Implante cerebral

Implantes cerebrais, muitas vezes referidos como implantes neurais, são dispositivos tecnológicos diretamente conectados ao cérebro biológico de indivíduos - postos na superfície cerebral ou ligados ao córtex cerebral. Um propósito comum de muitos implantes cerebrais modernos e o foco de muitas pesquisas atuais é o estabelecimento de uma prótese biomédica (ver Pesquisa médica) que circunda áreas do cérebro que se tornaram disfuncionais depois de um acidente vascular cerebral ou outras lesões na cabeça. Dentro de tal conjunto está incluída a Substituição sensorial, por exemplo, na percepção visual. Outros implantes cerebrais são utilizados em experimento com animais com o intuito de gravar a Atividade cerebral por razões científicas. Alguns implantes cerebrais demandam a criação de uma interface entre as redes neurais biológicas e chips de computador. Esse desenvolvimento é parte de um campo de pesquisa maior denominado Interface cérebro-computador. (Pesquisa na área de BCI inclui tecnologias como matrizes de eletroencefalografia que permiti uma conexão entre a mente e a máquina, sem a necessidade de implantar dispositivos no interior do crânio).

Implantes neurais, tais como a Estimulação cerebral profunda e estimulação do nervo vago já são rotina para vários pacientes com doença de Parkinson e depressão nervosa respectivamente, mostrando-se como uma grande vantagem para doenças que antes eram tidas por incuráveis.

Finalidade

Implantes cerebrais, com o uso de eletricidade, estimulam, bloqueiam[1] ou gravam (ou, simultaneamente, gravam e estimulam[2]) sinais ou de neurônios isolados, ou de grupos neuronais (redes neurais biológicas) no cérebro. A técnica de bloqueio é chamada bloqueio vagal intra-abdominal.[1] Tal método tem aplicação restrita à situações onde as associações funcionais do neurônios citados são conhecidas. Devido à complexidade do processamento neural e a falta de acesso ao potencial de ação relacionados aos sinais utilizando técnicas de neuroimagiologia, a aplicação de implantes cerebrais tem sido seriamente limitada até os recentes avanços no campo da neurofisiologia e o aumento exponencial dos poder de processamento dos computadores.

Pesquisa

As investigações em substituição sensorial fizeram progresso nos anos recentes. Especialmente na área da visão, devido ao conhecimento do Modus Operandi (funcionamento) do sistema visual, olho biônico (frequentemente envolvendo algum implante cerebral ou monitoramento) tem sido aplicado com sucesso. Para audição e implantes cocleares é empregada a estimulação direta do nervo auditivo. o nervo vestibulococlear é parte do Sistema nervoso periférico, mas a interface é similar àquelas que são encontradas nos implantes cerebrais verdadeiros.

Múltiplos projetos tem sido capazes de fazer eficientes gravações do cérebro de animais por um longo período de tempo. Desde 1976, pesquisadores dos Institutos Nacionais da Saúde, liderados por Edward Schmidt, fizeram gravações dos sinais de potencial de ação do córtex motor do macaco rhesus com o uso de eletrodos alfinetes imóveis,[3] incluindo a gravação de neurônios isolados por trinta dias, e gravações consistentes de mais de três anos dos melhores eletrodos.

Os eletrodos-alfinetes eram feitos de irídio puro e isolados com Parylene-c, materiais que no presente são aplicados pela Cyberkinetics na implantação da Matrix UTAH.[4] Esses mesmos eletrodos, ou derivações dos mesmos construídos sobre idênticos eletrodos de material biocompatível, são atualmente empregados em laboratórios de próteses visuais,[5] em laboratórios que estudam as bases neurais da aprendizagem,[6] e em próteses motoras.[7]

Representação da Matriz de eletrodos Utah

Uma série de eletrodos e projetos foram vendidos pela Plexon. Eles são as "Sondas Michigan",[8] as matrizes de microfio usadas pela primeira vez no MIT,[9] e os FMAs da Microprobe que surgiram durante o projeto colaborativo de Phil Troyk, David Bradley, e Martin Bak.[10]

Outros laboratórios de pesquisa e desenvolvimento produziram seus próprios implantes. Essas ações foram tomadas devido à necessidade de certas capacidades, que os produtos comerciais não forneciam.[11][12][13][14]

Avanços incluem estudos sobre o processo da função cerebral de re-ligação através da aprendizagem da discriminação sensorial,[15] controle de mecanismos físicos por cérebros de ratos,[16] macacos controlando braços robóticos,[17] controle remoto de dispositivos mecânicos por macacos e humanos,[18] controle remoto sobre os movimentos de baratas,[19] transistors neurais baseados em eletrônica para sanguessugas,[20] o primeiro relato de uso de uma matriz Utah para sinalização bidirecional em um ser humano.[21]

Há pesquisas sendo feitas sobre a superfície química dos implantes neurais, cuja finalidade geral é se chegar a um design que minimiza todos os efeitos negativos que um implante ativo pode causar no cérebro, além dos diversos tipos de influência que o corpo pode ter sobre o implante.

