Como a Inteligência Artificial pode aprimorar as terapias de estimulação cerebral

O cérebro humano, assim como tudo o que você está lendo, usa eletricidade para funcionar. Os neurônios estão constantemente enviando e recebendo sinais elétricos. O cérebro de cada pessoa funciona de maneira  diferente, e os cientistas agora estão perto de estabelecer como a atividade elétrica está funcionando no cérebro de cada paciente e como estimulá-la para tratar distúrbios neurológicos e psiquiátricos. Alguns cientistas estão até usando tecnologia preditiva avançada de IA para aprimorar seus métodos de terapia de estimulação cerebral.

A ideia de estimulação cerebral não é nova e carrega consigo a infâmia cultural do filme Um Estranho no Ninho, uma representação particularmente brutal da eletroconvulsoterapia (ECT). Embora a ECT ainda seja usada hoje para tratar a depressão e outros distúrbios, ela já percorreu um longo caminho desde sua invenção na década de 1930.

Agora, os cientistas querem prever como o cérebro irá responder à estimulação. Esse é o foco dos pesquisadores em um novo estudo publicado na revista Nature Biomedical Engineering no início deste ano, que mostra como o aprendizado de máquinas pode ser usado para atingir esse objetivo.

Funciona assim: imagine que chegou um paciente que estava sofrendo de depressão. A pessoa que conduz a terapia mede sua atividade cerebral, e o algoritmo de aprendizado de máquina decodifica quais são os níveis de sintomas atuais com base nos níveis de atividade e, em seguida, determina quanta estimulação seria necessária para reduzir os sintomas.

Maryam Shanechi, professora assistente de engenharia elétrica e de computação na University of Southern da Califórnia, liderou a equipe que conduziu esta pesquisa, disse ao Gizmodo que o processo “se repete em tempo real até que o nível dos sintomas seja totalmente aliviado”.

Além da ECT, existem terapias como estimulação do nervo vago (VNS), estimulação magnética transcraniana (TMS), terapia de apreensão magnética (MST), estimulação por corrente transcraniana (tCS) e estimulação cerebral profunda (DBS). Ao contrário da estimulação cerebral não invasiva, que é feita de fora sem qualquer cirurgia envolvida, a estimulação cerebral profunda envolve uma cirurgia para implantar eletrodos no cérebro. É normalmente usado para tratar distúrbios neurológicos graves, como a doença de Parkinson. A TMS, que não é invasiva, é usada atualmente para tratar a depressão.

Flavio Frohlich, diretor do Carolina Center for Neuroestimulation da UNC School of Medicine, disse ao Gizmodo que outras técnicas de estimulação cerebral que usamos hoje geralmente usam muito menos eletricidade do que a ECT.

“A conotação cultural vem da eletroconvulsoterapia, que se mostrou um dos tratamentos mais eficazes para a depressão severa. Mas também tem um perfil de efeito colateral que não deve ser desconsiderado ”, disse Frohlich. “O resultado final é que essas abordagens de estimulação cerebral não invasiva que estamos estudando hoje usam cerca de um milésimo da energia da ECT.”

Embora existam muitos avanços novos e empolgantes nas técnicas de estimulação do cérebro, os especialistas com quem falamos neste artigo observaram que a estimulação do cérebro normalmente não deve ser a primeira terapia que alguém tenta tratar de um distúrbio. A estimulação cerebral profunda envolve a cirurgia, que vem com seus próprios riscos, e a estimulação em si pode potencialmente causar efeitos colaterais que vão desde problemas de fala até alterações de humor. A estimulação cerebral não invasiva também pode causar efeitos colaterais, que geralmente são relativamente leves, como dores de cabeça ou dor no local do tratamento.

Mas, para milhões de americanos que sofrem de distúrbios neurológicos e psicológicos que não respondem bem a outras terapias ou medicamentos, a estimulação cerebral pode se tornar uma terapia alternativa muito importante. Do jeito que as coisas estão, muitos vivem com esses distúrbios sem nenhuma maneira eficaz de aliviar seus sintomas.

