Padronização, validação e caracterização de uma nova medida de complexidade cerebral

• Processo: 16/08263-9
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de outubro de 2016
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2020
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Biomédica
• Pesquisador responsável: Adenauer Girardi Casali
• Beneficiário: Adenauer Girardi Casali
• Instituição Sede: Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT). Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP). Campus São José dos Campos. São José dos Campos , SP, Brasil
• Pesquisadores associados: Fabio Ferrarelli ; Jean Faber Ferreira de Abreu ; Marcello Massimini ; Vinícius Veloso de Melo
• Bolsa(s) vinculada(s): 18/23456-3 - Desenvolvimento de uma plataforma em Python para pré-processamento de potenciais evocados obtidos por registro eletrencefalográfico de alta densidade, BP.IC; 18/20322-6 - Estima da complexidade perturbacional a partir de potenciais evocados somatossensoriais, BP.MS; 17/03678-9 - Padronização do índice de complexidade perturbacional para o estudo da conectividade efetiva talamocortical, BP.MS; 16/20422-5 - Análise tempo-freqüência de oscilações corticais evocadas pela estimulação magnética transcraniana em fases pré-clínicas da esquizofrenia, BP.IC
• Assunto(s): Processamento de sinais biomédicos Estimulação magnética transcraniana Eletroerosão Conectividade cerebral Neurociências Eletroencefalografia
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Complexidade Cerebral | Conectividade Efetiva do Sistema Talamocortical | Eletrencefalografia | Estimulacao Magnetica Transcraniana | neurociência computacional | Técnicas não-lineares de processamento de sinais | Processamento de Sinais Biomédicos

Resumo

Diversas condições neurológicas e neuropsiquiátricas como a esquizofrenia, depressão, lesões cerebrais e doenças neurodegenerativas parecem estar associadas a alterações no complexo modo como o cérebro humano processa informação, tanto em escala local quanto global. A quantificação da complexidade desta "conectividade efetiva" talamocortical em condições fisiológicas e patológicas constitui-se em um grande desafio para a neurociência contemporânea. Em uma série de estudos recentes, o proponente do presente projeto, em colaboração com centros internacionais de pesquisa, demonstrou que a complexidade em macroescala dos padrões de conectividade efetiva dos circuitos neurais pode ser estimada, de maneira não invasiva a partir de sinais eletrencefalográficos, com uma nova técnica denominada Índice de Complexidade Perturbacional (PCI) (Casali et al., Science Translational Medicine, 2013). Rapidamente a medida ganhou destaque na comunidade científica, sendo atualmente considerada a ferramenta com maior potencial clínico para acessar, de maneira objetiva, o nível de consciência em pacientes que se recuperam do coma. Com o objetivo de desenvolver PCI do ponto de vista técnico e científico, propomos neste projeto uma estreita parceria entre o núcleo de Neuroengenharia e Computação do ICT/UNIFESP e grupos da Universidade de Milão e da Universidade de Pittsburgh para padronizar o cálculo de PCI, validar o seu uso em pacientes com lesões cerebrais e desenvolver novas ferramentas capazes de melhor caracterizar a complexidade cerebral. Diferentes versões da medida serão testadas em sinais simulados e em dados de TMS/EEG coletados em sujeitos saudáveis e pacientes em condições que incluem a esquizofrenia, doença de Alzheimer e lesões cerebrais. Técnicas de reconhecimento de padrões serão então aplicadas para melhor caracterizar a conectividade cerebral efetiva em tais cenários. Esperamos assim que este estudo possa ajudar a levar medidas de complexidade cerebral como PCI ao uso clínico na neurologia, resultando, em última análise, no aprimoramento do diagnóstico, prognóstico e tratamento destas condições. (AU)

Publicações científicas

(8)

