ES2334661T3 - Dispositivo medico para la modulacion de actividad neuronal en el cerebro. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la dessincronización, controlada por la necesidad, de una población de neuronas activa patológica y rítmicamente de un paciente, que comprende: - una unidad de control (4), - un estimulador (1) para la generación de estímulos visuales y/o auditivos y/o táctiles, que tienen la forma de impulsos y son recibidos por el paciente, y - al menos un medio para la detección de actividades del cerebro (2) del paciente, en el que el estimulador (1) y al menos un medio para la detección de actividades del cerebro (2) están en conexión con la unidad de control (4), caracterizado porque - la unidad de control (4) comprende - un primer medio, que activa el estimulador (1) de tal forma que el estimulador (1) genera una secuencia de impulsos, de manera que se varía la frecuencia, con la que se generan los impulsos de la secuencia de impulsos y en el que el primer medio calcula, con la ayuda de la actividad del cerebro registrada por el medio para la detección de las actividades del cerebro (2) durante la generación de la secuencia de impulsos, con qué primera frecuencia de los impulsos generados se excita la actividad neuronal del paciente, y - un segundo medio, que activa el estimulador (1), de tal manera que el estimulador (1) genera una secuencia periódica de impulsos, cuyos impulsos son generados con la primera frecuencia, y un impulso siguiente, en el que la generación de la secuencia periódica de impulsos y del impulso siguiente se realiza varias veces y en este caso se varían el intervalo de tiempo entre la secuencia periódica de impulsos y el impulso siguiente y la intensidad del impulso siguiente, en el que el segundo medio calcula, con la ayuda de la actividad del cerebro registrada por el medio para la detección de las actividades del cerebro (2) durante la generación múltiple de la secuencia periódica de impulsos y del impulso siguiente, con qué primer intervalo de tiempo entre la secuencia periódica de impulsos y el impulso siguiente y con qué primera intensidad del impulso siguiente se dessincroniza la población de neuronas activa patológica y rítmicamente con mayor fuerza, y - porque la unidad de control (4) está configurada de tal forma que la unidad de control (4) después del cálculo de la primera frecuencia, del primer intervalo de tiempo y de la primera intensidad, activa el estimulador (1) de tal forma que el estimulador (1) genera una secuencia periódica de impulsos, cuyos impulsos son repetidos con la primera frecuencia, y un impulso siguiente, en el que el impulso siguiente sigue con el primer intervalo de tiempo a la secuencia periódica de impulsos y el impulso siguiente presenta la primera intensidad.

Description

Dispositivo médico para la modulación de actividad neuronal en el cerebro.

La invención se refiere a un dispositivo para la modulación, controlada por la necesidad, de actividad rítmica neuronal fisiológica y patológica en el cerebro por medio de estimulación sensorial.

Para la diagnosis del procesamiento de estímulos del cerebro se emplean típicamente procedimientos de estimulación, como estimulación permanente, estimulación individual repetida y estimulación periódica. Como estimulación permanente se contempla, por ejemplo, un sonido duradero o un patrón visual. Una estimulación individual conduce, por ejemplo, a los llamados potenciales evocados acústica o visualmente. Como estimulación periódica se puede mencionar, por ejemplo, una estimulación con luz intermitente para la diagnosis de una epilepsia fotosensible. A partir de las respuestas de estímulo del cerebro o del órgano del sentido medidas, por ejemplo, por medio de electrodos y a partir de los resultados psicofísicos (por ejemplo, el números de los patrones reconocidos o de los tonos escuchados) se deduce el tipo de función del sistema del sentido investigado.

En el entrenamiento de bio-reacción (Biofeedback - Training) se utilizan terapéuticamente efectos de reacción representados óptica o acústicamente, para comunicar y poner en conocimiento del paciente el resultado de acciones controladas voluntariamente a sus funciones corporales, especialmente su vegetativo. Las señales de reacción posibilitan en este caso un control propio e incrementan la influencia de las funciones corporales afectadas a través del paciente. El entrenamiento de bio-reacción se aplica, por ejemplo, en el caso de molestias cardiacas funcionales y en estados de tensión neuromuscular. Con los procedimientos de diagnóstico convencionales no se investiga en detalle la dependencia entre respuesta al estímulo y actividad existente. Solamente se detectan algunos parámetros de actividad cerebral. Con los procedimientos estándar no es posible adaptar la estimulación a la actividad rítmica existente del cerebro en el paciente individual, para detectar de esta manera esencialmente otra zona de función y de respuesta. En particular, no es posible investigar las repercusiones de manipulaciones selectivas de actividad cerebral rítmica en diferentes gamas de frecuencia (por ejemplo, su amortiguación de la amplitud) y áreas del cerebro sobre el procesamiento de la información.

El entrenamiento de bio-reacción presupone que el paciente pueda y quiera ejercer una influencia adecuada de manera voluntaria sobre la función corporal a mejorar. Éste no es el caso o bien no lo es en una medida suficiente en la mayoría de los sistemas orgánicos ni en muchas funciones del cerebro. A ello hay que añadir como agravante que los pacientes con enfermedades cerebrales, por ejemplo pacientes Neglect después de un infarto cerebral, pueden tener trastornos de la atención condicionados por la enfermedad, que dificultan una influencia voluntaria incluso sobre funciones corporales sencillas o incluso las imposibilitan. Así, por ejemplo, los pacientes Neglect, que encuentran que partes de su cuerpo no pertenecen a su cuerpo, apenas se pueden mover para hacer ejercicios con estas partes del cuerpo desatendidas.

En la publicación US 4.201.224 se describe un dispositivo para la estimulación visual, auditiva y táctil.

Por lo tanto, el cometido de la invención es crear un dispositivo, que modula, de acuerdo con las necesidades, la actividad rítmica neuronal fisiológica o bien patológica del cerebro. El dispositivo debe asegurar el diagnóstico de trastornos funcionales del cerebro y debe ser adecuado para aliviar o anular la sintomática. El dispositivo debe posibilitar la investigación y la manipulación de la actividad del cerebro, que es relevante para el procesamiento de la información sensorial, para fines de diagnóstico y terapéuticos. Además, el dispositivo debe trabajar de tal forma que en muchos pacientes que, condicionados por la enfermedad, no pueden ejercer ya una influencia voluntaria sobre una función del cuerpo, se mejore o bien se restablezca el control de la función del cuerpo afectada.

Partiendo del preámbulo de la reivindicación 1, el cometido se soluciona por medio de las características indicadas en la parte de caracterización de la reivindicación 1.

Con el dispositivo de acuerdo con la invención es posible ahora modular, de acuerdo con las necesidades, la actividad rítmica neuronal fisiológica o patológica del cerebro, de tal manera que se aproxime a la función natural o bien sea idéntica a ella. El dispositivo es adecuado para asegurar el diagnóstico de trastornos funcionales del cerebro y para aliviar o eliminar la sintomática. El dispositivo posibilita un procedimiento de diagnóstico nuevo, en el que -adaptado a la actividad rítmica existente del cerebro en el paciente- se lleva a cabo una manipulación selectiva de la actividad rítmica en diferentes gamas de frecuencia. De esta manera, se puede investigar y modular el procesamiento de la información neuronal para fines de diagnóstico y terapéuticos. Además, el dispositivo de acuerdo con la invención trabaja de tal manera que se soluciona el problema de que muchos pacientes no pueden ejercer una influencia voluntariamente sobre varias funciones del cuerpo.

Los desarrollos ventajosos de la invención se indican en las reivindicaciones dependientes.

Los dibujos muestran una configuración ejemplar del dispositivo de acuerdo con la invención como esquema de bloquea en un paciente, así como algunas secuencias de impulsos que se pueden emplear para la diagnosis y el tratamiento.

En este caso, la figura 1 muestra un esquema de bloques del dispositivo.

La figura 2 muestra una secuencia de estímulos para la excitación con la frecuencia de resonancia, a la que sigue, para fines de dessincronización, un impulso individual aplicado en la fase vulnerable.

La figura 3a muestra una curva ejemplar del patrón temporal de la excitación sensorial producido para la generación de la estimulación sensorial 1.

La figura 3b muestra la reproducción esquemática, correspondiente a la representación de la figura 3a, del patrón de actividad de la región enferma del cerebro.

La figura 4a muestra una exploración de la frecuencia de excitación, en la que se varía lentamente la frecuencia de la secuencia de impulsos.

La figura 4b muestra un incremento de la actividad rítmica natural.

Las figuras 5a - f muestran una reproducción esquemática de la fase que pertenece a un proceso de calibración.

