Matéria originalmente publicada no website do HC Unicamp

O físico Caetano Ternes Coimbra desenvolveu um algoritmo capaz de quantificar os movimentos captados por um sensor de um relógio inteligente de pulso para auxiliar na análise do tremor, na definição da terapia na dosagem da medicação. A pesquisa faz parte de um projeto que integra o Hub de Inteligência Artificial Aplicada em Saúde e Bem Estar – Viva Bem e é resultado de sua dissertação de mestrado, defendida no Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) da Unicamp.

Os testes para a utilização do smartwatches para o monitoramento da saúde e do bem-estar foram feitos em pacientes atendidos no serviço de Parkinson e distúrbios de movimento do ambulatório de neurologia do Hospital de Clínicas (HC) da Unicamp. A orientação da pesquisa é de Rickson Coelho Mesquita e a coorientação é de Gabriela Castellano. Laura Silveira Moriyama liderou a equipe médica do HC da Unicamp envolvida na pesquisa.

“Nosso objetivo era medir o tremor com um relógio comercial de uso diário das pessoas, em diferentes aplicações. A partir da própria literatura da área, já sabíamos que, em algum nível, conseguiríamos medir o movimento. Mas o desafio era medir com precisão usando o sensor do relógio e toda a tecnologia envolvida, capaz de detectar informações como a movimentação do braço”, explica Coimbra, que fez sua graduação na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), tendo estudado física de partículas, “uma área completamente diferente”.

Para além da captura de dados, Coimbra buscou criar um algoritmo determinístico, para saber sob quais condições o tremor ocorreu. A ideia não é dar o diagnóstico a partir de um relógio, mesmo porque se trata de uma doença multifatorial. A principal contribuição do relógio passa por dar subsídios para o ajuste do tratamento. O paciente leva para casa o relógio que vai medir o tremor, automática e continuamente, registrando em que horário ele melhorou ou piorou.

Pesquisa multidisciplinar

A coordenadora do serviço de Parkinson e distúrbios de movimento do HC e professora de neurologia da Faculdade de Ciências Médicas (FCM) da Universidade, Laura Silveira Moriyama, liderou a equipe médica envolvida na pesquisa, que afirma ser uma importante contribuição no tratamento de doenças do movimento.

“Há vários tipos de problemas neurológicos que afetam a maneira como a pessoa se locomove, como ela fala, engole ou usa as mãos. Com o avanço das pesquisas, temos cada vez mais a colaboração interdisciplinar de áreas como a engenharia, a física e a computação. Nesse projeto, o pesquisador coletou medidas objetivas sobre o tremor e a dificuldade de movimento do paciente. Nós, médicos, vemos o tremor. Ele, como físico, vê a frequência e a amplitude do tremor”, disse Moriyama.

Segundo a neurologista, é comum que o paciente não tenha certeza se sua condição melhorou após tomar o medicamento. “Nós tentávamos encontrar maneiras de medir isso objetivamente. O sensor nos dá uma informação mais objetiva.” O protocolo criado por Coimbra envolve dois tipos de aparelho: a eletroneuromiografia (que mede a ativação dos músculos responsáveis pelo tremor) e o relógio de acelerometria (que mede a aceleração em que se moveu aquele pedaço do corpo).

“Usamos no pulso, porque esse tremor no Parkinson afeta muito os braços, mas ele poderia ser feito em outras partes do corpo, como pernas, tronco e cabeça. Esse tipo de sensor consegue nos ajudar a ver a evolução da doença.” Para a médica, a representação visual criada por Coimbra também contribuiu para o próprio paciente compreender seu quadro médico.

“O sensor gera segurança para o paciente e para o médico. Não há como mandar o clínico à casa do paciente, mas é como se ele levasse um pedacinho do nosso time com ele.”

O algoritmo

Coimbra desenvolveu um algoritmo clássico usando a análise de Fourier para extrair as características fisicamente relevantes do tremor (um sinal oscilatório, que vai e volta) – sua amplitude, frequência e variação da frequência. “O algoritmo tem potencial para ser aplicado a outros sintomas, como a lentidão de movimento, além de tremores. Medir o tremor é mais do que medir uma patologia. Todo mundo tem um tremor fisiológico, porque há várias coisas que podem causar tremor, como a ansiedade na hora de uma entrevista de emprego ou até a ingestão de cafeína. Então medir o tremor é algo muito amplo e não é uma ideia nova”, disse o pesquisador.

Por Bianca Garutti, originalmente publicado em g1 Campinas e região

Imagine uma pequena sala revestida com espuma acústica, com três telões brancos e um projetor. Este equipamento está conectado a caixas de som e um aparelho popular em videogames usado para captar movimentos corporais.

Conforme você se movimenta, surgem imagens abstratas e coloridas acompanhadas de diferentes sons, que variam de acordo com a intensidade e a fluidez das ações. Resumidamente, é assim que funciona uma tecnologia desenvolvida na Unicamp que busca unir arte e ciência na reabilitação de pacientes com sequelas neurológicas e motoras, como pessoas que tiveram acidente vascular cerebral (AVC).

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O corpo como instrumento: terapia musical na neuroplasticidade do cérebro e na reabilitação de pacientes com AVC

Criado pela musicóloga Elena Partesotti em parceria com a docente Gabriela Castellano, o BehCreative estimula processos artísticos e criativos para promover bem-estar físico e psicológico. A ideia é que o ambiente dê ao participante liberdade para escolher os movimentos que deseja realizar, conduzindo o próprio tratamento.

Assista ao vídeo da reportagem

Como funciona?

A tecnologia, cujo nome deriva da expressão “behave creatively” (comporte-se criativamente, em inglês), utiliza um sistema de realidade virtual e aumentada composto por um computador, rastreador de gestos, projetores e caixas de som. A interação ocorre a partir dos movimentos corporais do participante, que controlam sons e imagens projetados no ambiente.

