ES2225660T3

ES2225660T3 - Dispositivo de estimulacion magnetica transcraneal y de cartografia cortical.

Info

Publication number: ES2225660T3
Application number: ES02002033T
Authority: ES
Inventors: Philipp Dr. Tanner
Original assignee: Brainlab AG
Current assignee: Brainlab AG
Priority date: 2001-06-28
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2005-03-16
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: US6827681B2; ATE294010T1; ATE390948T1; US20040193002A1; ATE272357T1; EP1273320A1; DE50106039D1; US20030004392A1; ES2238365T3; DE50212000D1; EP1273320B1; US7008370B2; DE50200734D1

Abstract

Dispositivo para determinar la función de una zona determinada del cerebro con un dispositivo para estimular y/o inhibir al menos una zona determinada de un cerebro, con una pluralidad de bobinas situadas en una superficie esférica o elipsoidal que pueden emitir simultáneamente varios impulsos estimuladores para poder inducir impulsos estimuladores simultáneamente en diferentes puntos del cerebro.

Description

Dispositivo de estimulación magnética transcraneal y de cartografía cortical.

La presente invención trata de un dispositivo para la estimulación magnética transcraneal (EMT), preferentemente para la EMT navegada, en especial para la localización y/o determinación funcional no invasiva de determinadas zonas de un cerebro, como, por ejemplo, las denominadas áreas cerebrales primarias o secundarias. De esta manera, por ejemplo, se pueden cartografiar las funciones cerebrales, es decir, se pueden asignar a determinadas zonas del cerebro, lo que también se denomina cartografía cortical. Asimismo es posible detectar qué zona del cerebro o de una circunvolución de la corteza cerebral desempeña una función determinada.

En diferentes campos de la medicina, como, por ejemplo, en la neurología, la psiquiatría o la neurocirugía, resulta deseable poder localizar determinadas zonas funcionales del cerebro para cartografiar las funciones cerebrales. Si, por ejemplo, se ha de extirpar un tumor cerebral mediante una intervención quirúrgica, el tumor debe extirparse lo más completamente posible sin dañar, en la medida de lo posible, especialmente las denominadas áreas cerebrales primarias, que desempeñan un papel decisivo en cuanto a la motricidad, la sensibilidad, el lenguaje o las capacidades visuales de una persona. En una intervención quirúrgica, estas zonas, a ser posible, no deben ser dañadas en absoluto o sólo muy ligeramente.

La detección de estas zonas cerebrales específicas se realizó de forma intraoperatoria según un procedimiento directo conocido, en el que se llevó a cabo una estimulación cortical directa (ECD) mediante electrodos en un cráneo abierto. En este proceso se introdujo un electrodo en una zona determinada del cerebro y se aplicó un impulso eléctrico, observándose la reacción de la persona explorada al impulso eléctrico, por ejemplo la contracción de un músculo o la percepción de impresiones visuales. Las zonas cerebrales específicas detectadas mediante la estimulación cortical directa se marcaron mediante la colocación de pequeñas plaquitas que, en una operación cerebral siguiente, ayudaban al cirujano a orientarse respecto a las zonas cerebrales que, a ser posible, no debía dañar. La estimulación cortical directa constituye hasta la fecha el procedimiento más preciso para cartografiar las funciones cerebrales y permite una exactitud en la detección de determinadas áreas cerebrales que se encuentra en el intervalo de unos pocos milímetros. Sin embargo, este procedimiento sólo se puede realizar de forma intraoperatoria, debiendo estar la persona explorada totalmente consciente. Esto, sin embargo, puede causar problemas al aplicar este procedimiento puesto que este estado es desagradable para la persona explorada y, en caso de producirse complicaciones, la persona no se puede simplemente acostar e inmovilizar debido a que la bóveda del cráneo está abierta.

Se conocen además diferentes procedimientos indirectos para cartografiar las funciones cerebrales, con los cuales, sin embargo, sólo se puede lograr una exactitud considerablemente menor en la detección de áreas cerebrales específicas. Así, por ejemplo, en la tomografía por resonancia magnética nuclear funcional (TRMNf), la persona explorada debe realizar determinadas acciones, como, por ejemplo, mover la mano, que activan la circulación sanguínea de las zonas cerebrales asignadas a estas acciones. Esta alteración en la circulación sanguínea de determinadas zonas cerebrales se puede medir mediante el desacoplamiento de la circulación sanguínea y el consumo de oxígeno durante la actividad neuronal, puesto que de este modo se produce una hiperoxigenación y, con ello, una disminución de la concentración de la desoxihemoglobina paramagnética (efecto BOLD), que se puede medir después con la tomografía por resonancia magnética nuclear mediante secuencias adecuadas como el denominado "medio de contraste endógeno". Sin embargo, como se mencionó anteriormente, este procedimiento es relativamente poco preciso y proporciona tan sólo una resolución espacial que se encuentra en el intervalo de aproximadamente 0,5 a 1,0 cm.

Por Neurosurgery 1992-1998, diciembre de 1997, volumen 41, número 6, 1319 "Stereotactic Transcranial Magnetic Stimulation: Correlation with Direct Electrical Cortical Stimulation" se conoce un procedimiento en el que se usa una estimulación magnética transcraneal (EMT) estereotáctica para el mapeo funcional preoperatorio de la corteza motora. La cabeza del paciente se sujeta de forma fija y rígida a un apoyacabeza, en el que está previsto un brazo giratorio en el que está dispuesta una bobina en forma de 8 de tal manera que la punta del brazo se encuentra debajo del punto de intersección de la bobina. El brazo se orienta de tal manera que la punta situada debajo del punto de intersección de las dos bobinas señale hacia una zona determinada en la que se ha de inducir una corriente.

