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Na sociedade contemporânea, o ritmo acelerado da vida e o crescente fardo das pressões vitais levaram a um aumento significativo na prevalência da desregulação emocional. Dentre as várias manifestações de desregulação emocional, a ansiedade, um subtipo prevalente, representa um grande desafio para os indivíduos. As terapias farmacológicas há muito são consideradas uma abordagem fundamental no tratamento da desregulação emocional, particularmente da ansiedade. No entanto, a pesquisa mostrou que aproximadamente 30% dos indivíduos com desregulação emocional não respondem aos medicamentos de primeira linha. Além disso, o uso prolongado desses medicamentos pode acarretar vários riscos, como distúrbios metabólicos e comprometimento cognitivo1. As intervenções psicológicas, embora abordem fatores etiológicos por meio de estruturas baseadas em evidências, são limitadas por durações prolongadas de tratamento que exigem tempo, esforço e recursos financeiros substanciais, juntamente com o início tardio dos efeitos terapêuticos 2,3.
Nos últimos anos, a intervenção com exercícios tem demonstrado vantagens notáveis no tratamento da desregulação emocional. Uma infinidade de estudos indicou que o exercício tem o potencial de melhorar naturalmente os estados emocionais e aliviar a ansiedade e a depressão, alcançado por meio da promoção da liberação de neurotransmissores endógenos e da indução de alterações sinápticas4. Por exemplo, pesquisas em camundongos treinados para exercícios revelaram que sua carga hipóxica foi reduzida em 52% e um aumento significativo na função cognitiva foi observado5. A ansiedade-traço, que representa a tendência relativamente estável e duradoura de um indivíduo de experimentar ansiedade em diversas situações6, é um fator-chave na compreensão dos mecanismos subjacentes à desregulação emocional. Ele serve como uma característica central da ansiedade crônica, e estudá-lo pode fornecer informações valiosas sobre a fisiopatologia dessa desregulação emocional. Ao entender a ansiedade-traço, podemos compreender melhor por que alguns indivíduos são mais propensos a desenvolver problemas de humor relacionados à ansiedade. Em nosso trabalho anterior, elaboramos as principais regiões cerebrais relacionadas às funções cognitivas emocionais que são prejudicadas em distúrbios emocionais e como a intervenção com exercícios pode melhorar essas funções cognitivas e regiões cerebrais relevantes7. Além disso, realizamos dois experimentos de eletroencefalograma (EEG) para explorar em detalhes como a intervenção com exercícios pode melhorar as características da atividade cerebral na capacidade de controle da atenção entre indivíduos com ansiedade de alto traço8.
Embora a intervenção com exercícios tenha surgido como uma abordagem não farmacológica promissora no tratamento da depressão, os biomarcadores neurais precisos associados aos efeitos positivos da intervenção com exercícios ainda não foram claramente identificados 9,10. Os ritmos oscilatórios neurais, atuando como os "codificadores espaço-temporais" do processamento de informações cerebrais, exibem desregulação característica na ansiedade. Por exemplo, pesquisas mostraram que a dessincronização pré-frontal de Alfa (α) está associada a déficits de controle cognitivo comumente observados na ansiedade11,12. Essa desregulação dos ritmos oscilatórios neurais indica uma interrupção subjacente nos processos normais de comunicação neural que são cruciais para a regulação emocional. No entanto, há uma escassez de estudos que explorem de forma abrangente como o exercício realmente remodela a função emocional, modulando o acoplamento rítmico inter-regional ou a dinâmica do potencial de campo local13,14.