Segundo Partesotti, a proposta inicial era explorar os potenciais criativos e terapêuticos do projeto no contexto da musicoterapia, especialmente em relação à regulação emocional e à expressão criativa.

Estudos e primeiros resultados

Estudos preliminares realizados com um grupo de pessoas saudáveis mostraram que o projeto despertou alterações na conectividade cerebral em regiões associadas às emoções e à criatividade. Segundo as pesquisadoras, em pacientes com acidente vascular cerebral (AVC), os estudos mostraram aumento de conectividade em áreas motoras.

“O que a gente vê são alterações relacionadas ao que a gente chama de conectividade cerebral que é, basicamente, como as diferentes áreas do cérebro conversam entre si, então as áreas relacionadas às emoções tiveram mais alterações”, explica Castellano.

O uso no tratamento de pacientes segue em fase de testes. Durante os experimentos, que acontecem no Núcleo Interdisciplinar de Comunicação Sonora (Nics) da Unicamp, eles utilizam o equipamento por até 10 minutos, enquanto passam por avaliações de eletroencefalografia para medir alterações no funcionamento cerebral.

Reportagem do Jornal da UNICAMP

Em um pequeno estúdio da Unicamp, uma mulher dança delicadamente. Seus braços e pernas fluem com elegância, criando uma harmonia com a música e imagens coloridas que ganham vida nas paredes. A cada gesto da bailarina, o ambiente se transforma: quando eleva os braços e desloca os ombros, as imagens explodem em uma vibrante fusão de cores. Quando contém seus movimentos, as figuras se acalmam, retornando a um tranquilo tom de amarelo claro.

Nessa performance, registrada no Núcleo Interdisciplinar de Comunicação Sonora (Nics) da Universidade, a bailarina demonstra o funcionamento do BehCreative, uma caverna digital desenvolvida pela musicóloga e pesquisadora de pós-doutorado Elena Partesotti. A tecnologia, cujo nome deriva da expressão em inglês behave creatively – comporte-se de forma criativa –, consiste em um instrumento musical digital estendido (EDMI, na sigla em inglês) de realidade virtual e aumentada, em que imagens e sons podem ser manipulados pelos usuários com o apoio de recursos interativos.

Usando um computador, um rastreador de gestos, projetores de imagem e caixas de som, o BehCreative gera respostas visuais e auditivas baseadas nos movimentos realizados pelo usuário, movimentos esses associados a diferentes sons e padrões de cor. “A ideia é que seu corpo vire um instrumento musical. Não há um objeto físico. Você com seus movimentos produz sons e imagens, algo conectado ao paradigma da cognição incorporada”, explica Partesotti, referindo-se à teoria filosófica segundo a qual as experiências cognitivas humanas são influenciadas pela interação do corpo com o ambiente.

A prof. Gabriela Castellano investiga como o cérebro se reorganiza. Fotografia: Antonio Scarpinetti, Jornal da UNICAMP

Criado para explorar como os sons e os movimentos podem se combinar em ambientes imersivos, a proposta inicial desse EDMI é estimular processos artísticos e criativos no âmbito da musicoterapia. Isso porque estudos já demonstraram que intervenções musicais oferecem importantes instrumentos para a promoção do bem-estar físico e psicológico de pacientes. Essas ferramentas estimulam a produção de hormônios como ocitocina, dopamina, norepinefrina e adrenalina, conectados a emoções como amor e prazer, e de melatonina, que regula processos biológicos como o sono e o despertar e, por isso, conseguem reduzir a ansiedade e a depressão, além de aliviar a dor e melhorar a qualidade de vida de pessoas com déficits cognitivos como a doença de Alzheimer.

No entanto estudos mais recentes também vêm apontando efeitos positivos da terapia musical na neuroplasticidade do cérebro – a capacidade do sistema nervoso central de se adaptar a novos estímulos ambientais – e na reabilitação de pessoas que sofreram um acidente vascular cerebral (AVC). Por esse motivo, um dos objetivos da musicoterapeuta é avaliar a capacidade do BehCreative de reabilitar a função motora e a capacidade cognitiva desses pacientes, um projeto levado a cabo sob a orientação da docente Gabriela Castellano, do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW).

De acordo com a docente, o instrumento musical desenvolvido ainda está na fase de protótipo, mas os pesquisadores pretendem que, um dia, ele possa ser utilizado pelos pacientes dentro de suas próprias casas, como uma forma complementar de tratamento fisioterapêutico.

“A gente sabe que doenças debilitantes estão se tornando mais comuns por conta do estilo de vida sedentário e também do envelhecimento da população. Então há cada vez mais pessoas com sequelas neurológicas devido a diversas condições de saúde. E hoje em dia as clínicas e fisioterapeutas já não dão conta da demanda crescente de pessoas com essas sequelas”, observou a professora.

Reabilitação cognitiva

Castellano é uma das pesquisadoras principais do Instituto Brasileiro de Neurociências e Neurotecnologia (Brainn, na sigla em inglês) da Unicamp, que investiga os mecanismos causadores da epilepsia e de AVCs e os danos gerados por essas ocorrências. Antes de trabalhar com Partesotti, a professora já desenvolvia aplicativos de realidade estendida para terapia de pacientes com AVC, em parceria com o pesquisador de pós-doutorado Alexandre Brandão. “A gente tem avaliado quais mudanças cerebrais decorrem do uso desses aplicativos, com a ideia de entender como o cérebro se reorganiza depois disso. Para tanto, usamos técnicas de neuroimagem, como a ressonância magnética funcional e a eletroencefalografia”, explica.