Por el documento US 5.738.625 se conoce un procedimiento para estimular células nerviosas magnéticamente.

El documento US 5.644.234 describe un procedimiento de resonancia magnética nuclear (RMN) en el que se ha de hallar la posición de una microbobina en un objeto.

Por el documento WO 98/06342 se conocen un procedimiento y un dispositivo para la estimulación magnética transcraneal del cerebro, en el que se usa un núcleo magnético aproximadamente semiesférico envuelto por bobinas para generar una señal estimuladora. Con el dispositivo y el procedimiento descritos se ha de localizar la función del lenguaje.

Por el artículo "Focusing and targeting of magnetic brain stimulation using multiple coils" de J. Ruohonen y R.J. Ilmoniemi en Medical & Biological Engineering & Computing (XP-000751652) se conoce el uso de un campo de bobinas para mejorar el enfoque de una estimulación magnética mediante una excitación variable de cada una de las bobinas.

Un objetivo de la presente invención es proponer un dispositivo para la estimulación de determinadas zonas de un cerebro, con el que se pueda mejorar la exactitud espacial de la estimulación y la localización de determinadas zonas cerebrales.

Este objetivo se alcanza según se define en la reivindicación 1.

En el sentido de la invención, por estimulación no sólo se entiende la estimulación activa real de una zona o punto cerebral determinado, sino también la aplicación o generación de señales que causan la supresión funcional de determinadas zonas cerebrales, denominada con frecuencia también lesión funcional. Por lo tanto, el término "estimulación" debe entenderse como que también se puede provocar un bloqueo o una inhibición de las funciones cerebrales mediante determinadas señales estimuladoras. La estimulación o inhibición de una zona cerebral se lleva a cabo aplicando o generando en el cerebro señales mediante un dispositivo de estimulación, como, por ejemplo, una bobina colocada sobre la cabeza a través de la cual pasa una corriente, para generar en el cerebro señales eléctricas por inducción, en la que las señales pueden tener una determinada forma de impulso o pueden ser una secuencia de impulsos con determinadas formas de impulso y de una o varias frecuencias predeterminadas. Se ha observado que cuando se usan frecuencias más elevadas, por ejemplo en el intervalo de 50 Hz, se pueden bloquear o inhibir determinadas zonas cerebrales de manera que ya no pueden realizarse las funciones que deben cumplir las zonas cerebrales afectadas, como, por ejemplo, la percepción de un estímulo externo. Por otro lado, la estimulación se lleva a cabo preferentemente mediante un único impulso magnético o mediante uno eléctrico inducido por él.

En un procedimiento para estimular y/o inhibir una zona determinada de un cerebro, por ejemplo un punto aislado o una agrupación o red de varios puntos, se registra primero, usando, por ejemplo, un dispositivo de inducción como dispositivo de estimulación, la estructura espacial de la cabeza o del cerebro que se ha de explorar, por ejemplo mediante procedimientos de resonancia magnética nuclear (RMN), tomografía computerizada (TC), ultrasonido, rayos X, registros de vídeo con reconstrucción siguiente de la superficie del cerebro u otros procedimientos de exploración conocidos. Sobre la base de la estructura espacial así obtenida de la cabeza o del cerebro se genera un modelo de simulación de la superficie del cerebro. De este modo se aprovecha, de acuerdo con la invención, el hecho de que, por ejemplo, las funciones sensoriales, motoras, visuales, auditivas y olfativas son percibidas por zonas situadas en la superficie del cerebro. Puesto que el cerebro presenta una superficie irregular, de acuerdo con la invención se intenta simular esta superficie lo más exactamente posible para realizar, sobre la base de un modelo de simulación así generado, una estimulación a ser posible ortogonal o perpendicular a la superficie de una zona que se ha de estimular. Si un dispositivo de estimulación, como, por ejemplo, una bobina, para la generación de una señal estimuladora, como es habitual en el estado de la técnica, se dispusiera respecto a la superficie de la cabeza de tal manera que el campo magnético generado por la bobina sea lo más perpendicular posible a la superficie de la cabeza, podría ocurrir que, debido a la superficie irregular del cerebro, se estimulara una zona de la superficie del cerebro por un campo magnético que no es perpendicular a la superficie del cerebro y que, por lo tanto, debido a su posición relativa inclinada, se estimulara involuntariamente una zona mayor o diferente del cerebro. En general, mediante un dispositivo de inducción, como, por ejemplo, una bobina, se genera un campo magnético que induce un campo eléctrico para la estimulación en la superficie del cerebro. Por lo tanto, el dispositivo de inducción se posiciona respecto a la cabeza o a la superficie del cerebro de manera que el dispositivo de inducción genere un campo magnético que, a ser posible, sea exactamente perpendicular a la superficie del cerebro o se desvíe tan sólo relativamente poco, por ejemplo 5 grados. Puede ocurrir que el dispositivo de inducción no tenga que posicionarse en dirección ortogonal respecto a la superficie de la cabeza. Este es el caso especialmente cuando la zona que se ha de estimular en la superficie del cerebro no es paralela a la superficie de la cabeza. De acuerdo con la invención, se ha de estimular una zona determinada del cerebro o de la superficie del cerebro mediante un dispositivo de inducción, preferentemente mediante una corriente que pasa por un dispositivo de inducción, de tal manera que se genere una señal estimuladora en la superficie del cerebro mediante un campo magnético que es lo más perpendicular posible a la superficie del cerebro.

