Capacete cerebral será nova estrela da tecnologia de vestir

Com informações da Physics World - 08/04/2022

Não é bonito, mas talvez impressione seus amigos.
[Imagem: Han Y. Ban et al. - 10.1117/1.JBO.27.7.074710]

Capacete de imagem cerebral

Nos últimos anos, houve grandes avanços nas tecnologias de imageamento cerebral, permitindo que os neurocientistas explorem e investiguem como nossos cérebros funcionam com um nível de detalhamento sem precedentes.

Até o momento, no entanto, essas tecnologias permaneceram em ambientes de laboratório, com experimentos controlados projetados para investigar funções específicas.

Pesquisadores da Kernel, uma empresa de neurotecnologia sediada nos Estados Unidos, esperam mudar isso, tirando as imagens cerebrais do laboratório e implantando-as na vida cotidiana.

Para isso, a empresa está tentando trazer ao mercado seu Kernel Flow.

O capacete usa a técnica de imageamento cerebral chamada "espectroscopia de infravermelho próximo funcional no domínio do tempo", ou TD-fNIRs, para simplificar.

Essa técnica usa luz no espectro do infravermelho próximo para medir mudanças na absorção de luz pela hemoglobina no sangue que circula no cérebro. Essas mudanças podem fornecer informações sobre a função cerebral, uma vez que a concentração de hemoglobina muda em áreas funcionalmente ativas do cérebro porque elas requerem mais oxigênio para alimentar essa atividade.

Esquema dos módulos individuais do capacete.
[Imagem: Han Y. Ban et al. - 10.1117/1.JBO.27.7.074710]

Ganhos técnicos

Embora a TD-fNIR não seja uma técnica nova, os sistemas atuais têm um pequeno número de canais e frequências de amostragem lentas, limitando sua utilidade no campo da neuroimagem.

Para superar essas limitações, os engenheiros da Kernel projetaram um capacete ajustável composto por 52 módulos, organizados em quatro placas em cada lado da cabeça, o que permite fornecer uma cobertura em toda a superfície do cérebro. Cada módulo compreende uma fonte de laser cercada por seis detectores de fotodiodos dispostos hexagonalmente, que podem detectar mais de um bilhão de fótons por segundo.

Dois lasers dentro da fonte emitem luz em diferentes comprimentos de onda (690 e 850 nanômetros), direcionada para o cérebro através da superfície do couro cabeludo.

A luz espalhada e refletida é captada pelos detectores, que são colocados a 10 milímetros de distância da fonte de laser. Os tempos de chegada dos fótons detectados são registrados em histogramas a uma taxa de amostragem de 200 Hz, com uma frequência geral de amostragem do sistema de 7,1 Hz.

Princípio de funcionamento da tecnologia óptica de imageamento cerebral.
[Imagem: Han Y. Ban et al. - 10.1117/1.JBO.27.7.074710]

Testes em fantasmas e em humanos

A equipe testou o sistema usando um fantasma óptico: Um tanque cheio de uma mistura de água, nanquim e emulsão, com propriedades ópticas conhecidas, e um pequeno alvo de PVC preto, colocado em profundidades variadas para imitar a atividade cerebral - esta é uma ferramenta padrão para caracterizar as capacidades desse tipo de sistema.

O capacete Kernel Flow teve um desempenho comparável ao de sistemas de laboratório muito maiores, mantendo ou melhorando o desempenho - além, é claro, de ser menor e leve o suficiente para ser usado sobre a cabeça.

Finalmente, a equipe testou o capacete em voluntários humanos. Dois participantes participaram de um teste neurocientífico do sistema, durante o qual batiam os dedos esquerdo e direito em blocos intercalados, com períodos de descanso. Os canais sobre os córtices motores dos participantes mostraram mudanças hemodinâmicas significativas durante as tarefas.

A equipe da empresa, no entanto, reconhece as limitações da fNIR e está avaliando o desempenho de seu sistema em diferentes tipos de cabelo e pele, que podem influenciar a eficácia das ferramentas ópticas de imagem cerebral.

Embora o capacete ainda não seja tão comercialmente viável quanto um relógio inteligente, a empresa afirma esperar superar todas as deficiências até 2024. Se conseguirem, as medições das funções cerebrais poderão em breve ser tão acessíveis quanto os resultados de aparelhos que nos indicam a frequência cardíaca ou respiratória.

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