No entanto tais dispositivos não empregam recursos musicais e, por serem voltados à reabilitação motora, demandam movimentos específicos e pré-determinados do paciente, o que limita a criatividade do usuário e, consequentemente, uma possível resposta cognitiva. Por esse motivo, as pesquisadoras desejam agora empregar as mesmas técnicas de neuroimagem na avaliação de usuários do BehCreative, verificando se, por se tratar de uma atividade mais criativa, isso levará a uma melhora na capacidade cognitiva dessas pessoas.

Testes preliminares utilizando ressonância magnética funcional já demonstraram que, após o uso do BehCreative, pessoas saudáveis passaram por uma alteração de conectividade em regiões associadas às emoções, influenciando a regulação emocional e aumentando a expressão criativa dos usuários. Esses dados estão para ser publicados no Nordic Journal of Music Therapy (NJMT), um dos maiores periódicos de musicoterapia do mundo. Entretanto, devido às limitações impostas pela pandemia de covid-19, os testes envolveram apenas cinco pessoas, o que dificulta a generalização dos resultados. Mais recentemente, o estudo foi refeito com 15 usuários saudáveis, mas esses dados ainda estão sob análise.

Neste momento, Partesotti e Castellano estão iniciando os experimentos com o BehCreative em pacientes de AVC e buscando novos candidatos para participarem da pesquisa. Em um total de dez dias de testes, na Unicamp, os usuários utilizarão o equipamento por um período máximo de 10 minutos, quando passarão por uma eletroencefalografia, para registrar quaisquer alterações no funcionamento do cérebro, e receberão atendimento de um fisioterapeuta. “A ideia é que a pessoa decida como se expressar nesse equipamento. A gente chama isso de empoderamento criativo, que significa oferecer instrumentos para que ela possa aplicar o que gosta de fazer em sua reabilitação, buscando uma melhora motora e cognitiva”, afirma a pesquisadora.

Texto por: Camila Delmondes | 24 de abril de 2024

Aconteceu na Faculdade de Ciências Médicas (FCM) da Unicamp, no início de abril, a 10ª edição do Congresso Brainn, evento organizado pelo Brazilian Research Institute for Neuroscience and Neurotechnology (Brainn) – um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). O evento reuniu pesquisadores e estudantes de graduação e pós-graduação, do Brasil e do exterior, com o objetivo de promover a comunicação e a colaboração científica no desenvolvimento de pesquisas de alta qualidade.

Os 10 anos de atividades do Brainn foram o tema central da mesa de abertura do evento, ocasião em que o médico neurologista, Fernando Cendes, explicou o foco do projeto, de desenvolvimento de pesquisas básicas sobre neurociência e tecnologias auxiliares no diagnóstico, prognóstico e tratamento de doenças neurológicas, incluindo a epilepsia e o acidente vascular cerebral. Em sua fala de boas-vindas e comemoração ao aniversário de 10 anos de atividade, o pesquisador principal do Brainn enalteceu o trabalho de colaboração em pesquisa.

Mesa da abertura do 10º Congresso Brainn/Fotos: Mario Moreira – CAAC

“Em ciência nada começa do zero. Não existe geração espontânea. O que propiciou a existência do Brainn foi a realização [há 10 anos] de um projeto colaborativo entre instituições do estado de São Paulo, também financiado pela Fapesp, chamado Cinapce. Foi a partir desse projeto que o espírito de colaboração em pesquisa foi fortalecido no Brainn, já no seu início. Essa característica permitiu maior abrangência em termos de métodos, permutas e resultados. Hoje, esse é o modus operandi. É impossível fazer ciência de ponta isoladamente. A neurociência tornou-se um ramo da pesquisa multidisciplinar”, disse Cendes.

“Em ciência nada começa do zero. Não existe geração espontânea. O que propiciou a existência do Brainn foi a realização [há 10 anos] de um projeto colaborativo entre instituições do estado de São Paulo (…) É impossível fazer ciência de ponta isoladamente. A neurociência tornou-se um ramo da pesquisa multidisciplinar” – Fernando Cendes

O pesquisador destacou, desde o início do Brainn, a atuação de 24 pesquisadores principais, e 82 pesquisadores associados, juntamente a 95 alunos de mestrado, 150 alunos de doutorado, 102 pós-doutorandos e 200 alunos de graduação. “Temos mais de 900 artigos publicados, além de diversas patentes, softwares, livros e capítulos de livros. Tendo desenvolvido, também, fortes e frutíferas colaborações internacionais”, afirmou.

Ambas as pesquisadoras do Brainn, Gabriela Castellano (IFGW) e Clarissa Lin Yasuda (FCM), corroboraram a fala de Fernando Cendes sobre colaboração científica. “Tem sido um projeto extraordinário, que permitiu colaborações com muitas pessoas dentro e fora da universidade. Espero que, de alguma forma, seja dada continuidade ao Brainn porque hoje somos uma referência no estado de SP em neurociência e neurotecnologia”, disse Gabriela. “Que toda essa integração e multidisciplinaridade seja um grande incentivo aos nossos alunos de graduação e pós-graduação. Que possamos aumentar nosso networking e assim continuar a desenvolver a neurociência no estado de SP e no restante do País”, disse Clarissa.

O diretor da FCM, Claudio Saddy Rodrigues Coy, disse que o Brainn é um caso de sucesso. Na ocasião da sua fala, ele destacou a produtividade acadêmica do projeto e a sua capacidade de congregar diversas outras áreas da Unicamp e de outras instituições. “É uma honra fazer parte de um projeto tão exitoso. O Congresso Brainn é um reflexo desse trabalho”, disse.

Em sua fala o pró-reitor de Pesquisa da Unicamp, João Marcos Travassos Romano, disse que, ao completar 10 anos, o Brainn atingiu o seu grau de maturidade e que agora está pronto para prosseguir. “Essa é a ideia da Fapesp para os seus centros de Pesquisa, Inovação e Difusão. Precisamos, agora, [enquanto instituição] encontrar a melhor solução e fazer todo esforço para que a institucionalização do Brainn seja a mais adequada e eficiente”, comentou.

