Método y sistema de estimulación craneal multisitio.El método comprende aplicar unos estímulos individuales a diferentes zonas de un cerebro,

mediante la aplicación de unas señales de estímulo determinadas a unos correspondientes electrodos dispuestos adyacentes a dichas zonas de dicho cerebro.El método comprende realizar uno o más modelos simplificados del cerebro, o de uno o más sectores del mismo, considerando al cerebro, o al sector del mismo cuando es el caso, como un sistema oscilatorio acoplado no lineal, y comprende determinar dichas señales de estímulo para que sean aptas para excitar uno o más modos naturales de vibración de dicho sistema oscilatorio acoplado no lineal.El sistema comprende unos electrodos (E1, E2...En) dispuestos adyacentes a unas zonas de un cerebro, y un sistema electrónico en conexión con los electrodos (E1, E2...En) y previsto para aplicarles unas correspondientes señales de estímulo, y para determinarlas aplicando el método propuesto

Método y sistema de estimulación craneal multisitio.

Sector de la técnica

La presente invención concierne en general a un método de estimulación craneal multisitio que comprende aplicar unos estímulos individuales a diferentes zonas de un cerebro, y en particular a un método que comprende determinar las señales de estímulo a aplicar para que sean aptas para excitar uno o más modos naturales de vibración del cerebro, o de un sector del mismo, visto como un sistema oscilatorio acoplado no lineal.

La invención también concierne a un sistema de estimulación craneal multisitio apto para implementar el método propuesto por el primer aspecto.

Estado de la técnica anterior

Se conocen diversas propuestas enfocadas a la estimulación craneal, tanto de tipo intracraneal como de tipo transcraneal, ya sea mediante la aplicación de unos impulsos magnéticos en la proximidad de las zonas a estimular, o estimulación TMS, o mediante la aplicación de señales eléctricas, entre las cuales se encuentran la estimulación tDCS, la ENS ó la TES. Algunas de ellas utilizan el concepto "multisitio", es decir la disposición de una pluralidad de electrodos en diferentes zonas neuronales para suministrar una pluralidad de estímulos. Otras incorporan también el concepto de "feedback", es decir el monitorizar la actividad cerebral para controlar los estímulos a aplicar en función de las señales monitorizadas.

A continuación se indican varias de dichas propuestas consideradas como representativas del estado de la técnica referido a la estimulación craneal, ya sea de tipo magnético o aplicando directamente señales eléctricas.

Por la solicitud US2006161219 se conoce un sistema y un método para estimular el tejido nervioso del cerebro de una persona mediante la aplicación de pulsos eléctricos en múltiples ubicaciones, con el fin de tratar múltiples afecciones. Se indica en dicho documento que los electrodos mediante los cuales aplicar los mencionados estímulos se implantan en el cráneo de la persona. Se propone aplicar unos estímulos magnéticos mediante TMS de manera previa a la implantación de los electrodos con el fin de averiguar si el paciente es un buen candidato para dicha implantación. La aplicación de electrodos en múltiples ubicaciones tiene como fin el tratar varias afecciones a la vez, cada una de ellas mediante la aplicación de un correspondiente programa de estimulación. En US2006161219 no se enseña ni se sugiere el tratamiento de una única afección mediante la aplicación de estímulos en las mencionadas múltiples ubicaciones para producir un efecto conjunto.

La patente US7257439 propone un sistema y un método basados en la disposición en el interior de un flujo sanguíneo próximo a un tejido neuronal, por ejemplo el cerebral, de una pluralidad de nanoelectrodos, independientes o agrupados en un conjunto ordenado o "array", con el fin de monitorizar la actividad neuronal con algunos de los electrodos, aplicar unos estímulos eléctricos a través de otros electrodos, y volver a monitorizar la actividad neuronal y compararla con la primeramente monitorizada. Entre las principales aplicaciones que se proponen se encuentran las relativas a elaborar una interfaz cerebro-máquina o posibilitar el control de una prótesis.