Outro tipo de implante neural que está em fase experimental é a Memória neural prostética de chips de silício. Tal prótese imita o processamento de sinal feito por neurônios em funcionamento, o qual permite que o cérebro de humanos criem memória de longo prazo

Os implantes cerebrais do presente são construídos utilizando uma grande variedade de materiais, como o tungstênio, silício, platina-irídio, ou até mesmo aço inoxidável. Futuros implantes cerebrais devem utilizar materiais mais exóticos, como nanotubo de carbono e poliuretano.

Reabilitação

Marcapassos cerebrais foram introduzidos em 1997 para aliviar os sintomas de doenças com a epilepsia, a doença de Parkinson, distonia e, mais recentemente, a depressão

Referências

  1. ↑ a b «Implantable Device that Blocks Brain Signals Shows Promise in Obesity». Medscape. Consultado em 25 de agosto de 2013 
  2. ↑ June 21, 2007 Patrick Mahoney (21 de junho de 2007). «Wireless is getting under our skin». Machine Design. Consultado em 14 de agosto de 2011. Arquivado do original em 4 de junho de 2008 
  3. ↑ Schmidt, E.M.; Bak, M.J.; McIntosh, J.S. (1976). «Long-term chronic recording from cortical neurons». Experimental Neurology. 52 (3): 496–506. PMID 821770. doi:10.1016/0014-4886(76)90220-X 
  4. ↑ http://www.cyberkineticsinc.com/pdf/cyber.pdf «Cópia arquivada» (PDF). Consultado em 30 de dezembro de 2013. Cópia arquivada (PDF) em 24 de março de 2006  Cyberkinetics array
  5. ↑ Troyk, Philip; Bak, Martin; Berg, Joshua; Bradley, David; Cogan, Stuart; Erickson, Robert; Kufta, Conrad; McCreery, Douglas; Schmidt, Edward (2003). «A Model for Intracortical Visual Prosthesis Research». Artificial Organs. 27 (11): 1005–15. PMID 14616519. doi:10.1046/j.1525-1594.2003.07308.x 
  6. ↑ Blake, David T.; Heiser, Marc A.; Caywood, Matthew; Merzenich, Michael M. (2006). «Experience-Dependent Adult Cortical Plasticity Requires Cognitive Association between Sensation and Reward». Neuron. 52 (2): 371–81. PMC 2826987Acessível livremente. PMID 17046698. doi:10.1016/j.neuron.2006.08.009 
  7. ↑ «Neuroscientists Demonstrate New Way to Control Prosthetic Device with Brain Signals» (Nota de imprensa). Caltech. 8 de julho de 2004. Consultado em 26 de fevereiro de 2011 
  8. ↑ «Cópia arquivada». Consultado em 30 de dezembro de 2013. Arquivado do original em 6 de setembro de 2008 
  9. ↑ Chorover, S; Deluca, A (1972). «A sweet new multiple electrode for chronic single unit recording in moving animals». Physiology & Behavior. 9 (4): 671–4. doi:10.1016/0031-9384(72)90030-3 
  10. ↑ Troyk, P.R.; Bradley, D.; Bak, M.; Cogan, S.; Erickson, R.; Hu, Z.; Kufta, C.; McCreery, D.; Schmidt, E. (2005). «Intracortical Visual Prosthesis Research - Approach and Progress»: 7376–9. doi:10.1109/IEMBS.2005.1616216 
  11. ↑ «Laboratory for Integrative Neural Systems | RIKEN». Riken.jp. Consultado em 14 de agosto de 2011 
  12. ↑ «Blake Laboratory: Neural basis of behavior». Mcg.edu. 16 de agosto de 2007. Consultado em 14 de agosto de 2011. Arquivado do original em 28 de maio de 2010 
  13. ↑ «Robert H. Wurtz, Ph.D. [NEI Laboratories]». Nei.nih.gov. Consultado em 14 de agosto de 2011. Arquivado do original em 27 de julho de 2011 
  14. ↑ «Brain Research Institute». Faculty.bri.ucla.edu. Consultado em 14 de agosto de 2011 
  15. ↑ «Making the connection between a sound and a reward changes brain and behavior». Physorg.com. 19 de outubro de 2006. Consultado em 25 de abril de 2008 
  16. ↑ Chapin, John K. «Robot arm controlled using command signals recorded directly from brain neurons». SUNY Downstate Medical Center. Consultado em 25 de abril de 2008 
  17. ↑ Graham-Rowe, Duncan (13 de outubro de 2003). «Monkey's brain signals control 'third arm'». New Scientist. Consultado em 25 de abril de 2008 
  18. ↑ Mishra, Raja (9 de outubro de 2004). «Implant could free power of thought for paralyzed». Boston Globe. Consultado em 25 de abril de 2008 
  19. ↑ Talmadoe, Eric (julho de 2001). «Japan's latest innovation: a remote-control roach». Associated Press. Consultado em 25 de abril de 2008 
  20. ↑ Gross, Michael (setembro de 2004). «Plugging brains into computers». Chemistry World. Royal Society of Chemistry. Consultado em 25 de abril de 2008 
  21. ↑ Warwick, K.; Gasson, M; Hutt, B; Goodhew, I; Kyberd, P; Andrews, B; Teddy, P; Shad, A (2003). «The Application of Implant Technology for Cybernetic Systems». Archives of Neurology. 60 (10): 1369–73. PMID 14568806. doi:10.1001/archneur.60.10.1369 

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