Ledycnarf Januário de Holanda1, Débora Cristina da Silva Oliveira2, Ana Paula Mendonça Fernandes2, Ricardo Alexsandro de Medeiros Valentim3, Danilo Alves Pinto Nagem3, Edgard Morya4, Ana Raquel Rodrigues Lindquist1,2
1Programa de Pós-Graduação em Fisioterapia, Departamento de Fisioterapia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2Graduação em Fisioterapia, Departamento de Fisioterapia da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 3 Departamento de Engenharia Biomédica, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 4Programa de Pós-Graduação em Neuroengenharia, Instituto Internacional de Neurociências – Edmond e Lily Safra, do Santos Dumont.
Resumo
A aprendizagem de máquina (AM) está cada vez mais predominante nas tecnologias para oferecer uma nova perspectiva sobre a maneira de viver em sociedade. Uma das aplicações da AM tem sido no aperfeiçoamento de ferramentas para diagnóstico e reabilitação, mediante métodos computacionais que usam experiências adquiridas ao explorar dados para compreendê-los e identificar padrões, a fim de melhorar o desempenho e/ou uma capacidade preditiva. Desse modo, a evolução dos dispositivos tecnológicos nas áreas de reabilitação, telessaúde e robótica possibilitou o desenvolvimento de ferramentas mais acuradas e precisas para o monitoramento de parâmetros fisiológicos durante atividades de vida diária, assim, é possível estratificar sinais biológicos para o melhor direcionamento de estratégias terapêuticas voltadas para a condição de saúde de cada indivíduo. Com base nisso, novos recursos tecnológicos têm favorecido a uma melhor interação entre o homem e a máquina, propiciando o monitoramento de sinais biológicos em tempo real. Nesse contexto, existem sistemas de vestíveis biofeedback aptos a rastrear o desempenho de uma tarefa continuamente e oferecer estímulos sensoriais, exercendo papel importante para a redução da frequência de movimentos inapropriados, a fim de detectar e evitar execuções inadequadas. Esses sistemas podem ser integrados a dispositivos robóticos, os quais têm obtido resultados promissores para melhora da função sensório-motora, da capacidade funcional, e do condicionamento cardiorrespiratório e metabólico. Sobretudo para melhorar a mobilidade, a qualidade de vida, a autonomia e o despertar do cuidado em saúde, favorecendo a execução de tarefas de maior eficiência e menor sobrecarga física, contribuindo para a funcionalidade de pessoas com disfunções motoras. Isso favorece a prática de terapias baseada em tarefas específicas, oportunizando a prática de medidas preventivas e de reabilitação, e o aumento da adesão em terapias mais ativas.
Referências
- HASSAN, Modar et al. Wearable gait measurement system with an instrumented cane for exoskeleton control. Sensors, v. 14, n. 1, p. 1705-1722, 2014.2.
- HOLANDA, Ledycnarf J. et al. Robotic assisted gait as a tool for rehabilitation of individuals with spinal cord injury: a systematic review. Journal of neuroengineering and rehabilitation, v. 14, n. 1, p. 1-7, 2017.
- MENESES, Bárbara O. dos Santos et al. Inovação em tecnologia assistiva: oportunidades e desafios. In: LEITE, Cicília Raquel Maia; REIS, Célia Aparecida dos; BINSFELD, Pedro Canisio; ROSA, Suélia de Siqueira Rodrigues Fleury (org.). Novas tecnologias aplicadas à saúde: desenvolvimento de sistemas dinâmicos: conceitos, aplicações e utilização de técnicas inteligentes e regulação. Mossoró – RN: EDUERN, 2019. E-book (608 p.). Disponível em: https://ppgcc.ufersa.edu.br/wp-content/uploads/sites/42/2019/07/novas-tecnologias-vol2-final3.pdf . Acesso em: 13 de dezembro de 2020.
- SILVA, Patricia MM et al. Building Pressure-Sensitive Foot Insoles for Public Health Evaluation in Smart Cities. In: 2017 IEEE First Summer School on Smart Cities (S3C). IEEE, 2017. p. 153-156.
- STETTER, Bernd J. et al. A machine learning and wearable sensor based approach to estimate external knee flexion and adduction moments during various locomotion tasks. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, v. 8, 2020.
Junio Alves de Lima, Domingos Lira de Almeida Neto, Boaz Cavalcante Antunes Almeida, André Felipe Oliveira de Azevedo Dantas, Edgard Morya
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra, Instituto Santos Dumont, Universidade Potiguar, Laureate International Universities.
Resumo
O desenvolvimento de sistemas que controlem e/ou facilitem o movimento funcional de pessoas com lesão medular, doenças neurodegenerativas, acidente vascular encefálico ou outras patologias, já são realidade e objeto de estudo em todo o mundo. Muitos dispositivos utilizam a eletroestimulação em seus sistemas; porém, o desenvolvimento de tecnologias que usam a eletricidade como sua base, requer um controle adequado de forma multivariada para a execução de movimentos similares ao fisiológico para recuperação funcional. Portanto, o objetivo foi desenvolver uma ferramenta de estimulação elétrica funcional para movimentação do joelho utilizando como feedback as informações inerciais. O sistema é capaz de gerar uma tensão alternada variando de 0-100 Hz (PW: 0-250μs; A: 100V; I: 100mA) e de calibrar em impedâncias diferentes. Um controlador PID foi implementado para determinação da energia a ser aplicada no músculo estimulado para mantê-lo na posição pré-estabelecida durante 30 segundos. Para validação e teste do sistema, três pontos no quadríceps foram definidos para estimulação. O controlador foi eficiente para manter o ângulo desejado de extensão do joelho, mesmo com perturbações externas durante sua execução. Pesquisas em neuroreabilitação e desenvolvimento tecnológico possibilitam que interfaces de estimulação em tempo real integrem tecnologias assistivas para recuperação funcional.
