A estimulação transcraniana por Corrente Contínua (ETCC) é uma técnica de neuromodulação não-invasiva, ou seja, ela permite modular a excitabilidade de regiões do cérebro sem a necessidade de uma intervenção cirúrgica. Ela é considerada uma técnica segura e de baixo custo, por isso tem sido amplamente adotada na pesquisa científica em diferentes laboratórios ao redor do mundo. Nesta técnica, aplica-se uma corrente elétrica fraca (de 1 a 3 miliamperes) por meio do posicionamento de ao menos dois eletrodos, um catódico e um anódico, usualmente situados sobre o escalpe.  É possível posicionar um destes eletrodos em outro lugar do corpo que não a cabeça (extraencefálico), normalmente sobre o ombro, mas ao menos um deles deve necessariamente estar sobre o escalpe para permitir a passagem da corrente elétrica pelo cérebro. Os eletrodos usualmente têm 35 cm², mas é possível identificar na literatura diferentes tamanhos, comumente variando entre 9 a 40 cm². As sessões de estimulação costumam variar normalmente entre 5 a 30 minutos, e podem ser aplicados com o sujeito em repouso ou durante a realização de alguma tarefa. A ação da ETCC tem como causa a alteração na atividade espontânea de populações neurais por meio de variação na polarização da membrana destes neurônios em decorrência da corrente contínua. Além disso, podem ser observados efeitos na plasticidade cerebral em reposta a estimulações mais longas ou periódicas, por meio de mecanismos de potenciação de longo prazo (LTP, do inglês long-term potentiation).

Dada a sua função de modular a atividade cortical, a ETCC tem se mostrado útil na pesquisa em neurociência cognitiva, afetiva e social. Esta técnica tem permitido investigar o papel de regiões corticais do cérebro em processos cognitivos, afetivos e comportamentais. Isto é possível uma vez que ao modularmos a atividade de uma área cortical com esta técnica podemos avaliar se ocorre interferência no desempenho de uma tarefa ou atividade. Com base em estudos com estimulação do córtex motor, o efeito padrão observado para a estimulação por ETCC é a de aumento da excitabilidade na região cortical sob eletrodo anódico, e da inibição sob o eletrodo catódico. Contudo, é importante ressaltar que tais efeitos podem variar em função dos parâmetros adotados na aplicação desta técnica: (i) intensidade e duração da estimulação; (ii) tamanho, ângulo e localização dos eletrodos; (iii) estado do sujeito durante a aplicação, se engajado em alguma atividade ou em repouso; (iv) diferenças individuais como, por exemplo, anatomia do encéfalo, gênero, idade ou lateralidade.

O Laboratório de Neurociência Cognitiva e Social é uma referência internacional nos estudos com ETCC, dado o extenso número de pesquisas realizados em nosso laboratório ou em parceria com universidades ao redor do mundo. Os estudos com ETCC conduzidos por nosso grupo foram realizados em diversos tópicos da neurociência cognitiva, afetiva e social, como: estudos com transtornos psiquiátricos e neurológicos, como pacientes com depressão, adição, Doença de Alzheimer, Parkinson entre outras; pesquisas com processos sociais, como empatia a dor; estudos com aspectos afetivos e cognitivos como regulação emocional, integração multissensorial, atenção, processos visuais.

A eletroencefalografia (EEG) é uma das técnicas de investigação mais famosas e antigas da Neurociência. Desenvolvida na primeira metade do Século XX, esta técnica não-invasiva tem como função registrar, no escalpe, a variação no tempo do potencial elétrico proveniente da atividade de regiões do cérebro. O registro de EEG é obtido por meio de eletrodos posicionados na cabeça, os quais registram a variação elétrica, e de um amplificador ligado a um computador que, respectivamente, amplia e registra o sinal recebido nos eletrodos. Esta técnica é muito conhecida por sua aplicação clínica para investigar padrões eletrofisiológicos típicos no transtorno do sono ou na epilepsia. Para além disso, ela tem sido utilizada com grande sucesso nas pesquisas em neurociências, por meio de técnicas de análise que transformam o registro bruto do EEG em um dado representativo da atividade do cérebro.

A principal técnica que será utilizada no laboratório será a análise de Potenciais Relacionados a Eventos, conhecida pela sigla ERP, do inglês Event-related Potentials. Outras técnicas podem, contudo, ser utilizadas, como as técnicas de análise de frequência, também chamadas de espectrografia, e as técnicas de localização espacial da atividade cerebral, como a tomografia eletromagnética de baixa resolução, ou LORETA. A técnica de ERP, amplamente adotada na literatura científica, pode informar, com precisão de milissegundos, como um estímulo captado no ambiente (um som ou uma imagem) é processado pelo cérebro. A partir da derivação do dado bruto de EEG, obtém-se uma onda a qual se supõe ser formada por diferentes componentes.

