Coerência entre a função cerebral cortical e Desempenho neurocognitiva durante condições de gravidade mudou

Este procedimento aplica uma técnica combinada de registro de EEG e espectroscopia no infravermelho próximo para determinar até que ponto a diminuição do desempenho neurocognitivo na ausência de peso é devida aos efeitos primários de alterações hemodinâmicas e eletrocorticais ou a efeitos secundários relacionados ao estresse. Isso é realizado monitorando as alterações na atividade eletrocortical de participantes durante um voo parabólico, incluindo fases de microgravidade, microgravidade e gravidade normal. Alterações hemodinâmicas na região frontal do cérebro podem ser monitoradas em paralelo utilizando espectroscopia no infravermelho próximo ou nervos.

As alterações na atividade cortical cerebral podem então ser localizadas utilizando tomografia eletromagnética. O passo final é correlacionar as alterações eletrocorticais e hemodinâmicas. Em última análise, os resultados mostram que as alterações hemodinâmicas decorrentes de condições de gravidade alteradas estão associadas a mudanças na função eletrocortical.

A principal vantagem desta técnica em comparação com métodos existentes, como RNM ou PET, é que a eletrofotografia combinada com eletrotomografia e espectroscopia no infravermelho próximo é viável em ambientes extremos, como voos parabólicos ou voos espaciais com microgravidade, cargas limitadas e espaço restrito, permitindo medir e correlacionar alterações na atividade elétrica neural e nas mudanças hemodinâmicas no cérebro. Este método auxilia em responder perguntas fundamentais na área da neurofisiologia e pesquisa espacial, como as condições de gravidade alterada que levam a mudanças hemodinâmicas e corticais elétricas. Ajuda a identificar exatamente onde no cérebro essas alterações ocorrem e quais são as consequências dessas mudanças.

Uma vez que tenhamos identificado os processos neurofisiológicos subjacentes, uma vez que tenhamos identificado o que acontece com a função cortical cerebral e com a hemodinâmica enquanto estamos no espaço, enquanto estamos em estado de ausência de peso, seremos capazes de desenvolver contramedidas específicas para melhorar a qualidade de vida, o sucesso da missão e a segurança da missão. Assim, este método pode fornecer informações sobre os mecanismos de funcionamento cerebral, ou também pode ser aplicado a outros sistemas, como comprometimentos neurológicos de pacientes neurológicos, ou à ideia fundamental de como o nosso cérebro funciona. Tivemos pela primeira vez a ideia para esta pesquisa quando soubemos sobre os prejuízos neurocognitivos relatados por astronautas que vivem no espaço.

A demonstração visual deste método é fundamental porque é difícil aprender as etapas de análise, já que existem muitas formas de tratar e analisar os dados. Uma a duas horas antes do voo, os participantes são levados a uma sala no aeroporto para se prepararem para os experimentos. Primeiro, a circunferência da cabeça é medida e o couro cabeludo é limpo para que o capuz de EEG com os optossensores e receptor integrados possa ser colocado na cabeça do participante.

O próximo passo é marcar as posições dos eletrodos FP um e FP dois. Primeiro, mede-se a distância entre a nasion e a inion, em seguida, a uma distância de um décimo do caminho entre a nasion e a inion. A partir da nasion, fazem-se duas marcas à esquerda e à direita da linha mediana, numa distância equivalente a um vigésimo da circunferência da cabeça.

A tampa contém os eletrodos que serão fixados no couro cabeludo e garante a posição correta dos sensores. Escolhe-se uma touca de EEG apropriada para o tamanho da cabeça do participante. Em seguida, a touca é colocada.

A cabeça do participante e sua posição são verificadas. O eletrodo CZ deve estar no vértice e os eletrodos FP1 e FP2, bem como os eletrodos O1 e O2, devem estar alinhados horizontalmente sobre as marcações; uma tira para o queixo é fixada para garantir que o capuz permaneça em posição simétrica e adequada. Em seguida, o eletrodo de frequência cardíaca é posicionado — para isso, pode-se usar um eletrodo de EEG — e o sensor é colocado no peito do participante.

