Na próxima quinta-feira, dia 10/08, às 18h20, no Anfiteatro 1 da FCM, a Liga de Neurociências, junto com o BRAINN, irá receber a pesquisadora e professora da George Mason University, Nathalia Peixoto, que irá conversar um pouco conosco sobre seus trabalhos mais recentes a respeito da neuromodulação aplicada na prática médica e o que mais surgir.

Todos os interessados estão convidados para essa oportunidade única! As inscrições para participar do evento são gratuitas, mas as vagas são limitadas ao espaço do Anfiteatro 1.

Você pode se inscrever enviando uma mensagem para a página da Liga, ou através de qualquer um de nossos coordenadores. É só mandar nome completo, email, semestre e curso!

Até lá

ps: Para os interessados segue um vídeo da palestrante:

13 de abril de 2017     Por Ricardo Schinaider – Redação WebContent

Controlar robôs utilizando cérebros de animais pode parecer ficção científica, mas era tema que interessava Nathalia Peixoto já na época da graduação.

Nathalia cursava Engenharia Elétrica, mas sua curiosidade e fascínio por outras áreas do conhecimento a levaram a explorar diversos laboratórios da Unicamp, onde estudava. Nos dias 27 a 29 de março, Nathalia voltou à Universidade para participar como palestrante convidada do IV Congresso do BRAINN. Em entrevista ao portal do CEPID, ela contou um pouco de sua trajetória e ressaltou o papel fundamental da interdisciplinaridade na carreira acadêmica.

INTERDISCIPLINARIDADE NO CENTRO DOS ESTUDOS

“Fiz iniciações científicas em Matemática, Biologia e até mesmo em Linguística”, recorda a cientista. “Eu me interessava por tudo. Pegava minha bicicleta e andava por todos os institutos. E acredito que essas experiências me deram uma visão diferente daquela que tem uma pessoa que, por exemplo, fez iniciação científica apenas em Engenharia Elétrica”.

Eu me interessava por tudo. Pegava minha bicicleta e andava por todos os institutos.

A pesquisadora Nathalia Peixoto, uma das cientistas convidadas do 4º BRAINN Congress

Dentre todas as áreas que conheceu e estudou, Nathalia escolheu a Engenharia Biomédica para fazer o Mestrado. A opção não veio apenas da vontade de unir cérebros e máquinas, mas também porque “conhecemos diversos problemas neurológicos, e achava que a Engenharia Elétrica poderia ajudar na solução de muitos deles”, relembra.

No projeto de Mestrado, a pesquisadora utilizou ferramentas de engenharia para estudar modelos de enxaqueca. Assim, a interdisciplinaridade que marcou sua graduação continuou acompanhando-a pela carreira, tanto no doutorado na USP como no pós-doutorado em Stanford, e hoje continua presente em seu laboratório de pesquisa na George Mason University, nos Estados Unidos. As linhas de pesquisa abordadas pelo laboratório são variadas, mas sempre buscam unir a engenharia elétrica com a neurociência.

“Desenvolvo projetos com meus alunos relacionados a cadeiras de rodas controladas por voz, medição de neurotransmissores no cérebro e estudo do vício: como se forma e se é possível livrar-se dele estimulando o cérebro eletricamente”, conta Nathalia.

TRAZENDO O ORGÂNICO PARA O MUNDO DOS ROBÔS

A ideia de controlar robôs usando cérebros – um conceito sempre presente na mente curiosa de Nathalia – é a base de um de seus mais interessantes projetos, que tem ganhado crescente notoriedade na mídia.

A cientista e seu grupo de estudos trabalham no desenvolvimento de robôs autônomos, com componentes biológicos e que possam ser utilizados em situações de alto risco para seres humanos – como, por exemplo, em acidentes que envolvem radioatividade, elementos químicos ou chances de explosão.

“Para desenvolver o modelo, o primeiro passo é extrair o cérebro de camundongos e colocá-lo em uma solução com temperatura adequada para mantê-lo ativo”, explica Nathalia. “Em seguida, colocamos parte do cérebro em uma espécie de chip de computador, onde conseguimos estimulá-lo e medir a resposta das células”.

