Circuitos Neurais Estimulantes com Magnetismo

Fonte: Slimsdizz (Wikimedia Commons)

A estimulação cerebral pode soar como uma demonstração Frankensteiniana de uma feira de ciência vitoriana. Mas, na realidade, é uma técnica contemporânea que faz um enorme impacto na neurociência, abordando uma longa limitação de métodos tradicionais para investigar a função cerebral humana. Tais técnicas, como EEG e fMRI, só podem ser usadas para inferir os efeitos de um estímulo ou tarefa na atividade cerebral e não vice-versa. Por exemplo, um cientista pode usar o EEG para estudar o efeito de uma tarefa como o movimento do braço na atividade cerebral, mas como se pode estudar o efeito da atividade cerebral no movimento do braço?

Atualmente, técnicas de invasão cerebral não invasiva, como a estimulação magnética transcraniana (TMS), oferecem alternativas aos paradigmas antigos. O TMS pode excitar ou suprimir o tecido cerebral subjacente de forma segura e ética, permitindo que os pesquisadores estudem relações causais entre circuitos cerebrais e comportamento. Além disso, o TMS pode ter valor terapêutico no tratamento de distúrbios cerebrais, como a depressão.

Fonte: Wikimedia Commons, Institutos Nacionais de Saúde

Veja como funciona. Uma bobina circular de fio é fixada sobre a cabeça de um sujeito, e a corrente no fio induz um campo magnético. Como as partículas carregadas em um campo magnético experimentam uma força perpendicular à direção do campo, o movimento dos íons nos tecidos cerebrais subjacentes é alterado por este campo. Isso interrompe o disparo de neurônios no tecido cortical, simulando uma "lesão" cerebral. Por exemplo, ativar a bobina sobre a área de Broca – uma região do cérebro necessária para a produção de fala – faz com que os participantes gaguejam e parem de falar no meio da frase. No entanto, o participante ainda pode cantar uma música se for instruído, demonstrando que falar e cantar dependem de diferentes circuitos neurais.

Como o próprio nome sugere, o TMS também pode excitar o tecido cerebral, dependendo da frequência dos pulsos aplicados. Usado sobre o córtex motor, por exemplo, o TMS pode induzir espasmos em músculos específicos. Um experimento particularmente criativo que ilustra esse efeito foi realizado por pesquisadores da Universidade de Washington, em Seattle. Rajesh PN Rao e seus colegas usaram a saída do EEG de um assunto como entrada para a bobina TMS de outro assunto. À medida que o primeiro sujeito imaginava flexionar seu dedo indicador direito, o EEG registrou atividade elétrica relacionada a esse movimento imaginário do couro cabeludo sobre o córtex motor. A saída elétrica gravada com EEG foi então alimentada para a bobina TMS do segundo assunto, fixada sobre a mesma região do couro cabeludo, fazendo com que o segundo assunto realmente contrapasse seu dedo!

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Fonte: 2014 Rao et al. (Licença Creative Commons)

O TMS pode, em um sentido estrito, fazer com que o cego veja novamente. Em indivíduos que perderam a maior parte de sua visão devido a lesões oculares, o TMS aplicado sobre o córtex visual induz a experiência visual de formas e cores chamadas fosfenos, bem como as formas e cores que você pode ver depois de esfregar os olhos.

Os usos terapêuticos do TMS procuram corrigir a atividade cerebral em uma variedade de distúrbios que variam de depressão a transtorno obsessivo compulsivo (TOC). Estudos de TMS para depressão mostram alívio de sintomas depressivos quando a estimulação é aplicada sobre uma região cortical chamada córtex pré-frontal dorsolateral. Os resultados desses estudos geralmente são medidos em relação a uma condição simulada, na qual a estimulação falsa é usada para garantir que os resultados não sejam devidos a um efeito placebo. O TMS oferece novas esperanças para pacientes com depressão que não respondem a tratamentos medicamentosos e também podem ser eficazes no tratamento de outros distúrbios. Mas, como muitos tratamentos psiquiátricos, os pesquisadores ainda não sabem como e por que o TMS oferece alívio dos sintomas. Dado o vasto número de células e sinapses na área do cérebro para o qual o TMS é aplicado, os efeitos de até um simples pulso magnético são impossíveis de calcular completamente.

