Closed-loop optogenetic strategy in experimental epilepsy: how affordable Is the implementation of this emergent technique? / Estratégia optogenética de alça fechada na epilepsia experimental: quão acessível é a implementação desta técnica emergente? / Estrategia optogenética de bucle cerrado en la epilepsia experimental: ¿cuán asequible es la aplicación de esta técnica emergente?

ABSTRACT

To explore complex mechanisms in the brain is an expensive task, which requires a combination of technological development and theoretical advances in neurobiology. In fact, it still is extremely challenging to diagnose accurately and treat some neurological diseases like drug-resistant epilepsy. In some cases, pharmacological interventions, electrical stimulation and surgery in epilepsy can be the specific cause of cognitive impairments and/or psychiatric comorbidities. Therefore, developing more selective strategies to control events produced by abnormal brain activity is mandatory. Our objective was to synthesize and organize information from the literature about the fundamental concepts that support the combination of optogenetics and closed-loop strategies in experimental epilepsy. We also sought to discuss how affordable would be the implementation of these emergent techniques. For this purpose, we first reviewed the literature on the closed-loop optogenetics and its applications for experimental epilepsy. Then, in order to evaluate the feasibility of this approach, we organized the information available in the literature on the materials necessary, and their respective costs. The combination of real-time detection and optogenetics has enormous potential to produce breakthroughs in neuroscience and its use for seizure control will certainly open new possibilities for more effective treatments of epilepsy. Overall, the costs of implementing a robust system with a high temporal precision and accuracy for detection and interference in seizures are relatively small. In addition, costs can be even lower if researchers choose open source hardware tools and software. Therefore, implementation of optogenetics with strategies of closed-loop in experimental epilepsy seems to demand more joint interdisciplinary efforts and innovative scientific questions than financial resources.

RESUMO

Investigar mecanismos complexos no cérebro é uma tarefa dispendiosa, que requer a combinação de desenvolvimento tecnológico e avan- ços teóricos em neurobiologia. De fato, realizar diagnósticos e tratar apropriadamente desordens neurológicas, como epilepsia resistente ao tratamento farmacológico, ainda é um grande desafio. Em alguns casos, as intervenções farmacológicas, a estimulação elétrica e a cirúrgica em epilepsia podem ser as próprias causadoras de prejuízos cognitivos e/ou comorbidades psiquiátricas. Portanto, é mandatório o desenvolvi- mento de estratégias mais seletivas para controlar eventos gerados por atividade anormal do encéfalo. Nosso objetivo foi sintetizar e organizar informações da literatura sobre os conceitos fundamentais que dão suporte à combinação de optogenética e estratégias de alça fechada em epilepsia experimental. Além disso, objetivamos discutir o quão financeiramente acessível seria a implementação dessas novas técnicas. Para isso, primeiramente revisamos a literatura sobre optogenética e estratégias de alça fechada e suas aplicações para epilepsia experimental. Em seguida, com o objetivo de avaliar quão acessível seria essa abordagem, organizamos a informação disponível na literatura sobre os materiais necessários e seus respectivos custos. A combinação de detecção em tempo real e optogenética tem um potencial enorme para produzir avanços em neurociências e seu uso para o controle de crises certamente abrirá novas possibilidades para tratamentos mais eficientes da epilepsia. Em geral, os custos para a implementação de um sistema robusto, com alta precisão temporal e acurácia para detecção e interferência em crises são relativamente pequenos. Além disso, eles podem ser ainda menores se os pesquisadores optarem por ferramentas de hardware e software de fonte aberta. Portanto, a implementação da optogenética com estratégia de alça fechada em epilepsia experimental parece demandar mais esforços interdisciplinares conjuntos e perguntas científicas inovadoras do que recursos financeiros.

RESUMEN

Investigar los mecanismos complejos en el cerebro es una tarea costosa, que requiere una combinación de desarrollo tecnológico y los avances teóricos en la neurobiología. De hecho, todavía es um gran desafio diagnosticar con precisión y tratar apropriadamente trastornos neurológicos como la epilepsia resistente al tratamiento farmacológico. En algunos casos, las intervenciones farmacológicas, la estimulación eléctrica y la ciru- gía pueden ser por sí mismas la causa de los deterioros cognitivos y/o comorbilidades psiquiátricas. Por esta razon, es obligatorio el desarrollo de estrategias más selectivas para controlar los eventos producidos por la actividad cerebral anormal. Nuestro objetivo fue sintetizar y organizar la información de la literatura acerca de los conceptos fundamentales que soportan la combinación de la optogenética y estrategias de bucle cerrado en la epilepsia experimental. Además, tratamos de discutir cuán asequible sería la implementación de estas nuevas técnicas. Para ello, primero hemos revisado la literatura sobre la optogenética y las estrategias de bucle cerrado y sus aplicaciones en la epilepsia experimental. Luego, con el fin de evaluar cómo sería este enfoque económico, organizamos la información disponible en la literatura sobre los materiales requeridos y sus costos. La combinación de la detección en tiempo real y la optogenética tiene un enorme potencial para producir avances en la neurociencia y su uso para control de las crisis epilépticas sin duda abrirá nuevas posiblidades para tratamientos más eficaces de la epilepsia. Generalmente, los costos de implementación de un sistema robusto con una alta precisión temporal y la exactitud de detección y de interfencia en las convulsiones son relativamente pequeños. Además, los costos pueden ser incluso más bajos si los pesquisadores eligierenherramientas de hardware y software de código abierto y libre acceso. Por lo tanto, la aplicación de la optogenética con la estrategia de bucle cerrado en la epilepsia experimental parece exigir más esfuerzos interdisciplinarios conjuntos y preguntas científicas innovadoras que recursos financieros.