Referências
- KHAN, S.; QURESHI, R.; JAWAID, S.; SIDDIQUI, M.; SARWAR, U.; ABDULLAH, S.;KHAN, S.; KHAN, M.; BARI, A. Functional electrical stimulation (fes) based low-costassistive device for foot drop-a pilot study. In: SPRINGER.International Conference for Innovation in Biomedical Engineering and Life Sciences. [S.l.], 2015.
- LAGUNA, Z.; CARDIEL, E.; GARAY, L.; HERNÁNDEZ, P. Electrical stimulator for surface nerve stimulation by using modulated pulses. In: IEEE.2011 Pan American HealthCare Exchanges. [S.l.], 2011. p. 77–82.
- BOTTER, A.; OPRANDI, G.; LANFRANCO, F.; ALLASIA, S.; MAFFIULETTI, N. A.;MINETTO, M. A. Atlas of the muscle motor points for the lower limb: implications for electrical stimulation procedures and electrode positioning.European journal of applied physiology, Springer, v. 111, n. 10, p. 2461, 2011.
- JUNQUEIRA, M. V.; SANCHES, M. A.; KOZAN, R. F.; URBAN, M. F.; CARVALHO,A. A. D.; TEIXEIRA, M. C. Desenvolvimento de um eletroestimulador funcional de oito canais para aplicação com malha de realimentação utilizando controlador digital. 2013.
- SOETANTO, D.; KUO, C.-Y.; BABIC, D. Stabilization of human standing posture using functional neuromuscular stimulation.Journal of biomechanics, Elsevier, v. 34, n. 12, p.1589–1597, 2001.
Túlio Fernandes de Almeida, Abner Cardoso Rodrigues Neto, André Felipe Oliveira de Azevedo Dantas.
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra.
Resumo
A avaliação motora, especificamente da marcha vem sendo utilizada para caracterização e diagnóstico precoce de diversas doenças e disfunções, como pro exemplo na doença de Parkinson. O uso de sensores inerciais e análise por vídeo vem sendo bastante pesquisado afim de se aprimorar as intervenções para este fim. Um dos problemas de utilização desta tecnologia é o preço de aquisição, necessidade de um ambiente altamente controlado e extenso treinamento para uso e interpretação dos dados. Neste contexto, o objetivo do presente estudo é desenvolver um sistema de mensuração de ângulos articulares sem fio utilizando sensores inerciais. A tarefa principal a ser avaliada no presente estudo é a marcha humana de indivíduo saudáveis por meio de um protocolo que envolva outras tarefas, como se sentar e subir escadas. Para o desenvolvimento do trabalho irão ser utilizados 7 sensores inerciais (MPU-6050) conectados a 7 microcontroladores (ESP32) por meio de um protocolo de comunicação 𝐼²𝐶. A transmissão dos dados será realizada utilizando uma Application Programming Interface por meio de uma rede Wi-Fi. Com o intuito de evitar a interferência de ruídos nos dados, serão utilizados e comparados o desempenho de três filtros: o Filtro de Kalman, o Filtro Complementar e o Filtro de MadgwickAHRS. Por fim, o sistema também contará com um classificador em software usando Principle Component Analysis e Suport Vector Machine para classificar as tarefas de passar de sentado para de pé, subir e descer escadas e cada fase e sub fases da marcha normal.
Referências
- AN, K.-N. Kinematic analysis of human movement. Annals of biomedical engineering, Springer, v. 12, n. 6, p. 585–597, 1984.
- CHÈZE, L. Kinematic Analysis of Human Movement. [S.l.]: John Wiley & Sons, 2014.
- HALILAJ, E.; RAJAGOPAL, A.; FITERAU, M.; HICKS, J. L.; HASTIE, T. J.; DELP, S. L. Machine learning in human movement biomechanics: best practices, common pitfalls, and new opportunities. Journal of biomechanics, Elsevier, v. 81, p. 1–11, 2018.
- SEEL, T.; RAISCH, J.; SCHAUER, T. Imu-based joint angle measurement for gait analysis. Sensors, Multidisciplinary Digital Publishing Institute, v. 14, n. 4, p. 6891–6909, 2014.
Mirella Cunha Lira, Ramón Hypolito Lima
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra.
