Saúde Digital: do desenvolvimento de sondas neurais à gestão inteligente de dados clínicos

• Processo: 25/05650-0
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de junho de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de maio de 2027
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Telecomunicações
• Pesquisador responsável: Hugo Enrique Hernández Figueroa
• Beneficiário: Ursula Fernanda Salazar Roggero
• Instituição Sede: Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brasil
• Vinculado ao auxílio: 21/11380-5 - CPTEn - Centro Paulista de Estudos da Transição Energética, AP.CCD
• Assunto(s): Computação de borda Óptica integrada Plasmônica
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Biossensores Fotônicos | Computação de Borda | Nanoantenas | Óptica Integrada | Plasmônica | Sensoriamento Neuronal | Biossensores Fotônicos Integrados

Resumo

Distúrbios neurológicos, como as doenças de Alzheimer e Parkinson, esclerose múltipla, e acidentes vasculares cerebrais, são a principal causa de deficiência e a segunda causa de morte no mundo. Infelizmente, devido ao envelhecimento da população, essas cifras vêm aumentando nas últimas três décadas. Nesse contexto, o desenvolvimento de ferramentas que auxiliem no estudo do sistema nervoso é absolutamente necessário. Por outro lado, espera-se que a computação de borda tenha um papel central na implementação dos municípios inteligentes, superando as desvantagens de abordagens centralizadas em grandes centros de processamento de dados, como atrasos na rede ou questões de proteção de dados no âmbito da LGPD. Este projeto visa a integração de tecnologias avançadas no campo da saúde digital, abordando desde o desenvolvimento de sondas neurais até a gestão inteligente de dados clínicos. O projeto envolve a criação de uma plataforma fotônica usando nanoantenas, que são dispositivos metálicos nanométricos. Uma luz incidente adequada excita nessas nanoantenas os chamados modos plasmônicos localizados, que são ondas eletromagnéticas inicialmente confinadas na superfície das mesmas e que são posteriormente irradiadas de volta para o espaço livre. As sondas propostas consistem em um substrato com nanoantenas, onde são cultivados neurônios. Quando os neurônios são estimulados, eles geram um campo elétrico que afeta a ressonância plasmônica das nanoantenas, modulando os campos transmitidos ou refletidos. Dessa maneira, a partir do monitoramento temporal do sinal óptico das nanoantenas, é possível medir de forma indireta o sinal elétrico das células. Paralelamente, a plataforma desenvolvida será baseada em uma solução de software em ambiente de computação de borda para a gestão dos dados coletados nos experimentos, como sinais neurais, imagens e vídeos dos neurônios excitados. Esta abordagem descentralizada garante que os dados sejam processados e analisados localmente, reduzindo a latência e aumentando a segurança dos dados sensíveis. Em um cenário de saúde digital, a computação de borda permite aprimorar o serviço, pela sua capacidade de analisar as informações localmente, otimizando os recursos computacionais dos dispositivos finais, e portanto, o seu custo, além de reduzir a necessidade de comunicações distantes com nuvens centralizadas. Sua realização efetiva requer pesquisas no gerenciamento distribuído de dados incluindo aquisição, processamento, roteamento e armazenamento. Assim, as tecnologias e ferramentas de virtualização devem ser aprimoradas para suportar aplicativos nativos de borda capazes de ter suas funcionalidades divididas para rodar de forma segura e distribuída em diferentes infraestruturas de computação: desde o próprio dispositivo até a nuvem, passando pela nuvem de borda. A infraestrutura de computação e rede distribuída atualmente em implantação para redes 5G irá evoluir com o tempo para B5G e 6G. Nesse caminho, a infraestrutura computacional distribuída deve suportar as necessidades de serviços de clientes verticais no contexto de cloud network slicing e redes privativas 5G. Em conclusão esta plataforma integra conceitos e técnicas de sensoriamento e conectividade aplicados ao estudo do cérebro no âmbito da saúde digital.