Eles criam dispositivos high-tech para estudar o cérebro

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Com idades entre os 27 e os 49 anos, quatro homens concebem e produzem dispositivos mecano-electrónicos únicos, de ultra-precisão, sem os quais os neurocientistas do Centro Champalimaud enfrentariam maiores obstáculos para realizar muitas das suas experiências.

Parecem grandes flores multicolores – ou talvez chupa-chupas gigantes. Mas na realidade, são sofisticados dispositivos electrónicos. Com eles, consegue-se “recolher em tempo real, 200 vezes por segundo e ao mesmo tempo, os movimentos, rotações e posições de até 60 pessoas”, diz Filipe Carvalho, de 34 anos, especialista de electrónica e coordenador da Plataforma de Hardware Científico (PHS) do Centro Champalimaud.

Estas “flores” foram produzidas pela PHS para um projecto, baptizado MESh e idealizado por Zach Mainen. Essencialmente, o objectivo do projecto é medir a sincronização dos movimentos de um grupo pessoas (por exemplo, enquanto dançam ao ritmo de uma música) para melhor perceber fenómenos colectivos.

O primeiro teste do sistema ocorreu em 2016, no Boom Festival – um festival de culturas alternativas que se realiza em Idanha-a-Nova. Ali, as “flores electrónicas” da equipa da PHS, fixadas com uma fita no cabelo ou no pulso (ou simplesmente seguradas pelo “caule”) permitiram visualizar em tempo real, num grande ecrã, as projecções luminosas correspondentes aos rodopios de 30 pessoas na pista de dança.

 

As “flores” do projecto MESh

 

O sistema funcionou “absolutamente sem falhas”, acrescenta Filipe Carvalho. “Para mim, este é o projecto mais difícil que fiz. É uma coisa demoníaca, um misto de tecnologias diferentes, electrónica, cabos, antenas.”

Interacção com os cientistas

“O nosso objectivo primordial é ajudar os cientistas a criar conhecimento”, diz Artur Silva, 32 anos, também ele electrónico. Em 2016, a PHS fez mais de 200 trabalhos para os neurocientistas do Centro Champalimaud. Os dispositivos que saem da oficina da plataforma são concebidos e produzidos de raiz.

“Muito daquilo que fazemos não é fácil”, diz por seu lado Paulo Carriço, de 49 anos, que se juntou à equipa há seis meses. Enquanto os outros se dedicam aos circuitos electrónicos, ele é o homem da mecânica. Como por exemplo, um dos projectos favoritos de Paulo Carriço,  baptizado “Arquimedes”, que está em curso e lhe foi requisitado pelo grupo de Rui Costa. Trata-se de uma alavanca destinada a experiências em ratinhos que torna  possível fazer variar, de forma muito controlada (graças a um peso móvel colocado na alavanca), a pressão que o animal precisa de exercer para carregar na alavanca.

 

A alavanca do projecto Arquimedes

 

“Esta alavanca permite saber até que ponto o ratinho está disposto a fazer um esforço para obter uma recompensa”, diz Paulo Carriço. Ainda em curso de construção, Arquimedes necessita da perícia de toda a equipa e envolve em particular o fabrico de peças mecânicas muito pequenas, obtidas através de impressão 3D ou da técnica de corte com laser.

Mas como é que um dispositivo destes vai tomando forma? “Existe uma interação profunda entre a PHS e os neurocientistas diz Filipe Carvalho. “Nós fazemos perguntas que ajudam o cientista a pensar e ele vai dando as respostas para concretizar a sua ideia. E também procuramos saber qual é o problema científico que motivou o pedido, para poder eventualmente sugerir o mesmo tipo de solução a outros investigadores. Somos um meio de comunicação, um ponto de encontro de informações dispersas entre os cientistas.”

O lado estético

Artur Silva é o “artista” do grupo. Quando perguntamos a todos se consideram que a estética daquilo que criam é importante, é o primeiro a responder pela afirmativa.

Claro que a ergonomia e a qualidade dos dispositivos são aspectos fundamentais – por exemplo, não pode haver ruído nos circuitos nem bicos ou arestas nas peças que possam magoar o animal ou o experimentador. Mas os quatro concordam que, quando estes pré-requisitos técnicos estão reunidos, a estética emerge como subproduto.