Preferentemente, la superficie del cerebro se modela o aproxima por polígonos, es decir que, sobre la base de los datos obtenidos por el registro de la estructura espacial del cerebro, se generan polígonos que como una pluralidad de planos más pequeños forman un modelo tridimensional de la superficie del cerebro y, con ello, constituyen en cierto modo las paredes o los límites exteriores de la superficie del cerebro. De acuerdo con la invención, un dispositivo de inducción se posiciona ventajosamente de tal manera que, en caso de que se deba realizar una estimulación de una zona determinada de la superficie del cerebro, el campo magnético generado por el dispositivo de estimulación sea lo más perpendicular posible al polígono o a la superficie simulada del cerebro que debe ser estimulada. El dispositivo de estimulación o de inducción se puede posicionar, por ejemplo, de manera que genere un campo magnético máximo en aproximadamente el centro de un polígono usado para la simulación de la superficie del cerebro.

Como dispositivo de estimulación se usan varios elementos que pueden generar un campo eléctrico o magnético, como, por ejemplo, bobinas con o sin núcleo.

Ventajosamente se realiza un denominado "tracking" (alineación) de un dispositivo de estimulación usado, en el que, usando procedimientos y dispositivos conocidos, como, por ejemplo, marcadores reflectantes colocados en la cabeza y en el dispositivo de estimulación, se lleva a cabo un registro de los elementos correspondientes y el dispositivo de estimulación se navega, es decir, se dirige y se posiciona respecto a la superficie del cerebro de tal manera que el campo magnético generado por el dispositivo de estimulación sea lo más perpendicular posible a la superficie del modelo de simulación tridimensional del cerebro y adopte un valor máximo en el punto de estimulación deseado. Los procedimientos y dispositivos para el posicionamiento y la navegación de instrumentos respecto a una persona son conocidos en el estado de la técnica y no se describen con más detalle en la presente memoria. Como ejemplo se remite a los procedimientos descritos en la solicitud de prioridad EP 01114823.6 del solicitante.

Preferentemente se halla y ventajosamente se indica la posición de un dispositivo de estimulación respecto a un punto que se desea estimular, de manera que, usando la posición relativa así hallada del dispositivo de estimulación y del punto de estimulación deseado, una persona puede colocar el dispositivo de estimulación en la posición deseada para estimular el punto de estimulación. Puede estar previsto ventajosamente un bloqueo del dispositivo de estimulación, como, por ejemplo, un bloqueo de la corriente de la bobina, en caso de que, por ejemplo, el ángulo entre un campo magnético que puede generar el dispositivo de estimulación y la perpendicular a la superficie
estimulada del cerebro, por ejemplo de la perpendicular a un polígono determinado sobre una zona que se ha de estimular, se desvía en más de un ángulo predeterminado de, por ejemplo, 5 grados. Por ejemplo, se puede simular e indicar un campo eléctrico inducido y/o un campo magnético que puede ser generado por el dispositivo de estimulación para comprobar de este modo la exactitud de la posición del dispositivo de estimulación antes de la realización real de una estimulación.

El conjunto de datos tridimensionales para la generación de un modelo de simulación de la superficie del cerebro puede variar en su grado de detalle a lo largo de toda la superficie del cerebro, para modelar, por ejemplo, zonas cerebrales más grandes y regulares mediante un número menor de polígonos y modelar zonas cerebrales con un grado de detalle mayor mediante un número mayor de polígonos.

El procedimiento antes descrito se puede usar tanto sin como en combinación con el procedimiento descrito en la solicitud de patente EP 01114823.6 antes mencionada, es decir que también se puede generar y usar, por ejemplo, un modelo de simulación de la cabeza y/o del dispositivo de inducción para posicionar adecuadamente un dispositivo de estimulación. Así, un dispositivo de estimulación, como, por ejemplo, una bobina de inducción, se puede posicionar simplemente de manera que una línea que pasa por el centro de la bobina sea perpendicular a o forme un determinado ángulo con el modelo de simulación de la superficie del cerebro para estimular un punto deseado. También se pueden usar adicionalmente modelos de simulación más precisos del dispositivo de inducción y/o modelos de simulación de la cabeza usando, por ejemplo, un modelo de múltiples capas de la cabeza, como se describe en el documento EP 01114823.6.

También es posible usar el procedimiento antes descrito y el descrito en el documento EP 01114823.6 juntos, es decir que la superficie del cerebro se modela, por ejemplo, usando el procedimiento antes descrito y se tienen en cuenta las propiedades eléctricas y magnéticas de las estructuras situadas encima de la superficie del cerebro según la enseñanza del documento EP 01114823.6 para poder posicionar correctamente la bobina antes de realizar una estimulación real.

En un dispositivo para estimular una zona determinada de un cerebro con un dispositivo de estimulación o de inducción puede estar previsto un dispositivo de registro, como, por ejemplo, un tomógrafo de resonancia magnética nuclear, para registrar la estructura espacial de la cabeza, especialmente del cerebro. Sobre la base de los datos así obtenidos se genera en un dispositivo de cálculo un modelo de simulación para la aproximación o simulación tridimensional de la superficie del cerebro.

