Entrevista para a social media da Clinical Neurophysiology

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No início deste ano, eu e outros colegas publicámos um estudo na revista Clinical Neurophysiology [1]. No mês passado fui entrevistado por Diksha Iyer para a social media da revista científica Clinical Neurophysiology, para falar um pouco sobre a minha experiência como investigador, assim como falar um pouco sobre esse estudo.

A entrevista em inglês foi publicada no facebook e no twitter da revista. Eis uma tradução livre da mesma (versão em inglês mais abaixo):

  1. De onde vem a tua inspiração para as questões científicas que definem a tua investigação? Como é que decidiste escolher um determinado tópico para investigar?

 Dr. Lopes: A minha carreira de investigação começou quando escolhi um projecto de mestrado relacionado com neurociências. Nessa altura estava a concluir um mestrado em Física e pensei que o cérebro, dado ser o objecto mais complexo no universo conhecido, seria decerto um tópico de investigação interessante. Nessa altura sabia muito pouco sobre neurociências, pelo que fui motivado por questões genéricas sobre como o cérebro funciona. O projecto foi sobre a dinâmica de redes neuronais e fenómenos emergentes nestas. Por exemplo, estudei o como os neurónios são capazes de sincronizar a sua actividade. Isto conduziu-me a um doutoramento em Física Estatística e Neurociências teóricas. Durante o doutoramento descobri que a dinâmica de redes neuronais pode sofrer transições dinâmicas que se assemelham às transições das crises epilépticas. Um pouco por acaso, comecei a fazer investigação em epilepsia e a interessar-me cada vez mais pelos desafios que os médicos encontram quando tentam diagnosticar e tratar esta perturbação neurológica. Quando concluí o meu doutoramento, procurei bolsas de investigação que me permitissem continuar a investigar a epilepsia, de forma a tentar dar o meu contributo nos progressos que poderão em última instância ter um impacto positivo nas pessoas que têm esta perturbação neurológica. Através disto, tenho tido o privilégio de continuar a alimentar a minha curiosidade sobre o funcionamento do cérebro.

  1. Que conselhos darias a estudantes do secundário que tenham interesse em entrar no campo das neurociências?

Dr. Lopes: Leiam. Leiam muito! Na verdade, este conselho aplica-se a qualquer área de investigação. Recomendo primeiro ler livros de divulgação de ciência e só depois tentar ler livros mais avançados. Temos a sorte de vivermos numa altura em que imensos livros de grande qualidade podem ser encontrados gratuitamente na web, ou numa biblioteca local. Sendo assim, devemos tirar vantagem disso. Por exemplo, li recentemente o livro “The Idea of the Brain: The Past and Future of Neuroscience” de Matthew Cobb, o qual definitivamente recomendo a qualquer estudante interessado em neurociências (ou mesmo só interessado em ciências no geral).

Quando o estudante souber o que considera ser mais interessante para si, estará então na altura de identificar as pessoas chave na academia que lhe poderão estender uma mão. Ou seja, o passo seguinte é ser proactivo e tentar contactar as pessoas que provavelmente terão as respostas para as questões que o estudante possa ter. Não sejam tímidos!

  1. Quais foram alguns dos desafios que tiveste de enfrentar quando entraste na tua presente ocupação?

Dr. Lopes: O maior desafio foi a língua. A língua oficial da ciência é o inglês e, portanto, todos aqueles que não sejam nativos na língua, como eu, têm que a aprender. Este seria por isso um conselho adicional aos estudantes do secundário na questão anterior: tentem adquirir um bom controlo do inglês caso não o tenham já.

Um outro desafio que senti ao princípio foi um pequeno síndrome do impostor. Não sei qual a prevalência desta percepção, mas imagino que a maioria dos estudantes de doutoramento o sintam no início, em particular quando reconhecem o facto comum de sermos muito ignorantes quando começamos a nossa carreira de investigação. Como é claro, devemos de nos focar na oportunidade estimulante que temos de aprender mais, em vez de perdermos tempo com comparações parciais e supérfluas.