Avanços recentes na pesquisa de aprendizado profundo baseada em EEG forneceram novos paradigmas para a compreensão de mecanismos patológicos e o desenvolvimento de tratamentos de precisão para transtornos mentais, como depressão e ansiedade15. Notavelmente, estudos usando conectividade funcional dinâmica (DFC) de EEG em estado de repouso combinado com modelos ocultos de Markov (HMMs) revelaram diferenças significativas na dinâmica da rede de bandas Delta (δ), Theta (θ), Alpha (α) e Gamma (γ) entre depressão não psicótica, depressão psicótica e esquizofrenia 16,17,18 . Um modelo de classificação binária baseado em DFC alcançou 73,1% de precisão na distinção dessas três condições, superando as análises estáticas tradicionais. Os principais biomarcadores incluíram sincronização DMN-SN de banda θ, sincronização do sistema límbico FPCN de banda γ e probabilidades de transição de estado HMM, estabelecendo uma nova estrutura para classificação psiquiátrica de precisão19 empregou análise teórica de gráfico para demonstrar que as características da rede cerebral basal preveem a eficácia da estimulação cerebral profunda (DBS) na depressão resistente ao tratamento. Um modelo de floresta aleatória usando métricas de rede alcançou 81,2% de precisão na predição da resposta do DBS, superando as escalas clínicas. Os dados longitudinais mostraram que o DBS reverte a disfunção da rede, aumentando a sincronização global da banda δ e reduzindo a centralidade do sgACC. Além disso, a potência de onda de α pré-frontal esquerda previu a não resposta ao antidepressivo, com um modelo de rede neural convolucional (CNN) alcançando 82,3% de precisão com base na assimetria de α20. Everaert et al. (2022) desenvolveram um modelo de rede neural artificial com seleção de recursos usando 460 participantes para identificar recursos preditivos de estratégias de regulação emocional. Esses achados ressaltam a necessidade crítica de identificar alvos neurais precisos para otimizar as prescrições de exercícios21.
No campo da pesquisa em neurociência relacionada ao exercício, o aprendizado profundo emergiu como uma ferramenta poderosa, permitindo a extração de biomarcadores neurais robustos dos dados neurológicos espaço-temporais complexos, de alta dimensão e baixa amplitude gerados por intervenções de exercícios. Vários estudos demonstraram que a atividade física modula significativamente os padrões de ativação em regiões cerebrais relacionadas ao motor e na dinâmica oscilatória neural em todas as bandas de frequência 22,23,24. Uma revisão sistemática de 47 estudos revelou aumentos consistentes na potência da banda pré-frontal α/β após o exercício, provavelmente refletindo neuroplasticidade aumentada e inibição cortical25. Tanto o exercício agudo quanto o treinamento de longo prazo induziram tendências semelhantes, embora γ respostas da banda tenham mostrado heterogeneidade dependente da intensidade (por exemplo, treinamento aeróbico moderado vs. treinamento intervalado de alta intensidade). Intervenções aeróbicas de quatro meses em adultos jovens saudáveis produziram aumento significativo da onda α pré-frontal (9-12 Hz), positivamente correlacionado com ganhos de aptidão aeróbica. Embora as melhorias comportamentais no tempo de reação ou na precisão estivessem ausentes, as métricas de oscilação neural indicaram otimização dinâmica das redes de atenção visual, sugerindo que as ondas α podem servir como biomarcadores para a eficácia do exercício26. Especialistas em esportes de alto nível exibiram potência elevada do ritmo sensório-motor (SMR, 12-15 Hz) durante as tarefas de mira, concomitante com coerência pré-frontal-temporal reduzida, indicando execução automatizada de habilidades motoras e melhoria da eficiência da rede27. Notavelmente, os atletas de tênis de mesa mostraram ativação reduzida em regiões cerebrais relacionadas ao exercício em comparação com não atletas, sugerindo que o treinamento de longo prazo constrói redes neurais especializadas e eficientes em termos de energia28.
