4 Awesome Brain Imaging Techniques
A ciência cerebral tem feito enormes avanços nas últimas décadas, e nossa compreensão do cérebro, longe de estar completa, tem aumentado enormemente. Estes avanços foram possíveis graças às diferentes técnicas de imagiologia cerebral descobertas durante este último século. Neste post vamos passar pelas 4 mais fantásticas destas técnicas
Electroencefalografia (EEG)
EEG poderia ser considerado o pai das técnicas de neuroimagem, já que é a primeira técnica usada para medir a atividade (elétrica) do cérebro vivo. Hans Berger registrou o primeiro EEG de um humano em 1924. Os dispositivos EEG avançaram muito desde então, tornando-os mais confiáveis, mais portáteis, com mais eletrodos e até mesmo sem fio. As técnicas de interpretação e análise de dados do EEG também avançaram muito. Técnicas complexas de análise de dados de EEG foram desenvolvidas (uma breve visão geral pode ser encontrada aqui), tais como a chamada EEG-tomografia. Com esta técnica podemos fazer um mapa 3D do interior do cérebro, apenas medindo os potenciais elétricos no couro cabeludo.
EEG é barato, não invasivo, relativamente fácil de configurar e a resolução do tempo é excelente: abaixo de 1 ms ou, em outras palavras, inferior ao tempo necessário para ter um potencial de ação. Por outro lado, a resolução espacial do EEG é maior que outras técnicas de imagem do cérebro (cerca de 1-2 cm).
Ressonância Magnética (RM)
Representa o Santo Graal nas técnicas de imagem do cérebro, bem como para imagens médicas em geral. A ressonância magnética é uma técnica relativamente nova (a primeira imagem de ressonância magnética foi publicada em 1973). Paul Lauterbur e Peter Mansfield, pioneiros nas técnicas de ressonância magnética, receberam o Prêmio Nobel de Medicina em 2003. Muito brevemente, a RM usa fortes campos magnéticos e pulsos eletromagnéticos para excitar prótons que depois geram um fóton antes de se decomporem ao seu estado normal. Estes fótons são então medidos pela RM e um mapa de um tecido vivo pode ser gerado. A RM tem uma grande resolução espacial (2-3 mm), o que a torna muito adequada tanto para aplicações de pesquisa como clínicas. A desvantagem é a resolução temporal, que é bastante baixa (superior a 1 segundo). Além disso, o equipamento de RM é muito caro, volumoso e, portanto, não portátil e inadequado para uso fora do laboratório.
Near InfraRed Spectroscopy (NIRS)
Esta é uma técnica relativamente recente: aplicações médicas e fisiológicas só foram desenvolvidas nas últimas décadas. A idéia é anexar uma fonte de luz NIR ao couro cabeludo e um detector de luz NIR. Desta forma é possível obter a taxa de transmissão e absorção da luz NIR nos tecidos humanos, que contém informações sobre as alterações na concentração de hemoglobina. Acontece que quando uma determinada área do cérebro está ativa, sua demanda de oxigênio aumenta e, portanto, a concentração de hemoglobina também aumenta. A NIRS só pode obter informações dos tecidos corticais, uma vez que a luz NIR é totalmente absorvida em regiões mais profundas do cérebro. Além disso, a resolução temporal da NIRS é semelhante à RM, uma vez que estamos obtendo informações semelhantes, ou seja, mudanças no fluxo sanguíneo. As vantagens da NIRS são a portabilidade, a facilidade de uso e o facto de ser barata. Por essas razões, NIRS tem sido aplicado em muitas aplicações de interface de computador do cérebro (BCI).
Positron emission tomography (PET)
Esta é uma técnica muito legal na qual vários conceitos físicos são aplicados para extrair informação do cérebro: da física de partículas à física quântica. Resumidamente, o sujeito em estudo é injetado com um marcador radioativo que contém isótopos que se decompõem em partículas de menor energia, e nesse processo criarão pósitrons que colidirão com elétrons e depois se transformarão em fótons que podem ser detectados pelo PET. Entretanto, esta técnica de imagem cerebral é invasiva (o sujeito é injetado com uma substância radioativa), cara (para criar o isótopo radioativo, é necessário um sincrotron) e não portátil (o PET é bastante grande). Por outro lado, a qualidade das imagens PET é bastante alta e é amplamente utilizada para a detecção do tumor cerebral, entre outras aplicações (clínicas).
Existem algumas outras técnicas interessantes de neuroimagem, mas para manter este post suficientemente curto, vou apenas listá-las brevemente:
- Electrocorticograma (EcoG): requer a abertura do crânio e a colocação de uma matriz de eletrodos na superfície do córtex. Ele grava sinais elétricos, mas de qualidade superior ao EEG.
- Magnetoencefalograma (MEG): Como o EEG, mas neste caso grava os campos magnéticos produzidos pelos neurónios enquanto disparam.
- Tomografia Assistida por Computador (CAT): Muitas radiografias são feitas a partir de vários ângulos diferentes. Com esta informação pode ser produzida uma imagem 3D do cérebro. Cuidado: A exposição de radioactividade dos pacientes é considerável.
- Micro Electrode Arrays (MEAs): Usado para culturas de neurónios in-vitro, permite medir potenciais de acção individuais, obtendo acesso aos mecanismos de comunicação mais básicos entre neurónios.