ES2564999B1

ES2564999B1 - Canal de sensado neuronal y procedimiento de sensado neuronal

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Publication number: ES2564999B1
Application number: ES201431253A
Authority: ES
Inventors: Manuel DELGADO RESTITUTO; Alberto RODRÍGUEZ PÉREZ; Ángel Rodríguez Vázquez
Original assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC; Universidad de Sevilla
Current assignee: Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC; Universidad de Sevilla
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2017-03-24
Anticipated expiration: 2034-08-25
Also published as: ES2564999A1; WO2016030560A1

Abstract

Canal de sensado neuronal y procedimiento de sensado neuronal.#La presente invención describe un canal de sensado (10000) para la adquisición, digitalización y procesado de señales neuronales capturadas mediante un electrodo (20000) intracraneal y los procedimientos asociados. El canal (10000) propuesto comprende medios y mecanismos para la compresión de datos en tiempo real que comprenden la discriminación y compresión mediante parametrización de una señal neuronal (1) para obtener una representación simplificada de los potenciales de acción detectados, es decir, una señal neuronal comprimida (15401). La presente invención se enmarca dentro del sector de las tecnologías físicas y más, en concreto, en el ámbito de las tecnologías de la información y las comunicaciones aplicadas a la bioingeniería.

Description

CANAL DE SENSADO NEURONAL Y PROCEDIMIENTO DE SENSADO

NEURONAL

D E S C R I P C I O N

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OBJETO DE LA INVENCION

La presente invention da a conocer un canal de sensado neuronal cuya funcion es la adquisicion, digitalization y procesado de senales neuronales capturadas mediante un 10 micro-electrodo intracraneal y los procedimientos asociados.

En particular, el canal de sensado objeto de la presente invencion comprende medios de compresion de datos en tiempo real que permiten obtener una representation simplificada de los potenciales de accion detectados.

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ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Son conocidos diversos tipos de sistemas de adquisicion y transferencia de datos neuronales, dichos sistemas tienen como cometido la monitorizacion y transferencia de la 20 actividad electrica capturada desde una pluralidad de micro-electrodos intracraneales.

De manera general, estos sistemas comprenden una pluralidad de canales de sensado, tambien referidos como sensores bioelectricos, que individualmente amplifican y acondicionan la senal neuronal capturada desde cada uno de los micro-electrodos 25 intracraneales. Estas senales analogicas se someten, posteriormente, a un proceso de digitalizacion y, una vez digitalizadas, son procesadas en el dominio digital y codificadas con vistas a su posterior transmision, preferiblemente por medios inalambricos.

Como parte integrante del procesado digital, los sistemas implantables de adquisicion y 30 transferencia de datos neuronales conocidos comprenden medios y procedimientos para la compresion de information con vistas a reducir la tasa de envlo de datos al exterior y asl disminuir el consumo de potencia del sistema en su conjunto.

La tendencia actual es la de integrar toda la electronica comprendida en un sistema

implantable de adquisicion y transferencia de datos neuronales en un unico circuito micro-electronico, referido como SoC a partir de las siglas en ingles, "System-on-Chip”, preferiblemente sobre substrato de silicio por razones de coste.

5 En realizaciones conocidas de este tipo de sistemas implantables de adquisicion y transferencia de datos neuronales, los canales de sensado comprendidos en dicho sistema no incluyen toda la funcionalidad necesaria. Por ejemplo, en los documentos US2009157141 "Wireless neural recording and stimulating system” y US8090674 y tltulo "Integrated system and method for multichannel neuronal recording with spike/LFP 10 separation, integrated aid conversion and threshold detection”, los canales de sensado comprenden una cabecera analogica de amplification y acondicionamiento de senal, pero no contemplan la implementation de medios para la conversion y compresion de datos. En otro caso, los documentos US2010106041 "Systems and methods for multichannel wireless implantable neural recording” y US2012302856 "Distributed, 15 minimally-invasive neural interface for wireless epidural recording”, describen sistemas implantables de adquisicion y transferencia de datos neuronales en donde la conversion de datos se realiza localmente en los canales de sensado. Sin embargo, en ninguna de estas propuestas se contempla el uso de tecnicas de compresion de datos.

20 Por otra parte, el documento US2013090706 "Methods and associated neural prosthetic devices for bridging brain areas to improve function” propone medios y procedimientos para la compresion de las salidas digitalizadas de ocho canales de sensado. De acuerdo con esta propuesta el sistema transmite tramas de datos formadas por un preambulo y una palabra digital de ocho bits, cada uno de los cuales asociado a un canal. El valor 25 logico de dichos bits depende de si en el correspondiente canal se ha detectado o no un potencial de action. En este documento se menciona brevemente una posible realization que comprende una etapa de compresion en la que, el procesador usado para la compresion de datos, unico para todo el sistema, debe emplear una frecuencia de operacion 28 veces superior a la tasa de datos de salida de los convertidores de datos.

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En consecuencia, resulta evidente que ninguna de las realizaciones conocidas en la tecnica anterior dispone de un sistema y/o un metodo de adquisicion y transferencia de datos neuronales que disponga de mecanismos de compresion de datos aplicables cuando se disponen de multiples canales de sensado.

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DESCRIPCION DE LA INVENCION

La presente invention resuelve los problemas mencionados. De acuerdo con la presente invention, se proporciona un canal de sensado para un sistema implantable de adquisicion y transferencia de datos neuronales que comprende medios para amplificar y filtrar la senal neuronal capturada desde un micro-electrodo intracraneal, medios para ajustar de forma automatica los niveles maximos de tension y la banda de frecuencia de la senal acondicionada por los referidos medios de amplification y filtrado; medios para convertir la senal neuronal acondicionada del dominio analogico al digital; medios para detectar en tiempo real la aparicion de impulsos neuronales; medios para caracterizar la morfologla tiempo-tension de los impulsos detectados para de este modo comprimir la information capturada; y, preferentemente, medios para almacenar temporalmente la citada information.

