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Um circuito flexível foi injetado em cérebros vivos

E se o próximo gadget para enviar mensagens para seus amigos não fosse um relógio amarrado ao pulso ou um telefone no bolso - mas um dispositivo eletrônico embutido em seu cérebro? Agora, um novo tipo de circuito flexível nos aproximou um passo desse futuro de ficção científica. Implantada por meio de injeção, uma grade de fios de apenas alguns milímetros pode insinuar-se com neurônios vivos e escutar suas conversas, oferecendo uma maneira de a eletrônica interagir com sua atividade cerebral.

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"Estamos tentando obscurecer a distinção entre circuitos eletrônicos e circuitos neurais", diz Charles Lieber, um nanotecnólogo da Universidade de Harvard e co-autor de um estudo descrevendo o dispositivo esta semana na Nature Nanotechnology.

Até agora, a tecnologia foi testada apenas nas cabeças de ratos vivos. Mas Lieber espera conectá-lo aos humanos. Seus apoiadores incluem a Fidelity Biosciences, uma empresa de capital de risco interessada em novas formas de tratar distúrbios neurodegenerativos, como a doença de Parkinson. Os militares também se interessaram, fornecendo apoio através do programa Cyborgcell da Força Aérea dos Estados Unidos, que se concentra na eletrônica de pequena escala para o "aumento do desempenho" das células.

A eletrônica neural já é uma realidade para algumas pessoas. Aqueles que sofrem de tremores graves ou espasmos musculares incontroláveis ​​podem encontrar alívio através de choques elétricos, que são entregues por longos fios ligados profundamente no cérebro. E os tetraplégicos aprenderam a controlar os membros protéticos usando chips embutidos no cérebro ou eletrodos colocados na superfície do cérebro.

Mas essas tecnologias só podem ser usadas em casos graves porque exigem procedimentos invasivos. "Dispositivos anteriores contaram com grandes incisões e cirurgias", diz Dae-Hyeong Kim, um nanotecnólogo da Universidade Nacional de Seul, na Coréia do Sul.

O que torna a nova abordagem diferente é a excepcional flexibilidade do circuito. Feito de fios de metal e plástico entrelaçados como rede de pesca, o circuito é “cem mil vezes mais flexível que outros eletrônicos implantáveis”, diz Lieber. A rede pode ser enrolada de modo que possa passar facilmente através de uma agulha de seringa. Uma vez dentro do corpo, a rede desdobra-se por si mesma e fica embutida no cérebro.

As autópsias de ratos injetados revelaram que os fios se entrelaçaram no tecido emaranhado de neurônios ao longo de semanas. Ligações apertadas formadas como matéria plástica e cerebral tecidas junto com aparentemente pouco impacto negativo. Essa compatibilidade é talvez porque a rede foi modelada após os suportes tridimensionais usados ​​pelos engenheiros biomédicos para desenvolver tecidos fora do corpo.

Lieber_PressFigure4.jpg Uma imagem de microscópio 3D mostra a malha injetada em uma região do cérebro chamada ventrículo lateral. (Grupo de Pesquisa Lieber, Universidade de Harvard)

As atividades dos neurônios poderiam ser monitoradas usando sensores microscópicos conectados ao circuito. Detectores de voltagem captaram correntes geradas por disparos de células cerebrais individuais. Esses sinais elétricos foram retransmitidos ao longo de um fio que sai da cabeça para um computador.

"Isso poderia fazer algumas incursões em uma interface cerebral para os consumidores", diz Jacob Robinson, que desenvolve tecnologias que interagem com o cérebro da Universidade Rice. "Conectar seu computador ao seu cérebro torna-se muito mais palatável, se tudo que você precisa fazer é injetar algo."

Para neurocientistas interessados ​​em como as células cerebrais se comunicam, essa ferramenta sensível oferece acesso a partes do sistema nervoso que são difíceis de estudar com as tecnologias tradicionais. Três meses atrás, por exemplo, um colega de Lieber injetou algumas de suas redes nos olhos de camundongos, perto de células nervosas que coletam informações visuais da retina. Sondar essas células normalmente requer cortar um pedaço do olho. Sinais coletados pelas redes injetadas permaneceram fortes até agora, e os ratos permanecem saudáveis.

Para ser útil para os humanos, porém, a equipe de Lieber precisará provar que as redes têm uma longevidade ainda maior. A eletrônica neural anterior sofreu de problemas de estabilidade; eles tendem a perder o sinal ao longo do tempo, à medida que as células próximas aos intrusos rígidos morrem ou migram para longe. Mas a equipe está otimista de que a malha de Lieber se mostrará mais favorável ao cérebro, já que as células que o encontram até agora parecem se aconchegar e crescer em suas lacunas.

Ouvir a atividade cerebral pode ser apenas o começo - como nos circuitos do dia-a-dia, diferentes componentes podem ser adicionados para diferentes tarefas. Em outro experimento, a equipe de Lieber injetou circuitos equipados com sensores de pressão em buracos dentro de um polímero macio. Quando o polímero foi espremido, os sensores mediram mudanças na pressão dentro das cavidades. Isso poderia ser útil para investigar as mudanças de pressão dentro do crânio, como aquelas que ocorrem após uma lesão traumática na cabeça.

Mais abaixo na linha, a rede pode ser cravejada com dispositivos de feedback que fornecem estimulação elétrica ou liberam pacotes de drogas para tratamento médico. Acrescente algumas antenas RFID microscópicas e o circuito pode ficar sem fio. E os fãs de ficção científica deveriam salivar ao pensar em instalar dispositivos de armazenamento de memória - semelhantes à RAM dentro de computadores - para melhorar suas próprias memórias.

“Temos que andar antes de podermos correr, mas achamos que podemos realmente revolucionar nossa capacidade de interagir com o cérebro”, diz Lieber.

Um circuito flexível foi injetado em cérebros vivos