Se proponen una serie de algoritmos para clasificar las señales monitorizadas, provinentes de múltiples neuronas, en respectivos estados funcionales según unos patrones espaciotemporales. Por lo que se refiere a la estimulación neuronal, en US7257439 no se proponen estrategias, algoritmos o programas específicos para llevarla a cabo. Simplemente se indica que, en función del algoritmo utilizado, se analizan las señales monitorizadas de una u otra manera, y por ende se toman unas u otras decisiones.

Por otra parte, por el documento de patente EP1703940A1 se propone un sistema y un método para administrar estimulación eléctrica (ENS) y estimulación magnética (TMS) a diferentes zonas del cuerpo de un paciente, ya sea de manera conjunta o seleccionando uno de ambos tipos de estimulación. Se propone adaptar los parámetros de la estimulación en función de la respuesta a la estimulación, monitorizada por ejemplo mediante un electroencefalograma (EEG). Como ejemplos de los parámetros a variar en el caso de la estimulación TMS se indican: ancho del pulso, frecuencia, intensidad y orientación magnética.

En la solicitud de patente US2004138578A1 se propone un sistema y un método para estimular el cerebro de un paciente en función de unas señales bioeléctricas del mismo, tales como las representativas de un EEG. Se describe la adaptación en tiempo real de una estimulación TMS aplicada sobre varias zonas cerebrales mediante la utilización de una realimentación bidireccional de de dichas señales bioeléctricas, para en función de las mismas variar los parámetros de dicha estimulación, tales como la duración, el tiempo y la naturaleza pulsátil de las bobinas TMS. En su fase inicial la estimulación también se aplica en función de una monitorización previa de dichas señales bioeléctricas, las cuales determinan un perfil emocional-cognitivo del paciente. En dicho documento no se enseña ni se sugiere realizar dicha estimulación, ni en su inicio ni durante su aplicación, en función de otras variables o premisas más que las referentes al mencionado perfil emotivo-cognitivo del paciente.

En la patente US6488617 se propone realizar una realimentación en lazo cerrado entre, por ejemplo, la salida de un sistema de monitorización EEG y la entrada de control de un sistema TMS, con el fin de modificar un estado cerebral hasta conseguir alcanzar el deseado. Se propone controlar diferentes parámetros de la estimulación TMS (magnitud, movimiento, duración, etc.). Se indica asimismo la posibilidad de realizar un control independiente de los imanes o bobinas, con el fin de que cada uno de ellos genere un único campo magnético a una frecuencia única. En US6488617 no se enseña ni se sugiere la aplicación de dicho control para conseguir una estimulación donde cada uno de los estímulos individuales colabore con los demás para conseguir un efecto conjunto, en base al cual determinar previamente las características de cada uno de los estímulos individuales.

Una de las conclusiones más importantes a la que se llega al analizar el estado de la técnica, es que ambas, la estimulación TMS y la tDCS, adolecen de una especificidad y de una focalidad limitadas (Wagner et al, Noninvasive Human Brain Stimulation, Ann. Rev. Biomed. Eng. 2007, 9:19.1-19.39).

Estudios recientes revelan que el soporte estructural de la actividad cerebral implica la actividad orquestada de regiones cerebrales diferentes y separadas espacialmente (ver Ray C, Ruffini G, Marco-Pallarés J, Fuentemilla LI, Grau C., Complex networks in brain electrical activity, Europhysics letters. 2007), con, incluso, frecuencias y fases específicas. Verdaderamente un importante desafío para la neurociencia es el de mapear y analizar los patrones espaciotemporales de la actividad de grandes poblaciones de neuronas, los cuales se cree que son responsables de procesar la información en el cerebro humano. El cerebro es quizás el sistema más interesante de todos los sistemas complejos, con cientos de billones de neuronas altamente interconectadas con procesamiento de información basado en tiempos y escalas espaciales diferentes (Buzsaki G, Draguhn A (2004) Neuronal oscillations in cortical networks. Science 304:1926-19293).