Adicionalmente, la presente invention puede comprender diversos procedimientos para la compresion de datos como, por ejemplo, la extraction de componentes principales (PCA, por sus siglas en ingles, "Principal Component Analysis”), el calculo de parametros derivados de un filtrado Hanning, o la conformation con ondas modelo (en ingles, "wavelet analysis”), en una configuration preferente de la presente invention, la compresion de los impulsos neuronales se realiza en tiempo-real y utiliza tecnicas de aproximacion lineal a tramos en el dominio digital.

De acuerdo con los medios descritos, un canal de sensado de acuerdo con la presente invention ofrece cuatro modos de operation:

i. Modo de Configuration, mediante el que se definen los parametros de operation de los diferentes medios comprendidos en dicho canal y se establecen las condiciones de contorno para la ejecucion de los otros modos de operation.

ii. Modo de Calibration, mediante el que se corrigen de forma automatica las desviaciones de los medios implicados en la amplification y filtrado de la senal neuronal capturada desde un electrodo intracraneal.

iii. Modo de Seguimiento de Senal, mediante el que se adquiere,

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acondiciona, filtra y digitaliza la actividad cerebral adquirida por el canal de sensado. Este modo de operation es, de hecho, el unico disponible en la mayorla de sensores bioelectricos reportados en la literatura.

iv. Modo de Compresion de Datos, mediante el que se detectan y procesan los potenciales de action contenidos en la senal neuronal capturada por el canal de sensado. De acuerdo con la presente invencion, el canal de sensado permanece en estado latente y, por tanto, no transmite ninguna information al exterior, en tanto en cuanto no detecta un impulso neuronal. De este modo, la actividad de los medios de compresion de datos esta determinada por los eventos que se producen. Una vez detectado un potencial de accion, los medios de compresion operan a la misma velocidad que la tasa de datos del convertidor de datos comprendido en el canal de sensado.

El canal de sensado, de acuerdo con la presente invencion, ofrece una solucion modular que facilita la integration de sistemas implantables de adquisicion y transferencia de datos neuronales con un numero arbitrario de micro-electrodos intracraneales y simplifica los procedimientos de serialization de datos. Ademas, pese a la superioridad en medios, procedimientos y funcionalidad frente a soluciones convencionales, el canal de sensado no incurre en un incremento sustancial de consumo de area y potencia. De hecho, de acuerdo con un ejemplo de realization, el canal de sensado completo ocupa un area de 0.016 mm2 y la disipacion de la circuiterla especlfica para la compresion de datos, cuando esta activa, es del orden de 200 nW.

En particular, la presente invention da a conocer un canal de sensado neuronal que comprende:

• medios de conexion a al menos un electrodo;

• medios de acondicionamiento y/o adquisicion de la senal capturada mediante el electrodo que disponen como salida una senal neuronal;

• un convertidor analogico-digital que transforma la senal neuronal en una senal neuronal digitalizada;

• medios de transmision de datos; y

• al menos un procesador local de datos

en el que el procesador local de datos comprende un modulo de compresion de datos y

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en el que dicho modulo de compresion de datos comprende un primer sub-modulo de discrimination de senales que discrimina las secciones de la senal neuronal o de la senal neuronal digitalizada que se encuentran comprendidas en un rango de discriminacion determinado y un segundo sub-modulo de compresion digital que comprende medios de 5 parametrizacion de, al menos, parte de la senal neuronal digitalizada disponiendo como salida una senal comprimida. Preferentemente, dicha senal comprimida es una senal binaria y/o serial.

En realizaciones particulares de la presente invention, los medios de parametrizacion 10 parametrizan la parte de la senal neuronal digitalizada que no ha sido discriminada por el sub-modulo de discriminacion de senales.

Se debe interpretar la expresion “parametrizacion” en su sentido mas amplio, es decir, convertir un conjunto de datos en una menor cantidad de datos que son representativos 15 de dicho conjunto. Por ejemplo, se puede parametrizar un conjunto de valores tomados en diferentes espacios de tiempo de manera lineal mediante el dato de menor valor, el dato de mayor valor, y el tiempo que ha transcurrido entre la toma de dichos datos. De esta manera, se utiliza menos information para definir el conjunto de datos. Asimismo, existen en la tecnica diferentes tecnicas de parametrizacion que se podrlan aplicar de 20 manera analoga a la invencion sin alejarse del concepto inventivo aqul descrito.

En cuanto al sub-modulo de discriminacion de senal dispone de un umbral superior y un umbral inferior que definen el citado rango de discriminacion. Cuando la amplitud de una senal recibida por el sub-modulo de discriminacion de senal es mayor que el umbral 25 superior o menor que el umbral inferior, dicho sub-modulo de discriminacion constata la existencia de un potencial de action o, en otras palabras, partes de la senal neuronal que poseen informacion de interes para el canal de sensado y que contienen informacion que debe ser transmitida. Estos umbrales pueden ser umbrales analogicos (el sub-modulo de discriminacion opera con senales analogicas previas al convertidor analogico-digital) o 30 umbrales digitales (el sub-modulo de discriminacion opera con senales digitales posteriores al convertidor analogico-digital).

En el caso en el que sub-modulo de discriminacion de senal opere en el dominio digital, dicho sub-modulo de discriminacion de senal dispone a su entrada de la senal neuronal

digitalizada y el sub-modulo de compresion digital dispone a su entrada la senal de salida del sub-modulo de discrimination de senal. Sin embargo, en otras realizaciones de la presente invention se contempla que el sub-modulo de discriminacion de senal opere en el dominio analogico para lo que se dispondrla a su entrada la senal neuronal y su salida 5 se conectarla al conversor analogico digital que, tras su conversion a la senal neuronal digital, procederla a transmitir esta senal al sub-modulo de compresion digital para su parametrizacion.

En una realization particular de la presente invencion, los medios de parametrizacion son 10 medios de parametrizacion lineal a tramos y, preferentemente, la senal comprimida mediante los medios de parametrizacion contiene valores de amplitud y valores temporales. Dichos valores se corresponden a las coordenadas en el plano tiempo- tension de hitos significativos para la representation lineal a tramos de potenciales de accion tales como picos de tension o cruces por umbrales.