Durante os três dias de evento, o Congresso contou com diversas palestras nas áreas de Neurologia, Física, Biologia Engenharia Elétrica, Psicologia, Informática e Educação Física, e palestrantes convidados oriundos de instituições como o Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer, a Universidade Federal do ABC, a Universidade Federal de São Paulo, a Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, o University of Erlanger (Alemanha) e o University College (Reino Unido). O evento também contou com sessões orais e apresentação de pôsteres. Ao todo, cerca de 200 pessoas participaram do evento na Unicamp.

Foi celebrada em 2024 a décima edição do BRAINN Congress, evento realizado entre os dias 03 e 05 de abril de 2024 nos auditórios da Faculdade de Ciências Médicas (FCM) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). O evento foi organizado pelo Instituto de Pesquisa sobre Neurociências e Neurotecnologia (BRAINN), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) da FAPESP.

Neste ano, mais de 180 pesquisadores, alunos e estudantes participaram do evento, que contou com 123 trabalhos inscritos. Estes trabalhos serão publicados no Journal of Epilepsy and Clinical Neurophysiology.

Cientistas internacionais palestraram ao longo dos 03 dias de evento. A Dra. Mariana Bento, professora assistente da Schulich School of Engineering, University of Calgary, falou sobre uso de machine learning para aprimorar o imageamento cerebral. O professor de imageamento cerebrovascular experimental da Universidade Leiden, na Holanda, dr. Matthias Van Osch, apresentou estratégias não-invasivas para se obter imagens do cérebro. Do Brasil, o professor adjunto do curso de Engenharia Biomédica da Universidade Federal do ABC, dr. Daniel Papoti, palestrou sobre tecnologias de bobinas de radiofrequência para imageamento cerebral.

Participaram também do evento os pesquisadores do CEPID BRAINN dr. Fernando Cendes, dra. Gabriela Castellano, dra. Iscia Lopes-Cendes e dra. Lília Freire Li, com palestras de temas diversos no ramo das neurociências. As apresentações exploraram desde o panorama da pesquisa genética em epilepsia nos últimos 30 anos (Iscia) até alterações cerebrais pós-treinamentos de reabilitação (Gabriela) e os desafios e controvérsias na aprendizagem na sala de aula (Lília).

Premiações

A cada edição, o Congresso premia alunos e pesquisadores com o Best Paper Awards, nas categorias “Apresentações Orais” e “Apresentações de Pôsters”. Confira a lista de vencedores da 10ª edição a seguir:

Premiados da Sessão Oral

Graduação:

• Mariana L. Han (Faculdade de Medicina da USP) – Insights into Post-COVID Anosmia: unraveling neural alterations through 7T MRI and DTI analysis of olfactory pathways
• Vitor A. Oya (UNICAMP) – Seed-based functional connectivity changes in elderly subjects playing serious games

Mestrado:

• Rodrigo M. C. Carvalho (Federal University of ABC) – A Novel Method to Investigate Neurodevelopment Using Ising Temperature and Graph Neural Networks

Doutorado:

• Rafael Batista João (UNICAMP) – Comparisons between traditional and brief, and ultra-brief anxiety and depression inventories in people with epilepsy

Pós-Doutorado:

• Gabriel Chaves de Melo (UNICAMP) – Timing Investigation of EEG Functional Connectivity Changes During a Motor Imagery Task

Premiados da Sessão de Pôsters

Graduação:

• Lucas F. Teodosio (Unicamp) – Analysis of the Neural Correlates of Problem Solving in Physics Measured with Functional Near-Infrared
• Thierry K. Alves Silva Souza (Unicamp) – Hypothalamic Changes and Post-COVID Symptoms

Mestrado:

• Caetano Ternes Coimbra (UNICAMP) – Exploring the relationship between physiological and inertial characteristics in induced tremor events

Doutorado:

• Ricardo Brioschi (Unicamp) – Persistent seizures modify supra and infratentorial Gray Matter in Idiopathic Generalized Epilepsy

Pós-Doutorado:

• Kauê T. N. Duarte (University of Calgary) – Exploratory Prenatal Alcohol Exposure classification in infants using brain MR: 3D Convolutional Neural Networks assisted by Data Augmentation

Abstracts publicados no JECN

Os abstracts apresentados durante a décima edição do Congresso do CEPID BRAINN foram publicados no Journal of Epilepsy and Clinical Neurophysiology (JECN).

Acesse a publicação no botão abaixo.

O CEPID BRAINN participará do evento no Instituto de Física, por meio do grupo de Neurofísica (PhINeR Lab) da Profª. Gabriela Castellano. Detalhes a seguir:

Visitas Guiadas

(acesso livre sem inscrição)

Visitas guiadas aos laboratórios, realizadas a cada 20 minutos. Monitores levarão os grupos para as visitas, partindo da frente do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW).