Ventajosamente está previsto un dispositivo de navegación que sirve para posicionar el dispositivo de estimulación o de inducción, provisto preferentemente de marcadores, en relación con la cabeza o a la superficie del cerebro de tal manera que se pueda estimular una zona determinada del cerebro o de la superficie del cerebro mediante un impulso del dispositivo de estimulación, por ejemplo una corriente que pasa por un dispositivo de inducción.

Preferentemente está previsto un dispositivo de mando, ventajosamente en combinación con una unidad indicadora, con el que se pueden dirigir los pasos de procedimiento antes descritos y representar las posiciones de, por ejemplo, el dispositivo de estimulación en relación con la cabeza o a la superficie del cerebro que se ha de simular y las señales estimuladoras.

El uso del procedimiento antes descrito y del dispositivo antes descrito permiten posicionar un dispositivo de estimulación, como, por ejemplo, una bobina, de manera que el campo magnético generado por el dispositivo de estimulación sea lo más perpendicular posible a la superficie del cerebro que se ha de estimular, pudiéndose posicionar, por ejemplo, el eje central de una bobina de tal manera que éste se sitúe en perpendicular a un modelo de simulación tridimensional de la superficie del cerebro antes de generar uno o varios impulsos.

El procedimiento y el dispositivo antes descritos se pueden usar para estimular un solo punto en el cerebro o en la superficie del cerebro, que a menudo también se denomina "Hot Spot" (punto caliente). Sin embargo, para detectar zonas funcionales en el cerebro que son responsables de funciones más complejas, a menudo no es suficiente realizar una estimulación magnética transcraneal de un solo punto y usar los potenciales evocados para hallar la posición de, por ejemplo, la corteza motora. Se sabe que determinadas funciones cerebrales no son percibidas por zonas estrechamente delimitadas del cerebro, sino que se pueden extender o distribuir por zonas más amplias. En general, una circunvolución constituye con frecuencia el único límite "nítido" conocido de una función cerebral, denominándose el espacio entre dos circunvoluciones surco. Sin embargo, las diferentes funciones motoras, por ejemplo, pueden ser percibidas por diferentes posiciones en una circunvolución, o las funciones del lenguaje, por ejemplo, por diferentes circunvoluciones.

Se puede realizar un procedimiento con el que se estimula al menos un punto determinado del cerebro o de la superficie del cerebro y en el que se registran al menos dos, preferentemente una pluralidad, como, por ejemplo, 8, 32, 100 o más, respuestas a un estímulo en una persona previendo, por ejemplo, varios dispositivos de registro de estímulos en diferentes posiciones, como, por ejemplo, en cada uno de los dedos de una mano y/o en otros grupos musculares, para obtener así, mediante un registro de múltiples canales y, ventajosamente, mediante una estimulación de múltiples canales, una información acerca de cómo una estimulación o patrón de estimulación determinado aplicado simultánea o sucesivamente en una o varias zonas del cerebro afecta a los grupos musculares. Se puede medir cuándo y con qué intensidad se mueve qué músculo o qué cantidad de músculos cuando se aplica un patrón de estimulación determinado. A partir de la asignación de patrones de estimulación a las respuestas a estímulos registradas a través de varios canales se puede obtener información sobre la asignación real de una función determinada, como, por ejemplo, la generación de una contracción muscular, a una posición o a una zona de una circunvolución. De este modo, a partir de las respuestas medidas a los impulsos se pueden hallar, por ejemplo con un patrón de estimulación secuencial, las áreas funcionales después de un determinado número de impulsos estimuladores. Este procedimiento permite una localización más rápida de las áreas funcionales.

Ventajosamente se define una estructura de red en la superficie del cerebro para fijar diferentes puntos de estimulación, pudiéndose aplicar impulsos estimuladores en los puntos de cruce de las líneas de la red, por ejemplo individual y sucesivamente en diferentes puntos de cruce o simultáneamente en varios puntos de cruce, con igual o diferente intensidad e igual o diferente patrón de frecuencias. El posicionamiento de la estructura de red se lleva a cabo preferentemente de manera que la red se encuentre sólo sobre una o varias áreas funcionales, pudiéndose realizar el posicionamiento de forma automática o semiautomática, es decir, por ejemplo, que los puntos de red posicionados mediante un ordenador teniendo en cuenta el modelo tridimensional del cerebro se pueden reajustar manualmente. El posicionamiento de un dispositivo de estimulación, como, por ejemplo, de una bobina, se puede realizar de manera conocida, como se describe en el documento EP 0114823.6, o usando los procedimientos y dispositivos antes descritos.

Si se realiza, por ejemplo, una estimulación en la zona de la corteza motora, es relativamente fácil medir la intensidad de la respuesta al estímulo, en este caso la intensidad de una contracción muscular. En general también se pueden hallar las intensidades de las respuestas al estímulo cuando se estimulan otras zonas del cerebro, por ejemplo la luminosidad de un destello percibido o el volumen de un sonido escuchado.

Por ejemplo, se puede desplazar o navegar una bobina de EMT guiada por ordenador de un punto de red a otro y se puede inducir, a través de la bobina de EMT, un impulso estimulador con un valor predeterminado superior a un umbral sensitivo predeterminado. Siempre se registran simultáneamente todas las respuestas a un estímulo de una estimulación determinada, y de este modo se puede hallar simultáneamente la respuesta a un estímulo para la estimulación de un solo punto de red o también de varios puntos de red.