Um terceiro desafio relaciona-se com a mudança de mentalidade exigida quando se faz a transição de estudante para investigador. Uma diferença chave é o facto de os estudantes encararem problemas cuja solução é conhecida, enquanto que os investigadores têm que estudar problemas ainda não resolvidos. Em muitos casos, o estudante pode fazer um pouco de engenharia reversa para descobrir uma solução (em especial em Matemática e Física). Tal não é uma opção para o investigador. Enquanto que o estudante sabe que tem as ferramentas necessárias para resolver todos os problemas, o investigador precisa de o assumir e, por isso, precisa de estar preparado para falhar. Por outras palavras, a investigação é inerentemente incerta e este facto requer uma mentalidade completamente nova.

  1. Qual é a aplicação mais significativa deste estudo*, e como é que estes resultados podem ser usados em investigações futuras?

 Dr. Lopes: Este estude propõe uma nova forma de extrair informação de eletroencefalogramas (EEG) de pessoas com epilepsia focal para informar a lateralização da epilepsia. Em termos simples, a epilepsia focal resulta de tecido cerebral capaz de induzir crises epilépticas que pode estar localizado no hemisfério esquerdo ou direito do cérebro. Um tratamento para epilepsia focal consiste em remover através de cirurgia o tecido patológico, sendo que para isso é crucial definir a localização desse tecido. Assim, o nosso estudo propõe um método que poderá ajudar os médicos a decidir onde ou se se deve operar durante a avaliação que precede as cirurgias de pessoas com epilepsia.

Investigações futuras poderão usar o nosso trabalho como base para melhorar os métodos de localização do tecido cerebral patológico. O método através do qual extraímos informação de dados de EEG pode ser aplicado a outros tipos de dados, como seja magnetoencefalogramas (MEG), os quais poderão resultar em melhores previsões.

  1. Há alguma coisa que gostaria que o público em geral soubesse sobre a tua investigação? Há algo que gostaria que o público soubesse sobre medicina em geral?

Dr. Lopes: A minha investigação ilustra o como a Matemática se tem imiscuído na Medicina, em particular nas Neurociências. Neste momento podemos usar ferramentas quantitativas para construir circuitos cerebrais através de dados neurofisiológicos como EEG. Por exemplo, se existir uma correlação entre a actividade cerebral de duas regiões diferentes do cérebro podemos então assumir que as duas regiões estão ligadas. Estendendo esta ideia a múltiplas regiões, obtemos um circuito cerebral (ou rede cerebral). Para então compreender como é que esta rede contribui ou limita o emergir de crises epilépticas, nós usámos um modelo matemático de produção de crises epilépticas numa rede. O modelo permitiu-nos simular a dinâmica cerebral em redes cerebrais personalizadas obtidas de EEG e, com isso, obter previsões personalizadas. Por exemplo, o modelo permitiu-nos simular uma variedade de possíveis tratamentos cirúrgicos para parar as crises epilépticas e identificar aqueles cujo resultado era o desejado. Assim, um modelo computacional pode ser usado para produzir previsões e com isso guiar decisões médicas.

No que toca à Medicina, gostaria que o público se lembrasse sempre de que a medicina é baseada em evidências e na nossa interpretação das mesmas. Tanto as evidências como a nossa interpretação podem mudar e, portanto, as práticas clínicas podem também mudar. Não obstante, a qualquer dado momento, a Medicina oferece os melhores prognósticos, diagnósticos, tratamentos e curas que são nesse momento possíveis. Procurar tratamentos noutras práticas é contraproducente, visto que as ditas “medicinas alternativas” não são medicina e não são baseadas em evidências.

 

 

Entrevista original em inglês:

  1. What is your inspiration behind your research questions? How did you decide on a particular topic to follow?

 Dr. Lopes: I started my research career by choosing a master’s project related to neuroscience. I was concluding my physics degree and thought that the brain, as the most complex object in the known universe, would certainly be an interesting research topic. At the time, I knew very little about neuroscience, so I was driven by general questions about how the brain works. The project was related to the dynamics of neuronal networks and emergent phenomena therein. For example, how neurons are capable of synchronizing their firing. This led me to pursue a Ph.D. in statistical physics/ theoretical neuroscience. During my Ph.D., I found that neuronal network dynamics could undergo dynamical transitions that resembled seizure transitions. Somehow by chance, I found myself doing research in epilepsy* and being increasingly interested in the challenges that clinicians face to diagnose and treat this neurological condition. Once I finished my Ph.D., I pursued research fellowships that allowed me to further investigate epilepsy and try to contribute to developments that may ultimately have a positive impact on people with the condition. By doing so, I have the privilege to continue feeding my curiosity about the workings of the brain.