La figura 6 muestra un diagrama de flujo para el modo de trabajo del dispositivo de acuerdo con la invención.

La figura 1 muestra un dispositivo, con un estimulador 1 (1a, 1b), delante del cual está sentado un paciente. En la cabeza del paciente está colocado un sensor 2, que está conectado a través de un amplificador de separación 3 en una unidad de control 4. El dispositivo comprende un receptor 5, que está conectado igualmente en la unidad de control 4 y que registra reacciones del paciente. Además, el dispositivo comprende un medio para la verificación de la estimulación 6, que dispone de medios para el procesamiento de datos y para la representación de los datos, de manera que se pueden representar los resultados para el investigador visual y/o acústicamente. La unidad de control 4 está en comunicación con un medio para la verificación de la estimulación 6. El sensor 2, el receptor 5, el estimulador 1 así como el medio para la verificación de la estimulación 6 pueden estar en comunicación también sin contacto, por ejemplo a través de emisores y receptores, con la unidad de control 4.

La figura 2 muestra un patrón esquemática de una secuencia de impulsos para una aplicación repetitiva. Esta secuencia de impulsos está constituida por una secuencia periódica de impulsos y por un impulso de dessincronización (último impulso). La frecuencia de la secuencia periódica de impulsos es la frecuencia de resonancia del ritmo a dessincronizar. El objeto de la secuencia periódica de impulsos es realizar un entrenamiento, que provoca que se controle la dinámica de las fases del ritmo a dessincronizar. De esta manera, el impulso de dessincronización aplicado después de una demora de tiempo constante incide en el ritmo neuronal seguramente en su fase vulnerable. La abscisa es un eje de tiempo en unidades arbitrarias y la ordenada reproduce la intensidad de la estimulación en unidades arbitrarias.

En la figura 3a, la abscisa es un eje de tiempo en unidades arbitrarias y la ordenada reproduce la intensidad de la excitación en unidades arbitrarias. Los intervalos de tiempo T_{1} y T_{2} así como T_{4} y T_{5} corresponden a la representación de la figura 2. En el intervalo de tiempo T_{3} se aplica una secuencia periódica de estímulos, cuya frecuencia es diferente en una medida suficiente de la frecuencia de resonancia de la población de neuronas a dessincronizar. En los intervalos de tiempo T_{1} y T_{2} así como T_{4} y T_{5} se realiza en cada caso la estimulación de dessincronización representada en la figura 2.

En la figura 3b, la abscisa es el eje de tiempo con las mismas unidades de tiempo que en la figura 3a. La ordenada muestra de manera esquemática la amplitud media temporal, en una ventaja de tiempo flexible, del ritmo a dessincronizar en unidades arbitrarias. Los intervalos de tiempo T_{k}' son idénticos con los intervalos de tiempo T_{k}, de manera que k = 1, 2, 3, 4, 5. Durante el entrenamiento en el intervalo de tiempo T_{1} interesa, además del control de la dinámica de las fases, adicionalmente una amplificación de la resonancia de la amplitud. El estímulo individual a dessincronizar en el intervalo de tempo T_{2}' incide en el ritmo neuronal en su fase vulnerable y lo dessincroniza, con lo que se reduce al mínimo la amplitud al término de esta estimulación. En el intervalo de tiempo T_{3} se estimula adicionalmente de forma sensorial, de manera que el paciente puede realizar progresivamente el cometido que debe realizar, por ejemplo la localización de patrones especiales. Para retrasar en la mayor medida posible la elevación del ritmo patológico se estimula periódicamente en el intervalo de tiempo T_{3}' con una frecuencia diferente de la frecuencia de resonancia. Tan pronto como la amplitud del ritmo a dessincronizar excede de nuevo un valor umbral, se lleva a cabo ora vez una dessincronización, de manera que la estimulación en los intervalos de tiempo T_{4}' y T_{5}' es idéntica a la estimulación en los intervalos de tiempo T_{1}' y T_{2}'.

En la figura 4a, la abscisa es un eje de tiempo en unidades arbitrarias t la ordenada reproduce la intensidad de la estimulación en unidades arbitrarias. La figura 4a muestra de forma esquemática la estimulación utilizada para la exploración de la frecuencia. En este caso, se aplica una secuencia periódica de estímulos, cuya frecuencia se varía lentamente, aquí por ejemplo se debilita lentamente.

En la figura 4b, la abscisa en el eje de tiempo con las mismas unidades de tiempo que en la figura 4a. La ordenada muestra de forma esquemática la amplitud media temporal en una ventana de tiempo flexible del ritmo a dessincronizar en unidades arbitrarias. Si la frecuencia de excitación corresponde a la secuencia de estimulación, representada en la figura 4a, de una frecuencia de resonancia, entonces se produce resonancia, es decir, que crece la amplitud del ritmo neuronal. La figura 5 muestra curvas de reposición de fases, en las que se representa \varphie sobre \varphib. \varphie es en este caso la fase de la actividad neuronal, que se determina o bien inmediatamente después de la estimulación o con una demora de tiempo constante después de la estimulación. \varphib es la fase de la actividad neuronal, que se determina o bien inmediatamente en el instante del comienzo de la estimulación o con una demora de tiempo constante antes del comienzo de la estimulación. Las fases \varphie y \varphib se indican en la medida de grados modulo 2\pi. Cada figura parcial
a) - f) corresponde a una serie de estímulos de prueba, en los que se aplica el mismo ritmo, es decir, un estímulo con intensidad y duración del estímulo constantes, con diferentes valores de la fase inicial \varphib. La acción del estímulo sobre la dinámica de las fases del ritmo neuronal a dessincronizar es evaluada por medio de las curvas de reposición de las fases. En las figuras parciales a) a c), el gradiente medio de la curva es igual a 1, mientras que en las figuras parciales d) a f), el gradiente medio de la curva de reposición de las fases es igual a cero. Por un gradiente medio se entiende el gradiente medio durante un periodo de \varphib. La transición entre una curva de reposición de las fases con gradiente medio igual a uno y la curva de reposición de las fases con gradiente medio igual a 0 tiene lugar entre las figuras parciales c) y d) en la fase \varphib resaltada por medio de la flecha vertical. Este valor de la fase \varphib es la fase vulnerable del ritmo neuronal a dessincronizar. El valor óptimo para la intensidad se encuentra entre los dos valores de la intensidad de las figuras parciales c) y d). Para obtener este valor, o bien se puede seleccionar de manera aproximada el valor medio de las intensidades de c) y d) o más exactamente se pueden preparar otras curvas de reposición de las fases con valores de la intensidad entre los de c) y d).

La figura 6 muestra un diagrama de flujo del tipo de procedimiento de acuerdo con la invención.

En primer lugar se realiza una determinación del espectro de frecuencia en condiciones espontáneas (1) (es decir, sin estimulación), de manera que el paciente está relajado y tiene, por ejemplo, durante 5 minutos los ojos abiertos y durante otros 5 minutos los ojos cerrados. Con los ojos abiertos y cerrados, respectivamente, determinados ritmos del cerebro son impresos especialmente fuertes y especialmente débiles, respectivamente. Por ejemplo, el ritmo alfa con los ojos cerrados es impreso típicamente más fuerte, en cambio con los ojos abiertos es impreso más débil. Una impresión fuerte de un ritmo neuronal significa que este ritmo tiene especialmente una amplitud grande. De esta manera se calcula la anchura de banda, que se produce sin estimulación, de la impresión de los ritmos fisiológicos y patológicos, respectivamente.

A continuación se lleva a cabo la ejecución de una exploración de la frecuencia (evaluación de la intensidad de la resonancia por medio de la determinación de la amplitud del ritmo excitado), dado el caso adicionalmente la determinación de la calidad del entrenamiento sobre la determinación de la intensidad de la sincronización de fases entre la secuencia de estímulos y el ritmo excitado.

En función de los resultados de (1) y (2) se lleva a cabo ahora, respectivamente, otro procedimiento diferente. En el caso de que en el paciente se impriman actividades rítmicas naturales, no patológicas, demasiado débilmente o no estén presentes en absoluto, se lleva a cabo una sincronización controlada según las necesidades (3 - 5). En el caso de que en el paciente tenga lugar una actividad rítmica patológica, se lleva a cabo una dessincronización controlada por las necesidades (6 - 9).

La sincronización (3) controlada por las necesidades se puede realizar de dos maneras: en el marco de una función de control sencilla se establecen al comienzo de la estimulación sensorial la frecuencia de excitación f_{A} y la intensidad y se mantiene constante durante la estimulación (4). En una forma de realización preferida de la invención, se inicia (5) la estimulación con los valores adecuados según (2) de la frecuencia de excitación f_{A} y de la intensidad. Pero en este modo (5), la unidad de control (4) adapta los parámetros (especialmente la intensidad) bajo el control de las necesidades.