Resumo
Desde a descrição do primeiro ritmo cerebral, as ondas alfa, até os dias atuais, o conhecimento acerca dos mecanismos eletrofisiológicos e suas implicações experienciou grandes avanços. Muito em consequência da ascenção de técnicas cada vez mais precisas capazes de detectar oscilações locais, correlacioná-las a eventos resultantes e, por fim, avaliar a dinâmica oscilatória de circuitarias neurais como acontece em análises de conectividade. A gama de técnicas disponíveis tornam possível a visualização de um mesmo fenômeno sob perspectivas diversas favorecendo discussões mais fidedignas ao que de fato ocorre fisiologicamente. O eletroencefalograma (EEG), mais utilizado na clínica, logo, mais popular, possibilitou muitos avanços na área como o estudo de potenciais evocados e diagnóstico de epilepsias. O desenvolvimento de matrizes de multieletrodos implantáveis permitiu, então, o refinamento da aquisição dos sinais, atenuando a captação de ruídos e, pela proximidade, captando padrões mais preservados, os potenciais de campo locais (LFP), do inglês local field potential e potenciais de ação, os spikes. Até mesmo a investigação do funcionamento de canais iônicos de interesse tornou-se viável graças à implementação do patch clamp. Considerando a relevância dos padrões oscilatórios para as funções cognitivas, o aperfeiçoamento das ferramentas de análise eletrofisiológica trouxe novas perspectivas ao campo da cognição. Assim, achados como a caracterização de padrões oscilatórios conservados entre indivíduos para tarefas específicas como tomada de decisão e consolidação de memórias, além de assinaturas eletrofisiológicas indicativas de patologias como no caso da depressão e epilepsia, dão subsídio à construção de novas abordagens diagnósticas e perspectivas terapêuticas inovadoras como o emprego de eletroestimulação.
Referências
- Buzsaki, G. (2006). Rhythms of the Brain. Oxford University Press.; Scanziani, M., & Häusser, M. (2009). Electrophysiology in the age of light. Nature, 461(7266), 930-939.
- Stevenson, W. G., & Soejima, K. (2005). Recording techniques for clinical electrophysiology. Journal of cardiovascular electrophysiology, 16(9), 1017-1022.
- Sanchez, G., Daunizeau, J., Maby, E., Bertrand, O., Bompas, A., & Mattout, J. (2014). Toward a new application of real-time electrophysiology: online optimization of cognitive neurosciences hypothesis testing. Brain sciences, 4(1), 49-72.
- Pesaran, B., Vinck, M., Einevoll, G. T., Sirota, A., Fries, P., Siegel, M., … & Srinivasan, R. (2018). Investigating large-scale brain dynamics using field potential recordings: analysis and interpretation. Nature neuroscience, 21(7), 903-919.
Valéria Azevedo de Almeida1, Edgard Morya1, Abner Cardoso Rodrigues Neto1, Lilian Lira Lisboa2, Rafael Pauletti Gonçalves2, Lucia Maria Costa Monteiro3, Reginaldo Antônio de Oliveira Freitas Júnior1.
1Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra (IIN-ELS) Instituto de Ensino e Pesquisa Alberto Santos Dumont (ISD), RN 2Centro de Educação e Pesquisa em Saúde Anita Garibaldi (CEPS)- Instituto de Ensino e Pesquisa Alberto Santos Dumont (ISD), RN 3Instituto Nacional da Mulher, Criança e Adolescente Fernandes Figueira (IFF)- FIOCRUZ, RJ
Há evidências científicas de que o vírus Zika causa microcefalia e outras complicações neurológicas que em conjunto constituem a Síndrome Congênita do vírus Zika (SCZ). Crianças expostas à infecção fetal pelo vírus zika apresentam modificações corticais estruturais, espasticidade, convulsões, irritabilidade, disfunção do tronco encefálico e bexiga neurogênica. Entender os mecanismos neurais que modulam a atividade vesical na SCZ é um fator relevante na neurociência e na urologia para aprimorar intervenções terapêuticas. O registro simultâneo da atividade vesical e da atividade neural em regiões cerebrais relacionadas possibilita avançar nesse campo ainda pouco explorado. Nesta perspectiva, o objetivo deste estudo foi investigar a relação entre os padrões de micção e a atividade neural em crianças com SCZ. A pesquisa foi aprovada pelo Comitê de Ética em Pesquisa sob o registro CAAE-17583419.7.0000.5537. Para avaliação da função vesical foi utilizado o protocolo publicado para a coorte nacional, estabelecido conforme preconizado pela Sociedade Internacional de Continência Infantil. O estudo urodinâmico foi realizado concomitantemente ao eletroencefalograma. Participaram desta pesquisa 10 crianças com SCZ confirmada, avaliadas no período de julho de 2018 a dezembro de 2019. A extensão do impacto da SCZ sobre o circuito entre bexiga e cérebro ainda é desconhecida e necessita de mais pesquisas. Há evidências em modelos animais de alteração nas frequências Alpha e Theta durante hiperatividade da bexiga, corroborando com uma possível modulação ou alteração dos circuitos neurais envolvidos no controle miccional observados em crianças com SCZ deste estudo. Considerando o conjunto de manifestações neurológicas envolvidas na SCZ, mais estudos de modulação cortical e bexiga neurogênica são necessários para esclarecer os possíveis mecanismos alterados.
Referências
- Chang H. Y., Havton L. A. (2008). Differential effects of urethane and isoflurane on external urethral sphincter electromyography and cystometry in rats. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 295 F1248–F125.
- Costa monteiro, L. M. et al. Criteria to evaluate neurogenic bladder in children with Congenital Zika Syndrome. Protocols.io,dez. 2017.
- Costa monteiro, L. M. et al. Neurogenic bladder in the settings of Congenital Zika Syndrome: a confirmed and unknown condition for urologists. Journal of Pediatric Urology, abr. 2019.
- Oliveira-Szejnfeld PS, Levine D, Melo ASO, et al. Congenital brain abnormalities and Zika virus: what the radiologist can expect to see prenatally and postnatally. Radiology. 2016;281:203-18.
- Yao, J., Li, Q., Li, X., Qin, H., Liang, S., Liao, X., & Yan, J. (2019). Simultaneous measurement of neuronal activity in the pontine micturition center and cystometry in freely moving mice. Frontiers in neuroscience.
