Pesquisadores conseguiram controlar decisões de macacos usando ondas ultrassônicas

Ondas sonoras de alta frequência destinadas a regiões cerebrais específicas podem influenciar o comportamento dos macacos, de acordo com um novo estudo. A descoberta complica nossas concepções de livre-arbítrio, mas essa pesquisa pode gerar novas ideias sobre o cérebro e novos tratamentos para distúrbios, como vícios.

Uma nova pesquisa publicada nesta quarta-feira (20) na Science Advances sugere que pulsos de ondas ultrassônicas podem ser usados para controlar parcialmente a tomada de decisões em macacos-rhesus. Especificamente, os tratamentos por ultrassom demonstraram influenciar sua decisão de olhar para a esquerda ou para a direita em um alvo apresentado na tela, apesar do treinamento prévio para preferir um alvo a outro.

O novo estudo, em coautoria do neurocientista Jan Kubanek, da Universidade de Utah, destaca o potencial uso dessa técnica não invasiva no tratamento de certos distúrbios em humanos, como vícios, sem a necessidade de cirurgia ou medicação. O procedimento também é completamente indolor.

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Os cientistas já haviam demonstrado que o ultrassom pode estimular neurônios no cérebro de ratos, incluindo aqueles bem compactados no fundo do cérebro. Ao modular a atividade neuronal em ratos, os pesquisadores podem desencadear vários movimentos musculares em seus corpos. Dito isto, outros estudos têm sido menos conclusivos sobre isso e se as ondas sonoras de alta frequência podem desencadear efeitos neuromodulatórios em animais maiores.

A nova pesquisa sugere que eles podem, pelo menos em um par de macacos-rhesus.

O experimento

Para o experimento deles, os pesquisadores aplicaram uma técnica experimental comumente usada por cientistas para estudar comportamentos de escolha humanos, como os efeitos de danos cerebrais causados por derrames.

Dois macacos, com a cabeça imobilizada e sentados em um quarto escuro, foram ensinados a olhar para um alvo no centro de uma tela. Após alguns instantes, um segundo alvo aparecia na tela, à direita ou à esquerda do alvo inicial, e, em seguida, um terceiro alvo aparecia no lado oposto. Os macacos geralmente escolhem olhar os alvos na ordem em que aparecem, mas foram treinados para resistir a essa tendência natural com recompensas alimentares.

Durante a fase experimental, os pesquisadores usaram um transdutor ultrassônico para estimular os campos oculares frontais dos macacos (FEF, na sigla em inglês), a região do cérebro responsável pela atenção visual e pelos movimentos voluntários dos olhos.

Todos os procedimentos utilizados no experimento aderiram ao “Guia para o Cuidado e Uso de Animais em Laboratório e foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidado e Uso de Animais da Universidade de Stanford”, de acordo com o artigo.

Representação gráfica do alvo de estímulo do cérebro com ultrassom. Crédito: Jan Kubanek

Quando os pesquisadores estimularam os FEFs (campos oculares focais) esquerdos, os macacos selecionaram o alvo certo com mais frequência, e vice-versa. Esse efeito foi melhor que o acaso, pois os macacos tinham duas vezes mais chances de escolher o alvo apontado pela influência das rajadas ultrassônicas, apesar do treinamento prévio para não fazerem isso.

É importante ressaltar que os tratamentos por ultrassom não produziram efeito quando direcionados ao córtex motor — a parte do cérebro responsável pelo movimento — o que sugere que os cientistas não estavam apenas provocando um reflexo físico e que estavam realmente influenciando a escolha perceptiva.

“Pulsos breves de ultrassom de baixa intensidade influenciaram de forma forte, controlável e reversível o comportamento de escolha dos sujeitos”, escreveram os autores.

Wim Vanduffel, neurocientista do Hospital Geral de Massachussetts e professor assistente da Harvard Medical School, descreveu a nova pesquisa como um importante passo adiante nessa área.