Este estudo enfoca a ansiedade-traço como um assunto de pesquisa específico, empregando eletroencefalografia (EEG) para coletar dados neurais e explorar seus biomarcadores neurais, fornecendo assim novos insights para identificar alvos neurais precisos. Pesquisas anteriores indicam que as ondas alfa na região pré-frontal estão intimamente associadas à regulação emocional, controle cognitivo e reconhecimento emocional (Harmon-Jones et al., 2010), desempenhando um papel fundamental em processos como decodificação de pistas emocionais externas (por exemplo, expressões faciais, tons vocais) e modulação de respostas emocionais. Estudos sugerem que alterações na atividade alfa pré-frontal podem servir como marcadores fisiológicos de desregulação emocional, particularmente na ansiedade e estados emocionais negativos 29,30,31. A eletroencefalografia em estado de repouso (EEG) serve como uma condição experimental padrão na neurociência para investigar as propriedades dinâmicas do cérebro, exigindo que os participantes permaneçam acordados sem realizar nenhuma tarefa cognitiva32. As condições experimentais podem incluir estados de olhos fechados ou olhos abertos. Evidências empíricas indicam que mudanças nas oscilações alfa pré-frontais podem funcionar como biomarcadores para regulação emocional prejudicada, especialmente em condições caracterizadas por ansiedade e predomínio de afeto negativo33,34. Sua densidade espectral de potência e padrões de conectividade funcional podem revelar as características intrínsecas da atividade do cérebro e são aplicáveis à detecção de marcadores patológicos em doenças neurodegenerativas (por exemplo, doença de Alzheimer), distúrbios do desenvolvimento (por exemplo, dislexia do desenvolvimento)35,36, bem como transtornos mentais e emocionais (por exemplo, depressão e ansiedade)37. Dentre estes, o ritmo alfa sob a condição de olhos abertos é comumente utilizado em estudos sobre transtornos emocionais38,39. Consequentemente, este estudo investiga o desempenho da classificação das oscilações alfa nas regiões pré-frontais antes e após as intervenções de exercício para a ansiedade-traço. Com base nos dados do EEG, esta pesquisa emprega EEGNet para identificar alvos neurais associados a intervenções de exercícios para indivíduos com ansiedade de alto traço. O EEGNet foi projetado especificamente para classificação de sinais de EEG e oferece várias vantagens importantes sobre os métodos tradicionais e outros métodos de aprendizado profundo, tornando-o particularmente adequado para investigar padrões de EEG com dados limitados40.
Os dados de EEG em estado de repouso foram coletados usando um sistema de 64 canais (Brain Products, Alemanha) seguindo o padrão internacional 10-20, com uma taxa de amostragem de 1000 Hz e filtragem passa-banda (0,1-100 Hz). Para garantir a qualidade do sinal, a impedância do eletrodo foi mantida abaixo de 5 kΩ e os artefatos oculares foram removidos por meio da Análise de Componentes Independentes (ICA). Os participantes foram instruídos a permanecer acordados com os olhos abertos enquanto se fixavam em uma cruz, minimizando o ruído relacionado ao movimento.
Os principais critérios de inclusão para participantes com alto traço de ansiedade foram: (1) pontuações do Inventário de Ansiedade Traço ≥ 55, (2) exercício limitado de alta intensidade (< 3 dias/semana) para controlar os efeitos de condicionamento físico pré-existentes e (3) atividade física semanal total < 600 MET-min. Esses critérios visavam homogeneizar a amostra enquanto refletiam populações sedentárias do mundo real. Uma limitação é a variabilidade potencial na dinâmica do EEG em estado de repouso devido a diferenças individuais na excitação basal ou condições subclínicas não detectadas, que estudos futuros poderiam abordar com amostras maiores e avaliações multimodais (por exemplo, fMRI ou tarefas comportamentais).
Nossa hipótese é que a atividade alfa pré-frontal pode efetivamente classificar os dados de EEG de exercício e controle. Em resumo, este estudo visa alavancar as tecnologias de IA para analisar os benefícios das intervenções de exercícios para distúrbios emocionais, usando a ansiedade traço como modelo. Por meio de sua metodologia e descobertas, este trabalho busca aprimorar a compreensão dos desenvolvimentos e desafios atuais no campo, oferecendo orientação e insights para pesquisas futuras.