Ventajosamente se aplica varias veces un impulso estimulador determinado o un patrón de estimulación de igual intensidad para permitir, por ejemplo, la promediación u otra evaluación de los datos de medición registrados.

Mediante el uso del procedimiento antes descrito se puede hallar ventajosamente para cada respuesta a un estímulo, es decir, por ejemplo, para el movimiento de un músculo determinado, una función de distribución o una función de intensidad de la representación del control motor de este músculo en la corteza motora. En otras palabras, mediante el registro simultáneo de varias respuestas a un estímulo en patrones de estimulación determinados se puede hallar la asignación de una respuesta determinada a un estímulo, como, por ejemplo, de una contracción muscular, a una zona determinada del cerebro, pudiéndose determinar las zonas del cerebro con una mayor y menor correlación con esta respuesta al estímulo usando la posición de los puntos de red usados para la estimulación. La función de intensidad o de sensibilidad obtenida a partir de las respuestas individuales al estímulo se puede concebir, por ejemplo, como una distribución tridimensional a lo largo de la superficie del cerebro, en la que la función de sensibilidad de un primer músculo se puede solapar con la función de sensibilidad de un segundo músculo y adopta, por ejemplo, un valor máximo en otra posición.

De acuerdo con la invención se usa un dispositivo de estimulación en el que se pueden emitir simultáneamente varios impulsos estimuladores y en el que se dispone, por ejemplo, una pluralidad de bobinas en una estructura de red de tal manera que se puedan aplicar varias bobinas simultáneamente con impulsos estimuladores iguales o diferentes para generar en la superficie del cerebro varios impulsos estimuladores, pudiéndose hallar, a partir de las respuestas a los estímulos medidas simultáneamente, qué zonas estimuladas eran las responsables de provocar una determinada respuesta a los estímulos y con qué ponderación o función de transferencia.

Puede estar previsto un dispositivo para la estimulación de al menos un punto del cerebro y al menos dos dispositivos de registro con los que se pueden medir las respuestas a un estímulo de un impulso inducido a través del dispositivo de estimulación.

El dispositivo de estimulación puede ser un dispositivo de estimulación guiado por ordenador que se puede posicionar con la mayor precisión posible en diferentes posiciones de la cabeza, o en general en relación con la superficie del cerebro, para generar un impulso estimulador.

El dispositivo de estimulación de acuerdo con la invención se compone de una pluralidad de dispositivos de estimulación individuales, como, por ejemplo, varias bobinas, para poder inducir simultáneamente impulsos estimuladores en diferentes puntos del cerebro. Este dispositivo de estimulación también se puede posicionar de forma guiada por ordenador y está configurada de manera que los dispositivos de inducción o las bobinas individuales se encuentren sobre una superficie esférica o elipsoidal para que se puedan colocar sobre una cabeza, debiendo presentar ventajosamente los dispositivos de estimulación individuales aproximadamente la misma distancia a la superficie del cerebro. De forma alternativa, se puede variar la distancia de los dispositivos de estimulación individuales para variar los parámetros de un impulso estimulador.

Ventajosamente está previsto un dispositivo de mando, preferentemente en combinación con un dispositivo indicador, para realizar al menos uno de los pasos de procedimiento antes descritos e indicar diferentes informaciones, como, por ejemplo, el posicionamiento de un dispositivo de inducción en relación con el cerebro, la superficie del cerebro simulada, un modelo de simulación del impulso inducido o similares.

Los impulsos estimuladores que se aplican en uno o varios puntos de la superficie del cerebro se pueden concebir como un vector de entrada cuyos elementos individuales constan de los impulsos estimuladores. Las respuestas a los impulsos medidas en varios puntos se pueden concebir como un vector de salida de un sistema que está representado por el cerebro y que se puede describir en forma de una matriz para obtener el vector de salida a partir del vector de entrada mencionado.

La tecnología de la EMT antes descrita se puede usar para localizar diferentes zonas del cerebro, como, por ejemplo, la corteza del lenguaje, la corteza visual, la corteza sensorial, la corteza auditiva o la corteza olfativa. Preferentemente se usa un sistema automático o automatizado para generar un mapa de las funciones cerebrales correspondientes.

En general existe el problema de que las funciones cerebrales más complejas no están localizadas en una zona estrechamente delimitada, sino que se realizan mediante un funcionamiento combinado de varias zonas del cerebro (agrupaciones). Se pueden usar impulsos de estimulación o inhibición para obtener, por ejemplo, una respuesta a un impulso estimulador o una lesión funcional, es decir, una breve supresión de la función, para poder realizar, sobre la base de estas informaciones, la cartografía, es decir, la asignación funcional de zonas del cerebro a determinadas funciones. Los impulsos estimuladores conducen generalmente al desencadenamiento de determinadas acciones, como, por ejemplo, una contracción muscular, o provocan impresiones sensoriales, como, por ejemplo, la percepción óptica de un destello, la percepción de un determinado sonido, la percepción de un determinado olor o, por ejemplo, la percepción de una sensación táctil, como, por ejemplo, un pinchazo. Si se genera una señal inhibidora para generar lesiones funcionales, lo que se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante la aplicación de impulsos de alta frecuencia, se pueden hallar, a través de fallos funcionales de la zona cerebral correspondiente observados en un voluntario, qué función cerebral está bloqueada en este momento. Por ejemplo, se puede bloquear una zona determinada del campo visual, se puede dejar de oír un intervalo de frecuencias, se pueden suprimir determinadas funciones del lenguaje, se puede dejar de percibir impresiones sensoriales, como, por ejemplo, un pinchazo o determinados olores.