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En una realizacion particular, dichos hitos pueden ser valores de amplitud. En este caso, se dispondrla de un primer valor de amplitud (por ejemplo, un pico maximo), un segundo valor de amplitud (por ejemplo, un pico mlnimo) y un valor dependiente del tiempo, o valor temporal, puede ser el tiempo transcurrido entre el pico maximo y el pico mlnimo. 20 Sin embargo, los valores de amplitud no tienen necesariamente que ser picos de amplitud, de hecho, en realizaciones de la presente invencion, alguno de los valores de amplitud puede ser uno de los valores umbral que definen el rango de discriminacion.

Ademas, en una realizacion especialmente preferente, los valores temporales de una 25 parametrizacion lineal a tramos de un potencial de action se calculan mediante el recuento de pulsos de un reloj asociado al canal de sensado.

Finalmente, la senal comprimida se puede enviar a un dispositivo de reception de senales por medios inalambricos para lo que el canal de sensado debe comprender 30 medios de transmision inalambricos o estar conectado a unos medios de transmision inalambricos externos al canal.

Por otra parte, la presente invencion da a conocer un procedimiento de sensado de actividad neuronal que comprende las etapas de:

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a) captura, mediante un electrodo, de las senales bioelectricas generadas por la actividad neuronal de un sujeto;

b) adquisicion y acondicionamiento de la senal capturada por un electrodo en la etapa a);

c) digitalization, mediante un convertidor analogico-digital, de al menos parte de la senal adquirida y acondicionada en la etapa b);

d) discriminacion de, al menos, parte senales electricas de las etapas b) o c) que se encuentran en un rango de discrimination previamente definido;

comprendiendo dicho procedimiento, ademas, una etapa e) en la que la senal digitalizada obtenida tras la realization de las etapas c) o d) se comprime mediante una parametrizacion dando como salida una senal comprimida. Esta parametrizacion puede ser una parametrizacion en tiempo real.

Preferentemente, la discriminacion de las senales electricas de la etapa d) se puede 15 realizar en dominio analogico o digital.

Mas preferentemente, la parametrizacion de la etapa e) es una parametrizacion lineal a tramos en el plano tiempo-tension. En una realizacion particular, la parametrizacion dispone como entrada la senal digitalizada y la senal comprimida comprende valores de 20 amplitud (como, por ejemplo, los valores pico maximo y mlnimo) y al menos un valor referente al tiempo (como, por ejemplo, el tiempo transcurrido entre los valores pico maximo y mlnimo) que aproximan la morfologla en el plano tiempo-tension del potencial de accion detectado.

25 Los valores de amplitud no tienen necesariamente que ser picos de amplitud, de hecho, en realizaciones de la presente invencion, alguno de los valores de amplitud puede ser uno de los valores umbral que definen el rango de discriminacion. En este caso, el valor dependiente del tiempo puede ser un valor asociado al tiempo transcurrido al valor de amplitud objeto de la parametrizacion y el rango de discriminacion 30

De manera particular, el valor dependiente del tiempo se calcula mediante el conteo de pulsos de un reloj del canal del canal de sensado.

Ademas, la presente invention contempla la posibilidad de incluir una etapa f) en la que

se envla la senal comprimida a, al menos, un dispositivo externo al canal de sensado. DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

5 Para complementar la description que se esta realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterlsticas de la invention, de acuerdo con un ejemplo preferente de realization practica de la misma, se acompana como parte integrante de dicha descripcion, un juego de dibujos en donde con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

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La figura 1 muestra la estructura de un canal de sensado para la captura, digitalization y procesado de senales neuronales de acuerdo con la presente invencion.

La figura 2 muestra un ejemplo de realizacion de un procesador de datos del tipo 15 comprendido por canal de sensado de la figura 1.

La figura 3 muestra un ejemplo de realizacion del modulo de compresion de datos del tipo comprendido en el procesador de datos de un canal de sensado, de acuerdo con la presente invencion.

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La figura 4 muestra la representation lineal a tramos en el plano tiempo-tension de un potencial de accion neuronal.

Las figuras 5a, 5b y 5c muestran un diagrama de flujo de un ejemplo del procedimiento 25 de compresion de datos que podrla llevarse a cabo en un ejemplo de modulo de compresion de un canal de sensado segun la presente invencion. El diagrama de flujo no cabe completamente en una sola pagina, por lo que, para mayor claridad, se ha representado una primera fase en la figura 5a, asl como una segunda fase, a continuation de la primera fase, en la figura 5b y una tercera fase, a continuation de la 30 segunda fase, en la figura 5c.

La figura 6a muestra un ejemplo de una senal neuronal obtenida por un electrodo asl como una representacion grafica de dicha senal neuronal comprimida.

La figura 6b muestra ejemplos de posibles senales comprimidas obtenidas mediante un dispositivo segun la presente invention.

REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION

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La figura 1 muestra un canal de sensado (10000) para la captura, digitalization y procesado de senales neuronales, de acuerdo con la presente invencion. Dicho canal de sensado (10000) comprende un amplificador de bajo ruido (11000) (denominado LNA, por sus siglas en ingles, "Low Noise Amplifier”) para amplificar la diferencia de 10 potencial entre las senales electricas provenientes, por una parte, de un electrodo de referencia (30000) y un electrodo de biopotencial (20000); un circuito (12000) para estimar los artefactos debidos, por ejemplo, a alteraciones en la impedancia de la interfaz entre tejido y electrodo o a la aplicacion de terapias de electromodulacion, que potencialmente pueden contaminar la senal capturada por el amplificador de bajo ruido 15 (11000); un elemento de amplification de ganancia variable (13000) para ajustar los

niveles de tension de la senal proporcionada por el amplificador de bajo ruido (11000) una vez sustralda la senal generada por el circuito (12000) para la estimation de artefactos; un convertidor analogico-digital (14000) (denominado ADC, por sus siglas en ingles, "Analogue-to-Digital Converter”) para digitalizar la senal proporcionada por 20 el elemento de amplificacion de ganancia variable (13000); un procesador local de datos (15000) que identifica el modo de operation del canal de sensado (10000), configura los parametros del amplificador de bajo ruido (11000) y del elemento de amplificacion de ganancia variable (13000), procesa los datos digitalizados por dicho convertidor (14000) y transfiere los resultados al exterior; y, adicionalmente, puede 25 comprender una unidad de referencia que puede, por ejemplo, cumplir funciones para la calibration de la caracterlstica de transferencia paso de banda de la cabecera de un canal de sensado (10000).

