Se um pedaço de eletrônica não está funcionando, solucionar o problema geralmente envolve sondar o fluxo de eletricidade através dos vários componentes do circuito para localizar as peças com defeito.
O bioengineiro e neurocientista de Stanford, Jin Hyung Lee, que estuda a doença de Parkinson, adaptou essa idéia às doenças do cérebro, criando uma nova maneira de ativar tipos específicos de neurônios para observar como isso afeta todo o cérebro. O trabalho é descrito na edição de 26 de janeiro de Neuron.
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| Uma nova abordagem de mapeamento de circuitos para sondar o cérebro deve ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. Ele também fornece uma metodologia para identificar, mapear e finalmente reparar circuitos neurais associados a outras doenças cerebrais. (Crédito da imagem: iStock / D3Damon) |
"Os engenheiros elétricos tentam descobrir como os componentes individuais afetam o circuito geral para guiar os reparos", disse Lee.
A curto prazo, sua técnica deve ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. No longo prazo, fornece uma metodologia para identificar, mapear e, em última instância, reparar circuitos neurais associados a outras doenças cerebrais.
Vendo o circuito
A abordagem de mapeamento de circuitos de Lee combina duas ferramentas experimentais com um método computacional. A primeira ferramenta experimental é a optogenética. Pioneiro pelo bioengineiro de Stanford Karl Deisseroth, a optogenética modifica tipos específicos de neurônios - as partes básicas do cérebro - para que possam ser ativadas em resposta à luz. A segunda ferramenta experimental é chamada de RM funcional, ou fMRI, que mede o fluxo sanguíneo no cérebro. Aumento do fluxo sanguíneo está associado com o aumento da atividade. Usando optogenética para ativar um tipo específico de neurônio e fMRI para observar como outras regiões do cérebro responderam, Lee usou uma análise computacional para mapear todo o circuito neural específico e também determinar sua função.
Controlando os tremores de Parkinson
Uma marca registrada da doença de Parkinson são tremores incontroláveis. Neurocientistas acreditam que esses tremores são causados por malfunções nos caminhos neurais que controlam o movimento. Eles sabem que diferentes regiões do cérebro estão constantemente formando circuitos para realizar tarefas, seja movimento ou fala. No entanto, antes da técnica de Lee, os pesquisadores não tinham como mostrar como ativar um tipo específico de neurônio poderia causar um circuito específico para se formar em todo o cérebro.
Testando sua abordagem em ratos, Lee sondou dois tipos diferentes de neurônios conhecidos por estarem envolvidos na doença de Parkinson - embora não se soubesse exatamente como. Sua equipe descobriu que um tipo de neurônio ativava um caminho que exigia maior movimento enquanto o outro ativava um sinal para menos movimento. A equipe de Lee projetou então uma aproximação computacional para desenhar diagramas de circuitos que subjazem a essas funções neuronais específicas do circuito cerebral.
"Esta é a primeira vez que alguém mostrou como diferentes tipos de neurônios formam circuitos cerebrais inteiros distintos com resultados opostos", disse Lee.
Lee disse que as descobertas neste artigo devem ajudar a melhorar os tratamentos para a doença de Parkinson. Os neurocirurgiões já estão usando uma técnica chamada estimulação cerebral profunda (DBS) para acalmar os tremores de Parkinson em seus pacientes. DBS oferece pequenos choques elétricos para os neurônios que se pensa serem responsáveis pelos tremores. Uma compreensão mais precisa do modo como esses neurônios trabalham para controlar o movimento poderia ajudar a guiar a estimulação mais eficaz.
Mas, em termos mais gerais, Lee pensa que sua técnica - o fMRI optogenético combinado com a modelagem computacional - dá aos pesquisadores uma nova maneira de reverter a engenharia das funções dos muitos tipos diferentes de neurônios no cérebro e a variedade desconcertante de circuitos neurais formados para transportar comandos diferentes.
Outros membros da equipe de Stanford incluem Daniel Bernal-Casas, um estudioso pós-doutorado, e Hyun Joo Lee, um cientista de pesquisa, ambos no Departamento de Neurologia e Ciências Neurológicas; E Andrew Weitz, um estudante graduado em bioengenharia. Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health, a National Science Foundation, Alfred P. Sloan Research Fellowship e uma Okawa Foundation Research Grant Award. Original em inglês, tradução Google, revisão Hugo. Fonte: Stanford.
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