A Iniciativa NIH Brain Research por meio de Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) motiva os pesquisadores a "produzir uma nova imagem dinâmica revolucionária do cérebro que, pela primeira vez, mostra como células individuais e circuitos neurais complexos interagem no tempo e no espaço." Uma técnica ideal para imagens funcionais do cérebro humano - uma das principais prioridades da iniciativa - representaria a atividade cerebral com alta resolução temporal, alta resolução espacial e ampla cobertura espacial.

Ele deu um salto importante para o campo da neuroimagem funcional, de Carnegie Mellon. Um estudo financiado pelo NIH que durou vários anos e examinou dezenas de pacientes com epilepsia produziu uma nova tecnologia de imagem de origem que usa gravações de EEG de alta densidade para mapear redes cerebrais subjacentes. Publicado em Natureza das Comunicações, esta pesquisa é um grande passo para estabelecer a capacidade de criar imagens dinâmicas da função e disfunção do cérebro humano. Isso pode fornecer informações importantes sobre onde e como ocorre o processamento de informações subjacentes.

O EEG tem sido um dos métodos funcionais mais eficazes disponíveis para o mapeamento do cérebro humano. Leva leituras em questão de milissegundos, no entanto, a tecnologia ainda luta para determinar a extensão espacial da atividade dentro do cérebro. A abordagem proposta por He e sua equipe pode estimar com precisão, pela primeira vez, o tamanho e o escopo das áreas ativas dentro do cérebro usando EEG de alta densidade, bem como as interações entre regiões que estão funcionalmente relacionadas. Seus resultados foram validados por meio de registros clínicos feitos na Mayo Clinic, analisando um total de 1,027 picos de EEG e 86 convulsões registradas em 36 pacientes.

O método da equipe, denominado técnica de esparsidade de borda reponderada iterativamente rápida espaço-temporal (FAST-IRES), usa aprendizado de máquina para estimar objetivamente as fontes de sinal e a atividade à medida que variam ao longo do tempo. Ao contrário das técnicas de imagem anteriores, ele não precisa de algoritmo ad hoc ou intervenção humana para determinar a extensão da fonte e requer apenas uma entrada intuitiva mínima dos médicos.

O FAST-IRES pode ter um grande impacto na pesquisa e no tratamento de vários distúrbios neurológicos e mentais, como Alzheimer, Parkinson, derrame, dor crônica e até depressão. No entanto, este método tem impacto único e imediato para aqueles que sofrem de epilepsia resistente a medicamentos.

Cerca de um por cento da população global sofre de epilepsia e cerca de um terço dos casos são resistentes aos medicamentos, exigindo intervenção cirúrgica. No entanto, até agora, nenhuma modalidade de imagem não invasiva atual tem a especificidade espacial para determinar com precisão a zona epileptogênica (EZ), que representa a quantidade mínima de tecido que deve ser removida para interromper as convulsões.

“Ao analisar as redes de epilepsia com nossa estrutura FAST-IRES proposta, demonstramos que o EZ pode ser determinado de forma objetiva e não invasiva com alta precisão de registros de EEG de alta densidade no couro cabeludo”, escreveram He e seus co-autores.

Os resultados foram validados contra leituras de registros intracranianos invasivos convencionais e resultados cirúrgicos de cada paciente, comprovando a eficácia do FAST-IRES.

O estudo também marca uma das primeiras vezes que o EEG de alta densidade foi usado para estudar convulsões epilépticas. A tecnologia de imagem mais poderosa, embalando mais do que o dobro dos eletrodos geralmente usados ​​em um ambiente clínico, agora está disponível para pacientes tratados na Clínica Mayo. Ele acredita que, nos próximos cinco anos, a metodologia FAST-IRES começará a impactar a maneira como entendemos uma série de distúrbios neurológicos.

“Este trabalho demonstra que a imagem da fonte de EEG pode se tornar o paradigma não invasivo de alta resolução espacial e temporal para a tecnologia de imagem do cérebro humano, um objetivo importante da BRAIN Initiative.” Ele disse, que atuou como membro do Grupo de Trabalho Multi-Conselho do NIH BRAIN de 2015-2019.

Sua pesquisa pode mudar a vida de quem sofre de epilepsia e pode beneficiar pesquisadores e médicos no campo da neurologia, neurocirurgia e neurociência humana. Este trabalho traz o NIH e a comunidade científica um passo mais perto de alcançar uma nova e revolucionária imagem dinâmica do cérebro.