El cerebro puede ser estudiado como una herramienta de modelado de patrones, donde son analizadas las entradas del entorno, una vez transformadas por transducción mediante unos sensores corporales. La capacidad para modelar entradas del entorno es crucial para la supervivencia de organismos superiores. Las redes neuronales responsables de esta tarea determinan si la información entrante necesita alterar profundamente las dinámicas del cerebro (robustez) o ajustarlas (respuesta), incluso de manera dramática, con el fin de responder efectivamente (Bar-Yam and Epstein 2004).

A modo de ejemplo, algunos hallazgos previos soportan la idea de que las zonas supratemporal e inferior frontal trabajan juntas en el procesado de datos para determinar las diferencias entre sonidos. En este marco se plantea que un conjunto de grupos neuronales distribuido espacialmente que son activados de manera coherente y forman parte de la misma representación forman una asociación (Engel AK, Fries P, Singer...

1. Método de estimulación craneal mutisitio, del tipo que comprende aplicar unos estímulos individuales a diferentes zonas de un cerebro, mediante la aplicación de unas señales de estímulo determinadas a unos correspondientes electrodos dispuestos adyacentes a dichas zonas de dicho cerebro, estando dicho método caracterizado porque comprende realizar al menos un modelo simplificado del cerebro o de un sector del mismo considerándolo como un sistema oscilatorio acoplado no lineal, y porque comprende determinar dichas señales de estímulo para que sean aptas para excitar al menos un modo natural de vibración de dicho sistema oscilatorio acoplado no lineal.

2. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende realizar dicha aplicación de dichas señales de estímulo de manera coordinada en el espacio y en el tiempo.

3. Método según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende aplicar al menos parte de dichas señales de estímulo de manera simultánea, para producir la excitación de al menos un modo natural de vibración del cerebro o de dicha sección del mismo, mediante la aplicación de dichas señales de estímulo.

4. Método según la reivindicación 3, caracterizado porque comprende aplicar todas dichas señales de estímulo de manera simultánea.

5. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dichas zonas a estimular se extienden a lo largo de sustancialmente todo el córtex cerebral de dicho cerebro.

6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende monitorizar la actividad cerebral de dicho cerebro de manera previa y/o durante y/o tras la aplicación de dichas señales de estímulo.

7. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque comprende llevar a cabo dicha monitorización mediante la utilización de unos sensores electrofisiológicos dispuestos adyacentes a unas determinadas zonas del cerebro.

8. Método según la reivindicación 6 ó 7, caracterizado porque comprende controlar dicha estimulación mediante la variación de dichas señales de estímulo en función de una o más señales obtenidas como fruto de dicha monitorización, o señales monitorizadas.

9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende controlar la fase, frecuencia y amplitud de cada una de dichas señales de estímulo, de manera independiente, para variar en consecuencia la fase, frecuencia, y amplitud de las señales eléctricas inducidas.

10. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende determinar dichas señales de estímulo para que sean aptas para excitar varios modos naturales de vibración de dicho sistema oscilatorio acoplado no lineal de manera simultánea o espaciada en el tiempo.

11. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende realizar una pluralidad de dichos modelos simplificados para una correspondiente pluralidad de secciones del cerebro, y porque comprende determinar y controlar dichas señales de estímulo para que sean aptas para excitar selectivamente uno o más modos naturales de vibración de uno o más de los sistemas oscilatorios acoplados no lineales correspondientes a dichos modelos simplificados de dichas secciones del cerebro.

12. Método según la reivindicación 6, 7 u 8, caracterizado porque comprende llevar a cabo dicha monitorización mediante electroencefalografía o magnetoencefalografía.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha estimulación craneal es una estimulación transcraneal multisitio magnética, estando dichos electrodos adaptados para generar campos magnéticos en función de las señales eléctricas de estímulo que se les apliquen.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque dicha estimulación craneal multisitio es una estimulación eléctrica.

15. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha estimulación craneal multisitio es una estimulación transcraneal y porque dichos electrodos utilizados son no invasivos.

16. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque dicha estimulación craneal multisitio es una estimulación intracraneal, siendo dichos electrodos utilizados de tipo invasivo.

17. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende focalizar los estímulos individuales mediante una primera etapa, o etapa de guiado, en la cual determinar y controlar las señales de estímulo a aplicar a los electrodos en función del área cerebral respecto a la cual se encuentran dispuestos de manera adyacente.

