NIRS fNIRS - Incoerências no Sinal HBO

Incoerências no Sinal HBO em Experimentos NIRS: O Papel dos Short Channels e a Relação com o Negative BOLD 

NIRS fNIRS  Incoerências no Sinal HBO

Resumo 

Em experimentos de espectroscopia funcional de infravermelho próximo (NIRS), tem sido observada uma inconsistência na resposta hemodinâmica, principalmente na oxi-hemoglobina (HBO), onde alguns indivíduos apresentam diminuição do sinal enquanto o grupo como um todo exibe aumento. Essa discrepância pode estar relacionada a artefatos fisiológicos, como alterações no fluxo sanguíneo superficial, ou a mecanismos neurovasculares complexos, incluindo o fenômeno negative BOLD (Blood Oxygen Level-Dependent). Este artigo discute as possíveis causas dessa variação, a importância dos short channels para correção de sinais superficiais, e as evidências que relacionam a diminuição da HBO com processos de atenção, especialmente em bebês.  

1. Introdução 

A NIRS é uma técnica não invasiva que mede mudanças na concentração de oxi-hemoglobina (HBO), desoxi-hemoglobina (HBR) e hemoglobina total (HBT) durante a ativação neural. Embora amplamente utilizada, alguns estudos reportam respostas heterogêneas, com certos indivíduos apresentando diminuição da HBO enquanto o grupo mostra aumento. Essa variação pode ser atribuída a:  

1. Contaminação por sinais superficiais (ex.: fluxo sanguíneo cutâneo).  

2. Respostas neurovasculares invertidas (similar ao negative BOLD na fMRI).  

3. Diferenças individuais na regulação hemodinâmica.  

Dois estudos recentes destacam a necessidade de short channels (canais de detecção próxima) para corrigir interferências superficiais e exploram a relação entre HBO negativa e processos cognitivos.  

2. O Problema da HBO Negativa e a Solução dos Short Channels 

2.1. Contaminação por Sinais Superficiais 

A NIRS convencional pode captar não apenas a atividade cortical, mas também variações no fluxo sanguíneo da pele e músculos. Como demonstrado por Gagnon et al. (2017, PNAS), os short channels (detectores posicionados a ~8 mm da fonte) são essenciais para isolar o sinal cortical, removendo artefatos fisiológicos superficiais. Sem essa correção, respostas hemodinâmicas podem ser mal interpretadas.  

2.2. Relação com o Negative BOLD  

O negative BOLD na fMRI refere-se a diminuições no sinal de oxigenação em certas regiões durante tarefas cognitivas. Wheelock et al. (2020, PubMed) sugerem que a HBO negativa em NIRS pode refletir um mecanismo similar, possivelmente associado a:  

- Inibição neural (ativação de interneurônios inibitórios).  

- Redirecionamento de fluxo sanguíneo (vascular steal effect).  

- Processos de atenção diferenciada (em bebês, a diminuição da HBO pode estar ligada a redes de atenção não maduras).  

3. Evidências em Bebês e Processos de Atenção  

Estudos em neonatos e lactentes frequentemente observam HBO negativa em resposta a estímulos. Isso pode ocorrer porque:  

- O sistema neurovascular ainda está em desenvolvimento, levando a respostas hemodinâmicas atípicas.  

- A atenção sustentada em bebês pode envolver mecanismos inibitórios, resultando em menor oxigenação local.  

- A vascularização superficial pode dominar o sinal NIRS, reforçando a necessidade de short channels.  

4. Conclusão e Perspectivas Futuras 

A variabilidade na resposta HBO em NIRS pode ser explicada por múltiplos fatores, incluindo artefatos fisiológicos e mecanismos neurovasculares complexos. A implementação de short channels é crucial para melhorar a acurácia dos dados. Além disso, a HBO negativa pode refletir processos cognitivos distintos, especialmente em populações com desenvolvimento cerebral atípico (como bebês). Estudos futuros devem investigar:  

- A relação entre HBO negativa e negative BOLD em diferentes faixas etárias.  

- O impacto dos short channels na reprodutibilidade de estudos NIRS.  

- Como respostas hemodinâmicas invertidas se relacionam com funções cognitivas específicas.  

Referências

1. Gagnon, L. et al. (2017). PNAS. [DOI:10.1073/pnas.1704785114](https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.1704785114)  

2. Wheelock, M. D. et al. (2020). PubMed. [DOI:10.1016/j.neuroimage.2020.117304](https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/32919177/)