Para la dessincronización controlada por las necesidades, se verifica (6) en primer lugar la calidad del entrenamiento. A continuación se realiza la determinación de la fase vulnerable (7) que -como se describe más adelante- está conectada con una determinación de la intensidad óptima de la estimulación o bien de la duración de la estimulación. La dessincronización controlada por las necesidades se puede realizar ahora de dos maneras: o bien se realiza una aplicación repetitiva de los estímulos sensoriales (8) o se realiza una aplicación constante (9). Durante la aplicación repetitiva (8) se ofrece de forma repetitiva la misma secuencia de estímulos de dessincronización, sin que se realice en las pausas entretanto ninguna oferta de estímulos. Durante la aplicación constante (9), en cambio, se estimula sensorialmente de forma duradera, siendo aplicada siempre la misma secuencia de estímulos de dessincronización en el caso de que se exceda el valor umbral de la actividad neuronal a dessincronizar.

Prácticamente en todas las etapas parciales puede y debe darse una reacción al investigador con preferencia a través del medio para la visualización (figura 1, referencia 6).

A continuación se explican los componentes individuales del dispositivo de acuerdo con la invención así como sus modo de funcionamiento.

En el estimulador 1 se trata de un generador de estímulos, que genera señales que pueden ser percibidas de forma consciente o inconsciente por el paciente. En principio, en este caso, se pueden generar todas las señales que pueden ser procesadas sensorialmente por el paciente. Por ejemplo se pueden mencionar estímulos visuales, auditivos o estímulos que excitan el sentido del tacto o -menos probablemente- la sensación de dolor. Los estímulos visuales pueden ser imágenes o patrones. Los estímulos visuales pueden ser emitidos, por ejemplo, a través de una pantalla especial 1a o unas gafas de registro. En la pantalla se trata con preferencia de una pantalla de proyección, que está conectada a través de una cierre de registro con un proyector, que genera una imagen continua en el tiempo. El mecanismo de cierre de las gafas de registro y del cierre de registro para el proyector trabaja con preferencia o bien según el procedimiento LCD o el procedimiento FLC (cristal líquido ferroeléctrico). Las imágenes y patrones empleados para el ejercicio de estímulos visuales son conocidos por el técnico. Éstos son, por ejemplo figuras Kanisza.

Como estímulos auditivos pueden servir todos los sonidos o ruidos complejos, como iteración de susurros de banda ancha demorados en el tiempo o en la gama de frecuencia audible, que son emitidos a través de un altavoz 1c o unos auriculares 1d. Un generador de estímulos, que puede excitar el sentido del tacto o la sensación de dolor puede ser, por ejemplo, un generador de estimulación 1e somatosensorial o un láser 1f modulado en el tiempo. Un generador de estímulos en el sentido de la invención es, por lo tanto, un medio para la generación de una señal o bien un estímulo visual, auditivo u otra señal sensorial. El estimulador 1 puede emitir las señales mencionadas en un patrón temporal o bien de forma rítmica o arrítmica. Esto significa que se pueden generar imágenes o patrones visuales en secuencias temporales periódicas con preferencia de 1 a 100 Hz o de 1 a 70 Hz y/o en secuencias temporales complejas no periódicas, pero las aplicaciones no están limitadas a estas frecuencias. Además, también se puede variar la intensidad o bien la amplitud de las señales. En el caso de estímulos visuales, se puede variar, además de la claridad, también el contraste. De una manera similar se pueden aplicar sonidos en secuencias temporales periódicas con preferencia de 1 a 100 Hz y/o en secuencias temporales complejas no periódicas. En este caso, se puede variar el volumen. Lo mismo se aplica de una manera similar a los medios para la generación de los otros estímulos sensoriales, en los que se pueden variar la presión y la frecuencia. Las secuencias temporales complejas no periódicas de estímulos individuales sensoriales pueden estar constituidas -como se describe más adelante-, por ejemplo, por una combinación de una secuencia periódica de estímulos con un estímulo individual siguiente diferente cualitativamente. En la persona sana, se encuentra típicamente en determinadas bandas de frecuencia actividad rítmica, que se produce, respectivamente, con preferencia en determinadas zonas del cerebro. Por ejemplo, se observa el llamado ritmo-\alpha (aproximadamente 10 Hz), con preferencia en la región de las zonas visuales de la corteza cerebral. En algunos pacientes, por una parte, estos ritmos fisiológicos pueden estar impresos de manera reducida o, por otra parte, pueden estar presentes ritmos patológicos, que aparecen en una banda de frecuencia atípica, es decir, no fisiológica. Un ritmo patológico puede estar caracterizado también por contenido de frecuencia normal, pero localización anatómica atípica. Un ritmo patológico no tiene que estar limitado solamente a una única región del cerebro, sino que puede perturbar sensiblemente en su tipo de funcionamiento también otras regiones del cerebro conectadas anatómicamente a través de alimentación de la actividad rítmica patológica.

Después de que el contenido de frecuencia de la actividad del cerebro del paciente está caracterizado por el investigador, o bien se excitan ritmos fisiológicos muy débilmente impresos o se suprimen o debilitan ritmos patológicos excesivamente impresos. Si los ritmos patológicos están impresos débilmente, a través de estímulos predominantemente periódicos, que son emitidos por el estimulador 1, se pueden excitar estos ritmos, lo que sirve para el diagnóstico. En otra etapa, a través de estímulos se puede realizar una dessincronización de las actividades rítmicas patológicas. En este caso, las secuencias de señales, que provocan la dessincronización son diferentes de las que posibilitan el análisis o bien la diagnosis, reforzando las actividades rítmicas patológicas. Para la dessincronización se genera al menos un impulso de dessincronización.

Las señales emitidas por medio del estimulador 1 modulan la actividad rítmica en determinadas zonas del cerebro, que pueden ser detectadas a través del sensor 2. El sensor 2 es en este sentido un medio para la detección de actividades del cerebro. Como ejemplos se pueden mencionar electrodos Skalp-EEG o sensores MEG, es decir, SQUIDS. El dispositivo está equipado de acuerdo con la invención con al menos un sensor 2, que está en conexión con la unidad de control 4.

La unidad de control 4 procesa las señales transmitidas por el sensor 2. La unidad de control 2 dispone de medios para la realización de las etapas del procedimiento descritas en la solicitud. Estos medios son especialmente un ordenador o un circuito electrónico así como un programa de ordenador o un procesador programable, como por ejemplo una FPGA (matriz programable en el campo), que están en condiciones de realizar las etapas de acuerdo con la invención de la detección de las señales y la evaluación y de activar el estimulador 1 de la manera acorde con la invención. Es especialmente conveniente realizar el procedimiento en procesadores adecuados. El concepto de procesador no debe entenderse en este caso como limitación. En este caso se puede tratar de una unidad discrecional adecuada para la realización de cálculos. Es posible que el procesador esté constituido por varios procesadores individuales, que están agrupados con preferencia para formar una unidad de procesador adecuada.

Además, en el sentido de la presente invención se puede emplear cualquier circuito adecuado para la realización de cálculos. De manera más conveniente, el circuito está incorporado en un ordenador o en un módulo lógico. Los medios indicador en la descripción para la realización de las etapas del procedimiento de acuerdo con la invención son componente de la unidad de control 4, que comprende al menos un componente del grupo que consta de un ordenador, un circuito electrónico, un programa de ordenador o bien un procesador. Los medios para el control de las diferentes etapas del procedimiento no tienen que estar alojados forzosamente en un único aparato.

