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Como uma maneira de ver dentro do corpo, revelando um tumor ou um feto, o ultrassom é tentado e verdadeiro. Mas os neurocientistas têm uma ambição mais nova para a tecnologia: mexer com o cérebro. Em frequências mais baixas do que as de um ultrassom, mas ainda além da faixa da audição humana, o ultrassom pode penetrar no crânio e aumentar ou suprimir a atividade cerebral. Se os pesquisadores puderem provar que o ultrassom muda com segurança e previsibilidade a função cerebral humana, ele pode se tornar uma ferramenta de pesquisa poderosa e não invasiva e um novo meio de tratamento de distúrbios cerebrais.

Como o ultrassom funciona no cérebro permanece misterioso. Porém, experimentos recentes ofereceram segurança quanto à segurança, e pequenos estudos sugerem efeitos significativos em humanos – atenuando a dor, por exemplo, ou melhorando sutilmente a percepção. “Vi muitos dados tentadores”, diz Mark Cohen, neurocientista da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA). “Embora os desafios sejam muito grandes, o potencial disso é tão maior que realmente precisamos persegui-lo”.

Os cientistas já podem modular o cérebro de forma não invasiva, fornecendo corrente elétrica ou pulsos magnéticos no crânio. A Food and Drug Administration (FDA) dos EUA aprovou a estimulação magnética transcraniana (TMS) para tratar depressão, dor de enxaqueca e transtorno obsessivo-compulsivo (TOC).

Mas, diferentemente dos campos magnéticos ou elétricos, as ondas sonoras podem ser focadas – como a luz através de uma lupa – em um ponto profundo do cérebro sem afetar os tecidos mais rasos. Por enquanto, essa combinação de profundidade e foco é possível apenas com um fio implantado cirurgicamente. Porém, o ultrassom pode interromper temporariamente uma região profunda do cérebro humano – a amígdala em forma de amêndoa, uma propulsora de respostas emocionais, por exemplo, ou o tálamo, uma estação de retransmissão da dor e regulador da atenção – para testar sua função ou tratar a doença.

Resultados em animais são encorajadores. Experimentos na década de 1950 mostraram pela primeira vez que as ondas de ultrassom poderiam suprimir a atividade neural em uma região visual do cérebro do gato. Em roedores, mirar o ultrassom nas regiões motoras desencadeou movimentos como uma contração de uma pata ou bigode. E focá-lo em uma região frontal do cérebro de um macaco pode mudar o desempenho dos animais nas tarefas de movimentação dos olhos.

Mas é tecnicamente complicado apontar o ultrassom através do osso denso e denso do crânio e mostrar que sua energia está no ponto pretendido. E os efeitos do ultrassom no cérebro podem ser difíceis de prever. O quanto aumenta ou suprime a atividade neural depende de muitos parâmetros, incluindo o tempo e a intensidade dos pulsos de ultra-som e até as características dos próprios neurônios-alvo. “Estou extremamente empolgado com o potencial”, diz Sarah Hollingsworth Lisanby, psiquiatra do Instituto Nacional de Saúde Mental que estuda neuromodulação não invasiva. “Também precisamos reconhecer que temos muito a aprender”, diz ela.

Por um lado, os pesquisadores estão em grande parte obscuros sobre como as ondas sonoras e as células cerebrais interagem. “Essa é a pergunta de um milhão de dólares nesse campo”, diz Mikhail Shapiro, engenheiro bioquímico do Instituto de Tecnologia da Califórnia. Em altas intensidades, o ultrassom pode aquecer e matar células cerebrais – um recurso que os neurocirurgiões exploraram para queimar seções do cérebro responsáveis ​​por tremores.

Mesmo em intensidades que não aumentam significativamente a temperatura, o ultrassom exerce uma força mecânica nas células. Alguns estudos sugerem que essa força altera os canais de íons nos neurônios, alterando a probabilidade de as células dispararem um sinal para os vizinhos. Se o ultrassom funciona principalmente via canais de íons, “são ótimas notícias”, diz Shapiro, “porque isso significa que podemos ver onde esses canais são expressos e fazer algumas previsões sobre quais tipos de células serão excitados”. Em uma pré-impressão no bioRxiv no mês passado, a equipe de Shapiro relatou que a exposição de neurônios de ratos em um prato ao ultrassom abre um conjunto específico de canais de íons cálcio para tornar certas células mais excitáveis.

Mas esses canais por si só não explicam os efeitos do ultrassom, diz Seung-Schik Yoo, neurocientista da Universidade de Harvard. Ele observa que o ultrassom também parece afetar os receptores das células cerebrais não neuronais chamadas glia. “É muito difícil [desenvolver] qualquer teoria unificadora sobre o mecanismo exato” do ultrassom, diz ele.

