Os cientistas desenvolveram um método de estimulação cerebral não invasivo, o ultrassom padronizado de baixa intensidade e baixa frequência (LILFUS), que pode modular com precisão a função cerebral e induzir mudanças duradouras. Este avanço supera as limitações dos métodos tradicionais de estimulação e mostra potencial para tratar distúrbios neurológicos, melhorar as habilidades motoras e possivelmente auxiliar em terapias de reabilitação. A pesquisa abre novos caminhos para o uso do ultrassom na terapia cerebral, com implicações no tratamento de uma ampla gama de condições. Crédito: SciTechDaily.com
O ultrassom padronizado de baixa intensidade e baixa frequência (LILFUS) oferece um método seguro e eficaz para controlar as funções cerebrais.
A capacidade do cérebro humano de se ajustar às mudanças internas e externas, conhecida como plasticidade neural, é crucial para compreender processos cognitivos como memória e aprendizagem, juntamente com uma série de condições neurológicas. Um estudo inovador liderado pelo Dr. Park Joo Min, do Centro de Cognição e Socialidade do Instituto de Ciências Básicas (IBS), apresenta uma abordagem inovadora que promete revolucionar o tratamento de distúrbios cerebrais.
A equipe desenvolveu um método de estimulação cerebral não invasivo chamado Ultrassom Padronizado de Baixa Intensidade e Baixa Frequência (LILFUS), que possui um enorme potencial para induzir mudanças duradouras na função cerebral.
Tradicionalmente, métodos de estimulação cerebral magnética e elétrica têm sido usados para modular a função cerebral. No entanto, estes métodos apresentam limitações inerentes que restringem a sua resolução espacial e profundidade de penetração, tornando um desafio estimular com precisão regiões específicas do cérebro com eficácia ideal.
Neste experimento, foram utilizados protocolos de ultrassom compreendendo dois padrões de estimulação distintos, combinando ultrassom de baixa intensidade e baixa frequência (LILF) de 30 Hz e 5 Hz. O primeiro padrão, conhecido como TBUS intermitente, apresentava estimulação intermitente com 2 segundos de estimulação seguidos de 8 segundos de descanso. O segundo padrão, denominado TBUS contínuo, envolveu 40 segundos de estimulação ininterrupta. Ao longo da estimulação, as ondas cerebrais foram monitoradas através da análise do acoplamento fase-amplitude entre as ondas teta e gama, que são dois tipos principais de ondas cerebrais. O gráfico a seguir ilustra essas mudanças observadas. Crédito: Instituto de Ciências Básicas
Métodos mais invasivos, como aqueles que requerem procedimentos cirúrgicos, apresentam controle superior e efeitos terapêuticos para estimulação cerebral profunda específica, mas apresentam riscos como danos aos tecidos, inflamação e infecção. Estas limitações alimentaram a busca por abordagens alternativas que possam superar essas restrições e fornecer uma modulação mais eficiente e precisa da função cerebral.
Estimulação por ultrassom: uma nova fronteira
No último estudo divulgado pelo IBS, os pesquisadores usaram o ultrassom para permitir a estimulação precisa de áreas específicas do cérebro. Ao contrário das ondas eletromagnéticas, o ultrassom tem a vantagem de poder penetrar profundamente nos tecidos cerebrais.
Os pesquisadores descobriram que a estimulação ultrassônica pode modular a plasticidade neural – a capacidade do cérebro de se reconectar – por meio da ativação de vias moleculares importantes. Especificamente, o estudo identificou o efeito do ultrassom nos canais de cálcio mecanossensíveis nos astrócitos, que controlam a capacidade das células de absorver cálcio e liberar neurotransmissores.
Esta figura resume os resultados após a estimulação por ultrassom. A estimulação ultrassonográfica com padrão semelhante a ondas cerebrais de baixa intensidade estimula sequencialmente o TRPA1 nos astrócitos, levando à secreção de neurotransmissores dependente de BEST1. Isto, por sua vez, estimula neurônios adjacentes, induzindo plasticidade neural nos neurônios. Este processo descreve brevemente como as mudanças nas funções cognitivas associadas à memória e aprendizagem dependentes de padrões, bem como as mudanças nos aspectos comportamentais, se tornam evidentes. Crédito: Instituto de Ciências Básicas
A Inovação da LILFUS
O LILFUS foi projetado com base em parâmetros específicos de ultrassom que imitam os padrões de ondas cerebrais das oscilações teta (5 Hz) e gama (30 Hz) observadas durante os processos de aprendizagem e memória. A nova ferramenta permitiu aos pesquisadores ativar ou desativar regiões específicas do cérebro à vontade – descobriu-se que a aplicação intermitente do ultrassom induzia efeitos de potenciação de longo prazo, enquanto padrões contínuos resultavam em efeitos de depressão de longo prazo.
Um dos aspectos mais promissores desta nova tecnologia é a sua capacidade de facilitar a aquisição de novas habilidades motoras. Quando os pesquisadores aplicaram estimulação ultrassônica ao córtex motor cerebral em camundongos, observaram melhorias significativas no aprendizado de habilidades motoras e na capacidade de recuperar alimentos. Curiosamente, os pesquisadores conseguiram até mudar a preferência dos membros anteriores dos ratos. Isto sugere aplicações potenciais em terapias de reabilitação para sobreviventes de AVC e indivíduos com deficiências motoras.
Implicações mais amplas e direções futuras
As implicações desta pesquisa vão muito além da função motora. Pode ser usado para tratar doenças como a depressão, onde a excitabilidade e a plasticidade cerebrais alteradas são características proeminentes. Com uma exploração mais aprofundada, o LILFUS poderá ser adaptado para vários protocolos de estimulação cerebral, oferecendo esperança para várias condições que vão desde deficiências sensoriais a distúrbios cognitivos.
Park afirmou: “Este estudo não apenas desenvolveu uma tecnologia de regulação neural nova e segura com efeitos duradouros, mas também descobriu as mudanças no mecanismo molecular envolvidas na regulação neural por ultrassom com padrão de ondas cerebrais”. Ele transmitiu ainda: “Planejamos continuar estudos de acompanhamento para aplicar esta tecnologia no tratamento de distúrbios cerebrais relacionados à excitação e inibição anormais do cérebro e para o aprimoramento das funções cognitivas”.
Referência: “Formas duradouras de plasticidade por meio do arrastamento de ondas cerebrais induzidas por ultrassom padronizado” por Ho-Jeong Kim, Tien Thuy Phan, Keunhyung Lee, Jeong Sook Kim, Sang-Yeong Lee, Jung Moo Lee, Jongrok Do, Doyun Lee, Sung -Phil Kim, Kyu Pil Lee, Jinhyoung Park, C. Justin Lee e Joo Min Park, 23 de fevereiro de 2024, Avanços da Ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.adk3198
O estudo foi financiado pelo Instituto de Ciências Básicas.