Se debe interpretar la expresion "cabecera” como el subconjunto de elementos de un 30 canal de sensado que comprende un amplificador de bajo ruido (11000) un elemento de amplificacion de ganancia variable (13000).

En cuanto al elemento de amplificacion de ganancia variable (13000) este puede estar comprendido por un amplificador de ganancia programable (13001) (del tipo conocido

como PGA, por sus siglas en ingles, “Programmable Gain Amplifier”) y un lazo de cancelacion de offset (13002) (denominado OCL, por sus siglas en ingles, “Offset Cancellation Loop”) para eliminar las componentes en corriente continua a la entrada del convertidor analogico-digital (14000) originadas por los desbalances a las entradas 5 tanto del elemento de amplification de ganancia variable (13000) como del amplificador de bajo ruido (11000).

Es importante destacar que la configuration mostrada en la figura 1 de conexion entre el amplificador de bajo ruido (11000) y circuito (12000) para la estimation de artefactos 10 forman un circuito acondicionador y captador de una senal neuronal cuya funcion es, principalmente, la de adecuar la senal para que pueda ser utilizada en el resto del procedimiento. En algunas realizaciones de la presente invention se puede incluir algun tipo de filtrado que ayude al acondicionamiento de dicha senal neuronal.

15 De acuerdo con la presente invencion, la senal de salida del electrodo de biopotencial (20000) es la respuesta electrica capturada por dicho electrodo de biopotencial (20000), que sirve de interfaz entre el tejido cuya actividad electrica se desea monitorizar y el canal de sensado (10000). La senal de salida del electrodo de referencia (30000) es una tension extralda desde dicho electrodo de referencia 20 (30000) que ofrece una impedancia de entrada menor que el electrodo de biopotencial

(20000) y que sirve de referencia para el funcionamiento del amplificador de bajo ruido (11000) y del circuito para la estimacion de artefactos (12000).

De acuerdo con una realization preferente de la presente invencion, el canal de 25 sensado (10000), incluye elementos de protection frente a descargas electrostaticas (denominadas ESD, por sus siglas en ingles “electrostatic discharge”) en los puntos de conexion con el electrodo de biopotencial (20000) y el electrodo de referencia (30000).

Los medios y procedimientos asociados a la calibration de un canal de sensado 30 (10000) de acuerdo con la presente invencion se pueden activar mediante el cambio

de estado de una senal interna, de manera que las entradas del amplificador de bajo ruido (11000) se desconectan de los electrodos de biopotencial (20000) y de referencia (30000), y se conectan a senales analogicas de calibracion con caracterlsticas prestablecidas. Dichos medios y procedimientos de calibracion son

ampliamente conocidos en la tecnica anterior.

De acuerdo con la presente invention, tanto la frecuencia de corte por baja frecuencia como la frecuencia de corte por alta frecuencia de la cabecera del canal de sensado 5 (10000), como la ganancia del elemento de amplification de ganancia variable (13000)

son programables en el sentido de que se pueden modificar por medios electronicos, por ejemplo, mediante un modulo de configuration y/o mediante un modulo de lectura de instrucciones que se explicaran en mayor detalle haciendo referencia a la figura 2.

10 Adicionalmente, de acuerdo con la presente invencion, la salida del convertidor analogico-digital (14000) es un una senal digitalizada (14001) que tiene la forma de un vector y se almacena en un registro interno de dicho convertidor analogico-digital (14000). Con cada actualization de dicho registro, correspondiente a un nueva digitalization de la senal de salida del amplificador de ganancia variable (13000), el

15 convertidor (14000) emite un pulso de final (14002), representativo del fin del proceso de conversion.

Como ejemplos de posibles entradas digitales (10001) al canal de sensado (10000), se pueden destacar entradas tales como un tren de pulsos periodicos para secuenciar el

20 funcionamiento de dicho canal de sensado (10000) (es decir, pulsos de reloj), una entrada de programacion para la carga secuencial de un vector de configuracion, una senal de habilitacion para ejecutar dicho vector de configuracion una vez cargado, un vector de datos para seleccionar y activar el canal de sensado (10000), etc.

25 A la salida, el canal de sensado (10000) puede disponer de una salida serial de datos (10002) del canal de sensado (10000). Como se vera mas adelante, la estructura de de dicha senal de salida serial de datos (10002) puede depender del modo de operacion especificado en el vector de configuracion.

30 De acuerdo con la presente invencion, un canal de sensado (10000) ofrece cuatro modos de operation, de acuerdo con el tipo de instruction recibida a traves del vector de configuracion:

i. Modo de Configuracion, mediante el que se definen los parametros de

operation de los diferentes medios comprendidos en el canal de sensado (10000) y se establecen las condiciones de contorno para la ejecucion de los otros modos de operacion.

ii. Modo de Calibration, mediante el que se ajustan de forma automatica

5 las caracterlsticas de transferencia paso de banda de la cabecera de un

canal de sensado (10000).

iii. Modo de Seguimiento de Senal, mediante el que se adquiere, acondiciona, filtra y digitaliza la actividad cerebral adquirida por el canal de sensado (10000).

