltech, liderada pelo Dr. Richard Andersen, implantou com sucesso pequenas próteses no PPC de pacientes paralisados, as chamadas “neuropróteses”. Esses pequenos dispositivos medem as intenções de movimento do paciente – como pegar uma xícara para tomar uma bebida, por exemplo – e executam esses movimentos com precisão com um braço robótico.

Neste último trabalho, os pesquisadores procuraram descobrir como o PPC codifica e organiza informações neurais sobre outros movimentos do corpo, como agarrar um copo com a mão esquerda versus mão direita, ou imaginar versus tentar certos movimentos corporais.

Para fazer isso, os pesquisadores implantaram um chip de quatro por quatro milímetros composto de 96 eletrodos em uma subdivisão do PPC chamada área intraparietal anterior (AIP), para medir a atividade neural de um pacientehumano tetraplégico que se ofereceu para participar do estudo, um ensaio clínico sobre a interface cérebro-máquina. Tradicionalmente, pensou-se que a AIP se especializava em agarrar objetos. No entanto, os pesquisadores descobriram que o AIP participa de mais codificações do que apenas o movimento de agarrar.

“Descobrimos que diferentes neurônios na AIP eram realmente seletivos para diferentes movimentos, mas também encontramos ativação para movimentos de ombro ou mão, imaginados ou tentados, e para qualquer lado do corpo”, diz Andersen. “Na verdade, uma parte das células foi até ajustada aos movimentos de fala. Isso foi realmente surpreendente, por encontrar tanta informação contida em uma população tão pequena de neurônios”.

“Este código compacto foi tornado possível pela chamada codificação mista“, diz o Dr. Tyson Aflalo, pesquisador do Caltech e diretor executivo do Centro de Interfaces. “Na codificação mista, os neurônios individuais responderão a uma mistura diversa de ações ou variáveis. Por exemplo, um único neurônio pode responder pelo movimento imaginado da mão esquerda e do ombro direito. Um avanço do nosso estudo é que descobrimos que os códigos mistos podem ser altamente estruturados “.

As descrições anteriores da codificação mista assumiam que as variáveis ​​seriam misturadas aleatoriamente entre os neurônios. No entanto, a equipe do Dr. Andersen descobriu que existe uma organização altamente estruturada para permitir os movimentos controlados de várias partes do corpo.

“Os efetores são codificados de forma amplamente independente dentro da população neural – uma propriedade que chamamos de segregação funcional”, diz o estudante de pós-graduação da Caltech, Carey Zhang. “O lado do corpo e a estratégia cognitiva – esteja a pessoa tentando ou apenas imaginando o movimento – são organizados (altamente correlacionados) dentro das representações efetoras. Por exemplo, se um neurônio responde à ativação do movimento da mão direita, também é provável que responda à tentativa de movimento da mão esquerda”.

“A esperança é que esta compreensão do código neural no PPC possa ser aplicada não só à paralisia, mas a outros tipos de déficits motores de doenças neurológicas, como a dificuldade em se mover após um acidente vascular cerebral”, diz o Dr. Andersen. “Esse é a nossa principal motivação, melhorar a vida das pessoas com lesões cerebrais traumáticas, acidentes vasculares cerebrais, neuropatias periféricas e outros tipos de doenças paralíticas”.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Fonte Lori Dajose, instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech). Imagem: Caltech

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