La unidad de control 4 calcula el grado de impresión de una actividad rítmica patológica. Si la actividad patológica no existe o es solamente mínima, entonces la unidad de control 4 emite señales de control al estimulador, que o bien no emite estímulos o emite otros estímulos que se diferencian o bien en la frecuencia, la amplitud y/o la frecuencia y la amplitud de los estímulos precedentes. En el campo de aplicación de diagnóstico se modifican la frecuencia y/o la amplitud de los estímulos hasta que la reacción patológica es máxima, es decir, que la reacción rítmica de la zona enferma del cerebro es máxima. Esto tiene la ventaja de que en determinadas circunstancias se pueden detectar ritmos patológicos no detectables posiblemente en otro caso, si están impresos demasiado débiles precisamente en el instante de la investigación diagnóstica. A tal fin, la unidad de control 4 dispone de medios para provocar una actividad fisiológica y/o patológica máxima del cerebro. Estos medios disponen, por ejemplo, de un circuito electrónico, un procesador o un ordenador y de software correspondiente, que aseguran que se realizan secuencias de estímulos, como se describe a continuación. Los patrones de actividad rítmicos patológicos son analizados por la unidad de control 4. Además, la unidad de control 4 calcula otro patrón temporal del estímulo, que es adecuado para modular de manera selectiva la actividad patológica y especialmente para interrumpir o debilitar el patrón de actividad patológica- de esta manera se consigue que, a la inversa del primer efecto, a saber, el fomento de la actividad patológica, se realice una atenuación y - de manera especialmente preferida- una supresión completa de la actividad patológica del cerebro. De nuevo el sensor 2 detecta la actividad del cerebro y la unidad de control 4 analiza el nuevo comportamiento del cerebro. A través de varios ciclos de este tipo, la unidad de control 4 calcula en la parte terapéutica de la aplicación, con qué estímulos se puede suprimir a ser posible de forma completa el comportamiento patológico.

Con la unidad de control 4 está en conexión, además, el receptor 5, que sirve para el control del paciente. En el receptor 5 en el sentido de la invención se trata, por ejemplo, de un pulsador o de un conmutador o palanca, que son manejados por el paciente. El paciente recibe la instrucción de activar el receptor 5 hacia determinadas señales. De esta manera se puede controlar la atención del paciente, su capacidad para el procesamiento de estímulos sensoriales o bien el éxito del tratamiento. Las señales del receptor 5 son calculadas en la unidad de control 4 y son transmitidas al medio para la verificación de la estimulación 6. A través de estos medios 6 el investigador puede verificar la calidad de la estimulación y la realización del cometido planteado a través del paciente. El dispositivo de acuerdo con la invención equipado con el receptor 5 y los medios para la verificación de la estimulación 6 representa, por lo tanto, una forma de realización preferida de la invención.

En el caso de la aplicación se pueden distinguir entre dos configuraciones de casos A y B, que se explican a modo de ejemplo a continuación.

A:

En pacientes, en los que las actividades rítmicas naturales, no patológicas, están impresas demasiado débiles o no existen en absoluto.

B:

El paciente muestra una actividad rítmica patológica de al menos una región del cerebro.

Para las configuraciones de casos A y B, la unidad de control 4 trabaja de la siguiente manera:

Exploración de la frecuencia

La exploración de la frecuencia se realiza en primer lugar tanto en la configuración del caso A como también en la configuración del caso B. Durante la exploración de la frecuencia se realiza una estimulación sensorial periódica con una frecuencia de excitación f_{A}, donde f_{A} se varía lentamente con preferencia entre 1 y 100 Hz, de manera especialmente preferida entre 1 y 60 Hz. En la figura 4a esto se reproduce a modo de ejemplo a través de la secuencia de señales aplicada con frecuencia creciente. El sensor 2 mide la actividad neuronal y la transmite a la unidad de control 4, que calcula en qué gama de frecuencia de la actividad neuronal se produce una excitación. La excitación se pueden cuantificar en este caso

(i)

a través de la amplitud del espectro de potencia integrada sobre la gama de frecuencia excitada o similar,

(ii)

a través de la amplitud instantánea de la gama de frecuencia determinada por medio de la transformación de Hilbert.

El dispositivo de acuerdo con la invención comprende, por lo tanto, medios para la realización de una exploración de la frecuencia así como para la realización de las etapas (i) y/o (ii).

Un circuito electrónico o medio equivalente indicado aquí a modo de ejemplo en la unidad de control 4 así como el programa de ordenador, que trabajan, por ejemplo, según los métodos (i) y (ii), pueden servir como medios para la cuantificación de la actividad neuronal.

Esta exploración de la frecuencia se realiza a través del control 4, que activa el medio para la generación de estímulos sensoriales 1, que transmiten la frecuencia respectiva en forma de un estímulo sensorial al paciente. A tal fin, la unidad de control 4 dispone de medios para la activación del estimulador 2, por ejemplo un generador de impulsos TTL. La unidad de control 4 detecta entonces a través de las señales detectadas por el sensor 2 o bien su amplitud en las gamas de frecuencia investigadas a qué frecuencias de excitación se realiza una excitación máxima. Por lo tanto, el dispositivo comprende con preferencia medios que están en condiciones de investigar en las señales medidas con el sensor 2, además de la gama de frecuencia de la frecuencia de excitación, todavía otras gamas de frecuencia. Estos medios pueden ser un análisis de la frecuencia en función del tiempo sobre la base de la transformación de Fourier o el análisis de Wavelet. A tal fin, la unidad de control 4 comprende un medio que es adecuado para la realización de estas etapas. En este caso, se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba, de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador. La frecuencia de la actividad excitada puede coincidir o no con la frecuencia de excitación. De manera sorprendente se ha comprobado que la frecuencia de la secuencia periódico de estimulación de entrenamiento cumple la siguiente regularidad:

100

con

f_{A} =

frecuencia de excitación, es decir, la frecuencia de la secuencia de estimulación periódica de excitación

f_{R} =

frecuencia de la actividad neuronal excitada (frecuencia de resonancia)

en la que n y m son números enteros y pequeños, es decir, \leq 10, (a saber, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10), por ejemplo n/m = 1/1, ½, 2/3, etc.

\vskip1.000000\baselineskip

Con la ayuda de la exploración de la frecuencia se investigan dos aspectos del comportamiento de excitación:

1.)

Se investiga si una excitación de ritmos fisiológicos aparece en las gamas de frecuencia que son previsibles para estos ritmos. En el caso de estimulaciones de luz intermitente, estas frecuencias estaban, por ejemplo, en el intervalo de 10 Hz, 20 Hz, 40 Hz y 80 Hz. De esta manera se calcula si un ritmo fisiológico, que está impreso demasiado débil condicionado por la enfermedad en condiciones espontáneas, es decir, sin estimulación, puede ser excitado a través de estimulación periódica.

2.)

Se investiga si aparece una excitación de un ritmo patológico. Este último se caracteriza presumiblemente porque aparece en una gama de frecuencia no fisiológica o porque aparece, en efecto, en una gama de frecuencia fisiológica, pero en una zona atípica del cerebro. Las gamas de frecuencia fisiológicas son las gamas de frecuencia, en las que existen naturalmente ritmos neuronales. A modo de ejemplo se pueden mencionar el ritmo-\alpha en la zona entorno a 10 Hz y el ritmo-\beta en la zona entorno a 20 Hz. De esta manera se calcula si se puede excitar un ritmo condicionado por la enfermedad a través de estimulación periódica. Tal ritmo patológico está presente en este caso de forma típica, pero no forzosamente ya en condiciones espontáneas, es decir, sin estimulación.

Después de que se ha realizado la exploración de la frecuencia como se ha indicado anteriormente, se lleva a cabo la aplicación según las configuraciones de los casos A y B.

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A. Sincronización controlada según las necesidades

El objetivo de la sincronización controlada según las necesidades es excitar en pacientes, que presentan uno o varios ritmos fisiológicos impresos demasiado débiles, estos ritmos durante el procesamiento de estímulos sensoriales. De esta manera debe mejorarse o bien posibilitarse el procesamiento del estímulo, que está perturbado a través del ritmo fisiológico debilitado. A tal fin, el sensor 2 registra la actividad neuronal de la zona del cerebro a excitar. La señal medida por el sensor 2 es transmitida con preferencia a través del amplificador de separación 3 a la unidad de control 4. La unidad de control 4 puede controlar en este caso la estimulación sensorial de dos maneras
diferentes:

1.)

En el marco de una función de control sencilla, se establecen al comienzo de la estimulación sensorial la frecuencia de excitación f_{A} y la intensidad de la estimulación sensorial excitante de acuerdo con los resultados de la exploración de la frecuencia. Estos parámetros de estimulación se mantienen entonces constantes durante la estimulación sensorial.

2.)

Como en 1.), se comienza de acuerdo con los resultados de la exploración de la frecuencia con valores adecuados de la frecuencia de excitación f_{A} y de la intensidad. La unidad de control 4 adapta estos parámetros durante la excitación sensorial, controlados por las necesidades. Es decir, que la unidad de control 4 reacciona a una reducción de la amplitud del ritmo de excitación a través de un incremento de la intensidad de los estímulos de excitación. A tal fin, la unidad de control 4 dispone de medios para registrar la modificación de la amplitud del ritmo de excitación y para la modificación de la intensidad de la excitación. En este caso se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo anteriormente, de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador. La zona de la intensidad utilizada a tal fin está limitada hacia arriba por razones de seguridad, es decir, para evitar ataques epilépticos.

