Nova técnica mede atividade cerebral com laser

Diagrama esquemático da nova técnica para monitorar a atividade cerebral.
[Imagem: Wenjun Zhou et al. - 10.1364/OPTICA.5.000518]

Monitorando o cérebro com luz

Engenheiros biomédicos da Universidade da Califórnia em Davis (EUA) desenvolveram uma nova técnica para medir o fluxo sanguíneo no cérebro humano.

A técnica é baseada na tecnologia das câmeras digitais comuns, o que significa que ela pode ser significativamente mais barata e mais robusta do que os exames atuais, simplificando o diagnóstico, o tratamento e o monitoramento de pacientes com acidente vascular cerebral ou lesão cerebral traumática, por exemplo.

A técnica padrão consiste em dirigir a luz de um laser para a cabeça do paciente. À medida que os fótons do laser passam pelo crânio e pelo cérebro, eles são refletidos ou redirecionados pelo sangue e pelos tecidos. Um detector captura esses fótons que estão voltando e mede suas flutuações. E essas flutuações fornecem informações sobre o fluxo sanguíneo.

Ocorre que o sinal luminoso é muito fraco, e quanto mais ele passa pelo crânio e pelo tecido cerebral, ainda mais fraco ele se torna. Assim, o exame atual requer um grande número de detectores capazes de contar fótons individuais. Esses sensores de fótons individuais são extremamente caros, e aumentar a luz para não ser preciso usá-los traz o risco real de queimar a pele do paciente.

Reforço de ondas

Wenjun Zhou e Vivek Srinivasan resolveram esse problema adotando uma abordagem diferente, baseada no fato de que ondas de luz sobrepostas se reforçam ou se anulam mutuamente, como ondulações que se encontram na superfície de um lago.

Eles primeiro dividem o feixe de luz em dois, um que serve de "sonda" e o outro de "referência". O feixe de sondagem vai para a cabeça do paciente, enquanto o feixe de referência, mais forte, é roteado de forma que ele se reconecte com o feixe sonda antes de ir para o detector. Assim, os fótons que voltam do cérebro "modulam" o feixe de referência muito mais forte, injetando nele suas informações.

Isso amplifica o sinal, o que significa que, em vez de precisar de cerca de 20 detectores de contagem de fótons, que custam alguns milhares de dólares cada um, é possível usar um único chip de câmera digital, que hoje é muito barato.

O reforço do sinal é tão grande que o exame pode ser feito com as luzes da sala acesas. Embora não tenham feito testes reais, os pesquisadores acreditam ser possível até mesmo monitorar o fluxo sanguíneo cerebral ao ar livre, sob luz solar plena.

A equipe batizou o método de espectroscopia interferométrica por difusão por ondas, ou iDWS, na sigla em inglês (Interferometric Diffusing Wave Spectroscopy).

A equipe testou seu dispositivo fazendo gravações cerebrais de voluntários no laboratório e está trabalhando agora para validar a tecnologia e desenvolver o aparato em um aparelho que possa ser usado nos tratamentos neurológicos.