Software de neurofeedback para gerenciamento de déficits de atenção em adultos com TDAH

Transtorno do Déficit de Atenção/Hiperatividade (TDAH) é uma condição neuropsiquiátrica que representa desafios significativos para o tratamento e o gerenciamento de sintomas. Dada a ampla variabilidade nas respostas aos tratamentos convencionais de TDAH, desenvolvemos este protocolo de neurofeedback (NFB) em torno de um software adaptado para individualizar o tratamento de acordo com os padrões neurofisiológicos únicos de cada paciente (Krepel et al., 2023), visando fortalecer a atenção sustentada, um domínio frequentemente prejudicado no TDAH. O protocolo de jogo e exercício foi projetado como uma abordagem interativa que enfatiza o papel da atenção seletiva no controle cognitivo (Mishra et al., 2021), visando os déficits relacionados ao foco associados ao transtorno.

Este é o relatório da conferência do sistema por trás do meu projeto Brain Signal Processing Game, publicado nos anais do XIV Congresso Científico CONCCEPAR (2024). Coautorei-o com uma equipe conjunta da UTFPR e do Centro Universitário Integrado; o resumo abaixo é uma adaptação do artigo original em português.

Por que adultos?

A maioria dos programas de NFB para TDAH é estudada em crianças, ocasionalmente se estendendo à adolescência, porém, o transtorno geralmente acompanha os pacientes até a vida adulta. Barth et al. (2021) destacaram essa lacuna na pesquisa de NFB controlada e randomizada para adultos, e os custos pessoais e profissionais que se acumulam ao longo dos anos tornam os protocolos voltados para essa faixa etária especialmente relevantes. Além da motivação clínica, queríamos um novo software que permitisse aos pesquisadores replicar e reavaliar protocolos de NFB, ajudando a esclarecer as questões abertas e as descobertas divergentes na literatura, incluindo quanto do benefício observado é um efeito placebo.

O pipeline de sinal: do couro cabeludo ao jogo

O protocolo integra software e hardware por meio do LSL (Lab Streaming Layer), um protocolo multiplataforma para transmissão assíncrona de dados em tempo real entre aplicações e dispositivos.

• A aquisição do sinal utiliza a interface OpenBCI GUI conectada a uma interface cérebro-computador que lê as diferenças de potencial no couro cabeludo por meio de 8 eletrodos de EEG posicionados segundo o sistema 10/20.
• As amostras são transmitidas como lotes de ponto flutuante para um servidor de processamento Python, avaliadas em janelas de 3 segundos com uma atualização de 300 ms após o período inicial de acumulação, suficiente para uma estimativa estável e de alta resolução.
• Um filtro notch de 60 Hz remove a interferência da rede elétrica e um filtro passa-banda de 4–100 Hz limpa a faixa utilizável.
• O sinal filtrado é transformado para o domínio da frequência usando o método de Welch, que revela as bandas de frequência clássicas, entre elas o ritmo Beta, a banda mais importante para o neurofeedback TDAH-orientado.
• A predominância do ritmo Beta é então comunicada à interface do jogo, onde a própria atividade cerebral do paciente impulsiona a jogabilidade.

O jogo: um foguete que você voa com sua atenção

O jogo em si foi construído com Pygame, escolhido por sua plataforma acessível e flexível para simulações interativas e sua capacidade de lidar com entrada de dados em tempo real. Os ativos visuais vêm do OpenGameArt.org, e a paleta é deliberada: um fundo azul calmo (rgb 27, 61, 102) escolhido para não distrair, e um amarelo chamativo indicando a direção na qual o paciente deve focar para controlar o foguete.

O mecanismo é uma interação direta cérebro-computador: quando a atividade do ritmo Beta do paciente ultrapassa o limiar de treinamento, o foguete flutua acima de uma linha tracejada na tela; quando a atividade Beta fica abaixo do esperado, o foguete afunda abaixo dela. O jogador está literalmente regulando sua própria atividade neural para jogar.

• Cada sessão dura de 6 a 10 segundos e começa com uma fase de linha de base de 2 segundos, que padroniza o padrão neural de repouso do paciente para comparação.
• Um sinal sonoro marca o início de uma sessão, o momento em que o paciente deve focar em um triângulo no centro da tela.
• Durante a execução, a posição do foguete reflete como a atividade cerebral atual se compara ao estado de linha de base, e tudo é monitorado e registrado por sessão.
• No final, o feedback de desempenho é entregue por meio de um emoticon de sorriso, intencionalmente associando uma emoção positiva ao estado de atenção alcançado durante o jogo, reforço positivo para produzir o padrão de onda Beta.

O que aprendemos

O trabalho entrega um jogo cujo laço de controle passa pela própria atividade cerebral do jogador, fornecendo aos pacientes feedback imediato e legível sobre os padrões de ondas cerebrais que indicam atenção. Para fundamentar o design, também revisamos pesquisas clínicas recentes no PubMed (Transtorno do Déficit de Atenção com Hiperatividade + Neurofeedback, últimos quatro anos, excluindo estudos apenas com crianças) como contrapeso às decisões de software.

O próximo passo é o óbvio: replicação observacional mais ampla para avaliar os benefícios do programa e validar a literatura que correlaciona o NFB com a redução dos déficits atencionais persistentes em adultos com TDAH.

Publicação

• Artigo original (em português): Desenvolvimento de software para neurofeedback, modulação cerebral para manejo de déficits atencionais em adultos com TDAH, Anais do XIV CONCCEPAR, Congresso Científico da Região Centro-Ocidental do Paraná, Campo Mourão (PR), 2024. ISSN 1983-7178. PDF Direto.
• Autores: Aline Sviatowski (Medicina, Centro Universitário Integrado), Raquel de Oliveira (Ciências da Computação, UTFPR), João Gouveia Sperandio (Ciências da Computação, UTFPR), Daniella C. Mendes Sehaber (Medicina, Centro Universitário Integrado), Rodrigo Hübner (DACOM, UTFPR), Amanda N. S. Hübner (Medicina, Centro Universitário Integrado).
• Financiamento: Fundação Araucária, por meio do programa de iniciação científica PIBIC/PIBITI/PIC (Edital 6932, Centro Universitário Integrado/FA/CAWB 2023-2).

Referências-chave

• Barth, B. et al. Um ensaio controlado e randomizado de neurofeedback no transtorno de déficit de atenção/hiperatividade em adultos. Scientific Reports 11, 16873 (2021).
• Krepel, N. et al. Um ensaio de eficácia multicêntrico de neurofeedback informado por QEEG em TDAH: replicação e predição de tratamento. Psychiatry Research: Neuroimaging, v. 335 (2023).
• Mishra, J. et al. Neurofeedback em Laço Fechado da Sincronia Alfa durante Atenção Direcionada a Objetivos. Journal of Neuroscience, v. 41 (2021).
• Strehl, U. Neurofeedback de Potenciais Corticais Lentos. Journal of Neurotherapy, v. 13, n. 2 (2009).
• Lab Streaming Layer e Pygame documentação.