O primeiro estímulo elétrico aplicado ao cérebro é ameno, e a reação dos neurônios é fraca. Já o segundo estímulo elétrico é extremamente forte. Alguns minutos após o estímulo forte, o estímulo fraco é aplicado novamente. Dessa vez, entretanto, a reação dos neurônios é bastante diferente.

Uma das vantagens dessa interface bioeletrônica é que o robô seria completamente autônomo, ou seja, não dependeria de internet ou de sistemas GPS para funcionar.

“A resposta é cerca de 10 vezes mais intensa quando comparada à do primeiro estímulo”, diz Nathalia. “Isso mostra que as células conseguem lembrar de um estímulo específico. Queremos provar que podemos usar essa capacidade do cérebro para fazê-lo reconhecer e lembrar de uma série de padrões e, eventualmente, utilizá-lo para controlar um robô. Uma das vantagens dessa interface bioeletrônica é que o robô seria completamente autônomo, ou seja, não dependeria de internet ou de sistemas GPS para funcionar”.

ESTUDOS PROMISSORES SOBRE O ALZHEIMER

As placas são formadas quando pedaços da proteína beta-amilóide se agrupam. Os pequenos agrupamentos podem bloquear a sinalização entre as células nas sinapses. Eles também podem ativar as células do sistema imunológico que causam inflamações e devoram células deficientes. Fonte: Alzheimer´s Association

A pesquisadora ressalta que, com apenas um camundongo, é possível obter 50 frações de cérebro e, consequentemente, controlar 50 diferentes robôs. Esse procedimento, que permite obter um grande número de amostras a partir de um único animal, é atraente também para pesquisas que buscam testar medicamentos contra doenças neurológicas e neurodegenerativas. O próprio grupo de Nathalia já utilizou esta abordagem para avaliar, por exemplo, os efeitos protetores do turmérico na Doença de Alzheimer.

O experimento consistiu em adicionar placas de proteína beta-amilóide (características na Doença de Alzheimer) na solução contendo parte do cérebro de um camundongo. Em algumas soluções, o turmérico também foi acrescentado. O resultado mostrou que as células cerebrais das soluções contendo turmérico demoraram mais para sofrer os efeitos neurodegenerativos das placas beta-amilóides do que os controles. As possíveis implicações dessa descoberta são enormes, inclusive para pacientes da doença, e continuam a ser exploradas pelo grupo.

NOVAS PESQUISAS, NOVAS PARCERIAS

Para o futuro, a pesquisadora pretende continuar unindo engenharia com neurociência para o desenvolvimento de novos robôs e para o estudo de doenças neurológicas. Além disso, deseja também iniciar colaborações com o BRAINN. Para Nathalia, o CEPID possui o ambiente interdisciplinar ideal para o desenvolvimento de projetos nessas áreas.

“Aqui vemos físicos conversando com neurocientistas, neurocientistas conversando com engenheiros, engenheiros conversando com médicos e assim por diante”, detalha a cientista.

“Por isso, acredito que o BRAINN ofereça esta oportunidade para a interdisciplinaridade que hoje é crítica para se fazer pesquisa”, conclui Nathalia.

06 de abril de 2017     Republicação de Texto por Karina Toledo – Agência FAPESP

Seriam neurônios cultivados in vitro capazes de aprender? Resultados de experimentos conduzidos na George Mason University (GMU), nos Estados Unidos, sugerem que sim.

A responsável pelo “treinamento” neuronal é a brasileira Nathalia Peixoto, professora no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da GMU e ex-bolsista da FAPESP. O objetivo da pesquisa é avançar na compreensão do funcionamento do cérebro – particularmente dos mecanismos relacionados à memória – em condições normais e também no contexto de doenças como Alzheimer e epilepsia.

O tema foi abordado por Peixoto no final de março, durante o 4th BRAINN Congress – evento organizado na Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) pelo Instituto Brasileiro de Neurociência e Neurotecnologia (BRAINN), um Centro de Pesquisa, Inovação e Difusão (CEPID) apoiado pela FAPESP.

“Compreender a dinâmica do cérebro in vivo em estados normais e patológicos é um dos grandes desafios atuais da ciência. Mas a complexidade do funcionamento cerebral pode tornar inviável a solução desse problema. Por esse motivo, temos buscado desenvolver modelos experimentais e computacionais que permitam esse estudo em um cenário mais simples e controlado”, explicou a cientista.