Nancy Sotero Silva1, Carolina Karla de Souza Evangelista2, Danielly Carla da Silva Miranda1, Edgard Morya2
1Centro de Educação e Pesquisa em Saúde Anita Garibaldi, Instituto Santos Dumont. 2Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra, Instituto Santos Dumont.
Resumo
As perdas auditivas podem ser causadas por alterações nas estruturas da orelha externa, média ou interna (em estruturas sensíveis e microscópicas) até o nervo auditivo. Os vários tipos de perda auditiva têm algo em comum: existem prejuízos às partes do cérebro responsáveis pelo processamento das informações da audição causadas pela falta de estimulação sonora. O som, depois de captado pela orelha externa, vibra estruturas da orelha média e é transformado em informação elétrica e enviado pelo nervo auditivo para o córtex auditivo, localizado no lobo temporal do cérebro. Esta região se divide em córtex auditivo primário e secundário e se comunica também com outras regiões do cérebro, fazendo com que a informação sonora seja interpretada como fala, por exemplo, ou como música, sons do ambiente e ruídos. Além disso, o córtex auditivo possui um verdadeiro mapa, onde cada parte é responsável por receber e interpretar sons em uma frequência específica, graças a um fenômeno chamado de “tonotopia”. Quando uma pessoa tem uma perda auditiva somente de sons graves, por exemplo, a região do córtex auditivo responsável por processar essa faixa de frequência passa a processar outras. Esse processo se chama “neuroplasticidade” e é muito importante para que pessoas com perdas auditivas possam utilizar ao máximo os sons que elas ainda podem ouvir. Nas crianças, essa neuroplasticidade é muito maior, e assim, quando uma criança tem uma perda auditiva e é reabilitada com aparelho auditivo ou implante coclear, as regiões do córtex auditivo que estavam ocupadas com outras funções podem fazer o caminho inverso. Ocorre uma reorganização para que os novos sons que elas poderão ouvir agora passem a ser processados. Já em adultos, são feitos poucos exames para mensurar o efeito desta neuroplasticidade na reabilitação auditiva, sendo necessário que esta investigação passe a fazer parte da avaliação clínica da fonoaudiologia.
Referências
- DIETRICH, V.; NIESCHALK, M.; STOLL, W.; RAJAN,R.; PANTEV, C. Hearing Research, v. 58, pp. 95-101, 2001.
- EGGERMONT, J.J. Hearing Research, v. 343, p. 176-190, 2017.
- KATZ, J. e col. (org.) Handbook of clinical audiology. Baltimore: Lippincott Williams & Wilkins, 2009.
- PEREZ, A.P.; ZILIOTTO, K.; PEREIRA, L.D. Test-retest of long latency auditory evoked potentials (P300) with pure tone and speech stimuli. International Archives of Otorhinolaryngology, v. 21, n. 2, p. 134–139, 1 Abr 2017.
- SHARMA, A.; DORMAN, M.F.; KRAL, A. The influence of a sensitive period on central auditory development in children with unilateral and bilateral cochlear implants. Hearing Research. v. 2013, n. 1-2. p 134-143, 2005.
Maria Heloísa Moreira Vasconcelos e Carla Cristina Miranda de Castro.
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra – IIN-ELS
Resumo
O intuito deste trabalho é apresentar uma síntese dos principais métodos neuroanatômicos utilizados em pesquisas e suas contribuições, desde a preparação do tecido nervoso até técnicas como imunohistoquímica e imunofluorescência, visando responder questionamentos ligados à neurociência.
Referências
- PALETZKI, Ronald F.; GERFEN, Charles R. Basic Neuroanatomical Methods. Current protocols in neuroscience, v. 90, n. 1, p. e84, 2019.
- IF IMAGING: WIDEFIELD VERSUS CONFOCAL MICROSCOPY. ProteinTchec, 2019. Disponível em: https://www.ptglab.com/news/blog/if-imaging-widefield-versus-confocal-microscopy/. Acesso em: 13 de dezembro de 2020.
- Nissl Body. Science direct, 2019. Disponível em: https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/nissl-body. acesso em 13 de dezembro de 2020C
Valton da Silva Costa, Alice de Oliveira Barreto Suassuna.
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra.
Resumo
Propomos a realização de um vídeo onde será abordada a microestimulação intracortical (MEIC) e a microestimulação medular (EME). A MEIC é uma técnica invasiva de estimulação do córtex cerebral, na qual microeletrodos são implantados cirurgicamente no tecido nervoso, sendo possível inibir ou excitar grupos de neurônios em diferentes camadas do córtex. Já a EME é considerada uma técnica semi-invasiva, na qual os eletrodos são dispostos no canal vertebral, sobre a medula espinal. O objetivo do vídeo é mostrar as aplicações da microestimulação nas neurociências partindo de resultados obtidos em estudos experimentais recentes. Nele será apresentado o efeito da microestimulação na área cortical somatossensorial primária e áreas adjacentes, e os efeitos da microestimulação medular na resposta neuroinflamatória microglial, ambos a partir de análises imunohistoquímicas em modelos animais. Partindo desses estudos, os autores discutirão as implicações dos resultados desses trabalhos na engenharia biomédica e suas aplicações na saúde, especialmente na neurologia e na neuroreabilitação.
