Imagens ópticas do cérebro, “veja através” do seu cérebro com um capacete de leitura cerebral

Usamos nossos cérebros para pensar todos os dias, mas o cérebro humano é complexo, sutil e misterioso, então ainda sabemos muito pouco sobre ele. Mas o desenvolvimento da tecnologia de imagem cerebral ao longo dos anos trouxe novos avanços para os cientistas que estudam como o cérebro humano funciona.

Pesquisadores da Kernel, uma startup de neurotecnologia nos Estados Unidos, desenvolveram um dispositivo vestível chamado "Kernel Flow". Este dispositivo semelhante a um capacete usa a tecnologia TD-fNIRS (Time Domain Functional Near Infrared Spectroscopy). Alterações locais de oxigênio no sangue foram registradas para medir atividade cerebral.

A maioria dos sistemas de varredura cerebral não invasivos emprega a tecnologia fNIRS (espectroscopia de onda contínua no infravermelho próximo), que usa luz no espectro do infravermelho próximo para medir as mudanças na absorção de luz pela hemoglobina no sangue que circula no cérebro. O TD-fNIR é considerado o padrão ouro para dispositivos ópticos de imagem cerebral não invasivos, e não é uma tecnologia nova, mas problemas como alto custo, complexidade, tamanho grande e baixa frequência de amostragem limitam sua aplicação.

Kernel Flow é composto por 52 módulos distribuídos em quatro regiões abrangendo os córtices frontal, parietal, temporal e occipital. Cada módulo contém um detector e uma fonte de laser, que pode emitir dois comprimentos de onda diferentes de luz laser, 690nm e 850nm, e atingir o cérebro através do couro cabeludo.

Existem seis detectores dispostos em forma hexagonal ao redor da fonte de laser, e cada detector está a 10 mm de distância da fonte de luz. O detector capta a luz refletida, registra o tempo de chegada do fóton e pode detectar mais de um bilhão de fótons por segundo.

O detector registra os tempos de chegada dos fótons detectados como um histograma a uma taxa de amostragem de 200 Hz, com uma frequência de amostragem de 7,1 Hz para todo o sistema. Esses detectores, projetados para altas taxas de contagem de fótons, são otimizados para medições ToF de tomografia óptica difusa, com velocidades de processamento superiores a 1 × 109/s.

Em um teste de neurociência realizado por Kernel, dois voluntários que participaram tiveram alterações hemodinâmicas significativas nos canais do córtex motor durante uma tarefa de bater os dedos. Além disso, o sistema TD-fNIR da Kernel Flow identificou oscilações nos batimentos cardíacos usando um canal de alta amostragem na testa de um dos voluntários.

Além desses testes, o Kernel planeja usar o Flow para realizar diversos estudos com diferentes objetivos. Por exemplo, imagens cerebrais são usadas para entender emoções, efeitos colaterais de drogas psicodélicas, como cetamina, e atenção.

No entanto, os pesquisadores do Kernel dizem que a tecnologia atualmente tem certas limitações, como a textura do cabelo e o tipo de pele, que podem afetar os resultados das imagens cerebrais.

Mas o dispositivo atual, que pesa apenas 2,2 quilos e é construído com pequenos drivers de laser, circuitos integrados personalizados e detectores dedicados, já funciona como um sistema de bancada. Embora a viabilidade comercial ainda não tenha sido desenvolvida, pode não demorar muito para que possamos medir a função cerebral da mesma forma que medimos a frequência cardíaca.

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