Agora a impedância dos eletrodos é minimizada e a condução do sinal é verificada. Cada eletrodo contém LEDs, que serão lidos quando a medição de impedância for iniciada. O cabelo é afastado da ponta do eletrodo com uma agulha de ponta romba, e gel é injetado entre a ponta do eletrodo e a superfície da pele, começando pelos eletrodos de referência e terra.

À medida que o gel é injetado, a cor dos LEDs mudará conforme a impedância diminui, de modo que a cor inicial vermelha primeiro se tornará amarela e depois verde. Quando o valor-alvo de impedância for atingido em 25 quilohms, a atuação dos eletrodos proporcionará uma boa relação sinal-ruído em ou abaixo desse valor-alvo. Esse procedimento é repetido para todos os eletrodos do capuz.

Uma vez que o capuz de eletrodos esteja preparado para ambos os participantes, são fornecidas instruções sobre os detalhes do voo parabólico e a programação experimental que será seguida. Uma visão esquemática das parábolas de zero a 30 e das tarefas a serem realizadas é apresentada aos participantes. Além disso, são revisadas as instruções verbais que detalham quando e como iniciar e interromper os testes.

Por fim, os participantes são levados para o avião para a preparação do voo a bordo. Uma vez a bordo, os participantes são acomodados lado a lado na configuração experimental, e os cintos de segurança são afivelados de forma frouxa. Os cabos de EEG são conectados à caixa de controle dos eletrodos e a caixa de controle dos eletrodos é conectada ao amplificador.

Em seguida, os OIDs dos nervos e o receptor são fixados no suporte de OID dentro do capuz de EEG. Neste momento, o módulo EEG NERS é iniciado. Este módulo controla a conectividade e a qualidade do sinal.

Em seguida, os nervos e o software de EEG são iniciados e um espaço de trabalho para gravação é aberto. Os dados são carregados. Então, o nome do arquivo, a frequência de gravação e a montagem são inseridos.

Se quaisquer sinais forem subótimos, os valores de impedância para EEG ou os valores de DAQ para os nervos são reajustados ou mais gel é injetado conforme necessário. Neste momento, inicia-se a gravação do sinal de EEG e do sinal nervoso, e as medições de estado de repouso de prem são coletadas.

Os participantes não têm nenhuma tarefa neste momento, mas devem permanecer imóveis, relaxados e com os olhos fechados. A gravação é interrompida após três minutos. Após o período de descanso, os participantes realizarão um teste de linha de base da tarefa cognitiva chalkboard challenge.

Por fim, todos os dispositivos são desligados e a caixa de controle dos eletrodos de EEG, bem como os optos da enfermeira e o receptor, são desconectados. Todos os equipamentos, incluindo a câmera e os iPhones, são guardados em um compartimento para a preparação da decolagem, na qual os experimentos em voo são iniciados. Uma vez que a aeronave atinge a altitude de cruzeiro, o primeiro passo é montar a câmera de vídeo no corrimão e, em seguida, iniciar a gravação de vídeo.

Em seguida, os participantes são acomodados em seus assentos e os cintos de segurança são presos de forma frouxa. Os participantes devem permanecer sentados pelo menos da parábola zero até a 25. Os iPhones são fixados na coxa superior dos participantes com fita de velcro.

Agora, a caixa de controle dos eletrodos de EEG é conectada e os nervos optos e o receptor são fixados no suporte opto da tampa. O módulo de EEG e nervos é iniciado e a qualidade do sinal nervoso de EEG é verificada mediante a checagem da impedância de EEG e dos valores de DAQ do NS. A gravação de repouso é realizada por três minutos.