Durante la estimulación sensoria descrita en los puntos 1.) o 2.), se ofrecen al paciente estímulos definidos, como por ejemplo figuras Kanisza. El paciente es instruido previamente para buscar características especiales en estos estímulos. A través del reconocimiento realizado por medio de la tecla 5 a través del paciente se controla en este caso con preferencia si se mejora el reconocimiento de los estímulos sensoriales ofrecidos a través de la excitación del ritmo fisiológico. En el caso de que falle la reacción del paciente al menos una vez, por ejemplo res veces, se transmite desde la unidad de control 4 una señal adecuada al medio para la verificación de la estimulación 6 y, por lo tanto, al investigador. Esta señal sirve para comunicar al investigador que el paciente no quiere o no está en condiciones de procesar los estímulos sensoriales de acuerdo con el cometido predeterminado.

B. Dessincronización controlada por las necesidades

El objetivo de la dessincronización controlada por las necesidades es atenuar o bien suprimir en pacientes, que presentan uno o varios ritmos patológicos demasiado impresos, estos ritmos durante el procesamiento de estímulos sensoriales. De esta manera debe mejorarse o bien posibilitarse el procesamiento de estímulos, que está perturbado a través del ritmo neuronal demasiado impreso. Este cometido se soluciona con el dispositivo de acuerdo con la invención y especialmente con la unidad de control 4 o bien con sus medios que actúan como se ha descrito anteriormente y su modo de funcionamiento, como se representa a continuación. El sensor 2 registra con esta finalidad la actividad neuronal de la zona del cerebro a atenuar. La señal medida por el sensor 2 es transmitida con preferencia a través del amplificador de separación 3 a la unidad de control 4. La unidad de control 4 trabaja de acuerdo con la invención según el siguiente principio:

Una población de neuronas rítmicamente activa puede ser dessincronizada a través de un estímulo sensorial, cuando el estímulo tiene, por una parte, la intensidad y la duración correctas y, por otra parte, se aplica en la fase crítica de la oscilación colectiva de la población de neuronas, la llamada fase vulnerable. Como consecuencia de la variabilidad inevitable de la frecuencia de una población de neuronas, es difícil encontrar con seguridad la fase vulnerable. El problema se soluciona de acuerdo con la invención porque se utilizan estímulos más complejos. Éstos están constituidos por dos estímulos cualitativamente diferentes:

El primer estímulo controla la dinámica de la población de neuronas, de manera que al final de este estímulo se conoce el estado dinámico de la población de neuronas con suficiente exactitud. A tal fin, se realiza un entrenamiento, es decir, que se aplica una secuencia periódica de estímulos de entrenamiento, para sincronizar la dinámica de la población de neuronas con la secuencia de estímulos. A tal fin, el dispositivo de acuerdo con la invención dispone de medios para la realización de un entrenamiento, es decir, de una estimulación periódica con la finalidad de controlar el ritmo, es decir, la dinámica de las fases, de la actividad neuronal excitada. En este caso, como se ha indicado más arriba a modo de ejemplo, se trata de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador.

El segundo estímulo sigue al primer estímulo de entrenamiento (= secuencia de estímulos) con una demora de tiempo esencialmente constante. Incide en la población rítmica de neuronas, sincronizada patológicamente en un estado vulnerable y de esta manera conduce a una dessincronización. El segundo estímulo está constituido con preferencia por un solo estímulo individual, o también por una secuencia periódica corta de estímulos, que está constituida por al menos 2 estímulos individuales y con preferencia por no más de 10 estímulos individuales. Con esta finalidad, el dispositivo de acuerdo con la invención dispone de medios para la dessincronización. En este caso, como se ha indicado a modo de ejemplo anteriormente, se trata de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador, que están en condiciones de realizar las etapas del procedimiento representadas a continuación.

Los parámetros de estimulación necesarios para la dessincronización se determinan de acuerdo con la invención con el siguiente procedimiento de calibración.

1.) Verificación de la calidad del entrenamiento:

Una secuencia de estímulos, que está constituida con preferencia por k estímulos idénticos, se aplica 1 vez, con preferencia de 10 a 100 veces. En este caso, se varía n a partir de valores pequeños hacia arriba hasta que el entrenamiento es suficientemente bueno. La calidad del entrenamiento se investiga o bien se cuantifica en este caso de la siguiente manera: la fase y la amplitud del ritmo neuronal a dessincronizar se determina con preferencia con la transformación de Hilbert. Un método alternativo sería la adaptación de la señal del ritmo neuronal a la función sinusoidal variable lentamente, realizada en una ventana de tiempo flexible. A tal fin, el dispositivo de acuerdo con la invención comprende medios para la verificación de la calidad del entrenamiento. En este caso se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba, de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador, que pueden realizar las etapas que se acaban de describir. La actuación del entrenamiento consiste en que después de la estimulación de entrenamiento, el ritmo neuronal tiene siempre la misma amplitud y sobre todo siempre la misma fase, independientemente de la amplitud y de la fase al comienzo de la estimulación. Para evaluar esto, se evalúan la fase o con preferencia la fase y la amplitud a través de medios para la evaluación de la fase y la amplitud, en la forma de realización menos preferida del dispositivo exclusivamente a través de medios para la evaluación de la fase del ritmo neuronal de la siguiente manera. En este caso se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba, de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador, que pueden realizar las etapas que se acaban de describir.

Para las l secuencias de estímulos aplicadas, que están constituidas por n estímulos, respectivamente, se crea con medios para la realización de una reposición de las fases una llamada curva de reposición de las fases. En una curva de reposición de las fases se trata de una curva de respuesta de las fases, en la que se registra la fase al final de la estimulación con respecto a la fase al comienzo de la estimulación para todas las m secuencias de estímulos aplicadas. Un entrenamiento perfecto conduce a una curva de reposición de las fases horizontal, es decir, que independientemente de la fase al comienzo de la estimulación, la fase se incrementa siempre en el mismo valor al final de la estimulación.

La curva de reposición de las fases se ofrece, por una parte, al investigador a través de un medio de visualización 6, por ejemplo una pantalla. Por otra parte, la curva de reposición de las fases se caracteriza cuantitativamente a través de operaciones matemáticas sencillas -como la desviación estándar de los valores de la fase al final de la estimulación o la calidad de la adaptación de una recta horizontal a la curva de reposición de las fases- a través de medios para la caracterización cuantitativa de la curva de reposición de las fases, que llevan a cabo el tipo de procedimiento mencionado a modo de ejemplo. En este caso, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba, se trata de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador, que pueden realizar las etapas descritas anteriormente.

Con preferencia, la calidad del entrenamiento se determina exclusivamente por medios visuales a través del investigador a través de los medios para la verificación de la estimulación 6. La amplitud se determina de la misma manera por medio de curvas de reposición de la amplitud. A tal fin, el dispositivo de acuerdo con la invención dispone de medios para la determinación de la amplitud y para la realización de una reposición de la amplitud, que trabajan de la siguiente manera. En este caso, se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba, de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador, que pueden realizar las etapas descritas anteriormente. En las curvas de reposición de la amplitud, es decir, las curvas de respuesta de la amplitud, se registra la amplitud al final de la estimulación con respecto a la amplitud al comienzo de la estimulación para todas las m secuencias de estímulos aplicadas. Un entrenamiento perfecto conduce a una curva de reposición de las amplitudes horizontal, es decir, que independientemente de la fase al comienzo de la estimulación, la amplitud se incrementa siempre en el mismo valor al final de la estimulación. Las curvas de reposición de la amplitud se evalúan cuantitativamente como las curvas de reposición de las fases y/o con preferencia sólo visualmente.

El número de los estímulos k que se suceden en una secuencia de estímulos se eleva hasta que el entrenamiento de la amplitud y de la fase es suficientemente bueno.