Fonte: Wikimedia Commons, Institutos Nacionais de Saúde

Embora o mecanismo exato pelo qual TMS trata a depressão é incerto, pode exercer seus efeitos terapêuticos por princípios abstratos semelhantes à terapia eletroconvulsiva, ou ECT, que trata a depressão severa induzindo uma convulsão. Esta experiência é diferente de uma convulsão epiléptica, porque o paciente é administrado anestesia e relaxantes musculares após ter dado o seu consentimento para ser tratado. Então, por que uma convulsão realmente é útil? Carey Bagdassarian, conferencista sênior de estudos interdisciplinares no Colégio de William e Mary, especulou que o choque elétrico concedido pela ECT pode "empurrar" o cérebro de um estado deprimido, como um forte impulso, perturba uma bola de um vale profundo. Nesta analogia, a paisagem dos vales é o espaço matemático abrangido por variáveis ​​cerebrais relevantes, como as taxas de disparo neuronal. É importante ter em mente que esta especulação ainda não foi formalizada ou testada diretamente (o que acontece se o "empurrar" for dado na direção errada?). No entanto, pesquisadores do Reino Unido descobriram que o tratamento ECT para depressão, de fato, reduz as correlações entre os padrões de atividade metabólica nas regiões do cérebro frontal e o resto do cérebro. Isso sugere que a ECT libera circuitos de cérebro frontal de um estado deprimido que pode restringir suas atividades, como o vale metafórico sugerido por Bagdassarian.

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Seja justificado ou não, a reputação da ECT com o público foi prejudicada por relatos de perda de memória e alegações de abuso. O TMS, no entanto, pode oferecer uma alternativa mais sutil e mais matizada para reiniciar o cérebro, talvez por um mecanismo similar. Como ECT, os tratamentos de TMS para depressão parecem alterar as correlações entre a atividade metabólica no córtex pré-frontal dorsolateral e outra região do cérebro conhecida como cingulado subgeneral. Mas, ao contrário do ECT, o TMS raramente provoca convulsões quando administrado corretamente e sua estimulação pode ser direcionada a regiões específicas do córtex cerebral, tornando TMS uma ferramenta mais flexível e versátil do que ECT.

Ilustração de Estimulação cerebral profunda

Fonte: Frontiers for Young Minds, Shamir et al 2014 (Creative Commons License)

Além do TMS e ECT, a estimulação cerebral continua a florescer em uma família de técnicas com diferentes pontos fortes e aplicações. A estimulação cerebral profunda, ou DBS, implanta os eletrodos cirúrgicos para estimular estruturas cerebrais centrais que não podem ser alcançadas a partir do couro cabeludo, como o tálamo e os gânglios basais. Enquanto invasivo, a técnica mostra grande promessa para o tratamento da doença de Parkinson. Por outro lado, a estimulação transcraniana de corrente direta, ou tDCS, é uma técnica que aumentou o alarme com inúmeros relatos de auto-experimentação de estilo do-it-yourself por garçons amadores (eu não recomendo isso). A técnica em si é relativamente simples, envolvendo a aplicação de uma corrente fraca e contínua em toda a cabeça. Embora demonstre alguma eficácia no tratamento da depressão, uma demonstração sóbria em cadáveres humanos no início deste ano sugere que a corrente de TDCS pode não passar pelo cérebro, suscitando um forte debate quanto ao seu verdadeiro mecanismo de ação.

Uma pessoa não escolhe o cérebro com quem ele nasceu. A estimulação cerebral oferece esperança de que possamos corrigir circuitos em cérebros doentios de pacientes com depressão de outra forma intratável e distúrbios semelhantes. Nem todos os ensaios clínicos de TMS serão bem-sucedidos e as possibilidades permitidas por técnicas mais acessíveis, como o TDCS, devem ser abordadas de forma responsável. Mas, sem dúvida, a estimulação do cérebro nascida em uma nova era de controle do cérebro são maneiras até então impossíveis.

Referências

Rao, Rajesh PN, et al. "Uma interface direta cérebro-cérebro em seres humanos." PloS one 9.11 (2014): e111332.

Gothe, Janna, et al. "Mudanças na excitabilidade do córtex visual em indivíduos cegos, como demonstrado pela estimulação magnética transcraniana". Brain 125.3 (2002): 479-490.

Bagdassarin, Carey, mensagem de e-mail para o autor, 28 de outubro de 2016.

Perrin, Jennifer S., et al. "A terapia eletroconvulsiva reduz a conectividade cortical frontal no transtorno depressivo grave". Procedimentos da Academia Nacional de Ciências 109.14 (2012): 5464-5468.

Fox, Michael D., et al. "A eficácia dos alvos de estimulação magnética transcraneal para a depressão está relacionada à conectividade funcional intrínseca com o cingulado subgeneral". Psiquiatria biológica 72.7 (2012): 595-603.

Alonzo, Angelo, et al. "Estimulação de corrente contínua transcraniana (tDCS) para depressão: análise de resposta usando uma estrutura de três fatores da escala de avaliação de depressão de Montgomery-Åsberg". Jornal de distúrbios afetivos 150.1 (2013): 91-95.

Underwood, Emily. "O estudo do cadáver desafia os métodos de estimulação cerebral". Science 352.6284 (2016): 397-397.