10 iv. Modo de Compresion de Datos, mediante el que se detectan y procesan

los potenciales de accion contenidos en la senal neuronal capturada por el canal de sensado (10000). A diferencia de otras tecnicas disponibles para la caracterizacion de la morfologla tiempo-tension de potenciales de action neuronales (combination de funciones base, extraction de

15 componentes principales PCA - del ingles, "Principal Component

Analysis” -, calculo de parametros de un filtrado Hanning, o la conformation con ondas modelo - del ingles, "wavelet analysis” -), la presente invention propone, a tltulo de ejemplo, el uso de tecnicas de aproximacion lineal a tramos en tiempo real.

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La figura 2 muestra el diagrama de bloques de un ejemplo de procesador local de datos (15000) comprendido en un canal de sensado (10000). Dicho procesador local de datos (15000) comprende: un modulo de lectura de instrucciones (15100); un almacen de parametros (15200) en donde se archivan los parametros de configuration

25 (15101) del canal de sensado (10000) contenidos en las instrucciones recibidas por

dicho modulo de lectura de instrucciones (15100); un modulo de configuracion (15300); un modulo de compresion de datos (15400); y un modulo de transmision de datos (15500) que dispone de diversas salidas del canal de sensado (10000) y genera, entre otras, una senal de habilitacion.

La salida digitalizada (14001) y el pulso final (14002) proporcionados por el convertidor analogico-digital (14000) del canal de sensado (10000), entre otras, representan algunas de las entradas mas representativas al procesador local de datos (15000).

Segun la presente invention, el modulo de lectura de instrucciones (15100) puede disponer de una entrada para un vector para la activation del canal de sensado (10000). En otro aspecto, el modulo de lectura de instrucciones (15100) desglosa el contenido de un ejemplo de vector de configuration, por un lado, identificando el modo 5 de operation del canal de sensado (10000) de entre los cuatro modos posibles, por otro, identificando los cualificadores (15102) de dichos comandos y, por otro, identificando los parametros de configuracion (15101) asociados.

De acuerdo con la presente invencion, los cualificadores (15102) se particularizan 10 dependiendo del modo de operacion del canal de sensado (10000) siendo diferentes para el Modo de Configuracion, Modo de Calibration o Modo de Compresion de Datos (151021) (ilustrado en la figura 2). El Modo de Seguimiento de Senal no tiene cualificadores (15102) asociados. Asimismo, solo las tramas asociadas a modos de operacion de Configuracion y Calibracion contienen parametros de configuracion 15 (15101) en cuanto a que, por ejemplo, el Modo de Compresion de Datos (151021) es

una instruccion de habilitacion de dicho modulo.

De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, el modulo de configuracion (15300) se habilita cuando el modulo de lectura de instrucciones (15100) identifica un 20 comando vinculado al modo de configuracion en cuyo caso se emite una senal de habilitacion (15301) del modulo de configuracion (15300). En cualquier otro modo de operacion, dicho modulo de configuracion (15300) permanece deshabilitado. El proposito del modulo de configuracion (15300) es la validation de la correcta escritura en el almacen de parametros (15200) de los parametros contenidos en el vector de 25 configuracion. Una vez el modulo de la lectura de instrucciones (15100) registra en el almacen de parametros (15200) los parametros de configuracion (15101) asociados al comando recibido, el modulo de configuracion (15300) recibe una senal de validacion (15302) y conforma un vector representativo del modo de configuracion y un patron especlfico que informa de la correcta escritura de dichos parametros de configuracion 30 (15101) en el almacen de parametros (15200).

En realizaciones particulares de la presente invencion, el procesador local de datos (15000) comprende un modulo adicional de calibracion (no mostrado) que se habilita cuando el bloque para la lectura de instrucciones (15100) identifica un comando

vinculado al Modo de Calibration que puede ser activado y desactivado mediante senales provenientes del modulo de lectura de instrucciones (15100) de manera similar al modulo de compresion de datos (15400).

5 El proposito del modulo de calibration es la programacion automatica del conjunto de valores de frecuencias de corte y ganancia variable de forma que la banda pasante de la cabecera del canal de sensado (10000) solo incluya el contenido espectral de la senal objeto de monitorizacion y que el nivel de amplification proporcionado por el amplificador de ganancia variable (13000) se ajuste al valor deseado.

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Un ejemplo de calibration automatica de frecuencia de corte se puede realizar mediante un sistema de lazo cerrado que usa un sintetizador de frecuencias como unidad de referencia. La programacion de la frecuencia del tono generado por dicho sintetizador se realiza a traves de palabras digitales representativas. El tono generado 15 se hace coincidir con el valor deseado para la frecuencia de corte. El proceso de calibracion de dicha frecuencia de corte comienza una vez transcurrido el tiempo necesario para estabilizar el lazo de realimentacion. En el caso del nivel de amplification, el ajuste automatico se puede realizar mediante la monitorizacion, durante un periodo de tiempo, de los picos de amplitud de la senal proporcionada por 20 el amplificador de ganancia variable.

Por otra parte, el proposito del modulo de compresion de datos (15400) es la extraction y procesamiento de algunas de las caracterlsticas de la actividad cerebral con vistas a reducir el ancho de banda de la senal transmitida por el canal de sensado 25 (10000). En consecuencia, el modulo de compresion de datos (15400) se encarga de

la detection y caracterizacion de la morfologla tiempo-tension de los potenciales de action neuronales capturados por la cabecera del canal de sensado (10000). La transferencia de information desde el modulo de compresion de datos (15400) a traves de la salida comprimida (15401) solo se produce cuando se ha detectado y 30 completado la extraction de las caracterlsticas de un potencial de action. Bajo cualquier otra circunstancia, dicha salida comprimida (15401) permanece inactiva. En consecuencia, la transferencia de datos esta basada en eventos, vinculados a la presencia de potenciales de accion en la senal neuronal capturada, y no se realiza de forma continua. Ello supone, en comparacion con el modo de operation de

Seguimiento de Senal, una reduction considerable de la tasa de datos enviados desde un canal de sensado (10000) de acuerdo con la presente invention.

