Dispositivo para la estimulación de redes neuronales.

Dispositivo (100; 1000) que comprende:

- al menos una unidad de medición (31 - 34) para el registro de señales de medición de neuronas,

- una unidad generadora (10) para la generación de señales de estimulación eléctricas en función de las señales demedición, siendo las señales de estimulación secuencias de trenes de pulsos y estando los trenes de pulsosmodulados mediante una señal de modulación obtenida de las señales de medición, y

- una pluralidad de unidades de estimulación (11 - 14) conectadas con la unidad generadora (10), estando la unidadgeneradora configurada de tal manera que las unidades de estimulación (11 - 14) con las señales de estimulaciónestimulen, en cada caso desplazadas en tiempo, una pluralidad de redes neuronales y, de esta manera, induzcan enlas redes neuronales estimuladas una actividad desplazada en tiempo, siendo las señales de estimulación de cadauna de las unidades de estimulación (11 - 14) aplicadas con una frecuencia f1, caracterizado porque

- la cantidad de unidades de estimulación (11 - 14) es N y el retardo entre las señales de estimulación aplicadas porlas unidades de estimulación (11 - 14) corresponden, esencialmente, en promedio, a un factor 1/(f1 x N).

Dispositivo para la estimulación de redes neuronales La solicitud se refiere a un dispositivo para la estimulación de redes neuronales y un procedimiento que no es parte de la invención. En particular, la invención se refiere a un dispositivo para la restauración de la actividad de generadores de ritmos.

Los generadores de ritmos (en inglés: central pattern generator; CPG) son un elemento funcional importante del

sistema nervioso central y responsables, por ejemplo, del control e iniciación de movimientos. Están alojados, por ejemplo, en la médula espinal y en el tronco cerebral. Los generadores de ritmos son redes neuronales que de manera endógena, es decir sin estimulación externa, generan patrones que se repiten rítmicamente mediante el "disparo" de las neuronas envueltas. Como "disparo" de una neurona se designa la generación de un corto pulso eléctrico mediante el cual se transmiten señales a las neuronas en conexión con la neurona disparadora.

Un generador de ritmos se compone de una pluralidad de redes neuronales, siendo las neuronas dentro de cada red neuronal sincronizadamente activas, es decir que disparan de manera sincronizada. La actividad de las redes neuronales entre sí se encuentra desplazada en el tiempo. Las disfunciones de la actividad de generadores de ritmos pueden llevar, por ejemplo a desórdenes motrices importantes.

Los documentos US 2003/0028072 A1 y US 2006/0224191 A1 dan a conocer, en cada caso, dispositivos con unidades de medición para el registro de señales de medición de neuronas, unidades generadoras para la generación de señales de estimulación eléctricas en función de las señales de medición y unidades de estimulación para la estimulación de redes neuronales mediante las señales de estimulación. En el documento US 2006/0224191

A1, las señales de estimulación están configuradas, además, como trenes de pulsos modulados mediante una señal de modulación generada a partir de las señales de medición.

Con estos antecedentes, la invención es definida de acuerdo al dispositivo indicado en la reivindicación 1. Perfeccionamientos y configuraciones ventajosas de la invención se indican en las reivindicaciones secundarias.

De acuerdo con una configuración, el dispositivo comprende al menos una unidad de medición, una unidad generadora y una pluralidad de unidades de estimulación acopladas a la unidad generadora. Mediante la unidad de medición se registran señales de medición de neuronas. La unidad generadora se usa para la generación de señales eléctricas de estimulación que se transmiten a las unidades de estimulación. En este caso, las señales de estimulación se generan en función de las señales de medición. Las unidades de estimulación estimulan, en cada caso, diferentes redes neuronales mediante las señales de estimulación. Además, en cada caso, las unidades de estimulación aplican las señales de estimulación desplazadas en tiempo, por ejemplo cada una de las unidades de estimulación comienza con la estimulación en un momento diferente. Mediante la estimulación desplazada en el tiempo se induce una actividad desplazada en el tiempo en las redes neuronales estimuladas.

De acuerdo con otra configuración del dispositivo, las señales de estimulación también se pueden aplicar con diferente polaridad, sin o con un desplazamiento temporal.

El dispositivo puede ser usado para la restauración de la actividad de generadores de ritmos.

Además, el dispositivo puede ser usado para el tratamiento después de un ataque de apoplejía, en la enfermedad "gait-ignition-disorder" o en el caso de otra disfunción motriz. A continuación, la invención se explica en detalle, a modo de ejemplo, mediante los dibujos. En los mismos muestran:

La figura 1, una ilustración esquemática de un dispositivo 100 de acuerdo con un ejemplo de realización;

la figura 2, una ilustración esquemática de un electrodo de estimulación y medición 200;

la figura 3, una ilustración esquemática de secuencias de señales de estimulación 300 aplicadas mediante una 55 pluralidad de unidades de estimulación;

la figura 4, una ilustración esquemática de una secuencia de trenes de pulsos 300 aplicada mediante una unidad de estimulación;

la figura 5, una ilustración esquemática de secuencias de trenes de pulsos 300 aplicadas mediante una pluralidad de unidades de estimulación;

la figura 6, una ilustración esquemática de un tren de pulsos 300;

la figura 7, una ilustración esquemática de señales de estimulación 700 y 701 aplicadas mediante una pluralidad de

unidades de estimulación y generadas a partir de señales de medición;

la figura 8, una ilustración esquemática de señales de medición 800 registradas mediante una unidad de medición;

la figura 9, una ilustración esquemática de señales de estimulación 900 aplicadas mediante una pluralidad de unidades de estimulación y obtenidas a partir de señales de medición; y

la figura 10, una ilustración esquemática de un dispositivo 1000 de acuerdo con otro ejemplo de realización.