E não só: “O facto de uma placa [de circuitos electrónicos] ser agradável de se ver diz-nos qualquer coisa. Se não gostamos dela, muitas vezes há um problema técnico subjacente”, diz Artur Silva. “As nossas placas são bonitas”, repete com convicção.

Ao que Filipe Carvalho acrescenta que “basta uma pista fora do sítio [as pistas são as ligações eléctricas gravadas à superfície das placas electrónicas] ou um furo do tamanho errado para estragar todo um projecto”.

E tal como as peças mecânicas de Paulo Carriço são lindas de se ver, embora essa estética seja essencialmente fruto das especificações técnicas, os circuitos desenhados por Artur Silva e Filipe Carvalho são simétricos, arrumados, harmoniosos.

Olhos de lince

Uma das grandes dificuldades para obter a qualidade necessária reside justamente na acuidade visual, devido à diminuta dimensão das peças a construir. Muitas vezes, a distância entre os componentes electrónicos nas placas é inferior a um milímetro.

É aí que entra em cena o quarto elemento da equipa – o mais novo, com 27 anos de idade: Dario Bento, que está na PHS há pouco mais de um ano e tem literalmente olhos de lince.

“Antes de o Dario chegar, tínhamos de contratar serviços para fazer o pick and place [a colocação e conexão dos componentes electrónicos à superfície das placas electrónicas], explica Artur Silva. Mas o Dario não só consegue ver os circuitos a olho nu, como a sua mão não treme quando tem de colocar os pontos de solda ou posicionar o componente com uma pinça”, acrescenta  – enquanto Dario, o menos falador, se enche de orgulho.

Para Dario, o projeto que considera mais difícil, e onde deixou a sua marca, é um sensor de movimento, feito para ser colocado na cabeça dos ratinhos, que tem apenas 1,2 cm por 2 cm e a originalidade de aliar a optogenética sem fios a sensores de movimento de última geração num dispositivo tão diminuto. A optogenética é uma técnica que, recorrendo à utilização de luz, permite ativar e desativar neurónios específicos no cérebro dos animais para estudar a sua função ou a dos circuitos neurais onde se inserem.

O tamanho e o peso do sensor também foram reduzidos para minimizar o seu impacto no comportamento dos ratinhos. Neste momento, o dispositivo pesa 1,8 gramas (menos de 10% do peso do animal) e em 2017 “vamos reduzir o peso para abaixo de um grama”, diz Filipe Carvalho.

Este sensor também pode ser utilizado para determinar em tempo real, ao ritmo de 200 vezes por segundo, o percurso de ratinhos colocados numa caixa para registar o seu comportamento. “Este tipo de registo é habitualmente feito com várias câmaras de vídeo, mas com este sensor os cientistas podem agora quantificar em tempo real e sem fios todo o movimento da cabeça do rato”, diz Filipe Carvalho.

Os dados recolhidos pelo sensor são enviados por ondas de rádio para uma placa controladora – a segunda componente deste projecto, nome de código WEAR – que as reencaminha para um computador para tratamento em tempo real ou ulterior. A terceira e última componente é um carregador para as diminutas baterias do sensor sem fios, onde as peças de plástico maquinadas por Paulo Carriço brilham numa cor verde fluorescente.

 

Sensores sem fio, placa controladora e carregador de baterias do projecto WEAR

 

“É o sensor mais pequeno e mais leve do mundo que regista  movimento, rotação e posição em 3D, permite estimular o cérebro [do animal] opticamente e tem uma autonomia de até 12 horas”, resume Filipe Carvalho.

O grupo já está a conceber as suas próximas criações, sempre empenhado em desenhar e produzir ferramentas inéditas adaptadas às necessidades dos cientistas. Nas palavras de Filipe Carvalho, “os cientistas procuram o que não conhecem e nós construímos o que não existe”.

 


 

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Ana Gerschenfeld works as a Science Writer at the Science Communication Office at the Champalimaud Neuroscience Programme

 


 

Edited by: Catarina Ramos (Science Communication Office)
Photos: Courtesy of the Scientific Hardware Platform

 


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