En la figura 3 se puede observar que la detection de los potenciales de action se 5 realiza mediante comparacion con umbrales y la extraction de las caracterlsticas de dichos potenciales se basa en la obtencion de aproximaciones lineales a tramos en el plano tiempo-tension. De acuerdo con ello, el modulo de compresion de datos (15400) supervisa la senal digitalizada (14001) generada por el convertidor analogico-digital (14000) comprendido en el canal de sensado (10000) e identifica la presencia de 10 potenciales de accion neuronales mediante la deteccion de los instantes en que dicha secuencia sobrepasa la banda de valores comprendida entre un umbral superior

(15563) y un umbral inferior (15564) que definen un rango de discrimination. En el momento en que se produce la deteccion de un potencial de accion, el modulo de compresion de datos (15400) activa un procedimiento en tiempo real mediante el que

15 se determinan los valores de tension y los intervalos temporales necesarios para construir la representacion lineal a tramos del potencial detectado.

En definitiva, se puede entender que la presente invencion dispone, por una parte, de un sub-modulo de discriminacion encargado de constatar la presencia de potenciales 20 de accion en la senal neuronal capturada, lo que sucede cuando dicha senal supera un rango de discriminacion definido por un umbral superior (15563) y un umbral inferior

(15564) ; y dicho sub-modulo de discriminacion puede ser digital, tal y como se ha explicado anteriormente, o analogico, mediante un procesado previo al convertidor analogico-digital (14000). Es decir, el sub-modulo de discriminacion se encarga de

25 eliminar del proceso de compresion (o discriminar) las senales que no correspondan a potenciales de accion. Con este objetivo se definen dos umbrales que definen dicho rango de discriminacion y que pueden ser configurados previamente por el usuario o venir definidos mediante tecnicas automaticas de calibration conocidas en la tecnica.

30 Por otra parte, la presente invencion dispone de un sub-modulo de compresion digital en el que se realiza una compresion digital de datos mediante tecnicas de compresion como, por ejemplo, mediante aproximacion lineal a tramos. Dichos sub-modulos se encuentran contenidos en el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570).

Adicionalmente, en un registro (15580) se almacenan temporalmente los datos de la aproximacion lineal a tramos efectuada por dicho bloque de aproximacion lineal a tramos (15570); y dos entidades estructuralmente identicas, una estructura de adaptation de umbral positivo (15501) y una estructura de adaptation de umbral 5 negativo (15502), que cuando estan habilitadas permiten el ajuste dinamico de dichas tensiones de umbral frente a potenciales variaciones en el fondo de ruido de la senal capturada por la cabecera del canal de sensado (10000).

El modulo de compresion de datos (15400) puede comprender, adicionalmente, un 10 sub-modulo de configuration para la activation y establecimiento de los parametros de operation de los diferentes elementos de la estructura.

Tambien de acuerdo con la presente invention, como entradas al bloque de aproximacion lineal a tramos (15570), ademas de los citados valores externos de las 15 tensiones de umbral (15563, 15564) y la senal digitalizada (14001), se puede disponer de un parametro SPD (155700) que indica el numero de periodos de reloj que comprende la duration estimada de un potencial de action neuronal, dicho parametro puede ser utilizado por el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) para la deteccion y aproximacion lineal a tramos de los potenciales de accion.

20

En cuanto a las estructuras de adaptacion de los umbrales (15501, 15502), estas operan, respectivamente, con los valores positivos y negativos de la senal digitalizada (14001) proporcionada por el convertidor analogico-digital (14000). Tal como se muestra en la figura 3, la distincion entre los valores positivos (14011), y los valores 25 negativos (14012) de dicha senal digitalizada (14001), se realiza mediante un comparador digital (14030) y un primer demultiplexor (14010). La misma salida de dicho comparador digital (14030) se emplea para distinguir, con ayuda de un segundo demultiplexor (14020), tanto el pulso de fin de conversion positivo (14021) como el pulso de fin de conversion negativo (14022) ligados, respectivamente, a los valores 30 positivos (14011), y los valores negativos (14012) de dicha senal digitalizada (14001).

Segun la presente invencion, ambas estructuras de adaptacion de las tensiones de umbral (15501, 15502) pueden funcionar de forma simultanea. Salvo por los datos de entrada (los valores positivos (14011) y los valores negativos (14012)) y las

correspondientes salidas (el umbral superior (15563) y el umbral inferior (15564)), no existen diferencias ni estructurales ni operativas entre ambas estructuras de adaptation de las tensiones de umbral (15501, 15502) por lo que, por simplicidad, solo se describira el detalle de la estructura de adaptacion de la tension umbral positivo 5 (15501).

Tal como muestra la figura 3, la estructura de adaptacion de la tension umbral positivo (15501) comprende: un contador de pulsos programable (15520) cuyo periodo, controlado por un parametro "UPR” es configurable por el usuario; un acumulador 10 digital formado por un sumador (15530) y un registro (15540); y una etapa de salida formada por un bloque de conformation (15550) y un sumador (15560). La operation del modulo de adaptacion de la tension umbral positivo (15501) es como sigue. Una vez habilitada dicha estructura, cada nuevo valor de los valores positivos (14011) de la senal digitalizada (14001) se acumula en el registro (15540), al tiempo que se 15 incrementa en uno el valor almacenado en el contador de pulsos programable (15520) a instancias del pulso de fin de conversion positivo (14021) asociado con dicho valor positivo (14011). Cuando el recuento de dichos pulsos de fin de conversion positivos (14021) alcanza un valor igual dos elevado a UPR (2UPR), el contador de pulsos programable (15520) dispara una senal DUMP (15522) que vuelca el contenido del 20 registro (15540) en el bloque de conformacion (15550). La longitud tanto del sumador (15530) como del registro (15540) es de N+UPR, donde N es el tamano de los vectores de entrada de los valores positivos (14011). Acto seguido, tras un ciclo de reloj, se anula el contenido de dicho registro (15540) y comienza de nuevo el procedimiento descrito de acumulacion y recuento. El modulo de conformacion 25 (15550) extrae del registro (15540) los N bits comprendidos entre la position N+UPR-2