Independentemente do mecanismo, o ultrassom está começando a mostrar efeitos claros, embora sutis, nos seres humanos. Em 2014, uma equipe do Instituto Politécnico da Virgínia e da Universidade Estadual mostrou que o ultrassom focado poderia aumentar a atividade elétrica em uma região de processamento sensorial do cérebro humano e melhorar a capacidade dos participantes de discernir o número de pontos tocados em seus dedos. O neurologista Christopher Butler, da Universidade de Oxford, e seus colegas testaram o ultrassom durante uma tarefa sensorial mais complexa: julgar o movimento de pontos flutuantes e trêmulos na tela. No mês passado, na reunião anual online da Cognitive Neuroscience Society, ele relatou que estimular uma região visual de processamento de movimento chamada MT melhorava a capacidade dos indivíduos de julgarem de que maneira a maioria dos pontos se deslocava.

Até agora, os efeitos do ultrassom foram mais sutis que os do TMS, diz Mark George, psiquiatra da Universidade Médica da Carolina do Sul, que ajudou a desenvolver e refinar essa tecnologia. Com o TMS, “você coloca na cabeça e o liga e o polegar se move”, diz ele. Mas os experimentos de ultra-som que provocaram espasmos de pata em ratos usaram intensidades “muito, muito, muito mais altas do que aquilo que estamos autorizados a usar em humanos”.

Os reguladores têm estudos humanos limitados em parte porque o ultrassom tem o potencial de cozinhar o cérebro ou causar danos por cavitação – a criação de pequenas bolhas no tecido. Em 2015, Yoo e seus colegas encontraram micróbios, um sinal de dano aos vasos sanguíneos, em cérebros de ovelhas expostos repetidamente ao ultrassom. “Essa foi uma enorme lombada”, diz Kim Butts Pauly, biofísico da Universidade de Stanford. Mas em fevereiro, no Brain Stimulation , seu grupo também relatou microbleeds em animais de controle, sugerindo que esse dano pode resultar da dissecção do cérebro. Agora, Pauly e Yoo dizem que estão confiantes de que a tecnologia pode ser usada com segurança.

Cohen e colaboradores recentemente testaram a segurança em pessoas, visando o ultrassom em regiões programadas para remoção cirúrgica no tratamento da epilepsia. Com o OK da FDA, eles usaram intensidades até oito vezes mais altas que o limite para o ultra-som diagnóstico. Como eles relataram em uma pré-impressão no medRxiv em abril, eles não encontraram danos significativos no tecido cerebral ou nos vasos sanguíneos. No entanto, para encontrar o limite de segurança, os pesquisadores provavelmente precisarão ir até os níveis que danificam os tecidos, diz Cohen.

Várias equipes estão cautelosamente entrando em testes de ultra-som como tratamento. Em 2016, o neurocientista da UCLA Martin Monti e colegas relataram que um homem em um estado minimamente consciente recuperou a consciência após a estimulação por ultrassom do tálamo. Monti está preparando uma publicação sobre um estudo de acompanhamento de três pessoas com estados de consciência cronicamente prejudicados. Após o ultrassom, eles mostraram maior capacidade de resposta por um período de dias – muito mais rápido que o esperado, diz Monti, embora o estudo não incluísse nenhum grupo controle.

Essa pesquisa e os testes em pacientes com epilepsia usaram um aparelho de ultrassom desenvolvido pela BrainSonix Corporation. Seu fundador, o neuropsiquiatra da UCLA Alexander Bystritsky, espera que o ultrassom possa interromper os circuitos neurais que causam sintomas do TOC. Uma equipe do Hospital Geral de Massachusetts e da Faculdade de Medicina Baylor está planejando um estudo em humanos usando o dispositivo BrainSonix, diz ele.

A engenheira biomédica da Universidade Columbia Elisa Konofagou espera usar o ultra-som para tratar a doença de Alzheimer. Antes de o COVID-19 interromper o recrutamento de participantes, ela e seus colegas estavam preparando um estudo piloto para injetar pequenas bolhas cheias de gás na corrente sanguínea de seis pessoas com Alzheimer e usar pulsos de ultrassom para oscilar as microbolhas nos vasos sanguíneos que revestem o cérebro. A força mecânica dessas vibrações pode separar temporariamente as células que revestem esses vasos. Os pesquisadores esperam que a abertura dessa barreira hematoencefálica ajude o cérebro a eliminar proteínas tóxicas. (A equipe de Konofagou e outros também estão explorando essa combinação de ultra-som e microbolhas para fornecer drogas ao cérebro.)

Em seu primeiro teste de ultrassom após anos estudando a EMT, George procurou reduzir a dor. Sua equipe aplicou um aumento de calor nos braços de 19 participantes, que tenderam a se tornar mais sensíveis em testes repetidos, relatando dor a temperaturas mais baixas no último teste. Mas se, entre o primeiro e o último teste, tivessem pulsos de ultrassom direcionados para o tálamo, o limiar de dor caía pela metade. “Essa é definitivamente uma dupla luz verde” para continuar buscando a tecnologia, diz George.

George trata regularmente pacientes deprimidos com TMS e viu a tecnologia salvar vidas. “Mas todo mundo se pergunta se poderíamos aprofundar com uma tecnologia diferente – isso seria um divisor de águas”, diz ele. “O ultrassom mantém essa promessa, mas a questão é: ele pode realmente cumprir?”.

Texto retirado de ScienceMag
Créditos da imagem: CHRIS BUTLER

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