Se pueden ofrecer a una persona de manera convencional determinados estímulos, como, por ejemplo, impresiones ópticas, acústicas, sensoriales u olfativas, para brindar a la persona la posibilidad de comparar estos estímulos con los estímulos que se generaron mediante los procedimientos de estimulación y dispositivos de estimulación antes descritos. Se puede realizar un procedimiento iterativo hasta que se halle una coincidencia lo más exacta posible entre la impresión sensorial natural y la impresión sensorial provocada por la EMT.

Respecto a la aplicación o generación de señales estimuladoras se remite a los procedimientos y dispositivos antes descritos.

Para detectar y estudiar la corteza visual puede estar previsto un dispositivo, como, por ejemplo, un proyector o unas gafas especiales, mediante el cual se representa, por ejemplo por líneas, la perimetría conocida del campo visual, conocida también por perímetro de Goldman. Si se genera una señal estimuladora de EMT en la zona de la corteza visual, la persona percibirá una impresión óptica, como, por ejemplo, un corto destello, o, dependiendo del tipo de señal, ya no reconocerá una determinada zona de una imagen representada. La zona de percepción del destello generado por la señal de EMT o la pérdida de una zona de una imagen en la perimetría del campo visual se puede correlacionar con la zona en la corteza visual en la que se generaron los impulsos estimuladores, de modo que se puede efectuar una asignación de determinadas zonas del campo visual a determinadas áreas de la corteza visual.

Para estudiar la corteza auditiva puede estar previsto un dispositivo para la generación de sonidos, como, por ejemplo, un altavoz o auriculares, para transmitir los sonidos directamente a través del aire al oído de una persona (vía aérea). De forma alternativa también es posible usar un vibrador electromecánico que se coloca sobre un hueso próximo al oído para generar una impresión acústica (vía ósea). En este caso se genera un sonido de una frecuencia constante que, dependiendo de los impulsos de estimulación de la EMT, o bien se suprime o bien se puede usar como referencia para una impresión sonora inducida por la EMT. Si un dispositivo de estimulación de EMT se desplaza por diferentes zonas de la corteza auditiva, se puede obtener una cartografía de la corteza auditiva para la representación de la percepción de diferentes intervalos de frecuencia.

Las disposiciones descritas anteriormente para las cortezas visual y auditiva también se pueden usar para estudiar la corteza del lenguaje. Para ello se pueden ofrecer a una persona determinadas señales ópticas y acústicas, por ejemplo a través de un monitor y/o auriculares. Preferentemente está previsto un micrófono para grabar lo que dice la persona. Se usan diferentes paradigmas del lenguaje, como, por ejemplo, un problema de denominación en el que una persona debe denominar un objeto que se le muestra, un problema de lectura, un problema de asociación o un problema de interpretación. Las respuestas que da la persona se recogen y se procesan con un sistema informático para obtener información acerca de la asignación de diferentes funciones del lenguaje en la corteza del lenguaje. Es posible, por ejemplo, que un sistema informático basado en las respuestas dadas por la persona posicione automáticamente uno o varios dispositivos de estimulación de EMT en diferentes puntos usando los procedimientos y dispositivos antes descritos, para poder estudiar así la corteza del lenguaje, a ser posible de forma automatizada.

Al estudiar la corteza del lenguaje se ha de tener en cuenta que, al contrario que, por ejemplo, en la corteza motora, en la mayoría de los casos no es posible realizar una asignación clara de los impulsos estimuladores a la respuesta al estímulo, puesto que las diferentes funciones necesarias para la percepción del lenguaje o el comportamiento frente al lenguaje están distribuidas por varias zonas del cerebro.

Para estudiar la corteza sensorial se puede mostrar a una persona, por ejemplo, una reproducción del cuerpo humano en la que la persona debe señalar las zonas de la reproducción en las que tiene una impresión sensorial a causa de una estimulación de EMT. De forma alternativa, una persona también puede señalar la parte correspondiente de su propio cuerpo o comunicar lingüísticamente dónde se produjo una impresión sensorial. Asimismo también se puede bloquear una impresión sensorial por inhibición, es decir que un voluntario ya no siente ningún estímulo sensorial, como, por ejemplo, un pinchazo, cuando se aplican, por ejemplo, las señales de EMT correspondientes.

Para estudiar la corteza olfativa se puede ofrecer a una persona una serie de ensayo de fragancias. A continuación se aplica un estímulo de EMT en determinadas zonas de la corteza olfativa. Una persona puede comparar el olor percibido a través de la nariz con el olor generado en el cerebro a través de la señal de estimulación de EMT y determinar de forma iterativa, por ejemplo repitiendo varias veces el procedimiento, qué olor percibido realmente se parece más al olor generado por la EMT, para realizar de este modo una cartografía de la corteza olfativa.

Un dispositivo de acuerdo con la invención para la determinación de la función de una zona determinada del cerebro presenta al menos un dispositivo para
estimular y/o inhibir al menos una zona determinada del cerebro y un dispositivo para la generación de una impresión visual y/o acústica y/o sensorial y/o olfativa. Concretamente, el dispositivo debe estar configurado de manera que sea adecuado para la realización de los pasos de procedimiento antes descritos.