• Comunicações ópticas – Profº. Gustavo Wiederhecker
  • Fazendo circuitos com luz ao invés de eletrônica
• Cronologia – Profº. Sandro Guedes de Oliveira
  • Estuda principalmente aplicações de radioatividade para datação geológica e contaminação ambiental. Venha aprender sobre esses temas conosco!
• Eletromagnetismo Aplicado e Computacional – Profº. Hugo Figueroa
  • Brincando com as cores
• Física Médica – Maria Emília Seren Takahashi
  • Vamos descobrir como os raios X são feitos e todos os superpoderes que eles têm na medicina!
• Fotônica quântica integrada – Profº. Felippe Barbosa
  • Usando luz e física quântica para tornar nossa comunicação mais segura e poderosa
• Instrumentação para o Ensino de Física – Profº. Diego Muraca
  • Diversos experimentos interativos que cobrem conceitos fundamentais da física
• Luz quântica integrada – Profº. Pierre-Louis Pierre
  • Investigando matérias bidimensionais e fontes de fótons únicos
• Materiais e Baixas Temperaturas – Profª. Fanny Béron
  • Um ímã pode parecer “mágico”, mas a física explica e a tecnologia usa. Vem visitar o LMBT e  você também vai saber explicar e usar de mil maneiras legais.
• Neurofísica / Cepid Brainn (PhINeR) – Profª. Gabriela Castellano
  • Estudamos como o cérebro – de pacientes que perderam o movimento de algum membro do corpo devido a uma lesão – responde a diferentes tratamentos de reabilitação, que incluem jogos de realidade virtual e estimulação elétrica transcraniana.
• Ótica – Fernando Mattos
  • Brincando com Fótons: experimentos que nos permitem decifrar as mensagens carregadas pela luz.
• Optomecânica – Profº. Thiago Alegre
  • Neste laboratório investigamos diversos aspectos de sistemas optomecânicos, com ênfase ao resfriamento de modos de vibração ao estado quântico fundamental, sincronismo de osciladores optomecânicos acoplados, e redução dos mecanismos de dissipação óptica e mecânica desta cavidades.

O simpósio BRAINN_XR, evento satélite do BRAINN Congress, foi realizado no Instituto de Física “Gleb Wataghin” (IFGW – UNICAMP) no dia 14 de abril de 2023, com o propósito de discutir os avanços na área de reabilitação virtual e o desenvolvimento de tecnologias de interação gestual. Neste contexto, foram apresentadas técnicas de visão computacional e o uso de sensoriamento para o rastreamento corporal, a quantificação de movimentos e uma forma não convencional de interação humano-computador por meio de estímulos motores e cognitivos.

Para esta edição do evento, foram reunidos pesquisadores da ciência da computação, do grupo de Neurofísica e das áreas da saúde relacionadas à reabilitação e promoção de saúde.

No período da manhã, o evento teve a palestra de abertura sobre neuromodulação com o pesquisador do BRAINN Cássio Ruas (UNICAMP), seguido de uma mesa redonda sobre o desenvolvimento tecnológico com o pesquisador do BRAINN Prof. Diego Dias (UFSJ), o pesquisador do Cepid CeMEAI (https://cemeai.icmc.usp.br/) Prof. Claudio Toledo (ICMC – USP) e o também pesquisador do BRAINN Alexandre Brandão, com a moderação do pesquisador do BRAINN, Prof. Marcelo Guimarães (UNIFESP).

Já no período da tarde, a programação do simpósio abordou os temas musicoterapia com a pesquisadora italiana Elena Partesotti (UNICAMP) e o uso das tecnologias “BRAINN_XR” em ambiente comercial com o fisioterapeuta Jonas de Andrade (Instituto ATIVUS), seguido de uma mesa redonda sobre testes clínicos em indivíduos saudáveis com a Profª Daneila Godoi (UFSCar), em intervenções de terapia ocupacional com a Profª Débora Carrijo (UFSCar) e em ambiente Hospitalar com a Profª Adriana Cicuto (UFSCar), mediada pela pesquisadora do BRAINN Sara Almeida (Instituto Neuron / UNICAMP).

A organização do BRAINN_XR Symposium foi realizada pelos pesquisadores associados ao BRAINN: Sara Almeida (Instituto Neuron / UNICAMP), o Prof. Diego Dias (UFSJ) e Alexandre Brandão (UNICAMP), sob supervisão da Profª Gabriela Castellano (UNICAMP).

Escrito por Luciene Santos Telli. Originalmente publicado no portal IFGW Unicamp.

A dra. Gabriela Castellano coordena o projeto de tecnologias assistivas e de reabilitação no BRAINN

O Acidente Vascular Cerebral (AVC) é a segunda causa de mortes no planeta e a terceira que mais gera incapacitação a longo prazo, segundo a World Stroke Organization, órgão internacional que trabalha com pesquisa, capacitação e conscientização sobre a doença. Idosos e adultos de meia idade são o principal grupo de risco, mas a incidência de AVC em jovens, por fatores como a má alimentação e estilo de vida, têm colocado em alerta as autoridades de saúde. As sequelas podem ser físicas, cognitivas e sensitivas, e as terapias de reabilitação são o caminho para que os sequelados possam recuperar capacidades e ter mais qualidade de vida no enfrentamento dos desafios que a doença apresenta.

Com o avanço da inteligência artificial, terapias de reabilitação que utilizam realidade virtual chegaram para somar esforços com as terapias tradicionais no tratamento dos pacientes que sofreram AVC. A forma como o cérebro responde a um tratamento de reabilitação com tecnologia de realidade virtual é o foco da pesquisa da professora Gabriela Castellano, responsável pelo grupo de Neurofísica do Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia (DRCC) do IFGW. Castellano faz análises matemático-computacionais de dados extraídos do cérebro de diversas formas, com o objetivo de extrair informações relevantes desses dados.

“Nos primeiros meses, logo depois que a pessoa tem o AVC, o cérebro se reorganiza e a pessoa consegue recuperar algumas funções que haviam sido prejudicadas. Depois de alguns meses, ela atinge uma espécie de platô, e aí, a recuperação se torna lenta ou estaciona de vez. Nosso projeto busca entender o que acontece no cérebro desse tipo de paciente, que são os pacientes crônicos”, explica Castellano.

Até o momento, 10 voluntários foram avaliados e 1 está em avaliação. O critério para participar é ter acima de 18 anos, além de ser paciente crônico de AVC. As medições começaram em agosto de 2022 e são feitas no Laboratório de Neurorreabilitação, no DRCC. Os pacientes são levados a fazer atividades simples, utilizando softwares de realidade virtual que simulam ambientes comuns, como ruas e obstáculos. Eles são estimulados a fazer movimentos com os braços e as pernas, enquanto eletrodos  colocados em uma parte específica da cabeça fazem uma estimulação com uma corrente elétrica contínua e fraca. “No caso, a gente quer atingir o córtex motor da pessoa, que é a parte relacionada ao movimento. Esse tratamento tem demonstrado que, de fato, excita os neurônios. Ele faz com que os neurônios daquela região disparem e mandem sinais”, diz Castellano. Ela explica que a parte que está lesionada, que é tecido morto, não vai se recuperar, mas que as regiões vizinhas a ela são estimuladas para que passem a assumir as funções perdidas pelo paciente.