“Para encontrar boas maneiras de responder dinamicamente ao cérebro, precisamos ter um bom modelo ou uma boa compreensão de como será essa resposta. Precisamos ser capazes de entendê-la. O cérebro é muito complexo”, disse Frohlich. “Não existe um modelo matemático onde você possa dizer, se você colocar isso, isso vai acontecer. Isso é realmente o que precisamos entender.”

O que há de novo e empolgante sobre a estimulação cerebral é que os pesquisadores estão cada vez mais perto de personalizar essas terapias para que funcionem melhor para os pacientes.

Com base nessas informações, os cientistas podem ajustar onde está sendo estimulado, a intensidade da estimulação e muito mais. Isso é chamado de “estimulação de circuito fechado”. Se uma pequena quantidade de estimulação está produzindo a resposta ideal em uma determinada região do cérebro, você não precisa aumentar a estimulação.

Shanechi, explica que o grupo usou uma nova onda de estimulação elétrica para monitorar a atividade cerebral e um modelo de aprendizado de máquina para prever como o cérebro irá responder à estimulação cerebral profunda. Nesse caso, eles estavam fazendo uma estimulação cerebral profunda e seu sistema funcionou muito bem. Eles descobriram que eram capazes de prever com precisão como a atividade cerebral mudaria com base em como eles estavam estimulando o cérebro.

“No que diz respeito ao aprendizado de máquina, realmente nada do que fazemos requer capacidade de invasão”, disse Shanechi. “Portanto, o mesmo tipo de técnicas que desenvolvemos para estimulação cerebral profunda, você pode alterar o conjunto de dados para fazer registros cerebrais não invasivos.”

Shanechi esclarece que descobrir como fazer estimulação cerebral personalizada de forma eficaz como essa é importante, porque agora estamos aplicando o mesmo tipo de estimulação a todos, independentemente de como o cérebro funciona, e os distúrbios se manifestam de forma diferente no cérebro de diferentes pessoas.

“Quando você não tem personalização, você apenas estimula o tempo todo. Você não rastreia os sintomas”, disse Shanechi. “Uma coisa que queremos fazer é desenvolver algoritmos de aprendizado de máquina e decodificadores que podem, com base na atividade cerebral, decodificar em tempo real como os sintomas de alguém estão mudando, de modo que você possa estimular conforme necessário e fornecer a quantidade mínima de estimulação.”

A fim de disponibilizar amplamente a estimulação cerebral personalizada, os cientistas terão que realizar testes clínicos e obter esses tipos de terapias aprovadas pela agência reguladora americana, o FDA.

Ainda não se sabe se essas terapias serão simplesmente outra forma de tratar distúrbios neurológicos e mentais ou se podem realmente curar alguns distúrbios.Contudo, Frohlich e Shanechi disseram estar esperançosos de que a capacidade do cérebro de se reconectar – uma habilidade conhecida como neuroplasticidade – possa significar que a estimulação cerebral pode causar uma mudança permanente na forma como o cérebro de alguém é conectado à terapia e consequentemente ‘curar’ sua doença.

“O alívio dos sintomas é muito valioso, e a maioria dos grupos visa aliviar os sintomas”, disse Shanechi. “Eles esperam que, ao aliviar os sintomas a longo prazo, se você estimular, também possa reduzir a dependência do paciente na terapia e, potencialmente, curá-lo, envolvendo esses circuitos cerebrais e talvez envolvendo alguns processos adaptativos.”

Os vários métodos de estimulação do cérebro discutidos acima podem fornecer terapias neurológicas alternativas cruciais. Ainda temos muito que aprender sobre como essas terapias realmente funcionam e como serão eficazes para as pessoas que as receberem. Os dados da vida real sobre esta tecnologia médica ainda estão em evolução, e isso pode oferecer esperança a milhões de pacientes com condições resistentes ao tratamento.