VER O CÉREBRO TRABALHAR ATRAVÉS DO CRÂNIO, COM LUZ E SOM

A ressonância magnética funcional transformou a maneira como vemos o cérebro humano trabalhar. Mas ela detecta o sangue pobre em oxigênio apenas indiretamente, pelo seu efeito sobre as moléculas de água, e precisa de um ímã supercondutor volumoso, caro, barulhento e fechado. Outras ferramentas trocam uma vantagem por outra: os registros elétricos são rápidos, mas imprecisos no espaço; a luz no infravermelho próximo enxerga o sangue, mas se espalha demais para dar imagens nítidas.

A tomografia fotoacústica oferece outro caminho. Pulsos curtos de laser entram no tecido; quando a hemoglobina absorve a luz, ela gera ondas de ultrassom, que sensores captam para reconstruir uma imagem 3D. A hemoglobina rica e a pobre em oxigênio absorvem cores diferentes, de modo que dois lasers conseguem distingui-las. A máquina é mais compacta, mais barata e mais silenciosa que um aparelho de ressonância, sem nenhum ímã.

O problema: em adultos, a imagem fotoacústica funcional do cérebro só havia funcionado em pessoas a quem faltava parte do crânio após uma cirurgia. O osso atenua tanto a luz quanto o som, distorce as ondas e cria ecos. E as variações de sinal causadas por uma tarefa mental ou motora são de apenas alguns por cento — facilmente encobertas por uma cabeça que se mexe uma fração de milímetro.

Uma tigela com 3.072 ouvidos

Yilin Luo, Rui Cao, Manxiu Cui, Lihong Wang e colegas do California Institute of Technology, com a equipe de Danny Wang na University of Southern California, atacaram os dois problemas.

Eles reuniram 3.072 sensores de ultrassom numa tigela hemisférica em volta da cabeça — o maior número de canais até hoje —, cada um com seu próprio amplificador. Eles escutam numa frequência baixa, 1 MHz, que atravessa o osso com mais facilidade.
Em comparação com o sistema anterior da equipe, o ganho estimado na relação sinal-ruído através do crânio é de cerca de 273 vezes, o suficiente para compensar um crânio que atenua o sinal cerca de cem vezes.
Dois lasers, de 1.064 e 755 nanômetros, disparam alternadamente. Cada pulso fornece uma imagem 3D completa, 20 volumes por segundo, sem partes móveis — portanto, sem borrão de varredura.
Cada voluntário usou um capacete personalizado impresso em 3D, projetado a partir de um escaneamento 3D da sua cabeça. O movimento da cabeça ficou tipicamente dentro de cerca de 0,1 milímetro e 0,1 grau durante uma sessão de 7,5 minutos.

Num crânio humano retirado de um corpo e preenchido com gel, o sistema ainda conseguia ver um tubo cheio de sangue colocado dentro, embora o sinal fosse cerca de 300 vezes mais fraco do que fora.

Dedos, lábios e uma verificação a 7 teslas

Quatro homens saudáveis, de 24 a 56 anos, tamborilaram os dedos de uma mão ou franziram os lábios, 30 segundos sim, 30 segundos não. Cada um também passou por um exame numa ressonância de 7 teslas, de alto campo, como referência.

O método situou as respostas ao tamborilar dos dedos na área cerebral esperada do movimento e do tato, no lado oposto à mão em movimento, de acordo com a ressonância.
Ele distinguiu a mão da boca: nas 16 combinações de pessoa, lado do cérebro e tarefa, o mapa fotoacústico ficou mais perto do mapa de ressonância da mesma tarefa do que do da outra tarefa.
Ele se repetiu: num voluntário, cinco sessões em duas visitas com três meses de intervalo caíram todas na mesma região.
As duas cores de laser variaram em sentidos opostos durante a tarefa, como esperado pela sua sensibilidade diferente ao sangue rico e ao pobre em oxigênio. O sinal de luz e som a 1.064 nm acompanhou de perto o sinal da ressonância, com uma correlação de 0,92.

As letras miúdas

Os mapas fotoacústicos ficaram em média a 11,4 milímetros dos da ressonância, sistematicamente deslocados em direção à superfície do cérebro. Os autores listam várias causas possíveis que ainda não conseguem separar: distorção pelo crânio, erros de registro entre as máquinas, o deslocamento do cérebro com a postura e diferenças de uma sessão para outra. Apenas quatro participantes foram testados, todos homens, em tarefas motoras simples, e o cabelo sobre a área estudada foi raspado.

Lihong Wang declara interesse financeiro em três empresas de imagem fotoacústica, que, segundo os autores, não apoiaram este trabalho.

A equipe vê aí uma plataforma que poderia ficar ao lado de outras ferramentas — registros elétricos, estimulação cerebral, interfaces cérebro-computador — difíceis de combinar com um ímã de ressonância. Com lasers mais compactos, eles esperam estudar o cérebro em situações mais naturais.