“A natureza não invasiva do método e o fato de que estruturas cerebrais profundas podem ser direcionadas abrem enormes possibilidades para pesquisas causais em animais e seres humanos e, possivelmente, para tratar pacientes no futuro”, disse Vanduffel, que não participou do estudo, via e-mail ao Gizmodo. “Como em qualquer desenvolvimento, será necessário um considerável esforço de pesquisa e tempo até que pacientes sejam ajudados por esta ferramenta de pesquisa em rápido desenvolvimento”.

Além disso, os efeitos observados no estudo “são inteiramente consistentes com as propriedades conhecidas da área específica do cérebro que foi direcionada”, acrescentou Vanduffel, que disse que os resultados são comparáveis a experimentos envolvendo métodos invasivos.

Tudo isso parece mágico e até um pouco impressionante, mas as ondas sonoras agudas, que não são audíveis pelo ouvido humano, na verdade estão induzindo mudanças físicas no cérebro. Especificamente, esses pulsos estão causando vibração das membranas neurológicas, o que impulsiona os neurônios próximos, influenciando assim seus comportamentos associados — nesse caso, os neurônios que controlavam o impulso dos macacos de olhar para o alvo à esquerda ou o alvo à direita.

Usando esta técnica, os cientistas “podem mudar a atividade dos neurônios e também a conectividade entre os neurônios estimulados e seus vizinhos, que tem o potencial de retornar os circuitos neurais defeituosos de volta ao seu estado normal”, explicou Kubanek em um comunicado à imprensa.

De fato, a capacidade de modular a atividade neural em circuitos cerebrais específicos pode ser útil de várias maneiras. Poderia ajudar a identificar regiões cerebrais ligadas a doenças ou sintomas específicos, por exemplo, ou medir os efeitos da neuromodulação no cérebro e como isso afeta nosso comportamento. Também abre a possibilidade de tratamentos não invasivos e não medicamentosos para dependências como álcool e compulsão alimentar, ou para o tratamento de comportamentos compulsivos.

“Os distúrbios cerebrais devem ser tratados de maneira direcionada e personalizada, em vez de oferecer aos pacientes coquetéis de medicamentos”, disse Kubanek. “Mas, para fazer isso, precisamos de uma ferramenta que ofereça tratamentos não invasivos, precisos e personalizados para abordar a origem do problema em cada indivíduo. Até agora, isso foi apenas um sonho.

Tudo isso é ótimo, mas precisamos dar uma segurada nos ânimos.

Ainda há um longo caminho pela frente

Estes resultados são muito preliminares, pois os efeitos foram observados apenas em dois macacos. Os cientistas agora precisam replicar esses resultados e ampliar o escopo para ver se outras partes do cérebro estão preparadas para a neuromodulação ultrassônica, entre outras formas de pesquisa.

A eficácia a longo prazo desses tratamentos também não é clara; durante os experimentos, os pesquisadores notaram que “o estímulo repetitivo diminui os efeitos neuromodulatórios”, como explicaram no estudo.

Vandufeel disse que os neurocientistas ainda têm muito a aprender sobre os mecanismos neuronais específicos em jogo, e esses processos precisam ser entendidos mais completamente antes de vermos essa tecnologia usada em seres humanos.

Danos não intencionais em áreas cerebrais visadas são uma possibilidade, disse ele. “Além disso, seria interessante saber quanto tecido é afetado, por exemplo, medindo as consequências funcionais locais da estimulação simultaneamente com os efeitos comportamentais”, acrescentou.

Ainda há muito trabalho a ser feito, mas é um resultado impressionante. A menos, é claro, que você sinta que essa pesquisa diminui seu senso de livre-arbítrio. A ciência ainda está indecisa sobre o assunto, com evidências sugerindo que certos aspectos da tomada de decisão humana são predeterminados, enquanto outros não.

Meu conselho é que você não deve se preocupar com isso, pois a resposta não afeta sua vida diária. O fato é que todos vivemos com a impressão avassaladora de que temos livre-arbítrio, seja uma ilusão ou não.