2.) En una forma de realización alternativa y preferida de la invención, se puede investigar y cuantificar la calidad del entrenamiento de la siguiente manera. El objetivo de este modo de proceder alternativo consiste en estimar la calidad del entrenamiento no sólo al final, sino durante la aplicación de toda la secuencia de estímulos. Esto hace que la estimación de la calidad sea menos propensa a oscilaciones de la dinámica neuronal medida, que están condicionadas o bien por el proceso de medición o sobre todo por fuerzas de ruidos neuronales intrínsecas. A tal fin, se aplica una secuencia de estímulos, que está constituida con preferencia por k estímulos idénticos, 1 vez con preferencia de 10 a 100 veces. K se varía en este caso a partir de valores pequeños hacia arriba, hasta que el entrenamiento es suficientemente bueno. La calidad del entrenamiento se investiga o bien se cuantifica en este caso de la siguiente manera:

La señal de la actividad neuronal excitada, medida a través del sensor 2, es filtrada con un filtro de pasa banda, que contiene totalmente el pico de frecuencia aplicado a la frecuencia de resonancia f_{R} (fórmula 1), pero no están contenidos otros picos de frecuencia, que corresponden a armónicos, subarmónicos u otros ritmos fisiológicos o bien patológicos. Con la transformación de Hilbert se determina la fase \varphi_{R}, es decir, la fase de la señal filtrada de esta manera con un filtro de pasa banda. Además, se determina la fase \varphi_{A}, es decir, la fase de la secuencia de estímulos de excitación. Esto se puede realizar de dos maneras: o bien se adapta una función sinusoidal a la secuencia de estímulos, de manera que los máximos de la función sinusoidal coinciden con los instantes, en los que se aplican los estímulos individuales. La fase \varphi_{A} es entonces la fase de la función sinusoidal adaptada. De manera alternativa, se puede filtrar también la señal, que representa la secuencia de estímulos, es decir, la secuencia de impulsos rectangulares, con el filtro de pasa banda que pertenece a la frecuencia de excitación f_{A} de la fórmula 1. La fase \varphi_{A} es entonces la fase de la señal de la secuencia de estímulos filtrada con filtro de pasa banda, determinada con la transformación de Hilbert. El filtro de pasa banda utilizado a tal fin debe seleccionarse de tal forma que contenga totalmente el pico de la frecuencia f_{A} en el espectro de la señal de la secuencia de estímulos, pero, en cambio, ningún otro pico de frecuencia. Entonces se determina la diferencia de fases n : m n\varphi_{A} - m\varphi_{b} entre la secuencia de estímulos de excitación y la actividad neuronal excitada. La intensidad del entrenamiento se determina entonces con preferencia por medio de un índice de entrenamiento n : m, que se define a continuación: en la ventana de tiempo utilizada para la determinación de la calidad del entrenamiento se determina la distribución de la diferencia de fases n : m. Entonces se determina la entropía S de esta distribución de acuerdo con la fórmula 2:

101

en la que p_{k} es la frecuencia relativa, con la que los valores de la diferencia de fases n : m se encuentran en el bin k. El número de los bins N se calcula típicamente según la fórmula 3:

102

en la que M es el número de los valores de la diferencia de fases n : m medidos durante una secuencia de estímulos.

\vskip1.000000\baselineskip

El índice de entrenamiento n : m e_{n,m} se calcula de esta manera según la fórmula 4:

103

en la que S_{max} es la entropía de una distribución igual, es decir, S_{max} = ln N, en la que el número óptimo de los intervalos parciales equidistantes (bins) utilizados para la determinación de la distribución se obtiene a través de la fórmula 3. A través de la normalización conseguir por medio de la fórmula 4 se cumple siempre 0 \leq e_{n,m} \leq 1. e_{n,m} = 0 significa que no existe ningún entrenamiento, mientras que e_{n,m} = 1 corresponde a un entrenamiento perfecto. Cuanto mayor es e_{n,m}, tanto mejor configurado está el entrenamiento.

e_{n,m} se calcula en cada caso para las l secuencias de estímulos aplicadas. A partir de ello se calcula el valor medio:

104

en la que e_{n,m} es la secuencia de excitación j. Se aplica 0 \leq E_{n,m} \leq 1. El número de los estímulos k sucesivos en una secuencia de estímulos se eleva hasta que el entrenamiento es suficientemente bueno, es decir, hasta que E_{n,m} se aproxima en una medida suficiente a 1.

\vskip1.000000\baselineskip

2.) Cálculo de la fase vulnerable:

La fase vulnerable depende de la intensidad y de la duración del estímulo sensorial. Con preferencia, en el marco del procedimiento de calibración, la duración del estímulo sensorial se mantiene constante, mientras que la intensidad y la fase vulnerable se varían como se describe más adelante, de tal forma que se incrementa al máximo el efecto de dessincronización del estímulo. El cálculo de la fase vulnerable se realiza a través de medios para la determinación de la fase vulnerable. En este caso, se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador, que son capaces de ejecutar las etapas descritas a continuación. En este caso, el dispositivo de acuerdo con la invención puede proceder de dos maneras diferentes:

A) El intervalo de tiempo entre el último estímulo de la secuencia de estímulos de entrenamiento y el estímulo de dessincronización, por una parte, y la intensidad del estímulo de dessincronización se varía de forma sistemática, con preferencia en tapas pequeñas equidistantes, a través de medios para la variación del intervalo de tiempo entre el último estímulo del entrenamiento y el estímulo de dessincronización con preferencia entre 0 y 2 longitudes de periodos de la frecuencia media de la banda de frecuencia que pertenece al ritmo patológico. En los medios utilizados a tal fin se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba, de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador. Esta variación del intervalo de tiempo se realiza sistemáticamente para diferentes valores de la intensidad a través de un medio para la variación de la intensidad. Con preferencia, en este caso se eleva la intensidad en etapas equidistantes pequeñas y para cada valor de la intensidad se determina el intervalo de tiempo, como se ha descrito anteriormente, entre 0 y 2. La variación del intervalo de tiempo y de la intensidad se realiza con preferencia a través de la unidad de control 4. Los valores óptimos para la intensidad del estímulo sensorial y el intervalo de tiempo entre el último estímulo del entrenamiento y el estímulo de dessincronización son los valores, en los que aparece la máxima dessincronización, es decir, en la que la amplitud del ritmo a dessincronizar después de la estimulación es mínima. La amplitud se determina en este caso con preferencia a través de filtración con filtro de pasa banda con transformación de Hilbert siguiente. De manera alternativa, la amplitud se puede determinar también o bien a través de la adaptación de una función sinusoidal variable lentamente a la señal filtrada con filtro de pasa banda del sensor 2 en una ventana de tiempo después de la estimulación o a través de la amplitud, integrada sobre la banda de frecuencia, del espectro de potencia de la señal medida a través del sensor 2 en una ventana de tiempo después de la estimulación.

B) El intervalo de tiempo se varía como en A). Pero ahora a diferencia de A) no se eleva la intensidad en etapas equidistantes, sino que se varía de forma sistemática, como se indica a continuación: En este caso, se utilizan curvas de reposición de las fases, con las que se investiga la repercusión del estímulo de dessincronización sobre la dinámica de las fases de la actividad neuronal a dessincronizar. La fase se determina en este caso con preferencia por medio de filtración con filtro de pasa banda y transformación de Hilbert siguiente de la señal medida a través del sensor 2. De manera alternativa a la utilización de la transformación de Hilbert, se puede adaptar también en una ventaja de tiempo flexible, una función sinusoidal variable lentamente a la señal filtrada con filtro de pasa banda del sensor 2. Los límites de la basabanda son en este caso los límites de la banda de frecuencia del ritmo neuronal patológico, que han sido determinados al principio. En las curvas de reposición de las fases se registra \varphie sobre \varphib a través de un medio para el registro de \varphie, de la fase de la actividad neuronal después de la estimulación, sobre \varphib, la fase de la actividad neuronal al comienzo de la estimulación, que representa un medio para la investigación de la repercusión del estímulo de dessincronización sobre la dinámica de las fases de la actividad neuronal a dessincronizar. En este caso, se trata, como se ha indicado a modo de ejemplo más arriba, de un ordenador, un circuito electrónico, un procesador, un circuito electrónico programable (FPGA) o un programa de ordenador. \varphie es en este caso la fase de la actividad neuronal, que se determina o bien inmediatamente después de la estimulación o con una demora de tiempo constante después de la estimulación. Esta demora de tiempo debe ser en este caso con preferencia menor que una longitud de periodos del ritmo neuronal a dessincronizar o mejor igual a cero. Puesto que la longitud de periodos del ritmo neuronal varía con el tiempo, con la longitud de periodos indicada anteriormente se entiende la longitud de periodos media en el tiempo. \varphib es la fase de la actividad neuronal, que se determina o bien inmediatamente en el instante del comienzo de la estimulación o con una demora de tiempo constante antes del comienzo de la estimulación. La demora de tiempo debería ser lo más pequeña posible, de una manera similar a la determinación de \varphie o mejor igual a cero. La demora de tiempo en la determinación de \varphie o \varphie debe ser, por lo tanto, lo más reducida posible, para que las variaciones inevitables de tiempo de la longitud de los periodos, no perjudiquen, a ser posible, la calidad de la evaluación. Si la intensidad seleccionada del estímulo sensorial de dessincronización es demasiado reducida, entonces la curva de reposición de las fases tiene típicamente un gradiente medio de 1. En cambio, si la intensidad es demasiado grande, entonces la curva de reposición de las fases tiene típicamente un gradiente medio de cero. El valor óptimo de la intensidad y el valor óptimo para la demora entre el último impulso de entrenamiento y el impulso de desincronización se encuentran exactamente en el lugar de la curva de reposición de las fases, en la que aparece la transición desde un gradiente medio 1 hacia un gradiente medio 0.

