Simulador neuromuscular

Cientistas de todo o mundo envolvidos em estudos fisiológicos acabam de ganhar um simulador do sistema neuromuscular humano. A ferramenta foi desenvolvida na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (USP) e está disponível gratuitamente na internet.

Agência Fapesp |

A novidade simula etapas fundamentais do processo de ativação dos músculos, desde os comandos cerebrais que ativam a medula espinhal até o envio desses sinais para a musculatura. O projeto foi desenvolvido como trabalho de doutorado por Rogério Cisi, orientado por André Fabio Kohn, professor do Laboratório de Engenharia Biomédica.

É o primeiro simulador do sistema neuromuscular implementado em arquitetura web no mundo. Isso significa que usuários das mais variadas regiões do planeta poderão usá-lo, sem a necessidade de realizar download de outros programas ou de escrever linhas de comando ou de programação, disse Kohn à Agência FAPESP.

Denominado ReMoto, o projeto teve apoio da FAPESP na modalidade Auxílio a Pesquisa (para a aquisição de dois servidores) e Bolsa de Doutorado e está disponível .

A ferramenta está voltada a pesquisadores que estudam, por exemplo, doenças que afetam o sistema nervoso e a musculatura. O simulador representa medidas não invasivas realizadas em laboratório ou na clínica. A ferramenta permite analisar as causas neuronais e sinápticas que geraram uma dada atividade elétrica ou mecânica, incluindo a avaliação de reflexos medulares em função da atividade de todos os neurônios da medula espinhal e de todas as fibras musculares envolvidas nesse processo, explicou Kohn.

Devido à complexidade do sistema neuromuscular humano, no entanto, o uso do simulador em sua plena potencialidade exige conhecimentos específicos de neurofisiologia pelos usuários, que podem inclusive modificar os parâmetros de simulação do sistema para o estudo de diferentes tipos de doenças.

O ReMoto é uma poderosa ferramenta para testes de hipóteses. O pesquisador deve impor valores de parâmetros apropriados para a patologia em estudo, com base em conhecimentos obtidos de experimentos laboratoriais, indicou.

Hipóteses necessárias

Segundo o professor da Escola Politécnica, em geral, durante pesquisas na área, chega-se a um ponto em que o conhecimento sobre como se comporta uma dada estrutura neuromuscular no contexto patológico deve ser obtido por meio do levantamento de hipóteses. O simulador pode, nesse caso, ser utilizado dentro das premissas de cada uma dessas hipóteses e seus resultados comparados com dados experimentais de pacientes.

A idéia é que da comparação de resultados da simulação e resultados experimentais seja possível eliminar várias das hipóteses, quem sabe sobrando uma única. Por isso, o simulador é também de grande valia para pesquisadores em neurociência experimental e neurociência computacional que estudam neurônios únicos e isolados, bem como para aqueles que estudam como as redes desses neurônios funcionam, disse.

Neurocientistas, engenheiros biomédicos e vários outros especialistas que estudam o sistema neuromuscular ainda têm uma série de questões a serem solucionadas sobre o seu funcionamento. Entre elas está a descoberta de como é controlada a força muscular por parte do sistema nervoso em termos das atividades dos neurônios da medula, como se modifica o sinal elétrico gerado pelo músculo em diferentes condições de ativação pelo cérebro e qual o papel de alguns interneurônios da medula espinhal no controle da força muscular, explicou.

Para ajudar a responder a essas perguntas, o ReMoto pode representar as etapas do processo de ativação dos músculos, em especial os comandos cerebrais que são mimetizados por atividades elétricas de disparos neuronais que chegam à medula e ativam os motoneurônios.

Os motoneurônios são os neurônios que controlam diretamente as fibras musculares. Na medula há vários tipos de interneurônios, que fazem sinapses (conexões individuais) sobre os motoneurônios e afetam como estes irão responder tanto aos comandos cerebrais como aos fluxos de informação provenientes de nervos que ficam em um dado membro, como a perna, explicou Kohn.

A atividade de cada motoneurônio se propaga por meio de um nervo até as fibras musculares, gerando uma breve contração. A somatória dessas breves contrações em todos os grupos de fibras resultará na força muscular total, disse Kohn, ressaltando que a atividade elétrica gerada pelas fibras musculares pode ser simulada pelo ReMoto como se fosse captada por eletrodos afixados à pele sobre o músculo em estudo.

Possíveis aplicações

O simulador poderá ser utilizado, entre outras aplicações, para avaliar os efeitos de perdas de unidades motoras na medula espinhal ou para verificar a diminuição do seu controle pelos comandos cerebrais, além de ajudar a identificar algumas das possíveis causas de tremores dos músculos identificados especialmente na clínica neurológica.

Antes de lançá-lo no Brasil, Kohn apresentou recentemente duas palestras sobre o ReMoto no exterior, uma no Laboratório de Engenharia do Sistema Neuromuscular da Politécnica de Turim, na Itália, e outra no Instituto de Neurologia, Queen Square, em Londres.

As platéias nos dois locais foram bastante distintas. No primeiro, a maioria do público era composta por engenheiros biomédicos especialistas no sistema neuromuscular, com ênfase na parte muscular. A contribuição do simulador para esses profissionais está na geração dos comandos motores dirigidos às fibras musculares, explicou.

Em Londres, a maior parte dos pesquisadores era de especialistas em sistema nervoso humano (são ou patológico). A contribuição do simulador para eles está na possibilidade de estudar como alterações nos neurônios e nas sinapses da medula, bem como alterações nos comandos cerebrais que chegam à medula, afetam o comportamento motor do ser humano, disse.

Segundo Kohn, diversos grupos de pesquisa em todo o mundo investigam problemas na área apenas do ponto de vista experimental, sem ferramentas que lhes permitam testar novos conceitos e hipóteses. Alguns grupos têm engenheiros biomédicos associados que desenvolvem programas de simulação voltados para responder a perguntas específicas.

O uso do ReMoto via web deverá ter um primeiro impacto na investigação do comportamento do sistema neuromuscular são, uma vez que o estudo de patologias tem que ser fortemente baseado no estudo desses casos. Mas logo a ferramenta deverá ser utilizada para o estudo de patologias associadas principalmente à medula espinhal, nervos e músculos, ressaltou Kohn. 

Leia mais sobre: Pesquisa

    Leia tudo sobre: fapesppesquisa

    Notícias Relacionadas


      Mais destaques

      Destaques da home iG