A primeira parábola, que é designada parábola zero, será usada para permitir que os participantes se adaptem ao procedimento e à mudança nas condições de gravidade. Em seguida, durante a parábola um até a dez, apenas o EEG de repouso é registrado enquanto os participantes permanecem sentados tranquilamente em seus assentos com os olhos fechados. A seguir, os participantes são preparados para as tarefas cognitivas que serão realizadas durante dois blocos de cinco parábolas.

O registro é controlado pelo operador, que dá instruções aos participantes e também salva os resultados dos testes cognitivos e os tempos. Nesta tarefa de processamento cognitivo, o participante identifica qual lado de uma equação é maior do que o outro, com base na velocidade e na precisão do participante. A resposta é registrada pelo programa, e uma pontuação final alta é atribuída, dependendo da precisão, da velocidade e do nível mais alto que o participante alcançou durante a parábola 11 a 15.

O participante um realizará esta tarefa em zero G e o participante dois em um G. Em seguida, durante as parábolas 16 a 20, o participante um realizará esta tarefa em um G e o participante dois em zero G ocasionalmente. As medições de repouso são registradas durante a sequência parabólica, bem como antes da primeira e após a última parábola. As últimas 10 parábolas podem ser utilizadas caso alguma medição ou experimento anterior precise ser repetido.

Uma vez de volta ao solo, os participantes e o operador podem sair temporariamente do avião antes de retornar ao aparato experimental e preparar tudo para as medições pós-experimento. Neste momento, as medições de EEG em estado de repouso pela enfermeira são repetidas. Após a conclusão de todas as gravações e a remoção do capuz do participante, o experimento é finalizado utilizando tomografia eletromagnética cerebral de baixa resolução ou Loretta.

É possível determinar alterações individuais na atividade cortical do cérebro frontal. Para o participante um, a alteração ocorrida 2000 milissegundos após o início da microgravidade foi localizada na área de Brodmann nove, que pertence ao córtex pré-frontal dorsolateral. Essa região desempenha um papel importante na integração de informações sensoriais e mnemônicas durante a organização e regulação do planejamento motor.

Para o participante dois, essas alterações poderiam ser localizadas na área de Brodmann nove e também na área de Brodmann seis, o córtex pré-motor, conhecido por seu papel na regulação sensorial durante a estabilização corporal. Este próximo traçado mostra a espectroscopia no infravermelho próximo na região frontal do cérebro. A curva preta indica o nível de G.

O fundo amarelo indica gravidade normal. O fundo azul indica hipercravidade e o fundo rosa indica microgravidade, conforme esperado. Há uma diminuição do sangue oxigenado, conforme mostrado pelo traçado vermelho na fase de microgravidade, seguida por um aumento do sangue oxigenado na fase de microgravidade.

Resultados semelhantes são observados nesta figura de outro participante. Curiosamente, a quantidade de sangue desoxigenado, indicada pelo traçado azul, não apresentou um comportamento consistente na primeira fase de HyperV nem na fase de ausência de peso, mas em ambos os indivíduos houve uma diminuição na segunda fase de HyperV. Esta figura mostra a tarefa cognitiva para dois indivíduos em três pontos de medição durante o treinamento, que foi medida antes do voo em zero Gs, durante o voo em microgravidade e em um G, também medida durante o voo.

Os escores diferem entre os indivíduos, indicando que os prejuízos neurocognitivos relatados anteriormente durante voos parabólicos são mais provavelmente devidos a reações individuais ao estresse. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como aplicar a técnica combinada de e, e, g e joelhos, bem como de como monitorar paralelamente a atividade eletrocortical e as alterações hemodinâmicas. Ao tentar realizar este procedimento, é importante verificar a qualidade do sinal e monitorar o comportamento dos indivíduos.

Essas técnicas podem abrir caminho para pesquisadores interessados na função cortical cerebral e na exploração dos efeitos da microgravidade sobre a função cortical cerebral, e, uma vez identificados esses mecanismos, isso pode ajudar pacientes, astronautas e também pessoas normais.