18. Método según la reivindicación 17 cuando depende de la 8, caracterizado porque comprende mejorar la mencionada focalización mediante una segunda etapa, o etapa de calibración o ajuste, en la cual llevar a cabo dicha variación de las señales de estímulo en función de las señales monitorizadas.

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 18, caracterizado porque comprende la utilización de una o más técnicas de análisis, aplicadas a dichas señales monitorizadas, para distinguir entre las señales eléctricas inducidas por los estímulos y las señales bio-eléctricas naturales o de respuesta a dichos estímulos.

20. Método según la reivindicación 19, caracterizado porque dichas técnicas de análisis son al menos una d& grupo que comprende las siguientes técnicas: técnica separación de frecuencias, técnica de separación temporal y técnica tomográfica, o una combinación de las mismas.

21. Método según la reivindicación cualquiera de las reivindicaciones 8 a 20, caracterizado porque comprende la utilización de técnicas de espectro ensanchado, aplicadas a dichas señales monitorizadas, para identificar la actividad asociada a la estimulación en cada electrodo.

22. Método según la reivindicación 19, 20 ó 21, caracterizado porque comprende asociar una señal de marcaje a cada una de las señales de estímulo, para mejorar la localización de cada señal inducida por la aplicación de las mismas, y para mejorar dicha distinción entre las señales eléctricas inducidas por los estímulos y las señales respuesta a dichos estímulos al analizar las señales monitorizadas.

23. Método según la reivindicación 22, caracterizado porque comprende llevar a cabo dicha asociación de dicha señal de marcaje mediante la superposición de la misma sobre la señal de estímulo correspondiente en cada electrodo.

24. Sistema de estimulación craneal rnultisitio, del tipo que comprende:

- una pluralidad de electrodos (E1, E2...En) dispuestos adyacentes a una correspondiente pluralidad de diferentes zonas de un cerebro,

- un sistema electrónico en conexión con dicha pluralidad de electrodos (E1, E2...En) y previsto para aplicarles unas correspondientes señales de estímulo con el fin de estimular individualmente dicha pluralidad de zonas de dicho cerebro,

estando dicho sistema de estimulación caracterizado porque dicho sistema electrónico comprende al menos una unidad de procesamiento con acceso a al menos un modelo simplificado del cerebro o de un sector del mismo considerándolo como un sistema oscilatorio acoplado no lineal, y prevista para determinar dichas señales de estímulo para que sean aptas para excitar al menos un modo natural de vibración de dicho sistema oscilatorio acoplado no lineal.

25. Sistema según la reivindicación 24, caracterizado porque comprende una serie de sensores electrofisiológicos (S1, S2...Sn) dispuestos adyacentes a unas determinadas zonas del cerebro, y en conexión con dicha unidad de procesamiento de dicho sistema electrónico para monitorizar la actividad cerebral de dicho cerebro.

26. Sistema según la reivindicación 25, caracterizado porque dicha unidad de procesamiento está prevista para controlar dichas señales de estímulo en función de dicha actividad cerebral monitorizada.

27. Sistema según la reivindicación 25 o 26, caracterizado porque dicho sistema electrónico comprende al menos un sistema local (SCM) sustentado por un soporte que también sustenta a dichos electrodos (E1, E2...En) y dichos sensores electrofisiológicos (S1, S2...Sn).

28. Sistema según la reivindicación 27, caracterizado porque dicho soporte está configurado para ser acoplado en la cabeza de un paciente (H), posicionando los electrodos (E1, E2...En) y sensores (S1, S2...Sn) en las mencionadas zonas adyacentes a dichas zonas determinadas del cerebro.

29. Sistema según la reivindicación 27 ó 28, caracterizado porque dicho sistema electrónico local (SCM) comprende un módulo de comunicaciones adaptado para comunicar inalámbricamente con un sistema electrónico remoto (SR) comprendido por dicho sistema electrónico.

30. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 24 a 29, caracterizado porque está previsto para llevar a cabo dicha estimulación craneal multisitio mediante la aplicación del método según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 23.