Con los procedimientos y dispositivos antes descritos se puede realizar automáticamente la estimulación exacta de áreas cerebrales individuales, usando preferentemente procedimientos de navegación conocidos con, por ejemplo, marcadores pasivos, el registro de la respuesta al estímulo y, en caso necesario, la modificación de los patrones de estimulación para una nueva estimulación. Así, por ejemplo, la función de una zona determinada del cerebro se puede determinar fácilmente posicionando un dispositivo de estimulación de forma automática y, preferentemente, navegada en una persona que se ha de explorar, para generar de forma secuencial y/o simultánea patrones de estimulación generados automáticamente en uno o varios puntos en determinadas zonas del cerebro, llevándose a cabo una medición de la respuesta al estímulo o de las respuestas al estímulo. Esto se puede llevar a cabo de forma automática, por ejemplo mediante sensores colocados en los músculos, o por interacción con la persona que se va a explorar, la cual es preguntada acerca de determinadas impresiones sensoriales o debe declarar ella misma a este respecto, dado el caso por comparación con un estímulo de referencia o por observación del voluntario mientras resuelve problemas planteados preferentemente de forma automática, como, por ejemplo, cuando se estudia la corteza del lenguaje.

Aunque la invención se ha descrito según varios aspectos, los aspectos individuales de la invención también se pueden usar en combinación entre sí, es decir que se pueden usar, por ejemplo, modelos de simulación tridimensionales de la superficie del cerebro en la estimulación de una o varias zonas del cerebro y en el registro automático de una o varias respuestas al estímulo, en los que la distribución funcional de la corteza del lenguaje, por ejemplo, se halla automáticamente planteando, a través de una pantalla de ordenador, determinados problemas que abordan diferentes funciones del lenguaje de diferentes zonas del cerebro y registrando la solución de los problemas planteados de forma automática, por ejemplo hablando a través de un micrófono o mediante la entrada en un teclado. De este modo, dependiendo de los resultados así obtenidos, se puede llevar a cabo, por ejemplo, un nuevo posicionamiento de uno o varios dispositivos de estimulación y/o modificar un impulso estimulador aplicado para la estimulación y/o inhibición, después de lo cual se realiza la misma u otra prueba para poder localizar automáticamente las áreas cerebrales funcionales. En general, la invención también se puede usar para la localización semiautomática de determinadas áreas cerebrales, interviniendo, por ejemplo, en el proceso de la prueba una persona de vigilancia que puede modificar determinados procesos de la prueba.

La invención se describe a continuación mediante ejemplos de realización con referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

La Figura 1 la distribución esquemática de las funciones cerebrales en el cerebro;

la Figura 2 de forma esquemática la distribución de las funciones motoras en la circunvolución;

la Figura 3A un patrón de prueba para la especificación de los puntos de estimulación según el estado de la técnica; y

la Figura 3B la desviación de los puntos que reciben los impulsos de estimulación reales de los puntos de estimulación especificados debido a imprecisiones en el posicionamiento;

la Figura 4A imágenes seccionales de TRMN de una imagen del cerebro; y

la Figura 4B una superficie cerebral aproximada de acuerdo con la invención con punto de estimulación;

la Figura 5 esquemáticamente una estructura de red para la generación de patrones de estimulación en la superficie del cerebro;

la Figura 6A y 6B funciones de distribución en la superficie del cerebro para la red mostrada a modo de ejemplo en la Figura 5 para respuestas a un estímulo en dos músculos diferentes;

la Figura 7A una representación esquemática de los puntos de estimulación C3, C4 y C5 en una estructura de red;

la Figura 7B las respuestas a un estímulo obtenidas para dos músculos diferentes para la estimulación en los puntos C3, C4 y C5; y

la Figura 7C una representación esquemática de una función de distribución de la sensibilidad de dos músculos respecto a una estimulación en los puntos C3, C4 y C5;

la Figura 8A un montaje experimental para el estudio de la corteza visual;

la Figura 8B una representación de la perimetría del campo visual;

la Figura 9 una representación esquemática de la interconexión neuronal del sistema visual; y

la Figura 10 una representación esquemática de las zonas cerebrales importantes para el lenguaje.

La Figura 1 muestra de forma esquemática las funciones distribuidas por diferentes zonas del cerebro, como, por ejemplo, las cortezas visual, auditiva, olfativa, motora, sensorial y del lenguaje. Esta basta división de la función cerebral es esencialmente la misma en todos los hombres y se puede usar como primera aproximación para el posicionamiento de acuerdo con la invención de un dispositivo de estimulación y para la estimulación de una zona determinada del cerebro.

La Figura 2 muestra a modo de ejemplo las funciones motoras dispuestas en la circunvolución precentral con su asignación a los músculos correspondientes.

Se han realizado ya numerosos estudios para poder cartografiar grosso modo las funciones cerebrales, como se muestra en las Figuras 1 y 2. Sin embargo, estas bastas divisiones sólo se pueden usar como punto de partida para una cartografía cortical exacta posterior, que se realiza de acuerdo con la invención tal y como se ha descrito anteriormente y se puede usar, por ejemplo, para definir lo más exactamente posible la función de una determinada zona del cerebro.

La Figura 3A muestra para los hemisferios cerebrales izquierdo y derecho respectivamente unas posiciones designadas con 1 a 9 para el posicionamiento de un dispositivo de estimulación. Si la estimulación se realiza con un procedimiento conocido en el estado de la técnica, aparece, por ejemplo, la distribución real mostrada en la Figura 3B de los puntos de estimulación 1 a 9 en la superficie del cerebro, lo que es una consecuencia directa de la imprecisión en el
posicionamiento actual del dispositivo de estimulación sin control de la posición, por ejemplo mediante la representación de la superficie del cerebro, y de la estructura irregular de la superficie del cerebro, es decir que la superficie del cerebro no discurre exactamente en paralelo a la superficie de la cabeza.