Referências
- Ersen Ali, Elkabes Stella, Freedman David S, Sahin Mesut. Chronictissue response to untethered microelectrode implants in the rat brainand spinal cord. Journal of neural engineering. 2015;12:016019.
- Suassuna Alice de Oliveira Barreto, Silva Mayara Jully Costa, Oliveira João Rodrigo, et al. Microglial Activation After Acute Spinal Cord Electrode Implant in XXVI Brazilian Congress on Biomedical Engineering: 605–610 Springer 2019.
- O’Doherty Joseph E, Lebedev Mikhail, Hanson Timothy L, Fitzsimmons Nathan, Nicolelis Miguel AL. A brain-machine interface instructed by direct intracortical microstimulation. Frontiers in integrative neuroscience. 2009;3:20.
- Benali Alia,Weiler Elke, Benali Youssef, Dinse Hubert R, Eysel Ulf T. Excitation and inhibition jointly regulate cortical reorganization in adult rats. Journal of Neuroscience. 2008; 28:12284–12293.
Álisson de Oliveira Alves1, Edgard Morya1, Renan Cipriano Moioli2.
1Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra, 2Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
Resumo
A doença de Parkinson (PD, do inglês Parkinson’s Disease) é considerada a segunda maior disfunção neurológica do mundo, acometendo cerca de 1% da população mundial com mais de 50 anos de idade. Clinicamente, esta doença é caracterizada por rigidez muscular, tremor de repouso, bradicinesia e comprometimento da marcha, descritos como sintomas cardinais. A princípio, não é possível apontar uma cura, contudo os sintomas da doença são aliviados por meio da administração de substâncias químicas (como a Levodopa, atualmente o tratamento padrão-ouro) ou por intervenções que fazem uso de estimulação elétrica de regiões cerebrais profundas ou da medula espinal. Nesse contexto, modelos computacionais surgem como complemento fundamental na investigação de disfunções neurológicas como a doença de Parkinson, facilitando o processo de experimentação, obtendo respostas mais rápidas e que reproduzem com bastante similaridade fenômenos que envolvem o funcionamento dos circuitos neurais envolvidos na PD. Este trabalho investigou a dinâmica neural de regiões encefálicas envolvidas na doença de Parkinson a partir da depleção de dopamina utilizando um modelo computacional de ratos com 6-OHDA previamente proposto na literatura. A partir da utilização deste modelo, foi possível testar e classificar padrões distintos do circuito neural que envolve as regiões do córtex – núcleos da base – tálamo – córtex por meio da análise de componentes principais (PCA, do inglês Principal Component Analysis) com simulações em três estados diferentes: saudável, parkinsoniano, parkinsoniano com estímulo cortical, simulando assim um estímulo advindo do córtex motor. Os resultados do trabalho contribuem para o desenvolvimento de intervenções que possam ser mais efetivas na supressão dos sintomas da PD, em consequência de uma compreensão mais consolidada dos mecanismos envolvidos na doença.
Referências
- HUMPHRIES, Mark D.; OBESO, Jose Angel; DREYER, Jakob Kisbye. Insights into Parkinson’s disease from computational models of the basal ganglia. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry, v. 89, n. 11, p. 1181-1188, 2018.
- KUMARAVELU, Karthik; BROCKER, David T.; GRILL, Warren M. A biophysical model of the cortex-basal ganglia-thalamus network in the 6-OHDA lesioned rat model of Parkinson’s disease. Journal of computational neuroscience, v. 40, n. 2, p. 207-229, 2016.
- KANDEL, Eric et al. Princípios de neurociências-5. AMGH Editora, 2014.
- BEAR, M. F.; CONNORS, B. W.; PARADISO, M. A. Neurociencias: Desvendando o Sistema Nervoso, artmed R. Sao Paulo, Brazil, 2008.
- IZHIKEVICH, Eugene M. Simple model of spiking neurons. IEEE Transactions on neural networks, v. 14, n. 6, p. 1569-1572, 2003.
Luiz da Costa Nepomuceno Filho, Johseph Paballo Gomes de Souza, Maria Carolina Gonzalez, Ramon Hypolito Lima
Instituto Internacional de Neurociência Edmond e Lily Safra IIN-ELS/ISD
Ao longo de sua história, a neurociência desvendou muitos mistérios sobre o funcionamento do cérebro e do sistema nervoso. Muitos desses mistérios que duraram décadas, puderam ser solucionados através do desenvolvimento de técnicas que permitiram entender não só como o cérebro funciona, mas também como os transtornos o afetam. Uma dessas técnicas é a eletrofisiologia, na qual pesquisadores utilizam arranjos de microeletrodos, confeccionados com microfios de espessura menor que um fio de cabelo, para registrar o sinal neural enquanto o animal está anestesiado ou acordado e se movendo livremente . A confecção das matrizes de microeletrodos segue orientações e coordenadas estereotáxicas extremamente precisas e estas são implantadas em regiões cerebrais específicas, a fim de investigar o que acontece nessas regiões, podendo-se fazer o registro da atividade elétrica de células individuais, grupos de células ou interações de grandes áreas, conforme o objetivo do estudo. As matrizes de eletrodos podem ser adquiridas já prontas para o implante, podendo custar mais de mil dólares cada uma, ou podem também ser manufaturadas, através de métodos específicos de construção de microcircuitos. A manipulação desses microcomponentes é extremamente delicada e exige bastante treino e acurácia, mas o esforço empregado pode promover uma grande economia no preço final por cada matriz. Neste vídeo abordaremos como é realizada a construção de matrizes de microeletrodos, apontando os principais passos para a sua confecção. Seguindo os protocolos desenvolvidos por alunos e pesquisadores do Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra, que possibilitam investigações sobre o entendimento da dinâmica cerebral e a elucidação de grandes mistérios acerca do funcionamento do cérebro e até o tratamento para doenças neurológicas.
