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Conectividade e dinâmica cerebral

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O estudo não invasivo da função cerebral humana é um dos empreendimentos científicos mais relevantes em Medicina e Engenharia Biomédica, tal como se pode comprovar pelo grau de prioridade e financiamento substancial que lhe têm sido atribuídos na União Europeia (www.humanbrainproject.eu) e EUA (braininitiative.nih.gov). Entre as modalidades mais usadas, estão a ressonância magnética funcional e estrutural (fMRI/MRI), electroencefalografia (EEG) e magnetoencefalografia (MEG), complementadas pela espectroscopia do infravermelho próximo (fNIRS), estimulação magnética transcraniana (TMS) e estimulação de corrente contínua transcraniana (tDCS).

Inicialmente, a ênfase era colocada na localização da função cerebral. Progressivamente, esta abordagem foi sendo substituída pela tentativa de estudar o cérebro como uma entidade dinâmica cujo funcionamento depende da interacção entre várias regiões. O termo “conectividade” resume esta visão do cérebro como uma sistema de componentes interligadas que interagem dinamicamente de modo a suportar a função do cérebro saudável e que tendem a desencadear comportamento patológico quando a sua comunicação é perturbada. A conectividade pode ser estudada de um ponto de vista estritamente funcional e/ou de um ponto de vista estrutural/anatómico. Uma vez que a conectividade funcional depende da existência e integridade das vias neuronais estruturais, faz sentido abranger a conectividade estrutural e funcional de forma integrada. “Dinâmica” pode ser entendida, neste contexto, como o estudo de como os sinais cerebrais evoluem no tempo, durante o repouso (oscilações espontâneas) ou como resposta a um estímulo, e a relação entre o comportamento temporal e os mecanismos fisiológicos subjacentes que suportam as funções do cérebro.

O IBEB tem um longo historial de estudo da função cerebral saudável e patológica. Nos anos mais recentes, a conectividade tem-se afirmado como uma prioridade de topo.

As principais linhas de investigação activas são:

  • Desenho e implementação de novas sequências de MRI e fMRI especificamente concebidas para estudos de conectividade dinâmica.
  • Desenvolvimento de novos modelos físicos e de algoritmos para a delineação de fibras de substância branca usando imagem de difusão de curtose.
  • Aplicação ao estudo da interacção entre redes de repouso no cérebro saudável e patológico e ao estudo da modulação de baixa frequência de oscilações cerebrais e suas implicações.
  • Desenvolvimento, implementação computacional e validação de novos métodos de processamento de sinal para o estudo da conectividade funcional.
  • Implementação de uma plataforma de simulação capaz de gerar dados de M/EEG e fMRI fisiologicamente plausíveis, com vista à avaliação de métodos de processamento de dados.
  • Classificação de dados de conectividade cerebral usando Machine learning para auxiliar o diagnóstico de doenças neuropsiquiátricas.
  • Manipulação farmacológica da neuroquímica cerebral humana, e avaliação de variabilidade genética entre humanos, para melhor compreender processos cognitivos saudáveis e patológicos, como na recompensa social, confiança social e empatia.
  • Uso de rastreamento ocular e pupilometria, condutância da pele,  electroencefalografia, e neuroimagiologia funcional, em tarefas cognitivas, para caracterizar e predizer respostas do sistema nervoso autónomo e função cerebral envolvidas no comportamento humano.