y la posicion UPR-2, lo que en esencia equivale a desplazar en dos posiciones (multiplicar por cuatro) el contenido del registro (15540) y tomar los N bits mas significativos. El resultado de la extraction se guarda en otro registro comprendido en el propio modulo de conformacion (15550). De acuerdo con los documento del estado 30 de la tecnica "Michael Rizk and Patrick D. Wolf (2009). Optimizing the automatic selection of spike detection thresholds using a multiple of the noise level. Med Biol Eng Comput (2009) 47:955-966” y "R. Quian Quiroga, Z. Nadasdy and Y. Ben-Shaul (2004). Unsupervised Spike Detection and Sorting with Wavelets and Superparamagnetic Clustering. Neural Computation 16, 1661-1687”, esta sencilla

operation realizada en el modulo de conformation (15550) proporciona una estimation del valor de la tension de umbral superior (15563) necesaria para la detection de potenciales de action. Con objeto de permitir un ajuste fino controlado por usuario del valor optimo de la tension de umbral superior (15563), un sumador 5 digital (15560) anade o substrae al vector digital conformado (15562) proporcionado por el modulo conformacion (15550) una cantidad (15561) configurable que ha sido transferida a la estructura de adaptation de la tension de umbral superior (15563) desde un bloque de configuration. La transferencia del valor final de la tension de umbral superior (15563) al bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) para la 10 deteccion y aproximacion lineal a tramos de los potenciales de accion solo se produce en ausencia de potenciales de accion.

Como ejemplos de salidas del bloque de aproximacion lineal a tramos se pueden mencionar un vector de valores de amplitud (15572), un vector de valores temporales 15 (15573), un vector de umbrales (15574) compuesto por las tensiones de umbral

superior (15563) e inferior (15564), y/o un una senal de finalization de aproximacion (15575), por otra parte, otra de las salidas puede ser un pulso de funcionamiento (15571) para indicar que el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) se encuentra en uso y,finalmente, tras el paso de dichas salidas por el registro (15580) se 20 genera la senal comprimida (15401). El significado de estos valores se explicara con mayor detalle haciendo referencia a la figura 4.

De acuerdo con otro aspecto de la presente invention, la figura 4 ilustra el procedimiento en tiempo real de representation en el plano tiempo-tension de los 25 potenciales de accion realizado por el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570). Dicho procedimiento de representacion se activa cada vez que la senal digitalizada (14001) generada por el convertidor analogico-digital (14000) sobrepasa el rango de discrimination comprendido entre un umbral superior (15563) y un umbral inferior (15564). Aunque la figura 4 muestra un caso en el que el potencial de accion comienza 30 con una transition hacia valores por encima del umbral superior (15563), este aspecto no es de ninguna manera limitativo de la presente invencion, y transiciones en el sentido contrario son igualmente susceptibles de representacion usando el mismo procedimiento.

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15

20

25

30

En particular, en esta figura se observa una representation grafica de la senal neuronal (1), en lmea discontinua, asi como de una representacion de un ejemplo de aproximacion lineal a tramos, en lmea continua, para dicha senal neuronal (1).

En un ejemplo de realization y suponiendo potenciales de action bifasicos (tal como el ilustrado en la figura 4) para los que existen dos picos, uno por encima y otro por debajo del rango de discrimination definido por las tensiones umbrales superior (15563) e inferior (15564), la representacion en el plano tiempo-tension realizado por el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) comprende dos valores de amplitud (un primer valor de tension Vp1 (155721) y un segundo valor de tension Vp2 (155722)) y tres valores temporales (A1 (155731), A2 (155732) y A3 (155733)). En este ejemplo de realizacion, los dos valores de amplitud se corresponden con los valores de pico del potencial de accion detectado por el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570), siendo Vp1 (155721) el valor de la amplitud del primer pico (independientemente de si es positivo o negativo) y Vp2 (155722) el valor de la amplitud del segundo pico. Por otro lado, los tres valores temporales informan de la duration de los siguientes intervalos:

1. Un primer intervalo A1 (155731) transcurrido desde la detection del potencial de accion (cuando la senal neuronal (1) sobrepasa uno de los umbrales) hasta el instante del primer valor de tension Vp1 (155721).

2. Un segundo intervalo A2 (155732) transcurrido entre el instante del primer valor de tension Vp1 (155721) y el instante del segundo valor de tension Vp2 (155722).

3. Un tercer intervalo A3 (155733) transcurrido entre el instante del segundo valor de tension Vp2 (155722) y la finalization del potencial de accion (es decir, hasta que la senal vuelve a estar en el rango de discriminacion). Dicha finalizacion se determina bien por el cruce del potencial de accion por el umbral superior (15563) o inferior (15564), mas cercano al segundo valor de pico Vp2 (155722) o bien cuando se alcanza el limite temporal definido por un valor SPD (155700) configurable por el usuario y transferido al bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) de los potenciales de accion desde un bloque de configuration. Dicho valor SPD (155700) se expresa en ciclos de reloj y esta comprendido, preferentemente, entre 2 ms y 3 ms, de acuerdo con estudios neurofisiologicos. En el caso en que el potencial de accion alcanza el limite temporal definido por

un valor SPD, sin que previamente se haya cruzado un umbral del rango de discrimination, el intervalo A3 (155733) toma el valor:

A3 = SPD - A1 - A2.

5

En otro ejemplo de realization y suponiendo potenciales de action monofasicos con un solo pico, bien por encima o bien por debajo del rango de discriminacion definido por las tensiones de umbrales superior (15563) e inferior (15564), la representation en el plano tiempo-tension realizado por el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) 10 tambien comprende dos valores de amplitud (un primer valor de tension y un segundo valor de tension) y tres valores temporales. En este caso, el primer valor de tension serla el valor de la amplitud del pico detectado por el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) (independientemente de si es positivo o negativo) y el segundo valor de tension serla el valor de la tension umbral que marca el retorno del potencial de 15 accion al rango de discriminacion (que es el mismo umbral cuyo cruce origino la detection del potencial de accion). Por otro lado, los tres valores temporales proveen informacion de la duracion de los siguientes intervalos:

20

25

30

1. Un primer intervalo transcurrido desde la deteccion del potencial de accion hasta el primer valor de tension.

2. Un segundo intervalo transcurrido entre el instante del primer valor de tension y el cruce del potencial de accion por el umbral mas cercano a dicho primer valor de tension.