Referências
- BEAR, Mark; CONNORS, Barry; PARADISO, Michael A. Neuroscience: Exploring the brain. Jones & Bartlett Learning, LLC, 2020.
- MICROPROBES. OPTOGENETICS: OPTO-MICROELECTRODE ARRAY. In: Microprobes-Multi Channel Arrays Catalog, 2019. Disponível em: <https://microprobes.com/>. Acesso em 15 de agosto de 2020.
- NICOLELIS, Miguel A. L.; LEHEW, Gary. Methods for Neural Ensemble recordings: Chapter 1State-of-the-Art Microwire Array Design for Chronic Neural Recordings in Behaving Animals. 2. ed. Boca Raton: Crc Press/taylor & Francis, 2008. 11 p. Taylor & Francis Group, LLC.
- PAXINOS, George; FRANKLIN, Keith. Paxinos and Franklin’s the Mouse Brain in Stereotaxic Coordinates. Gulf Professional Publishing, 2004. 360 p.
Paloma Cristina Alves de Oliveira, Thiago Anderson Brito de Araújo, Daniel Gomes da Silva Machado, Alexandre Hideki Okano, Suellen Mary Marinho dos Santos Andrade, Rodrigo Pegado de Abreu Freitas, Edgard Morya.
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra, Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Universidade Federal do ABC, Universidade Federal da Paraíba, Unidade Federal do Rio Grande do Norte, Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra.
Resumo
A Doença de Parkinson é uma desordem neurodegenerativa que causa sintomas motores e não motores, sendo uma das principais causas de incapacidade no mundo e a doença neurológica mais crescente, atingindo cerca de 6,1 milhões de pessoas. Os medicamentos e a neurocirurgia são as principais opções de tratamento, porém, apresentam desvantagens como atenuação dos efeitos após alguns anos de uso, complicações secundárias, alto custo ou risco cirúrgico. Por se apresentar como um grande desafio à ciência e aos serviços de saúde, há uma urgente necessidade de novas terapias que sejam acessíveis e eficazes para o manejo desta doença. Como possibilidade, um recurso inovador tem despertado interesse científico por utilizar uma técnica neuromodulatória não invasiva, de baixo custo, com mínimo ou nenhum efeito adverso e potencial terapêutico promissor. A Estimulação Transcraniana por Corrente Contínua é aplicada por meio de um aparelho com eletrodos no couro cabeludo, capaz de modular circuitos cognitivos, motores e comportamentais. Seu mecanismo de ação parece incluir modos complexos de plasticidade, polarização de diferentes regiões neuronais, crescimento axonal, efeitos de rede e funcionamento dos interneurônios, células endoteliais e da glia. Estudos recentes demonstram que tal abordagem neuromodulatória pode ser capaz de melhorar diversos sintomas da doença de Parkinson, sendo classificada recentemente como “provavelmente eficaz”. Com efeito, esta modalidade terapêutica parece ter potencial para propiciar uma melhor qualidade de vida aos indivíduos e reduzir a carga financeira para sociedade e sistemas de saúde.
Referências
- FEIGIN, Valery L et al. Global, regional, and national burden of neurological disorders during 1990–2015: a systematic analysis for the global burden of disease study 2015. The Lancet Neurology, [S.L.], v. 16, n. 11, p. 877-897, nov. 2017. Elsevier BV;
- FREGNI, Felipe et al. Evidence-based guidelines and secondary meta-analysis for the use of transcranial direct current stimulation (tDCS) in neurological and psychiatric disorders. International Journal Of Neuropsychopharmacology, [S.L.], p. 1-138, 26 jul. 2020. Oxford University Press (OUP);
- JACKSON, Mark P. et al. Animal models of transcranial direct current stimulation: Methods and mechanisms. Clinical Neurophysiology, [s.l.], v. 127, n. 11, p.3425-3454, nov. 2016. Elsevier BV;
- MORYA, Edgard et al. Beyond the target area: an integrative view of tdcs-induced motor cortex modulation in patients and athletes. Journal Of Neuroengineering And Rehabilitation, [S.L.], v. 16, n. 1, p. 1-29, 15 nov. 2019. Springer Science and Business Media LLC;
- REICH, Stephen G.; SAVITT, Joseph M.. Parkinson’s Disease. Medical Clinics Of North America, [S.L.], v. 103, n. 2, p. 337-350, mar. 2019. Elsevier BV.
João Paulo Bezerra Fernandes, Edgard Morya.