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Cada paciente faz dez sessões no total, uma por dia, por duas semanas. Antes, passam por várias avaliações clínicas sobre a capacidade de fazer atividades diárias básicas (como comer e escovar os dentes, por exemplo), os movimentos que conseguem executar e o equilíbrio. Os pacientes também são submetidos à eletroencefalografia, para a medição dos sinais elétricos produzidos pelos neurônios, e à eletromiografia, que mede como o músculo está funcionando, porque os músculos também emitem sinais elétricos. As medidas são feitas antes e depois da primeira, quinta e décima sessões  do tratamento de reabilitação.

Segundo Castellano, todos já relataram alguma melhora. “Teve gente que melhorou o equilíbrio. Outros disseram que tinham dor de cabeça e que ela foi embora. E tem gente que está melhorando a amplitude dos movimentos”, revela a pesquisadora. A avaliação dos dados coletados rendeu cinco resumos, apresentados no 9º Congresso do BRAINN (Brazilian Institute of Neuroscience and Neurotechnology), realizado de 17 a 19 de abril na Unicamp.

O BRAINN é financiado pela Fapesp e sediado pela Unicamp. Ele surgiu há dez anos, para financiar projetos de estudos do cérebro humano, reunindo pesquisadores de várias áreas, entre elas, a neurologia, a física, a genética, a biologia, a matemática, a estatística, a engenharia elétrica etc. Castellano é uma das pesquisadoras principais e coordena o projeto de tecnologias assistivas e de reabilitação.

Dificuldades

A pesquisadora explica que o estudo enfrenta dificuldades, como, por exemplo, o número de voluntários. O grupo publicou uma chamada, mas poucas pessoas se candidataram. “É uma dificuldade atrair pessoas porque, às vezes, elas podem até estar interessadas, mas não têm recursos para vir para a terapia de reabilitação. E a gente não dispõe de recursos para pagar para as pessoas virem. A gente consegue, às vezes, uma ajuda de custo para pagar um ônibus e um lanche, mas não muito mais que isso. Então, se a pessoa não tem recursos, fica mais difícil de ela vir”, comenta Castellano.

Outro problema é o número reduzido de profissionais de saúde que trabalham no projeto, o que torna a coleta mais lenta. “Não dá para tocar o projeto sem profissionais da saúde. Sem fisioterapeutas, por exemplo, eu não consigo. Só que, aí, eu preciso pagar as fisioterapeutas, mas eu não consigo pagar com uma bolsa de mestrado ou doutorado, porque não dá para uma fisioterapeuta fazer mestrado ou doutorado na Física. Então, preciso arranjar algum outro tipo de bolsa para poder pagá-las. Neste momento, temos duas profissionais, sendo que uma delas é voluntária, que tem interesse na pesquisa e já trabalhou comigo em outros projetos. Ela vem um dia por semana. A outra, estamos pagando com bolsa técnica do projeto”, diz Castellano. A coordenação das avaliações é feita por um profissional doutorado em Ciências do Esporte e Exercício, e que faz pós-doutorado no Departamento de Raios Cósmicos e Cronologia. Os dados são analisados por alunos de doutorado do grupo.

O pesquisador Alexandre Brandão em demonstração da terapia por realidade virtual. Foto: Luciene Santos Telli.

“O ideal, para publicarmos um estudo, é um grupo maior, de, pelo menos, 20 pessoas. Mas as medições demoram. Cada um dos voluntários fica duas semanas com a equipe do projeto”, conta a pesquisadora.

Ela explica que os resultados são muito variados, pelas características do grupo analisado. “Nem todos têm a lesão exatamente no mesmo lugar. Nem todos têm o mesmo tipo de comprometimento, o mesmo nível de comprometimento inicial. Isso dificulta um pouco a análise. O ideal seria ter um grupo o mais homogêneo possível para estudá-lo. Só que se a gente tentar montar um grupo homogêneo, não vai conseguir, porque a variabilidade é muito grande e não temos uma população de pacientes tão grande assim para poder ficar escolhendo”, avalia.

Software de realidade virtual premiado

O software de realidade virtual que mede a amplitude de movimentos, batizado de KinesiOS, foi o resultado de uma parceria entre o pesquisador Alexandre Fonseca Brandão, membro do grupo de Neurofísica do DRCC, e pesquisadores da área de computação da Universidade Estadual Paulista (Unesp), Universidade Federal de São Paulo (Unifesp) e Universidade Federal de São João Del Rei (UFSJ). O KinesiOS rendeu aos pesquisadores uma premiação no final de 2021, no 23º Symposium on Virtual and Augmented Reality (SVR), principal conferência sobre realidade virtual e realidade aumentada do Brasil, da Sociedade Brasileira de Computação (SBC).

Em outro projeto, também do leque do BRAINN e desenvolvido na Faculdade de Ciências Médicas (FCM) da Unicamp, o grupo de Neurofísica comparou pessoas que fizeram a reabilitação convencional e a reabilitação usando os aplicativos de realidade virtual. Os dados foram analisados por uma doutoranda, que está elaborando o artigo a ser publicado.

Castellano explica que, além dos projetos com tecnologias de reabilitação, o grupo também trabalha com tecnologias chamadas de assistivas. “São tecnologias para substituir uma função que foi perdida. Temos trabalhado muito com interface cérebro computador”, diz ela.