De acuerdo con la invención se usa un conjunto de datos obtenido, por ejemplo, mediante tomografía computerizada o resonancia magnética nuclear a partir de una imagen de una cabeza o de un cerebro, como se muestra en la Figura 4A, para generar el modelo tridimensional mostrado en la Figura 4B, formado por una pluralidad de polígonos para la aproximación y la descripción tridimensional de la superficie del cerebro. Sobre la base del modelo tridimensional de la superficie del cerebro mostrado en la Figura 4B se puede calcular para la estimulación de una zona determinada de la superficie del cerebro mostrada en la Figura 4B la posición adecuada del dispositivo de estimulación, como, por ejemplo, una bobina. Para ello se determina primero la zona de la superficie del cerebro que se ha de estimular. Se usa el elemento superficial que describe esta zona o un valor medio de varios elementos superficiales que describen esta zona para determinar de forma lo más centrada posible una línea perpendicular a esta zona que señala hacia fuera y que, por ejemplo, debe atravesar el eje central de una bobina de inducción, para posicionar la bobina de tal manera que una corriente que pasa por la bobina genere el campo magnético máximo en la superficie de la zona así determinada y se genere de este modo por inducción un impulso estimulador en la zona deseada de la superficie del cerebro. Debido a la estructura irregular de la superficie del cerebro puede ocurrir que la mejor posición de una bobina para realizar una estimulación lo más exacta posible de una zona pequeña de la superficie del cerebro no es la perpendicular a la superficie de la cabeza sino la que está inclinada respecto a ella.

La Figura 5 muestra un campo usado de acuerdo con la invención para estudiar una zona del cerebro, en el que en los puntos mostrados se generan impulsos estimuladores de forma secuencial y/o paralela.

Las Figuras 6A y 6B muestran las intensidades de las respuestas de dos músculos diferentes a un estímulo en función del punto que recibe el o los impul-
so(s) estimulador(es). Así, por ejemplo, de la Figura 6A se desprende que un primer músculo muestra la reacción máxima cuando se estimula aproximadamente en las zonas de la superficie del cerebro marcadas con 2/S4 y 3/S4, mientras que para un segundo músculo, como se muestra en la Figura 6B, la respuesta máxima al estímulo en una estimulación se produjo en el punto 4/S5. Para el estudio, los puntos de estimulación individuales se pueden estimular de forma tanto secuencial como paralela, controlándose de acuerdo con la invención simultáneamente varios músculos para poder sacar conclusiones del registro multicanal así obtenido acerca de la distribución de las funciones cerebrales o de la asignación de las funciones motoras individuales a zonas individuales del cerebro.

La Figura 7A muestra de forma esquemática una estructura de red en la que se aplican señales estimuladoras en la superficie del cerebro en los puntos C3, C4 y C5. Para las señales estimuladoras predeterminadas en estos puntos resultan, como se muestra en la Figura 7B, para dos músculos diferentes unas respuestas al estímulo de intensidades diferentes. Sobre la base de estas respuestas al estímulo de intensidades diferentes se puede elaborar una función de distribución o función de sensibilidad de la superficie del cerebro respecto a estos músculos, como se muestra esquemáticamente en la Figura 7C. En otras palabras, el músculo M1 se puede estimular mejor en aproximadamente el punto C3, mientras que el músculo M2 se puede estimular mejor en el punto C5.

La Figura 8A muestra un montaje experimental para estudiar la corteza visual, en el que un voluntario debe fijarse en un punto determinado. Como se muestra a modo de ejemplo en la Figura 8B para el ojo derecho, hay en el campo visual, a la derecha, junto al punto de fijación, un punto ciego en el que no se pueden percibir estímulos ópticos. La línea discontinua indica el campo visual central y la línea continua el campo visual periférico. Un voluntario que es inducido por señales estimuladoras de EMT debe indicar en qué zona del campo visual la señal estimuladora provoca un destello o qué zona del campo de imagen ya no puede ser percibida debido a una señal inhibidora, para poder cartografiar así la corteza visual, es decir, para poder asignar a estructuras individuales en la corteza visual los campos visuales de los ojos izquierdo y derecho.

La Figura 9 muestra de forma esquemática la interconexión neuronal del sistema visual en una vista desde abajo. Está dibujada el área visual en la que se realizan los estudios de EMT antes mencionados.

La Figura 10 muestra de forma esquemática las zonas del cerebro importantes para las funciones del lenguaje. El área de Broca sirve para generar el lenguaje, el área de Wernicke para la interpretación de lo hablado. Estas áreas están reticuladas entre sí. Al contrario que las demás áreas funcionales, el lenguaje normalmente sólo está localizado en un hemisferio cerebral, aunque existe una variación individual muy elevada.

Claims

1. Dispositivo para determinar la función de una zona determinada del cerebro con un dispositivo para estimular y/o inhibir al menos una zona determinada de un cerebro, con una pluralidad de bobinas situadas en una superficie esférica o elipsoidal que pueden emitir simultáneamente varios impulsos estimuladores para poder inducir impulsos estimuladores simultáneamente en diferentes puntos del cerebro.