Nano-MIND permite controlar circuitos cerebrais com campos magnéticos

Nano-MIND: controlo magnético de circuitos cerebrais

Com um simples acionamento de um campo magnético, ratinhos modificados para terem «interruptores» ativados por nanopartículas no cérebro foram levados a alimentar-se, a socializar e a comportar-se como mães recentes muito protetoras. A experiência foi concebida para avaliar uma nova ferramenta de investigação.

Embora as experiências de «controlo da mente» em animais estejam longe de ser inéditas, habitualmente dependem de elétrodos volumosos que ligam o animal a um sistema externo. Além de exigirem cirurgia invasiva, estes dispositivos limitam a liberdade de movimentos do sujeito em teste.

Investigadores do Institute for Basic Science (IBS), na Coreia, afirmam ter alcançado um avanço na neurologia ao desenvolverem uma técnica para visar vias cerebrais através da combinação de genética, nanopartículas e campos magnéticos.

A tecnologia chama-se Nano-MIND, sigla de Interface Magnetogenética para a Neurodinâmica. Embora «controlo da mente» seja uma descrição algo simplista, mas razoavelmente precisa, o sistema foi criado, na sua forma atual, para permitir aos investigadores ativar remotamente circuitos neuronais em várias aplicações científicas.

«Esta é a primeira tecnologia do mundo que permite controlar livremente regiões específicas do cérebro com campos magnéticos», afirma Jinwoo Cheon, autor sénior e diretor do Centro de Nanomedicina do IBS.

«Esperamos que seja amplamente utilizada na investigação para compreender as funções cerebrais, as redes neuronais artificiais sofisticadas, as tecnologias de BCI [interface cérebro-computador] bidirecional e novos tratamentos para perturbações neurológicas.»

A estimulação magnética é uma área emergente da investigação neurológica, na qual impulsos eletromagnéticos aplicados ao cérebro atuam de forma abrangente sobre regiões inteiras, induzindo alterações subtis no seu comportamento.

Como funciona a tecnologia Nano-MIND

Para atingir circuitos específicos, os cientistas inspiraram-se na optogenética, outra área de investigação que modifica geneticamente mecanismos celulares capazes de ser ativados facilmente por uma fonte de luz.

Neste caso, a equipa incorporou canais iónicos em populações selecionadas de células cerebrais de ratinhos.

Em vez de fornecer luz através de uma fibra localizada, como acontece na optogenética, estes canais iónicos podiam ser ativados magneticamente através da rotação de um minúsculo atuador. Basta um campo envolvente suficientemente forte para exercer força sobre a nanopartícula.

Alimentação, sociabilidade e cuidados parentais

Para testar o sistema, os investigadores criaram 3 ensaios distintos. O primeiro incidiu sobre recetores envolvidos em comportamentos complexos de alimentação e recompensa no hipotálamo lateral, uma região situada nas profundezas da zona central do cérebro.

A monitorização dos movimentos e da ingestão de alimentos dos animais, dentro e fora de um campo magnético, revelou diferenças significativas. Os resultados indicaram que era possível ligar e desligar, literalmente e quando pretendido, o desejo de comer dos ratinhos.

Sob a ação do campo magnético, um grupo de ratinhos cujos neurónios excitatórios tinham interruptores ingeriu apenas metade dos alimentos. Um segundo grupo, com neurónios inibitórios modificados, comeu o dobro enquanto o campo magnético permaneceu ativo.

O hipotálamo lateral inclui igualmente vias responsáveis pela sociabilidade. Ao colocar um ratinho devidamente modificado numa câmara com outro ratinho que nunca tinha encontrado, enquanto os campos magnéticos estavam ativos, verificou-se que era possível incentivar comportamentos considerados «amigáveis».

Outro ensaio visou recetores fundamentais da chamada área pré-ótica medial, implicada nos cuidados parentais.

Ratinhos fêmea com o Nano-MIND a estimular a área pré-ótica medial foram colocados numa câmara enriquecida com características «naturalistas». Perante os gritos de crias de ratinho, reagiram de forma muito diferente: aproximavam-se mais depressa e permaneciam agachadas sobre as crias em sofrimento durante mais tempo quando estavam sob o transe magnético.

Dispor de um controlo tão preciso sobre circuitos específicos seria uma vantagem para investigadores que procuram mapear vias neurológicas ou testar tratamentos inovadores.

Com o tempo, nanotecnologias semelhantes poderão até tratar problemas de saúde mental em humanos ou desempenhar um papel relevante em terapias para doenças neurológicas debilitantes, devolvendo assim o controlo completo da mente de uma pessoa ao próprio indivíduo.

Esta investigação foi publicada na Nature Nanotechnology.