Nota do editor: Nesta série semanal, o LiveScience explora como a tecnologia impulsiona a exploração e descoberta científica.
A experiência humana é definida pelo cérebro, mas muito a respeito disso. órgão permanece um mistério. Mesmo assim, das imagens do cérebro às interfaces cérebro-computador, os cientistas fizeram progressos impressionantes no desenvolvimento de tecnologias para espiar dentro da mente.
Imaginando o cérebro
Atualmente, os cientistas que estudam o cérebro podem observar sua estrutura ou função. Nas imagens estruturais, as máquinas captam instantâneos da anatomia em larga escala do cérebro que podem ser usadas para diagnosticar tumores ou coágulos sanguíneos, por exemplo. A imagem funcional fornece uma visão dinâmica do cérebro, mostrando quais áreas estão ativas durante o pensamento e a percepção.
As técnicas de imagem estrutural incluem tomografias computadorizadas (CAT) ou tomografia axial computadorizada, que captura imagens de cortes no cérebro transmitindo raios-X na cabeça de diversos ângulos. A tomografia computadorizada (TAC) é frequentemente usada para diagnosticar uma lesão cerebral, por exemplo. Outro método, a tomografia por emissão de pósitrons (PET), gera imagens em 2D e 3D do cérebro: um produto químico marcado radioativamente, injetado no sangue, emite raios gama que um scanner detecta. E a ressonância magnética (MRI) fornece uma visão da estrutura geral do cérebro, medindo a rotação magnética dos átomos dentro de um forte campo magnético.
"Não há dúvida de que a ressonância magnética é provavelmente a melhor maneira de ver o cérebro", disse o Dr. Mauricio Castillo, radiologista da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill e editor-chefe do American Journal of Neuroradiology.
No campo da imagem funcional, o padrão ouro atual é a ressonância magnética funcional (fMRI). Essa técnica mede alterações no fluxo sanguíneo para diferentes áreas do cérebro como um proxy para quais áreas estão ativas quando alguém executa uma tarefa como ler uma palavra ou visualizar uma imagem.
"A ênfase hoje em dia é tentar mesclar como o cérebro está conectado com a ativação do córtex", disse Castillo.
Vários métodos podem ser combinados para mesclar a estrutura e a função cerebral. Por exemplo, a ressonância magnética e a PET podem ser realizadas simultaneamente e as imagens podem ser combinadas para mostrar atividade fisiológica sobreposta a um mapa anatômico do cérebro. O resultado final pode ser usado para informar ao cirurgião a localização de uma lesão cerebral, para que possa ser removida, disse Castillo.
Recentemente, uma nova técnica foi desenvolvida para ver literalmente o interior do cérebro. Chamado CLARITY (originalmente para Tissue-hYdrogel compatível com hibridização in situ, compatível com hibridação com acrilamida trocada por lipídios, ele pode tornar um cérebro (não vivo) transparente à luz, mantendo sua estrutura intacta. A técnica já foi usada para visualizar a fiação neurológica de um cérebro de camundongo adulto.
Decodificando pensamentos
Alguns cientistas querem ver o interior do cérebro de forma mais figurativa. Entre nas interfaces cérebro-computador (BCIs ou IMCs, interfaces cérebro-máquina), dispositivos que conectam sinais cerebrais a um dispositivo externo, como um computador ou membro protético. Os BCIs variam de sistemas não invasivos, que consistem em eletrodos colocados no couro cabeludo, a sistemas mais invasivos, que exigem que os eletrodos sejam implantados no próprio cérebro.
Os BCIs não invasivos incluem a eletroencefalografia do couro cabeludo (EEG), que registra a atividade de muitos neurônios em grandes áreas do cérebro. A vantagem dos sistemas baseados em EEG é que eles não precisam de cirurgia. Por outro lado, esses sistemas podem detectar apenas a atividade cerebral generalizada; portanto, o usuário deve concentrar seus pensamentos em apenas uma única tarefa.
Sistemas mais invasivos incluem eletrocorticografia (ECoG), na qual eletrodos são implantados na superfície do cérebro para registrar sinais de EEG do córtex. Desde que Wilder Penfield e Herbert Jasper foram pioneiros na técnica no início dos anos 50, ela foi usada, entre outros fins, para identificar regiões do cérebro onde as crises epilépticas começam.
Alguns BCIs usam eletrodos implantados dentro do córtex cerebral. Embora esses sistemas sejam mais invasivos, eles têm uma resolução muito melhor e podem captar os sinais enviados por neurônios individuais. Agora, os BCIs podem até permitir que humanos com paraplegia (paralisia de todos os quatro membros) controlem um braço robótico apenas com o pensamento, ou permitem que os usuários soletre palavras na tela do computador usando apenas sua mente.
Apesar de muitos avanços, muito permanece desconhecido sobre o cérebro. Para colmatar essa lacuna, os cientistas americanos estão embarcando em um novo projeto para mapear o cérebro humano, anunciado pelo presidente Barack Obama em abril, chamado de iniciativa BRAIN (Brain Research através do avanço das neurotecnologias inovadoras).
Mas os neurocientistas têm seu trabalho cortado para eles. "O cérebro é provavelmente a máquina mais complexa do universo", disse Castillo. "Ainda estamos longe de entender isso."
