Novo mapa de substância branca ao longo da vida do Stevens INI com 54.000 RM de difusão

Médicos que analisam exames cerebrais em busca de sinais de envelhecimento ou doença nunca tiveram um ponto de referência para a fiação interna do cérebro. Faltava uma curva, uma linha de base, qualquer parâmetro que indicasse se aquilo era ou não incomum para alguém daquela idade.

Um grupo de investigadores passou sete anos a construir essa referência. Eles reuniram exames de estudos de diferentes partes do mundo para descrever como essa fiação, em condições típicas, se altera ao longo de toda a vida.

Em seguida, demonstraram que o gráfico consegue identificar danos muito antes de eles aparecerem numa ressonância convencional - criando, na prática, um novo tipo de mapa de conexões cerebrais útil tanto para médicos como para cientistas.

Construindo o gráfico da fiação

O trabalho foi desenvolvido no USC Mark and Mary Stevens Neuroimaging and Informatics Institute (Stevens INI), em Los Angeles. A equipa reuniu exames cerebrais de mais de 54.000 pessoas, com idades entre 4 e 91 anos, provenientes de estudos realizados em vários continentes.

Julio E. Villalón-Reina, M.D., Ph.D., investigador de pós-doutoramento no instituto, liderou o esforço para transformar esse enorme volume de dados numa ferramenta prática.

Os cientistas já tinham mapeado, num projeto anterior, o tamanho global e a estrutura do cérebro. O que ainda não existia era um mapeamento da sua fiação “invisível”.

Essa fiação é a substância branca - um conjunto denso de fibras que permite a comunicação entre regiões cerebrais distantes. Os gráficos criados pela equipa mostram como essa rede se consolida no início da vida e, com o passar dos anos, vai gradualmente a degradar-se, além de sinalizar quando a fiação de uma pessoa se afasta do intervalo considerado normal.

A água como detector da fiação

Para observar a substância branca com nitidez, a equipa recorreu à RM de difusão - um exame que acompanha a forma como a água se desloca através de tecido vivo. No cérebro, a água não se move ao acaso: ela tende a seguir o trajeto das fibras nervosas, orientada pelo seu revestimento.

O padrão desse movimento indica o grau de integridade da fiação, fornecendo um nível de detalhe que uma imagem convencional não consegue captar.

Quando as fibras estão saudáveis e bem compactadas, a água percorre “linhas” mais organizadas. Quando a fiação começa a desfazer-se, a água passa a difundir-se de maneira mais livre e dispersa.

Reunir exames obtidos em muitos aparelhos diferentes num único gráfico é um desafio. Cada scanner interpreta o tecido de forma ligeiramente distinta, e tornar esses resultados comparáveis é, por si só, um campo de pesquisa. Para construir as curvas, a equipa aplicou um método pensado para reduzir essas diferenças entre máquinas.

Maturação das conexões cerebrais

Os gráficos confirmaram que o cérebro não amadurece nem envelhece de forma uniforme. Partes diferentes da fiação seguem “calendários” próprios: algumas avançam rapidamente nos primeiros anos de vida, enquanto outras levam décadas para atingir o máximo desempenho.

Segundo uma das medidas, a organização da fiação atingiu o pico por volta dos 29 anos. Outras medidas continuaram a melhorar por muito mais tempo, alcançando o ápice no fim dos 30, nos 40 e até no início dos 50 anos, antes de iniciarem a queda.

“Desenvolvimento cerebral e envelhecimento cerebral não são processos uniformes”, disse Villalón-Reina, primeiro autor do estudo.

Alguns trajetos são, por natureza, mais frágeis do que outros - e estes gráficos tornam visível, pela primeira vez, essa diferença ao longo de toda a vida.

Crescimento tardio, declínio precoce

Esse desencontro no timing liga-se a um debate antigo na neurociência. Uma hipótese clássica, conhecida pelo apelido “o último a entrar, o primeiro a sair”, sugere que a fiação que se forma mais tarde na infância seria a primeira a deteriorar-se na velhice.

Tentativas anteriores de testar essa ideia geraram resultados inconsistentes ou pouco conclusivos. Os conjuntos de dados eram pequenos demais ou cobriam apenas uma faixa etária limitada, o que impedia uma resposta definitiva.

Com exames que abrangem dos 4 aos 91 anos, a equipa finalmente conseguiu verificar a hipótese. As regiões que demoraram mais para amadurecer também apresentaram declínio mais acelerado na velhice - a evidência mais forte até agora a favor da ideia. Isso também aponta para uma nova ligação entre a forma como o cérebro cresce e como, mais tarde, entra em falha.

Já as regiões que amadurecem mais depressa mostraram maior resistência ao longo do tempo, com uma perda mais lenta. Outras pesquisas já associaram esse desenvolvimento precoce a competências cognitivas e saúde mental, o que torna relevante acompanhar esse cronograma.

Identificando desvios em indivíduos

Um gráfico do que é típico só tem valor se conseguir reconhecer o que foge ao padrão. Para testar a ferramenta, a equipa aplicou o modelo a exames de pessoas com demência, com perda de memória mais leve e com uma condição genética rara que aumenta de forma marcante o risco de esquizofrenia.

Em indivíduos com doença de Alzheimer e com queixas de memória mais leves, o modelo assinalou uma fiação muito fora da faixa normal em áreas relacionadas à memória. Nesses trajetos, a água circulava com mais liberdade - sinal de que a fiação provavelmente já tinha sofrido alterações.

O que chamou a atenção foi a falta de uniformidade entre pacientes: ninguém apresentava exatamente o mesmo padrão. Até pessoas com o mesmo diagnóstico exibiam alterações em locais diferentes - um fenómeno que médias de grupo tendem a esconder completamente.

Uma nova ferramenta

Até aqui, não existia um mapa de substância branca ao longo da vida que fosse suficientemente detalhado para comparar um indivíduo com a população de referência.

Agora, um médico pode observar como um cérebro específico se posiciona face a milhares de outros com a mesma idade e sexo - e detetar pequenas mudanças mais cedo.

“Podemos ver como o seu cérebro difere do que esperaríamos para uma pessoa da sua idade e sexo”, disse Paul M. Thompson, diretor associado do instituto e autor sénior do estudo.

Os mesmos gráficos também podem ser usados para acompanhar se um tratamento faz a fiação aproximar-se novamente de um intervalo saudável.

Os gráficos estão disponíveis gratuitamente para qualquer laboratório. Os investigadores planeiam aplicá-los a mais de 30 doenças cerebrais. Em condições que hoje só são identificadas depois do aparecimento de sintomas, uma ferramenta capaz de “ler” a fiação precocemente pode alterar até o momento em que o tratamento começa.