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra – IIN-ELS
Resumo
A realidade virtual (RV) é capaz de proporcionar integração das pessoas com deficiência à sociedade. Mais de um bilhão de pessoas em todo o mundo convivem com alguma deficiência e podem utilizar os recursos da RV para engajar seus tratamentos fisioterapêuticos, movendo avatares em uma realidade imersiva, os chamados de exergames. Um grupo que pode explorar o potencial da tecnologia, mas que ainda carece de estrutura, é formado por praticantes da bocha paraolímpica. A bocha paralímpica é um esporte praticado por atletas com paralisia cerebral ou problemas neurológicos em que usam as mãos para lançar bolas coloridas em uma bola alvo, chamada de jack. Os métodos de treinamento atuais são baseados em ambientes internos com pouca ou nenhuma tecnologia para auxiliar treinadores e atletas. Ao contrário de outros esportes que dependem do treinamento de atletas de alta tecnologia, não há muitos recursos no treinamento de bocha. O iBoccia foi desenvolvido para preencher essa lacuna e possibilitar o uso de uma realidade imersiva que permite aos atletas de bocha treinar em um ambiente simulado e, ao mesmo tempo, obter dados de seus movimentos que auxiliarão no planejamento de seus treinos sob supervisão dos técnicos. Para comprovar a eficácia do jogo, quatro paratletas experientes da modalidade avaliaram o iBoccia e, após análise quantitativa de seu desempenho, foi possível evidenciar a melhora no desempenho da performance do atleta após o uso da plataforma. Dessa forma, o iBoccia se coloca como um jogo inovador e único, cuja finalidade é promover a divulgação da modalidade e permitir a melhora no desempenho dos atletas.
Referências
- Oh, Y., and Yang, S. (2010, November). Defining exergames exergam- ing. Proceedings of Meaningful Play, (pp. 1-17).
- Sherman, W. R., Craig, A. B. (2018). Understanding virtual reality: Interface, application, and design.
- Morgan Kaufmann; Zhang, X. W., Shyu, F. M. and You, G. N. (2018, April). The exergame for Tae-Bo learning with virtual reality. In 2018 IEEE International Conference on Applied System Invention (ICASI) (pp. 1018-1021). IEEE;
- Arndt, S., Perkis, A., and Voigt-Antons, J. N. (2018, October). Using Virtual Reality and Head-Mounted Displays to Increase Performance in Rowing Workouts. In Proceedings of the 1st International Workshop on Multimedia Content Analysis in Sports (pp. 45-50). ACM.
Vitor Leandro da Cunha
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra.
Resumo
Dispositivos neurais são amplamente utilizados na neurociência com o principal objetivo de captar sinais neurais que venham a trazer respostas sobre o funcionamento cerebral e suas conexões. Por outro lado, os mesmos podem ser usados como microestimuladores, atuando na modulação de regiões especificas com fins terapêuticos como no tratamento da Doença de Parkinson e com finalidade cientifica a fim de verificar as respostas neurofisiológicas e comportamentais a determinados estímulos (elétricos, farmacológicos ou optogenéticos). Porém, quando implantados de forma invasiva no tecido cerebral é possível verificar perda da qualidade de registro eletrofisiológico e microestimulação a longo prazo. Uma das possíveis causas que contribuem para redução da qualidade de registro e microestimulação é a resposta neuroinflamatória decorrente do processo de penetração dos eletrodos no tecido cerebral, o que ocasiona uma resposta inflamatória onde células de defesa (micróglia e astrócitos) circundarão o eletrodo implantado a fim de combater o agente estressor, o que acaba por criar uma barreira que dificulta tanto a aquisição de sinais, quanto a distribuição de microestimulação. Portanto, reduzir o encapsulamento glial decorrente do processo de neuroinflamação a inserção de eletrodos é necessário, para que possamos desenvolver eletrodos cada vez mais biocompatíveis com o tecido, a fim de melhorar a qualidade do sinal adquirido e microestimulação ofertada quando utilizados a longo prazo. A presente proposta visa esclarecer os mecanismos envolvidos na resposta neuroinflamatória após o implante de eletrodos intracorticais e discutir tanto os mecanismos fisiológicos quanto os desafios tecnológicos enfrentados pelos cientistas na atualidade, o conhecimento obtido será essencial na identificação de fatores que comprometem a interface tecido/eletrodo e abrirá caminhos para que novos estudos sejam realizados nessa linha de pesquisa.
Referências
- TSUI, C.; KOSS, K.; CHURCHWARD, M.; TODD, K. Biomaterials and glia: Progress on designs to modulate neuroinflammation. Acta biomaterialia, Elsevier, v. 83, p. 13–28, 2019.
- CHUNG, T.; WANG, J.; WANG, J.; CAO, B.; LI, Y.; PANG, S. Electrode modifications to lower electrode impedance and improve neural signal recording sensitivity. Journal of neural engineering, IOP Publishing, v. 12, n. 5, p. 056018, 2015.
- CHEN, R.; CANALES, A.; ANIKEEVA, P. Neural recording and modulation technologies. Nature Reviews Materials, Nature Publishing Group, v. 2, n. 2, p. 1–16, 2017.
- GULINO, M.; DONGHOON, K.; PANÉ, S.; SANTOS, S. D.; PÊGO, A. P. Tissue response to neural implants: the use of model systems towards new design solutions of implantable microelectrodes. Frontiers in neuroscience, Frontiers, v. 13, p. 689, 2019.
- SALATINO, J. W.; LUDWIG, K. A.; KOZAI, T. D.; PURCELL, E. K. Glial responses to implanted electrodes in the brain. Nature biomedical engineering, Nature Publishing Group, v. 1, n. 11, p. 862–877, 2017.
Carolina Karla de Souza Evangelista (1), Nancy Sotero Silva (2), Sheila Andreoli Balen (3), Edgard Morya (1).
(1) Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra, Instituto Santos Dumont. (2) Centro de Educação e Pesquisa em Saúde Anita Garibaldi, Instituto Santos Dumont. (3) Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Departamento de Fonoaudiologia.
