Nova técnica de imagem cerebral desvenda fluxos de informação no cérebro

Pesquisadores da Fundação Champalimaud, em Portugal, deram um passo crucial para compreender como a informação trafega pelo cérebro. Utilizando uma técnica inovadora de ressonância magnética ultrarrápida (UF-MRI), foi possível determinar, pela primeira vez, a direção dos impulsos nervosos: dos sentidos para áreas superiores do cérebro (feedforward) ou das previsões e expectativas para os sentidos (feedback).

O estudo, realizado em cérebros de ratos, oferece novas perspectivas sobre processos fundamentais do cérebro. Essas descobertas podem revolucionar a compreensão de condições neurológicas e psiquiátricas, como autismo, Alzheimer, esquizofrenia e alucinações, segundo destacou o principal pesquisador, Noam Shemesh.

No centro da pesquisa está uma técnica de imagem chamada uFLARE (UltraFast Layer-Resolved Encoding), que permite medir a atividade cerebral com precisão temporal e espacial sem precedentes. Com um scanner de ressonância magnética experimental de 9,4 Tesla, bem mais potente do que os usados clinicamente (1 a 3 Tesla), os cientistas geraram imagens funcionais com resolução em milissegundos e no nível submilimétrico.

Essa velocidade e precisão são essenciais para distinguir entre as direções de transmissão dos sinais no cérebro. Até mesmo a atividade espontânea, que ocorre continuamente, revelou padrões distintos para os sinais feedforward e feedback, mas a imagem por si só não era suficiente.

Para interpretar esses dados complexos, os pesquisadores desenvolveram modelos computacionais que reconstruíram o fluxo de informações. A análise concentrou-se no córtex visual, uma região com seis camadas distintas que permitem identificar onde os diferentes tipos de sinais entram e saem com alta precisão.

Os sinais feedforward, provenientes dos sentidos, são direcionados principalmente para a camada média do córtex. Já os sinais de feedback, originados de áreas superiores, projetam-se para camadas superficiais e profundas, formando um mapa anatômico que sustenta o modelo elaborado pelos cientistas.

Com um modelo conhecido como “modelo de campo conectivo baseado em camadas”, foi possível descrever como a comunicação entre neurônios ocorre dependendo da camada em que os sinais são processados. A pesquisadora Joana Carvalho explicou que a variação no tamanho do campo conectivo indica o volume de informações trocadas entre os grupos neuronais.

Os resultados confirmaram as hipóteses: os padrões nos dados da ressonância magnética coincidiram com as previsões do modelo. Isso permitiu determinar de forma confiável a direção do fluxo de informações no cérebro, inaugurando uma nova maneira de entender a dinâmica cerebral.

Embora o foco principal tenha sido o córtex visual, a técnica também foi aplicada com sucesso em outras áreas, como os sistemas somatossensorial e motor. Isso sugere que o princípio de comunicação identificado pode ser uma característica geral do cérebro, ampliando as implicações médicas da descoberta.

Distúrbios neurológicos frequentemente estão associados a alterações no equilíbrio entre os processos feedforward e feedback. Até agora, essas mudanças não podiam ser medidas diretamente, mas a nova técnica pode oferecer uma ferramenta poderosa para mapear essas alterações.

Shemesh destacou que, em condições como Alzheimer e Parkinson, sabe-se que as vias de comunicação cerebral são alteradas, embora os detalhes dessas mudanças permaneçam obscuros. Com essa tecnologia, será possível mapear tais alterações com maior clareza, o que pode transformar diagnósticos e tratamentos.

No caso do autismo, por exemplo, acredita-se que diferenças na percepção estejam ligadas a anomalias na integração da informação. A UF-MRI pode ajudar a identificar se essas diferenças decorrem de alterações nos sinais feedforward ou feedback, abrindo caminho para abordagens terapêuticas mais específicas.

O próximo passo da equipe é traduzir essas descobertas para estudos em cérebros humanos. Se bem-sucedida, a aplicação da técnica em humanos poderá viabilizar novos diagnósticos e estratégias de tratamento, como explicou Carvalho: “Se conseguirmos observar como lesões ou doenças afetam a direção dos sinais cerebrais, entenderemos muito melhor os mecanismos subjacentes”.

Essa pesquisa ressalta o papel crescente da integração entre técnicas avançadas de imagem, análise de dados e modelos computacionais na neurociência. A capacidade de não apenas medir a atividade cerebral, mas também determinar a direção do processamento da informação, marca um avanço significativo rumo à medicina de precisão em neurologia.

Conforme relatado pelo portal ICT&health, a descoberta abre possibilidades para diagnósticos mais precoces e tratamentos mais eficazes para distúrbios cerebrais. A UF-MRI pode ser a chave para desvendar mistérios profundos do cérebro humano e revolucionar a compreensão de doenças complexas.