No laboratório de Peixoto, neurônios do córtex frontal e da medula espinhal extraídos de embriões de camundongos são colocados para crescer em uma placa de vidro contendo uma matriz de microeletrodos. Esses dispositivos têm a função de registrar os sinais elétricos emitidos pelas células nervosas (os impulsos nervosos ou potenciais de ação) e também de estimulá-las eletricamente quando necessário.

As células são mantidas em uma incubadora a 37º C e alta umidade até que – passadas aproximadamente três semanas – começam a se organizar na forma de redes neuronais, trocando informações por meio de sinapses químicas e elétricas. Alguns dias depois, o treinamento com estimulação elétrica tem início.

“Nesse estágio, temos o chamado brain in a dish ou cérebro no prato”, brincou Peixoto. “Inicialmente, as células são estimuladas com um campo elétrico de baixa frequência para que o padrão de resposta seja registrado. Em seguida, aplicamos um sinal de treinamento de alta frequência e observamos uma resposta muito mais intensa por parte dos neurônios. Quando retornamos ao padrão anterior de estimulação [de baixa frequência], percebemos que as células apresentam sensibilidade aumentada. É como se mantivessem a memória do sinal de treinamento.”

Testes estão sendo feitos para investigar até que ponto os neurônios em cultura conseguem reconhecer padrões de estimulação elétrica. Um deles consiste em ativar os microeletrodos seguindo uma sequência predeterminada, de modo a formar uma letra. O objetivo é descobrir se, ao variar a letra, a resposta dos neurônios também varia seguindo um determinado padrão – algo semelhante a uma conversa.

Em outro experimento, o grupo de Peixoto acrescentou à cultura de neurônios agregados da proteína beta-amiloide – a mesma substância encontrada no cérebro de portadores de Alzheimer – e observou que isso prejudicou a atividade elétrica das células.

“Em apenas um dia, os neurônios pararam de gerar potenciais de ação, o que impediu a realização dos testes de memória. Avaliamos então quais os tipos de beta-amiloide que mais afetam as culturas e, em geral, são os tipos que os pacientes com a doença apresentam e que formam placas”, disse Peixoto.

O grupo pretende agora testar alternativas potencialmente capazes de recuperar a atividade elétrica dos neurônios.

“Dados da literatura científica indicam que uma substância presente na cúrcuma é muito boa para atrasar o desenvolvimento das placas beta-amiloides. Existe a hipótese de que talvez seja possível resgatar a atividade normal do cérebro se ele estiver protegido contra a formação de placas. Pretendemos fazer esse teste e, então, provar que a capacidade de memória se mantém intacta”, disse a pesquisadora.

Segundo ela, seu objetivo como engenheira – formada pela Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – é tentar “consertar o que está quebrado” e, por esse motivo, busca estabelecer in vitro modelos de doenças que afetam o cérebro para tentar reverter as condições patológicas por meio da aplicação de campos elétricos ou magnéticos.

“Já sabemos que, no caso do Parkinson, é possível controlar sintomas como os tremores por meio da terapia de estimulação cerebral profunda. Embora a gente não saiba ao certo o porquê. Queremos estudar melhor os efeitos da estimulação elétrica de neurônios e usar essa metodologia para medir, no cérebro, substâncias químicas como dopamina, ácido ascórbico e ácido úrico”, disse.

Outra linha de pesquisa coordenada pela brasileira na GMU tem como objetivo desenvolver novos tipos de eletrodos para serem usados em equipamentos de estimulação cerebral profunda (DBS, de Deep Brain Stimulation). Além de Parkinson, essa terapia vem sendo estudada na recuperação de pessoas que sofreram acidente vascular cerebral (AVC) e no tratamento de depressão, dor crônica e transtorno obsessivo-compulsivo.

“Tradicionalmente, a estimulação profunda do cérebro é feita com eletrodos feitos de platina e irídio. Nós estamos testando, in vitro, nanotubos de carbono e também um polímero condutor conhecido como PEDOT [poli(3,4-etileno dioxitiofeno)]. Nosso objetivo é diminuir a resistência dos eletrodos e, assim, tornar a estimulação menos agressiva para as células e aumentar o tempo de bateria do equipamento”, contou.