Cientistas descobrem características-chave de sítios de linguagem que podem ajudar a preservar a função após cirurgia cerebral

Quando os cirurgiões realizam cirurgias cerebrais em pessoas com tumores cerebrais ou epilepsia, eles precisam remover o tumor ou tecido anormal, preservando partes do cérebro que controlam a linguagem e o movimento.

Um novo estudo da Northwestern Medicine pode informar melhor as decisões dos médicos sobre quais áreas do cérebro preservar, melhorando assim a função da linguagem dos pacientes após a cirurgia cerebral. O estudo expande a compreensão de como a linguagem é codificada no cérebro e identifica as principais características de locais críticos no córtex cerebral que trabalham juntos para produzir a linguagem.

Se você pensar na rede de linguagem do cérebro como uma rede social, os cientistas essencialmente encontraram a pessoa que é o elo entre muitas sub-redes de pessoas. Elas não se conheceriam se não fosse por essa única pessoa. No cérebro, esses “conectores” têm a mesma função para a linguagem. Se os locais conectores fossem removidos, o paciente cometeria mais erros de linguagem após a cirurgia — como dificuldade para nomear objetos — porque as sub-redes não conseguiam trabalhar juntas.

O estudo foi publicado em 16 de setembro em Comunicações da Natureza.

Sinais cerebrais de pacientes com tumores cerebrais e epilepsia

Cientistas da Northwestern identificaram os locais críticos de conectores de linguagem registrando sinais elétricos do córtex cerebral em pacientes com epilepsia ou tumores cerebrais enquanto os pacientes liam palavras em voz alta. Os pesquisadores então analisaram os sinais usando métodos de teoria de grafos e aprendizado de máquina para prever quais locais na rede eram críticos.

“Essa descoberta pode nos ajudar a ser mais precisos e eficientes ao mapear locais de linguagem antes da cirurgia”, disse o autor correspondente, Dr. Marc Slutzky, professor de neurologia na Faculdade de Medicina Feinberg da Universidade Northwestern e neurologista da Northwestern Medicine.

“Isso poderia nos ajudar a aprimorar a maneira como os cirurgiões fazem esse mapeamento, o que poderia, em última análise, encurtar o tempo necessário para a estimulação ou possivelmente eliminar a estimulação e apenas registrar sinais elétricos.”

Pessoas com tumores cerebrais ou epilepsia que precisam de cirurgia frequentemente passam por mapeamento funcional usando estimulação elétrica direta do cérebro para tentar identificar partes críticas do cérebro (particularmente no córtex cerebral), então os neurocirurgiões sabem quais locais evitar remover para preservar a linguagem. Por exemplo, a estimulação elétrica pode interromper temporariamente a habilidade de falar ou conceber nomes para objetos, o que sugeriria que a área à qual a estimulação foi aplicada é importante para a fala ou para a função da linguagem.

A técnica de estimulação atual tem limitações

“A maneira como isso é feito não mudou significativamente em mais de 50 anos, mas exatamente o que está acontecendo durante essa estimulação ainda não é bem compreendido”, disse Slutzky. “Não está claro o que há de especial nos locais focais identificados pela estimulação como críticos para a linguagem e a fala.

“Quando alguém está falando, muitos locais no cérebro estão ativos, mas apenas um punhado desses locais são identificados como críticos para essas funções por serem perturbados durante a estimulação. Responder a essa pergunta pode nos ajudar a entender como a estimulação elétrica afeta o cérebro e como o cérebro produz a linguagem falada.”

Estima-se que 1,2 milhões de pessoas nos EUA vivam com tumores cerebrais

Atualmente, muitos pacientes com tumores cerebrais passam por entre 20 e 60 minutos de tempo de estimulação enquanto estão acordados na cirurgia. A técnica não é perfeita para identificar os locais da linguagem: os resultados podem ser falso-negativos ou falso-positivos, e o processo pode causar convulsões.

“Não é divertido para o paciente”, disse Slutzky. “Quando fazemos isso para pacientes com epilepsia, o mapeamento pode levar um dia ou às vezes dois e é exaustivo para eles.”

Pacientes com epilepsia podem precisar de cirurgia cerebral quando os medicamentos não controlam adequadamente as convulsões, disse Slutzky.

Como o estudo funcionou

Cientistas registraram sinais elétricos da superfície do córtex em 16 pacientes (no Northwestern Memorial Hospital e no Johns Hopkins Hospital) com epilepsia ou tumores cerebrais. Os conjuntos de eletrodos foram implantados em pessoas com epilepsia como parte do monitoramento de convulsões antes da cirurgia ou colocados no cérebro temporariamente na sala de cirurgia, enquanto os pacientes com tumores passaram por cirurgia cerebral acordada e mapeamento.

Os pacientes liam palavras isoladas em voz alta em um monitor enquanto os investigadores registravam seus sinais cerebrais (chamado eletrocorticografia). Os cientistas então analisaram os sinais usando métricas da teoria dos grafos, um ramo da matemática focado em redes. (A teoria dos grafos também é usada para analisar todos os tipos de redes, incluindo redes sociais, que é como muitos mecanismos de busca da internet funcionam.)

Essas métricas de rede descreviam o quanto cada site estava funcionalmente conectado, seja localmente (com sites próximos), globalmente (com todos os sites registrados) ou entre comunidades (sub-redes). Os cientistas então usaram aprendizado de máquina para prever quais sites na rede eram críticos usando apenas as métricas de rede. Sites críticos tendiam a ser aqueles que se conectavam entre comunidades.

A pesquisa da Northwestern foi uma colaboração entre Nathan Crone e Yujing Wang da Universidade Johns Hopkins (departamento de neurologia) e Richard Betzel da Universidade de Indiana (departamento de ciências psicológicas e cerebrais).