En la figura 1 se muestra esquemáticamente un dispositivos 100. El dispositivo 100 incluye una unidad generadora 10 y una pluralidad de unidades de estimulación 11, 12, 13 y 14 que se encuentran conectadas a la unidad generadora 10. En el presente ejemplo de realización existen cuatro unidades de estimulación, sin embargo también puede haber previstos dos, tres, cinco, seis o más unidades de estimulación.

Cada una de las unidades de estimulación 11 a 14 está emplazada en el cerebro o en la zona de la médula espinal de una persona o un animal de tal manera que la unidad de estimulación respectiva estimula una red neuronal 21, 22, 23 o 24, es decir que cada unidad de estimulación 11 a 14 está asignada a una de las redes neuronales 21 a 24. Las redes neuronales 21 a 24 pueden ser parte de un generador de ritmos central.

Durante la operación del dispositivo 100, la unidad de generación 10 genera señales de estimulación que alimentan las unidades de estimulación 11 a 14 y son utilizadas por las unidades de estimulación 11 a 14 para la estimulación de las redes neuronales 21 a 24. En este caso, las señales de estimulación aplicadas por diferentes unidades de estimulación 11 a 14 están, en cada caso, desplazadas en tiempo.

Mediante la neuroestimulación realizada con la ayuda del dispositivo 100 es posible inducir una actividad rítmica a cada una de las redes neuronales 21 a 24, estando las actividades rítmicas de diferentes redes neuronales 21 a 24,

o bien sus fases, desplazadas entre sí en tiempo. La actividad rítmica desplazada en tiempo de las redes neuronales 21 a 24 corresponde, aproximadamente, a la actividad sana normal de generadores de ritmos centrales. En este caso, las neuronas dentro de una red neuronal presentan la misma actividad, es decir que las neuronas que pertenecen a una misma red neuronal disparan de manera sincronizada. En una selección apropiada de puntos de estimulación, la estimulación mediante el dispositivo 100 puede ser usada para contrarrestar la reducción anormal de tal actividad rítmica. Ello conduce a una reducción de los síntomas patológicos.

Una reducción anormal de la actividad rítmica de generadores de ritmos puede ser observada, por ejemplo, después de un ataque de apoplejía o en la enfermedad "Gait-Ignition-Disorder" o también en la enfermedad de Parkinson. El dispositivo 100 puede ser aplicado para el tratamiento de las enfermedades de este tipo.

La estimulación mediante el dispositivo 100 puede, por ejemplo, provocar que las redes neuronales 21 a 24 asuman el ritmo y el desplazamiento temporal que les fue impuesto mediante la estimulación, es decir que las señales de estimulación imponen a las redes neuronales estimuladas el ritmo y el desplazamiento temporal. El ritmo y el desplazamiento temporal son impuestos a las redes neuronales estimuladas mediante las señales de estimulación. En el caso de pacientes con generadores de ritmos centrales disfuncionales, debido a la estimulación se puede producir una estabilización duradera o, incluso, permanente del modo de funcionamiento sano de las redes neuronales.

En el ser humano, los generadores de ritmos se encuentran, por ejemplo, en la zona de la médula espinal. Además de ellos, también en otros puntos del sistema nervioso central, por ejemplo dentro del cerebro, se encuentran estructuras neuronales responsables de la generación de actividad rítmica. Por ejemplo, en la médula espinal se encuentran poblaciones de las denominadas interneuronas que actúan como generadores de actividad motriz coordinada. Por ejemplo, una estructura de... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (100; 1000) que comprende:

- al menos una unidad de medición (31 – 34) para el registro de señales de medición de neuronas,

- una unidad generadora (10) para la generación de señales de estimulación eléctricas en función de las señales de medición, siendo las señales de estimulación secuencias de trenes de pulsos y estando los trenes de pulsos modulados mediante una señal de modulación obtenida de las señales de medición, y

- una pluralidad de unidades de estimulación (11 – 14) conectadas con la unidad generadora (10) , estando la unidad generadora configurada de tal manera que las unidades de estimulación (11 – 14) con las señales de estimulación estimulen, en cada caso desplazadas en tiempo, una pluralidad de redes neuronales y, de esta manera, induzcan en las redes neuronales estimuladas una actividad desplazada en tiempo, siendo las señales de estimulación de cada

una de las unidades de estimulación (11 – 14) aplicadas con una frecuencia f1, caracterizado porque

- la cantidad de unidades de estimulación (11 - 14) es N y el retardo entre las señales de estimulación aplicadas por las unidades de estimulación (11 – 14) corresponden, esencialmente, en promedio, a un factor 1/ (f1 x N) .

2. Dispositivo (100; 1000) según la reivindicación 1, decidiendo la unidad generadora (10) en función de las señales de medición si se realiza una estimulación mediante las unidades de estimulación (11 – 14) .

3. Dispositivo (100; 1000) según las reivindicaciones 1 o 2, determinando la unidad generadora (10) un parámetro de las señales de estimulación en función de las señales de medición. 25

4. Dispositivo (100; 1000) según una de las reivindicaciones precedentes, generando la unidad generadora (10) las señales de estimulación en función de una comparación de las señales de medición con uno o más valores umbral especificados.

5. Dispositivo (100; 1000) según una de las reivindicaciones precedentes, correspondiendo la frecuencia f1 a una frecuencia mediante la cual una red neuronal de un generador de ritmo sano genera señales eléctricas.

6. Dispositivo (100; 1000) según una de las reivindicaciones precedentes, siendo las redes neuronales estimuladas componentes de un generador de ritmo. 35