O sono faz mais do que deixar você descansado na manhã seguinte. Enquanto você dorme, seu cérebro ativa uma rede de remoção de resíduos conhecida como sistema glinfático, eliminando subprodutos metabólicos que se acumulam durante o dia. Os cientistas acreditam que este processo de limpeza noturna pode desempenhar um papel importante na proteção contra doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, mas estudá-lo revelou-se extraordinariamente difícil. Agora, pesquisadores da Georgia Tech e da Universidade Nacional de Seul desenvolveram um adesivo macio e usável na testa que poderia permitir aos cientistas monitorar esse processo enquanto as pessoas dormem em suas próprias camas.
Assemelhando-se a um band-aid, o dispositivo experimental tem menos de um centímetro de espessura e corpo de silicone macio que adere confortavelmente à testa. Opera sem fio a partir de uma bateria recarregável para evitar qualquer desconforto ou inconveniente. Ao contrário dos scanners de ressonância magnética, que são caros, barulhentos e exigem que os pacientes permaneçam imóveis, o adesivo foi projetado para uso repetido durante a noite em casa, permitindo aos pesquisadores coletar dados durante muitas noites, em vez de um único estudo laboratorial do sono.
O dispositivo é fino e flexível (📷: J. Kwon et al.)
Em vez de tentar observar o líquido cefalorraquidiano diretamente, os pesquisadores adotam uma abordagem diferente. O patch usa espectroscopia no infravermelho próximo, iluminando três comprimentos de onda de luz na testa. Dois comprimentos de onda medem a hemoglobina oxigenada e desoxigenada, enquanto um terço é absorvido principalmente pela água. Ao analisar quanta luz é espalhada de volta para um fotodetector integrado, o sistema estima as mudanças na água cerebral whole. Se os níveis de água subirem sem um aumento correspondente no quantity sanguíneo, isso pode indicar que o líquido cefalorraquidiano está se movendo através do cérebro à medida que o sistema glinfático transporta os resíduos.
O {hardware} inclui circuitos impressos flexíveis contendo vários LEDs, um fotodetector multiespectral, comunicações Bluetooth Low Vitality e uma bateria LiPo recarregável de 110 mAh. Operando continuamente, o protótipo consome cerca de 70 a 75 miliwatts, proporcionando aproximadamente 5,5 horas de autonomia no projeto atual. Simulações mecânicas mostraram que os componentes eletrônicos flexíveis permanecem abaixo dos limites de tensão do materials, mesmo quando dobrados para combinar com os contornos da testa, enquanto os testes térmicos demonstraram que as temperaturas da pele permanecem abaixo do limite de segurança aceito de 41°C durante a operação prolongada.
A equipe validou o dispositivo através de vários experimentos fisiológicos antes de usá-lo durante o sono. Testes envolvendo exercícios alternados e descanso, juntamente com exercícios controlados de apneia, produziram mudanças repetíveis na dinâmica medida da água cerebral, sugerindo que o sistema óptico é sensível a mudanças fisiológicas significativas. Simulações de Monte Carlo indicaram ainda que luz suficiente penetra além do crânio para coletar amostras de tecido cerebral cortical, apoiando a viabilidade de monitorar mudanças abaixo da superfície.
Uma análise mais detalhada do {hardware} (📷: J. Kwon et al.)
Quando usado durante a noite, o wearable registrou mudanças contínuas na água cerebral que variavam de acordo com os diferentes estágios do sono. Essas medições seguiram padrões consistentes com pesquisas anteriores, sugerindo que a atividade glinfática é maior durante o sono não REM e reduzida durante o sono REM. O estudo também identificou ritmos fisiológicos associados à respiração, frequência cardíaca e sono de ondas lentas, demonstrando que o adesivo pode capturar vários aspectos da fisiologia do sono simultaneamente. No entanto, os investigadores têm o cuidado de observar que o dispositivo mede indiretamente a água do cérebro, em vez do próprio líquido cefalorraquidiano, e serão necessários estudos adicionais para estabelecer até que ponto essas medições rastreiam a verdadeira atividade glinfática.
Se estudos futuros confirmarem a relação, a tecnologia poderá fornecer aos investigadores uma forma acessível de estudar a dinâmica dos fluidos cerebrais durante semanas ou meses, em vez de sessões isoladas de laboratório. Além de avançar na investigação da doença de Alzheimer, a plataforma poderá eventualmente tornar-se parte da próxima geração de dispositivos de saúde vestíveis para monitorizar a qualidade do sono, distúrbios neurológicos e outras condições influenciadas pelo ciclo noturno de manutenção do cérebro.