(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

ROSANOVA, M.; FECCHIO, M.; CASAROTTO, S.; SARASSO, S.; CASALI, A. G.; PIGORINI, A.; COMANDUCCI, A.; SEREGNI, F.; DEVALLE, G.; CITERIO, G.; et al. Sleep-like cortical OFF-periods disrupt causality and complexity in the brain of unresponsive wakefulness syndrome patients. NATURE COMMUNICATIONS, v. 9, OCT 24 2018. (16/08263-9)

FERRARELLI, FABIO; KASKIE, RACHEL E.; GRAZIANO, BIANCA; REIS, CATARINA CARDOSO; CASALI, ADENAUER G.. Abnormalities in the evoked frontal oscillatory activity of first-episode psychosis: A TMS/EEG study. SCHIZOPHRENIA RESEARCH, v. 206, p. 436-439, APR 2019. (16/08263-9, 16/20422-5)

BOS, DENIELLI DA SILVA GONCALVES; VAN DER BRUGGEN, CATHELIJNE E. E.; KURAKULA, KONDABABU; SUN, XIAO-QING; CASALI, KARINA R.; CASALI, ADENAUER G.; ROL, NINA; SZULCEK, ROBERT; DOS REMEDIOS, CRIS; GUIGNABERT, CHRISTOPHE; et al. Contribution of Impaired Parasympathetic Activity to Right Ventricular Dysfunction and Pulmonary Vascular Remodeling in Pulmonary Arterial Hypertension. Circulation, v. 137, n. 9, p. 910-924, FEB 27 2018. (16/08263-9)

COMOLATTI, RENZO; PIGORINI, ANDREA; CASAROTTO, SILVIA; FECCHIO, MATTEO; FARIA, GUILHERME; SARASSO, SIMONE; ROSANOVA, MARIO; GOSSERIES, OLIVIA; BOLY, MELANIE; BODART, OLIVIER; et al. A fast and general method to empirically estimate the complexity of brain responses to transcranial and intracranial stimulations. BRAIN STIMULATION, v. 12, n. 5, p. 1280-1289, SEP-OCT 2019. (16/08263-9, 17/03678-9)

BODART, OLIVIER; AMICO, ENRICO; GOMEZ, FRANCISCO; CASALI, ADENAUER G.; WANNEZ, SARAH; HEINE, LIZETTE; THIBAUT, AURORE; ANNEN, JITKA; BOLY, MELANIE; CASAROTTO, SILVIA; et al. Global structural integrity and effective connectivity in patients with disorders of consciousness. BRAIN STIMULATION, v. 11, n. 2, p. 358-365, MAR-APR 2018. (16/08263-9)

RUIZ DE MIRAS, J.; SOLER, F.; IGLESIAS-PARRO, S.; IBANEZ-MOLINA, A. J.; CASALI, A. G.; LAUREYS, S.; MASSIMINI, M.; ESTEBAN, F. J.; NAVAS, J.; LANGA, J. A.. Fractal dimension analysis of states of consciousness and unconsciousness using transcranial magnetic stimulation. COMPUTER METHODS AND PROGRAMS IN BIOMEDICINE, v. 175, p. 129-137, JUL 2019. (16/08263-9)

STORM, JOHAN F.; BOLY, MELANIE; CASALI, ADENAUER G.; MASSIMINI, MARCELLO; OLCESE, UMBERTO; PENNARTZ, CYRIEL M. A.; WILKE, MELANIE. Consciousness Regained: Disentangling Mechanisms, Brain Systems, and Behavioral Responses. JOURNAL OF NEUROSCIENCE, v. 37, n. 45, p. 10882-10893, NOV 8 2017. (16/08263-9)

ARENA, A.; COMOLATTI, R.; THON, S.; CASALI, A. G.; STORM, J. F.. General Anesthesia Disrupts Complex Cortical Dynamics in Response to Intracranial Electrical Stimulation in Rats. ENEURO, v. 8, n. 4, JUL-AUG 2021. (16/08263-9, 17/03678-9)