Esto se representa en la figura 5. Las figuras 5a a 5f muestran, respectivamente, una curva de reposición de las fases, en la que en las figuras parciales individuales la intensidad del estímulo sensorial es constante, pero entre las figuras parciales es diferente y, en concreto, desde la figura 5a hasta la figura 5f se incrementa desde valores pequeños hacia valores grandes. Los parámetros de estimulación óptima se encuentran en la transición desde la figura 5c hacia la figura 5e en el lugar marcado con la flecha, es decir, (i) el valor medio de las intensidades que pertenecen a las figuras 5c y 5d es la intensidad de dessincronización más fuerte, óptima para la duración seleccionada del estímulo, y (ii) la fase \varphib marcada en la figura 5d con la flecha en el punto de inversión es el valor de las fases, que corresponde al intervalo de tiempo de dessincronización más fuerte, óptimo para la duración seleccionada del estímulo entre el último estímulo del entrenamiento y el estímulo de dessincronización. Este intervalo de tiempo se puede indicar o bien en un tiempo absoluto o -de manera similar a ello- como se representa en la figura 5 como fase de la actividad neuronal. En las curvas de reposición de las fases se puede indicar de una manera correspondiente como eje-x equivalente a \varphib también e intervalo de tiempo absoluto entre el último estímulo del entrenamiento y el estímulo de dessincronización, Si los datos experimentales son muy ruidosos, entonces se realizan varias mediciones en la creación de una curva de reposición de las fases, respectivamente, para una pareja de valores que están constituidos por intensidad y \varphib, y se utiliza el valor medio de \varphie.

La unidad de control 4 controla la estimulación sensorial de dos maneras diferentes. La dessincronización controlada según las necesidades se puede realizar o bien de forma repetitiva o constante. En ambos modos de funcionamiento se utiliza en este caso un entrenamiento para la dessincronización efectiva. La frecuencia del entrenamiento, es decir, la tasa de la secuencia de entrenamiento de estímulos sensoriales, se calcula en la exploración de la frecuencia realizada con anterioridad. En este caso, se determina a qué frecuencia de excitación f_{A} la amplitud del ritmo patológico es máxima. Si la frecuencia de excitación f_{A} está identificada o bien están identificadas varias frecuencias de excitación, entonces se puede comenzar con la dessincronización. En el caso de que se encuentren varias frecuencias de excitación, entonces se utiliza para la dessincronización aquélla que provoque el efecto de entrenamiento más fuerte, es decir, la excitación máxima de la amplitud.

a) Aplicación repetitiva

En la aplicación repetitiva se ofrece de forma repetitiva la misma secuencia de estímulos de dessincronización. En las pausas entre estas secuencias de estímulos de dessincronización no se ofrece ningún estímulo.

El paciente es instruido antes del comienzo de la dessincronización controlada por las necesidades a través de un investigador o bien a través del aparato. Es decir, que o bien se dice al paciente por el investigador cómo debe procesar las secuencias de estímulos ofrecidas de forma repetitiva o el aparato señaliza esto al paciente, por ejemplo a través de instrucciones visuales o auditivas: el paciente lee o escucha lo que debe hacer.

Por ejemplo, el paciente debe buscar, durante la estimulación visual, en los patrones de estímulos visuales ofrecidos de forma repetitiva, determinados objetos o patrones individuales, por ejemplo figuras Kanizsa, debe contarlas o bien compararlas entre sí. El investigador controla con los medios para la verificación de la estimulación 6 en este caso con preferencia la actuación de la estimulación sobre la actividad del cerebro y el procesamiento de la información del paciente, que es reconocido a través de la tecla 5. Por ejemplo, el paciente debe pulsar la tecla 5 cada vez que ha reconocido determinados patrones parciales. De esta manera, el investigador controla si se mejora o bien se posibilita el reconocimiento de los estímulos sensoriales ofrecidos a través de la atenuación o bien la supresión del ritmo patológico. Si la reacción del paciente falla al menos una vez, entonces se transmite desde la unidad de control 4 una señal adecuada a los medios para la verificación de la estimulación 6 y, por lo tanto, al investigador. Esta señal sirve para la finalidad de comunicar al investigador que el paciente no quiere o no está en condiciones de procesar los estímulos sensoriales según el cometido predeterminado.

La unidad de control 4 controla la oferta de los estímulos sensoriales de la siguiente manera:

Se aplica una secuencia periódica de entrenamiento de estímulos sensoriales con la frecuencia de excitación óptima f_{A}. Pero los estímulos sensoriales utilizados para ello no tienen que ser idénticos. Con preferencia, los estímulos sensoriales utilizados son idénticos con relación a los siguientes parámetros, para realizar un entrenamiento efectivo:

(i)

Son de la misma calidad, es decir, que se trata, por ejemplo, en cada caso del mismo patrón visual.

(ii)

Tienen la misma intensidad, es decir, por ejemplo, la misma intensidad de luz o el mismo volumen.

(iii)

Tienen el mismo contraste, es decir, por ejemplo, en el caso de estímulos visuales tienen el mismo contraste claro-oscuro.

(iv)

Tienen la misma duración.

Con una demora constante se lleva a cabo a continuación la aplicación del estímulo de dessincronización en la posición de la fase vulnerable del ritmo patológico. El estímulo sensorial de dessincronización es con preferencia de la misma modalidad, es decir, que cuando los estímulos de entrenamiento son estímulos visuales, entonces también el estímulo de dessincronización es un estímulo visual y no es, por ejemplo, un estímulo auditivo.

El estímulo de dessincronización puede, pero no debe ser de la misma calidad que el estímulo de entrenamiento. Con preferencia, es de la misma calidad, es decir, que tiene, por ejemplo, el mismo patrón visual. El estímulo de dessincronización se diferencia, sin embargo, con preferencia de los estímulos de la secuencia de estímulos de entrenamiento a través de su duración y/o su intensidad y/o su contraste.

Tanto pronto como se ha aplicado el estímulo de dessincronización, no se presenta temporalmente ningún estímulo. A continuación de la oferta de estímulos, el paciente debe reconocer con preferencia a través de la tecla 5 si estaba en condiciones de solucionar el cometido planteado, por ejemplo la localización de objetos especiales o patrones visuales. Después de tal estímulo de dessincronización transcurre una pausa, cuya duración está distribuida estadísticamente -con preferencial igualmente distribuida- en un intervalo predeterminado. Durante esta pausa, no se realiza ninguna estimulación. Después de esta pausa, se realiza la siguiente estimulación con el mismo estímulo de dessincronización compuesto, que está constituido por una secuencia de estímulos de entrenamiento y por un estímulo individual de dessincronización. En el marco de la aplicación repetitiva, la unidad de control 4 controla si la dessincronización de la población de neuronas patológicamente activa es efectiva, es decir, si la atenuación del ritmo patológico es suficientemente fuerte. Si éste es el caso, se estimula repetitivamente de forma progresiva. En el caso de que la atenuación del ritmo patológico sea insuficiente al menos una vez, debe calibrarse de nuevo con el procedimiento de calibración descrito anteriormente.

La figura 2 muestra una excitación con la frecuencia de resonancia, después de la cual se realiza en la fase vulnerable un impulso de dessincronización. En este caso, se registra sobre el eje-x el tiempo y sobre el eje-y la intensidad del estímulo sensorial.

b) Aplicación constante

A diferencia de la aplicación repetitiva a), en la aplicación constante se estimula sensorialmente de forma permanente. Siempre que se exceda un valor umbral de la amplitud determinada como se ha descrito anteriormente de la actividad neuronal de dessincronización, se lleva a cabo una dessincronización. A tal fin, se aplica una secuencia de impulsos de entrenamiento seguida por al menos un estímulo individual (figura 2). En los tiempos entre las dessincronizaciones se realiza una estimulación sensorial constante. A este respecto, existen dos posibilidades:

I)

En los tiempos entre las dessincronizaciones se estimula con una secuencia periódica de estímulos sensoriales. Esta secuencia está constituida por estímulos individuales idénticos, que se ofrecen con una frecuencia que es suficientemente diferente de la frecuencia de resonancia, de manera que no se produce ninguna resonancia.