27 de maio de 2022  | por Felipe Mateus, para o Jornal da Unicamp

O envelhecimento da população é um desafio que bate à porta de governos, instituições e profissionais que se dedicam a planejar o futuro e cuidar do bem-estar das pessoas. No Brasil, o cenário exige atenção. Um levantamento do Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (Ipea, 2021) aponta uma tendência de redução da taxa de fecundidade acompanhada de maior expectativa de vida dos brasileiros. A população, hoje estimada em 210 milhões, chegaria ao ano de 2100 na faixa dos 178 milhões. O grupo de idosos saltaria dos atuais 15% para 30%. Em um cenário de queda abrupta da fecundidade, o Ipea sinaliza uma redução do total da população para 156 milhões de pessoas, sendo que 40% teriam mais de 65 anos.

A qualidade de vida dessas pessoas exige cuidados especiais. Compreender o funcionamento do cérebro pela detecção de seus sinais pode tornar esses cuidados mais personalizados e eficazes. Este é um dos propósitos do Grupo de Neurofísica, que reúne pesquisadores do Instituto de Física “Gleb Wataghin” (IFGW) em parceria com outras unidades da Unicamp.

“Buscamos entender o cérebro e seus processos, como o envelhecimento do órgão. Também buscamos parâmetros que auxiliem no diagnóstico de doenças, na eficácia de um tratamento e nos prognósticos para a evolução de um paciente”, explica Gabriela Castellano, professora do IFGW e integrante do grupo.

Por meio de análises matemáticas de imagens da anatomia cerebral e de mapas funcionais de processos internos do órgão, os pesquisadores conseguem extrair dados importantes para tratamentos médicos. Também desenvolvem e aprimoram tecnologias que podem ser utilizadas em diferentes terapias. Esses avanços têm o potencial de beneficiar desde idosos até pacientes com doenças neuromotoras, vítimas de acidentes, sequelas de AVCs, entre outros.

“A população mundial está envelhecendo, mais pessoas precisam de algum tipo de reabilitação, e não há clínicas e terapeutas suficientes para atender à demanda. Por isso, uma reabilitação que possa ser feita em casa, supervisionada por um terapeuta de forma remota, por exemplo, será algo decisivo”, pontua Castellano.

Respostas para os fenômenos cerebrais

As pesquisas do grupo dividem-se em estudos anatômicos e funcionais. Os primeiros realizam a análise de imagens da anatomia cerebral para identificar patologias e extrair parâmetros para diagnósticos. Já nos estudos funcionais, os pesquisadores acompanham processos cerebrais que ocorrem por um período determinado, avaliando suas causas e consequências. As abordagens são complementares, ou seja, em um estudo funcional podem ser utilizadas uma série de imagens anatômicas.

“São técnicas que permitem avaliar a dinâmica cerebral, verificar as regiões do cérebro associadas a um estímulo que uma pessoa venha a receber, enquanto desempenha uma tarefa, por exemplo, e também analisar como a dinâmica cerebral muda ao longo de um período”, detalha Gabriela Castellano.

Os sinais emitidos pelo cérebro podem ser elétricos, advindos dos impulsos nervosos; hemodinâmicos, com base no fluxo de sangue do órgão; e metabólicos, relativos à composição neuroquímica cerebral. Combinando os sinais captados, é possível criar mapas que mostram o funcionamento do cérebro, quais regiões estão envolvidas em uma determinada atividade ou estímulo e como um determinado fator pode influenciar essa dinâmica.

As imagens são coletadas por ressonância magnética, tomografia óptica ou eletroencefalografia. Essas técnicas se baseiam em diferentes princípios físicos, como o uso de campos magnéticos, a difusão de luz infravermelha através do couro cabeludo e a captação dos sinais elétricos dos neurônios. Por captarem sinais distintos, a combinação de técnicas é frequente. É o caso do método EEG-fMRI, que combina a eletroencefalografia, mais precisa na indicação do momento em que um fenômeno ocorre, com a ressonância magnética, que mostra com maior clareza a região estimulada.

Segundo Gabriela Castellano, o estudo dos fenômenos físicos do cérebro favorece a identificação de padrões que tornam seu funcionamento mais previsível. “Buscamos entender qual a natureza dos eventos do cérebro. São sinais medidos através de fenômenos físicos complexos. Por exemplo, os sinais da ressonância são medidos por campos magnéticos que interagem entre si. Por isso, com um bom entendimento sobre essas medições, sabemos mais sobre os sinais cerebrais e o que esperar deles”.

Máquinas e cérebros

Um aspecto fundamental dos estudos em neurociência é a interdisciplinaridade. Ela exige dos pesquisadores familiaridade com diferentes campos do conhecimento e capacidade de desenvolver parcerias. Ao mesmo tempo, as descobertas impactam diversas áreas. “A neurofísica ultrapassa a interdisciplinaridade. Ela tem características de transdisciplinaridade. Chegamos a um grau em que, se o pesquisador não consegue lidar, de forma relativamente confortável, com diferentes áreas, como a física, a medicina, a computação, dificilmente será possível responder às questões que nos intrigam”, avalia Rickson Mesquita, docente do IFGW e membro do grupo.

Atualmente, o grupo se dedica a abordar a capacidade de interação entre cérebro, computadores e máquinas e ao desenvolvimento de tecnologias que auxiliem na geração de imagens, captação e processamento dos sinais emitidos pelo cérebro. “De modo particular, buscamos soluções para a medicina. Tentamos desenvolver tecnologias e verificar aspectos dos sinais cerebrais que, hoje, os equipamentos não conseguem medir”, pontua Rickson. Os estudos envolvem pesquisadores de diferentes áreas e são realizados em parceria com outras unidades, como o Instituto de Computação (IC), a Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) e o Hospital de Clínicas (HC).