Cada um dos componentes que compõem essa onda representa a atividade de uma ou mais regiões do cérebro e, a partir da amplitude do pico e de sua latência, podemos inferir se duas ou mais amostras da população processam informações do ambiente de forma similar ou distinta. Dessa forma, podemos comparar, por exemplo, como variados grupos etários, étnicos, de gênero ou com transtornos do desenvolvimento processam estímulos relevantes.

O laboratório conduzirá várias pesquisas utilizando o EEG e o hyperscanning, técnica que permite coletar duas pessoas ao mesmo tempo, a fim de avaliar a atividade eletrofisiológica de pessoas saudáveis ou com transtornos em resposta a fenômenos sociais, cognitivos e afetivos. Alguns exemplos são estudos com tomada de decisão social, estudos com processamento semântico e de ironia, estudos com mentalização motora e estudos sobre processos cognitivos visuais e atencionais.

A Espectroscopia Funcional no Infravermelho Próximo (fNIRS, do inglês functional near infrared spectrography) é uma técnica que utiliza a emissão de luz no escalpe de uma pessoa. Essas frequências luminosas refletem especificamente em moléculas de hemoglobina oxigenadas (oxihemoglobina) e não-oxigenadas (deoxihemoglobina), indicando alterações na concentração dessas moléculas no córtex cerebral, possibilitando verificar, indiretamente, a ativação das áreas corticais para a realização de alguma tarefa. 

O equipamento de fNIRS permite a realização de estudos mais ecológicos do que uma ressonância magnética, por exemplo, na qual o participante precisa ficar deitado e imóvel. Além disso, o fNIRS possibilita distinguir os ruídos de movimento das alterações hemodinâmicas padrão, bem como nos possibilita a vantagem de resolução espacial superior à de técnicas semelhantes, como a EEG. 

O laboratório conta com o equipamento Brainsight NIRS (Rogue Resolutions LTD), que possui, no total, 16 emissores de luz e 32 detectores, permitindo mais de 72 canais possíveis sobre o escalpe. O aparelho é compatível com estimulação magnética transcraniana (EMT), estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) ou alternada, eletro e magnetoencefalografia (EEG e MEG, respectivamente). Cada canal registra níveis de oxi e deoxihemoglobina em região cortical, que servem como medida indireta de ativação da região alvo.

O equipamento de fNIRS será utilizado para investigar aspectos neurofisiológicos associados a fenômenos afetivos, sociais e morais,  em diferentes tarefas experimentais, possibilitando a compreensão de relações causais e correlacionais entre o sistema nervoso e os comportamentos-alvo. Além disso, considerando a possibilidade de realizar estudos de hyperscanning (coleta simultânea de dados em dois indivíduos) com fNIRS, será possível avaliar padrões de recrutamento neural durante uma interação em tempo real em tarefas cooperativas e colaborativas.

O rastreamento ocular geralmente é feito por um dispositivo não intrusivo que emite luz infravermelha, ou próxima à infravermelha, de forma contínua, criando um reflexo na córnea do participante. O reflexo da córnea é capturado por uma câmera no dispositivo de rastreamento ocular, permitindo que o software calcule um vetor formado pelo ângulo entre o reflexo da córnea e o centro da pupila.

A distância relativa entre cada uma dessas características, em conjunto com outras características do reflexo, permite ao software calcular a direção do olhar. Para que ele seja totalmente capaz de capturar os movimentos oculares corretamente, é necessário um procedimento de calibração, em que o sujeito segue visualmente um estímulo simples, como um ponto se movendo na tela do monitor, enquanto o dispositivo captura, instantaneamente, as regiões dos olhos (com o reflexo da córnea), para conseguir estimar os coordenados espaciais das localizações do olhar, bem como a sequência temporal do olhar do participante (Hansen & Ji, 2010). Esses procedimentos fornecem duas medidas principais do movimento dos olhos: fixações e sacadas, quando o olho repousa em um local específico e quando se move entre locais, respectivamente.

O laboratório tem uma ampla seleção de dispositivos de rastreamento ocular, incluindo o SMI RED500 e os óculos SMI ETG2 Wireless, ambos utilizando o pacote de software iView, e o LC Eyegaze Edge, que utiliza o pacote de Nyan.