II)

En los tiempos entre las dessincronizaciones se estimula con una secuencia estocástica de estímulos sensoriales. Los estímulos sensoriales de esta secuencia están constituidos por patrones visuales o auditivos idénticos, en los que se varían estadísticamente los siguientes parámetros de un estímulo a otro: en el caso de estímulos visuales, se puede variar el contraste y/o la claridad. En el caso de estímulos auditivos, se puede variar el volumen. Además, se puede variar la pausa entre los estímulos individuales y la duración de los estímulos individuales. En el caso de la variación estadística se varían a este respecto los parámetros correspondientes en límites habituales en experimentos fisiológicos de manera distribuida normal o igual.

El objeto de la estimulación descrita anteriormente en los puntos I y II es, en primer lugar, ofrecer al paciente de manera duradera el estímulo sensorial que debe ser procesado por él, para que el paciente pueda realizar constantemente el cometido que se le plantea, por ejemplo la localización de patrones parciales visuales y, en segundo lugar, impedir en este caso una resonancia del ritmo patológico.

La figura 3 muestra una curva ejemplar para el patrón temporal del estímulo sensorial, generado con los medios para la generación del estímulo sensorial 1, de manera que se utiliza la variante I, es decir, una estimulación periódica entre las dessincronizaciones. En la figura 3b se indican los patrones de actividad correspondientes de la región enferma del cerebro. En las figuras 3a y 3b, el eje-x es, respectivamente, el eje de tiempo. En la figura 3a, sobre el eje-y se registra la intensidad de los estímulos. En la figura 3b se representa la amplitud de la actividad neuronal a dessincronizar promediada temporalmente en una ventana de tiempo flexible.

En las figuras 3aa y 3b, los intervalos de tiempo T_{1} y T_{1}', T_{2} y T_{2}', T_{3} y T_{3}', T_{4} y T_{4}' así como T_{5} y T_{5}' son idénticos. En el intervalo de tiempo T_{1} o T_{1}', la amplitud del ritmo patológico a través de resonancia es máximo. En el intervalo de tiempo T_{2} o T_{2}' se coloca en la fase vulnerable un estímulo sensorial de dessincronización, que suprime totalmente o al menos reduce en su intensidad la actividad patológica. Esto conduce a una atenuación de la amplitud en la figura 3b en el intervalo de tiempo T_{2}'.

Como se ha descrito anteriormente en el punto I, en el intervalo de tiempo T_{3} se aplica una secuencia periódica de estímulos, cuya frecuencia se diferencia en una medida suficiente de la frecuencia de resonancia utilizada en el intervalo de tiempo T_{1}. De esta manera, en el intervalo de tiempo T_{3}' se provoca que a pesar de la estimulación sensorial del ritmo patológico, se eleva de nuevo sólo lentamente. En la configuración del caso II, en el intervalo de tiempo T_{3} se utiliza, en lugar de la secuencia periódica de estímulos, una secuencia estocástica de estímulos. Con esta medida, se suprime durante el mayor tiempo posible el ritmo patológico. En la figura 3b, esta fase se caracteriza por la sección T_{3}', en la que la curva de la actividad del cerebro a suprimir adopta valores mínimos. Tan pronto como en el intervalo de tiempo T_{3}' la actividad del cerebro ha excedido de nuevo un valor umbral, aparece el caso de necesidad de la dessincronización, de manera que en el intervalo de tiempo T_{4} se lleva a cabo una nueva dessincronización. En este caso, en el intervalo de tiempo T_{4} se realiza el mismo entrenamiento que en el intervalo de tiempo T_{1}. Después del entrenamiento se aplica en el intervalo de tiempo T_{5} un estímulo de dessincronización como en el intervalo de tiempo T_{2}. En este caso, el sensor 2 registra la actividad creciente de la región enferma del cerebro y transmite las señales a la unidad de control 4, que activa la siguiente dessincronización. A continuación de la dessincronización realizada en el intervalo de tiempo T_{5}, se aplica de nuevo como en el intervalo de tiempo T_{3} una secuencia periódica de estímulos, cuya frecuencia se diferencia en una medida suficiente de la frecuencia de resonancia, que corresponde a la configuración del caso I descrita anteriormente. De manera alternativa a ello, de acuerdo con la configuración del caso II descrita anteriormente, se puede utilizar también una secuencia estocástica de estímulos.

La invención comprende un programa de ordenador con medios de códigos del programa para el control de un dispositivo, que lleva a cabo al menos una de las etapas precedentes del procedimiento o una combinación discrecional de al menos dos de las etapas del procedimiento indicadas en la descripción, cuando se ejecuta el programa en un ordenador.

Además, la invención comprende un producto de programa de ordenador con medios de códigos del programa, que están memorizados en un soporte de datos legible por ordenador para ejecutar el procedimiento, en el que se basa el programa de ordenador. Este producto de programa de ordenador puede ser, por ejemplo, un disquete.

Además, la invención comprende un circuito electrónico, que es capaz de ejecutar las instrucciones del programa de ordenador o del producto de programa de ordenador.

Claims (7)

1. Dispositivo para la dessincronización, controlada por la necesidad, de una población de neuronas activa patológica y rítmicamente de un paciente, que comprende:

-

una unidad de control (4),

-

un estimulador (1) para la generación de estímulos visuales y/o auditivos y/o táctiles, que tienen la forma de impulsos y son recibidos por el paciente, y

-

al menos un medio para la detección de actividades del cerebro (2) del paciente, en el que el estimulador (1) y al menos un medio para la detección de actividades del cerebro (2) están en conexión con la unidad de control (4),

caracterizado porque

-

la unidad de control (4) comprende

-

un primer medio, que activa el estimulador (1) de tal forma que el estimulador (1) genera una secuencia de impulsos, de manera que se varía la frecuencia, con la que se generan los impulsos de la secuencia de impulsos y en el que el primer medio calcula, con la ayuda de la actividad del cerebro registrada por el medio para la detección de las actividades del cerebro (2) durante la generación de la secuencia de impulsos, con qué primera frecuencia de los impulsos generados se excita la actividad neuronal del paciente, y

-

un segundo medio, que activa el estimulador (1), de tal manera que el estimulador (1) genera una secuencia periódica de impulsos, cuyos impulsos son generados con la primera frecuencia, y un impulso siguiente, en el que la generación de la secuencia periódica de impulsos y del impulso siguiente se realiza varias veces y en este caso se varían el intervalo de tiempo entre la secuencia periódica de impulsos y el impulso siguiente y la intensidad del impulso siguiente, en el que el segundo medio calcula, con la ayuda de la actividad del cerebro registrada por el medio para la detección de las actividades del cerebro (2) durante la generación múltiple de la secuencia periódica de impulsos y del impulso siguiente, con qué primer intervalo de tiempo entre la secuencia periódica de impulsos y el impulso siguiente y con qué primera intensidad del impulso siguiente se dessincroniza la población de neuronas activa patológica y rítmicamente con mayor fuerza, y

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porque la unidad de control (4) está configurada de tal forma que la unidad de control (4) después del cálculo de la primera frecuencia, del primer intervalo de tiempo y de la primera intensidad, activa el estimulador (1) de tal forma que el estimulador (1) genera una secuencia periódica de impulsos, cuyos impulsos son repetidos con la primera frecuencia, y un impulso siguiente, en el que el impulso siguiente sigue con el primer intervalo de tiempo a la secuencia periódica de impulsos y el impulso siguiente presenta la primera intensidad.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el estimulador (1) es al menos un componente del grupo que está constituido por una pantalla, unas gafas de registro, un altavoz, unos auriculares, un indicador de presión y un láser modulado en el tiempo.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el medio para la detección de actividades del cerebro (2) es al menos un componente del grupo que está constituido por un electrodo Skalp-EEG y un sensor MEG.

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el medio para la detección de actividades del cerebro (2) está conectado a través de un amplificador de separación (3) con la unidad de control (4).

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque comprende un medio para el reconocimiento de una reacción del paciente (5), que está conectado en la unidad de control (4).

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el primer medio activa el estimulador (1), de tal forma que la frecuencia de la secuencia de impulsos generada por el estimulador (1) se varía entre 1 y 100 Hz.

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el impulso siguiente es un impulso individual o el primer impulso de una secuencia periódica de impulsos con 2 a 10 impulsos.