2. What advice would you give to high school students that are interested in entering the neuroscience field?

Dr. Lopes: Read. Read a lot! It actually applies to any research field. I would suggest first reading popular science books and then pursue more advanced books. We are lucky to live at a time where many great books can be found for free on the web, or at the local library. We should take advantage of that. For example, I have recently read “The Idea of the Brain: The Past and Future of Neuroscience” by Matthew Cobb, which I would definitely recommend to any student interested in neuroscience (or even just interested in science in general).

Once the student knows what they consider most interesting, then it is a matter of identifying the key people in the academia that may lend a hand. Thus, the next step is to be proactive in trying to contact people that probably hold the answers to their questions. Don’t be shy!

 3. What are some of the challenges that you have faced when initially entering your current occupation?

 Dr. Lopes: The greatest challenge was the language. The official language of science is English and therefore all non-native speakers, such as I, have to learn it. This would then be additional advice to high school students in the previous question: aim to be proficient in English if you are not already.

Another challenge I felt at the beginning was a mild impostor syndrome. I don’t know the prevalence of this feeling, but I would imagine that most Ph.D. students may feel it at the beginning, particularly when faced with the common fact that we are very much ignorant at the start of our research career. Obviously, we should focus on how exciting the opportunity is to learn more, rather than wasting time with superfluous and partial comparisons.

A third challenge related to the shift in one’s mindset from being a student to becoming a researcher. A key difference is the fact that students are faced with problems whose solution is known, whereas researchers tackle unsolved problems. In many cases, the student can do some reverse engineering to figure out the solution (especially in mathematics and physics). That is usually not an option for the researcher. While the student knows that they have the tools to solve all the problems, the researcher needs to assume it and be prepared to fail. In other words, research is inherently uncertain, and this demands a completely new mind-set.

4. What is the most significant application of this study, and how can these findings be used in future research?

 Dr. Lopes: This study proposes a new way to extract information from scalp electroencephalographic (EEG)* recordings from people with focal epilepsy** to inform the lateralization of their condition. In simple terms, focal epilepsy results from seizure-inducing brain tissue that may be localized in the left or right hemisphere of the brain. A treatment for focal epilepsy consists of surgically removing the pathological tissue and to do so, pinpointing their location is key. Thus, our study proposes a method that may aid clinicians during the presurgical assessment of people with epilepsy, when deciding where or whether to operate.

Future research may build on our work to further advance methods to localize the seizure-inducing brain tissue. The method by which we interrogated EEG data may be applied to other data modalities such as magnetoencephalographic (MEG) recordings, which in turn may provide optimized predictions.

 5. Is there anything that you would want the general public to know about your research? Is there anything that you would like them to know regarding medicine in general?

Dr. Lopes: My research illustrates how mathematics is becoming intertwined in medicine, particularly in neuroscience. We can now use quantitative tools to build brain circuits from neurophysiological data such as EEG. For example, if there is a correlation between brain activity in two different regions, then one can assume that the regions are connected. By extending this idea to multiple brain regions, we built a brain circuit (or network). To then understand how this network contributes to or constrains the emergence of seizures, we placed a mathematical model of seizure generation on the network. The model allowed us to simulate brain dynamics on a personalized brain network as obtained from scalp EEG and to derive personalized predictions. For example, it allowed us to simulate a range of different surgical treatments to stop seizures and identify those that achieve the best outcomes. Thus, a computer model may then be used to produce predictions and guide clinical decisions.

Regarding medicine, I would like the public to always remember that it is based on evidence and on our interpretation of it. Both the evidence and the interpretation may change and therefore clinical practice can also change. Nevertheless, at any given time, medicine delivers the best prognosis, diagnosis, treatments, and cures that are currently possible. Looking for treatments elsewhere is counterproductive, as ‘alternative medicines’ are not medicine and are not based on evidence.

 

[1] Lopes, Marinho A., et al. “Computational modelling in source space from scalp EEG to inform presurgical evaluation of epilepsy.” Clinical Neurophysiology 131.1 (2020): 225-234.

 

Marinho Lopes

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