Os equipamentos de rastreamento ocular (eye-tracking) serão utilizados para investigar o comportamento ocular em diferentes tarefas experimentais, possibilitando maior compreensão da relação entre as variáveis coletadas, como o deslocamento de atenção e percepção visuais, que podem trazer informações sobre motivação, intenção e outros fatores relacionados à tomada de decisão e a fenômenos afetivos, sociais e morais dos indivíduos.

O eletrocardiograma (ECG), ou a mensuração de atividade cardíaca, é um instrumento amplamente utilizado em análises cardiológicas para diagnósticos clínicos, mas também possui importante papel em estudos experimentais da Neurociência, pois é uma medida de variação do recrutamento do sistema nervoso simpático em resposta a uma dada tarefa ou estímulo específico.

Para coletar esses dados, utilizamos eletrodos posicionados no tórax, nos pulsos e nas pernas, variando entre três e 12 pontos de captação de sinal. A partir desse sinal, os dados podem receber alguns tratamentos, como limpeza de artefatos e retirada de ruídos provenientes da corrente elétrica do ambiente, e, em seguida, os dados podem ser interpretados por diversas análises. Com os dados “limpos”, podemos analisar o intervalo interbatidas (IBI, do inglês interbeat interval), a frequência cardíaca (HR, do inglês heart rate) e a variabilidade da frequência cardíaca (HRV, do inglês heart rate variability).

Esse instrumento mensura uma atividade do sistema nervoso periférico, que se divide em simpático e parassimpático. Situações de estresse, emoções intensas e alta demanda cognitiva, por exemplo, geram maior atividade no sistema simpático. Essas alterações envolvem batimentos cardíacos, sudorese, contrações de músculos específicos e dilatação pupilar, chamadas, em conjunto, de medidas periféricas.

Medidas periféricas têm um papel de destaque em estudos de processos afetivos como regulação emocional, empatia a dor, dor social e tomada de decisão, temas muito relevantes para o escopo de estudos deste laboratório.

A coleta desses dados tem a vantagem da possibilidade de serem feitas em paralelo à coleta de dados de medidas da atividade do sistema nervoso central, como eletroencefalograma e Espectrografia por Infravermelho, e pode também ser associada a técnicas de neuroestimulação, como estimulação magnética transcraniana e estimulação transcraniana por corrente contínua.

Uma das consequências da ativação do sistema nervoso periférico (além da alteração da frequência cardíaca, por exemplo) é a produção de suor. Por conta de o suor ser composto, dentre outras coisas, por água e sal (solução salina), ele é um meio ótimo para a propagação de corrente elétrica. Quando medimos, portanto, a condutância da pele, estamos medindo a “quantidade” de eletricidade que pode passar pela superfície da nossa pele em um determinado momento. Quanto maior o nível de sudorese, menor a resistência para a corrente e maior a condutância.

Para termos essa medida, fixamos eletrodos sobre a pele, geralmente na palma da mão ou nas pontas dos dedos. Esses eletrodos emitem uma corrente elétrica de pequena voltagem e medem a intensidade de corrente que está passando, que será inversamente proporcional à resistência da pele (Lei de Ohm: Resistência = Voltagem/Intensidade).

Contrações musculares de grande intensidade resultam em fenômenos visíveis, como quando levantamos um copo para beber água, fenômeno resultante da contração de vários conjuntos musculares dos braços e peitoral. Alterações nas atividades musculares podem, também, ser tão mínimas, ao ponto de serem imperceptíveis a olho nu. Quando os músculos do rosto se contraem com pouca intensidade, acontecem as microexpressões faciais, que podem ser indicativos de processos emocionais. Por exemplo, ao vermos uma imagem alegre, por mais que não esbocemos um largo sorriso, os músculos do nosso rosto que se contrairiam para isso podem apresentar uma pequena atividade.

Pequenas atividades musculares são captadas pelo equipamento denominado eletromiógrafo. Para que aconteçam contrações musculares, independentemente de sua magnitude, é necessário que uma corrente elétrica advinda do sistema nervoso central passe pelos nervos do sistema periférico e chegue aos músculos. Essa atividade elétrica pode, assim, ser mensurada pelo eletromiógrafo, por meio de eletrodos captadores da atividade elétrica dos músculos sobre os quais estão posicionados

Para além da identificação de contrações dos músculos do rosto (eletromiografia facial), para estabelecer relações com processos emocionais, podemos usar o eletromiógrafo também para verificar se, ao estimular uma região do córtex motor com um aparelho de Estimulação Magnética Transcraniana (EMT), obtemos a contração no músculo correspondente, sobre o qual estarão os eletrodos do eletromiógrafo.