Rickson explica que os equipamentos desenvolvidos para hospitais e clínicas suprem demandas específicas dos profissionais da saúde. Assim, o conhecimento obtido pelos estudos anatômicos e dinâmicos é aplicado na solução de problemas que surgem no contexto clínico.

“Recentemente desenvolvemos uma tecnologia relacionada à Covid-19, um sistema capaz de monitorar a disfunção endotelial a partir da saturação de oxigênio, problema que pode acometer pacientes em casos mais graves. É um sistema a ser usado especificamente em UTIs, e que está em fase de validação clínica”. Outra tecnologia criada pelo grupo e utilizada no HC da Unicamp é o monitor metabólico, que combina diferentes técnicas para medir o fluxo, a oxigenação sanguínea e o metabolismo cerebral de forma não invasiva. Ele facilita o trabalho de profissionais que atuam em unidades de terapia intensiva (UTI).

Já as pesquisas com a interface cérebro-computador exploram o uso de sinais elétricos emitidos pelo cérebro para comandar dispositivos externos, como mover o cursor de um mouse. Mais do que a possibilidade de controlar o computador com a mente, os estudos são promissores para terapias de estimulação do sistema nervoso central.

“Usamos um protocolo chamado Imagética Motora. Ele parte do princípio de que, quando você imagina um movimento do corpo, são ativadas regiões cerebrais muito similares às que atuam quando o movimento é de fato realizado. São áreas bem localizadas, no córtex motor, uma região no centro do cérebro, e os sinais são detectados com certa facilidade”, explica Castellano. Nesses casos, a imaginação do movimento pode ser usada como recurso complementar ao trabalho motor, já que ela estimula a plasticidade cerebral. “Como são ativadas áreas do cérebro muito similares às relacionadas aos movimentos, ocorre uma reorganização dessas regiões e novas sinapses são criadas”.

O desafio agora é criar equipamentos menores, que possam ser inseridos em experiências do cotidiano em que o cérebro executa uma tarefa ou recebe um estímulo. Por exemplo, para medir a atividade cerebral enquanto as pessoas dirigem ou praticam um esporte. “No cotidiano, o cérebro funciona de forma diferente de quando a pessoa é colocada em uma máquina de ressonância magnética. Não é a mesma coisa medir processos cognitivos em um ambiente natural”, comenta Rickson, que acredita que os estudos devem, com isso, tornar-se mais precisos, ampliando o espectro de aplicação das técnicas. “Há impactos em várias áreas, desde a forma como as crianças aprendem até as mudanças na memória conforme as pessoas envelhecem”.

Neurofeedbacks e realidade virtual

Uma das possíveis  aplicações da neurofísica é o chamado treinamento por neurofeedback, vertente da neurociência que ainda demanda pesquisas que comprovem sua eficácia. Ele se apoia na ideia de que o cérebro pode se automodular para desempenhar atividades a partir de feedbacks, geralmente estímulos visuais que mostram a tarefa sendo executada (como o movimento de um cursor para a direita ou para a esquerda em uma tela, por exemplo). Aplicando-se o conceito da imagética motora, o estímulo neural envolvido no movimento, aliado ao feedback visual, seria benéfico à plasticidade cerebral.

Esse foi o estudo realizado por Carlos Stefano Filho em sua Tese de doutoramento, realizada no IFGW. Pesquisador de pós-doutorado ligado ao Grupo de Neurofísica, ele verificou o quanto a resposta cerebral ao treinamento por neurofeedback era observável por meio da eletroencefalografia. O trabalho recebeu o prêmio de melhor Tese do Instituto em 2021. “A ideia foi desenvolver um sistema de detecção da imaginação motora e devolver o feedback dessa atividade, para que isso pudesse orientar o desenvolvimento de estratégias. Em nosso projeto, o feedback ocorria por meio de um cursor na tela do computador, que se movia conforme os padrões de imaginação que esperávamos detectar”, explica.

24 de julho de 2020  | por Redação WebContent

O estudo “Biomechanics Sensor Node for Virtual Reality: A Wearable Device Applied to Gait Recovery for Neurofunctional Rehabilitation“, resultado de um projeto de inovação entre a Bioxthica, empresa “spin-off” do CEPID BRAINN, e o CPqD, recebeu o prêmio de “Best Paper” na área de Realidade Virtual no evento The 20th International Conference on Computational Science and its Applications – ICCSA.

O ICCSA 2020, inicialmente  programado para acontecer na Universidade de Cagliari, na Itália, ocorreu em ambiente virtual entre os dias 1 e 4 de julho. O evento é uma das principais datas anuais para pesquisadores na área de ciência computacional aplicada, com grande enfoque em novas soluções para a saúde.

O trabalho vencedor do prêmio de “Best Paper” apresenta um novo dispositivo, chamado de Biomechanics Sensor Node (BSN), capaz de captar dados do usuário e controlar ambientes virtuais, e um novo software, que integra o BSN ao Unity Editor, um dos programas mais utilizados atualmente na construção de ambientes digitais. A união entre os dois permite que pacientes em processo de recuperação motora interajam com ambientes de realidade virtual ao mesmo tempo em que os terapeutas têm acesso facilitado aos dados dos movimentos realizados durante a sessão.

Dentre os autores do paper, estão relacionados ao CEPID BRAINN os pesquisadores Alexandre Fonseca Brandão, Diego Roberto Colombo Dias, Thomas Beltrame e Gabriela Castellano.

SAIBA MAIS

• https://ufsj.edu.br/noticias_ler.php?codigo_noticia=8082
• https://www.brainn.org.br/tecnologia-desenvolvida-por-pesquisador-do-brainn-e-destaque-no-jornal-metro/
• https://www.cpqd.com.br/noticias/unidade-embrapii-cpqd-e-bioxthica-desenvolvem-projeto-com-foco-na-reabilitacao-de-pessoas-com-deficiencias-motoras/