Resumo
Identificar quais recém-nascidos poderão desenvolver algum distúrbio de audição e de linguagem e intervir mais precocemente é um desafio para a saúde pública. No futuro, isso pode ser possível com os potenciais evocados auditivos (PEAs), que verificam a resposta de componentes da via auditiva. Às vezes, você pode “ouvir”, mas não consegue “escutar” ou entender o que está sendo dito. Isso acontece porque outras etapas estão envolvidas no ato de “escutar”. A forma como o cérebro analisa e interpreta os sons para compreendermos é o que chamamos de processamento auditivo. Nele, estão envolvidas habilidades como a atenção, discriminação dos sons, capacidade de entender a fala no ruído e localização do som. Além disso, essas habilidades são importantes para o desenvolvimento da linguagem oral e da escrita. Para que isso aconteça de forma adequada, todas as estruturas do sistema auditivo precisam estar íntegras e a criança ter acesso a informações auditivas de qualidade. Uma forma de verificar essas estruturas é testar com os PEAs utilizando eletrodos no escalpo para a captação dos sinais neurais gerados no momento em que ouvimos os sons. Existem os PEAs de curta latência, que avaliam desde o nervo auditivo até núcleos do tronco encefálico, é um procedimento usado para verificar a integridade da via auditiva; e os de média e longa latência que apresentam potenciais originados no córtex auditivo primário e secundário e outras áreas como hipocampo, córtex frontal e áreas talâmicas. Estes dois últimos ainda possuem mecanismos pouco compreendidos no que se refere a seus sítios geradores. Pesquisas que identifiquem as contribuições das etapas individuais do processamento auditivo e desenvolvam sistemas de registro e processamento de sinal neural podem servir de ferramenta para vencer esse desafio de saúde pública.
Referências
- HALL, James W. Handbook of auditory evoked responses. Boston: Allyn & Bacon, 2006.
- HYPPOLITO, Miguel A. Avaliação dos potenciais evocados auditivos corticais. In: Menezes et al (Org.), Tratado de Eletrofisiologia Para a Audiologia. (pp. 97-116). São Paulo, SP: Booktoy, 2018.
- KRAUS, Nina; WHITE-SCHWOCH, Travis. Newborn Hearing Screening 2.0. The Hearing Journal, [S.L.], v. 69, n. 11, p. 44-46, nov. 2016.
- REGAÇONE, Simone F.; GUÇÃO, Ana C.B.; FRIZZO, Ana C.F. Eletrofisiologia: Perspectivas atuais de sua aplicação clínica em fonoaudiologia. Verba Volant, 2013.
- SCHOCHAT. Eliane. Potencial Evocado Auditivo de Média Latência. In: EDILENE MARCHINI BOÉCHAT (Org.). Tratado de Audiologia. 2. ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan Ltda., 2015. Cap. 18. p. 135-139.
José Pablo Gonçalves de Queiroz, Livia Nascimento Rabelo, Fábio Henrique Medeiros Bezerra, Felipe Porto Fiuza.
Instituto Internacional de Neurociências Edmond e Lily Safra (IIN-LES)/ Instituto Santos Dumont (ISD)
O cérebro é responsável por coordenar todas as funções do organismo, e ele as executa de maneira integrada. Seu funcionamento depende de uma arquitetura densa e altamente especializada, que envolve um sistema complexo. Estudar essa dinâmica compreende uma série de desafios complexos. Assim, são inúmeras as abordagens passíveis de serem utilizadas para seu entendimento. Uma delas é a morfometria, que emprega métodos quantitativos para mensurar estruturas, tecidos histológicos, entre outras, não se aplicando somente ao campo das neurociências. Dentre os métodos quantitativos, a técnica de estereologia é considerada o padrão-ouro para contagem neuronal, visto que é empregado uma rigorosa metodologia de sistematização da amostragem a fim de evitar viés, permitindo dessa forma, estimar planos tridimensionais a partir de planos bidimensionais, diferentemente da morfometria clássica. Nesta perspectiva, o laboratório de neuroanatomia quantitativa do Instituto Santos Dumont se propõe a investigar parâmetros morfométricos (razão glia/neurônio, densidade neuronal e glial) de imagens histológicas disponibilizadas em uma plataforma de acesso aberto, explorando patologias como o Alzheimer, Acidente Vascular e Transtorno do Espectro Autista. Utilizamos o software Stereo Investigator da MBF Bioscience, versão 11, para adquirir e mensurar esses parâmetros. De forma resumida, inserem-se as imagens histológicas separadas por seções no programa em seguida delimita-se a região anatômica de interesse. Depois, é necessário inserir um grid, este basicamente funciona como um sistema de contagem de eventos aleatório e por fim, de forma manual e visual é feita a identificação das células ou estrutura de interesse por meio de marcadores estereológicos. Seus resultados possibilitam impactar em diagnósticos prematuros, prognósticos, a partir de uma caracterização celular de diferentes áreas cerebrais, contribuindo para pesquisa científica e resultados clínicos.
Referências
- ZHANG, Chen et al. A platform for stereological quantitative analysis of the brain-wide distribution of type-specific neurons. Scientific reports, v. 7, n. 1, p. 1-12, 2017.
- AGNATI, Luigi; FUXE, Kjell (Ed.). Quantitative neuroanatomy in transmitter research. Springer, 1985.
- CHERNIAK, Christopher. The bounded brain: toward quantitative neuroanatomy. Journal of Cognitive Neuroscience, v. 2, n. 1, p. 58-68, 1990.