3. Un tercer intervalo transcurrido entre el instante del cruce del potencial de accion por el umbral mas cercano al primer valor de tension y la finalization del potencial de accion definido, tal como en el caso de potenciales de accion bifasicos, por un llmite temporal definido por un valor SPD (155700) configurable por el usuario y transferido al bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) de los potenciales de accion desde un bloque de configuracion.

En todos los casos, ya sean potenciales de accion bifasicos o monofasicos, los intervalos temporales A1 (155731), A2 (155732) y A3 (155733) se calculan mediante el recuento de pulsos de un reloj habilitado en el canal de sensado 10000.

Adicionalmente, en la figura 4 se muestran algunas de las senales auxiliares y su determination a partir del grafico mostrado. En particular, se muestra la senal de finalization de aproximacion (15575), esto es un pulso que se ejecuta durante un tiempo determinado para senalizar que se ha finalizado el analisis, un pulso de 5 funcionamiento (15571) que indica que actualmente se esta realizando un analisis y un pulso de detection de potenciales de action (15576) que indica la presencia de un potencial de action y este pulso se mantiene en 1 mientras la senal neuronal (1) se mantenga fuera del rango del rango de discrimination y es 0 mientras la senal neuronal (1) se mantiene dentro del rango de discriminacion.

10

Tambien de acuerdo con otro aspecto de la presente invention, el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) de los potenciales de action opera en tiempo real de modo que tanto el vector de valores de amplitud (15572), como el vector de valores temporales (15573) estan disponibles a la finalization del potencial de action 15 detectado, aspecto que dicho bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) comunica mediante la emision de una senal de finalization de la aproximacion (15575), tal como muestra la figura 3. El procedimiento mediante el que el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) de los potenciales de action determina de forma dinamica los parametros de la representation en el plano tiempo-tension, se describe 20 en el diagrama de flujo de la figura 5. La duration del procedimiento por cada potencial de action detectado es SPD (155700). Aunque en las figuras 5a, 5b y 5c se muestra, a tltulo de ejemplo, un caso en el que la detection del potencial de action esta originado por un cruce con el umbral superior (15563), el procedimiento para un cruce con el umbral inferior (15564) es completamente dual, por lo que no se detalla por 25 simplicidad.

Tal como se muestra en el diagrama de flujo de las figuras 5a, 5b y 5c, se pueden distinguir tres fases en el procedimiento para la determinacion en tiempo real de los parametros para la representation lineal a tramos de potenciales de action. Una 30 primera fase (5000) (que se muestra en la figura 5a) comprende el intervalo de tiempo desde la deteccion del potencial de accion hasta el retorno al rango de discriminacion definido por los umbrales superior (15563) e inferior (15564) (cruce por el umbral superior (15563) en el presente ejemplo). En esta fase se calculan los parametros A1, Vp1 asociados a la position de un primer pico de tension del potencial de action

detectado. En una segunda fase (6000) (que se muestra en la figura 5b) se determina si el potencial de accion detectado es de tipo monofasico o bifasico. En el primer caso, potencial monofasico, se proporcionan los valores de los parametros Vp2, A2 y A3 y concluye el procedimiento de caracterizacion lineal a tramos. En caso contrario, 5 potencial bifasico, se procede a la tercera fase (7000) del procedimiento (que se muestra en la figura 5c). En dicha tercera fase (7000), se determina la posicion de un segundo pico de tension del potencial de accion detectado y se proporcionan los valores de la dupla A2, Vp2 asociados a dicho segundo pico. Asl mismo durante la tercera fase (7000) se calcula el parametro A3, tanto si se produce un retorno al rango 10 de discrimination como si no, y se concluye el procedimiento de caracterizacion lineal a tramos.

En cuanto a la primera fase (5000), en esta fase se inicia (5001) disponiendo como entradas los valores de la senal digitalizada (14001) que, en lo sucesivo se 15 denominara TR_DATA y se analiza para valores en los que TR_DATA se encuentra, de acuerdo con el ejemplo de la figura 5, sobre el umbral positivo (15560) que, en lo sucesivo, se denominara VTH+. Posteriormente, se dan valores a las variables A1, SPK, y PEAK (5002). Donde A1, tal y como se explico anteriormente, corresponde al intervalo de tiempo hasta que se alcanza el primer valor pico Vp1 (valor maximo del 20 potencial de accion en la figura 5); SPK corresponde a una variable auxiliar que indica que el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) se encuentra en funcionamiento y corresponded con el pulso de funcionamiento (15571); y PEAK corresponde a una variable auxiliar que indica que el bloque de aproximacion lineal a tramos (15570) se encuentra detectando un pico.

25

Una vez se han dado estos valores se define el primer valor pico como el valor actual de TR_DATA y se inicia un contador CNT (5003). A continuation se procede a analizar un nuevo dato de TR_DATA (5004). Posteriormente, mediante un primer operador de decision (5007) se analiza si el nuevo valor de TR_DATA se encuentra por debajo del 30 umbral positivo VTH+. De ser asl, se considera que ya se ha alcanzado el primer valor pico por lo que se reinicia la variable auxiliar PEAK (5009), se almacenan el valor de pico Vp1 y el intervalo A1 (5010) y se procede a la segunda fase (6000) tras dar valores a un conjunto de variables de control (5011).

Si en el primer operador de decision (5007) se determina que el valor de TR_DATA se encuentra aun sobre el umbral positivo VTH+, se procede a un segundo operador de decision (5008) en el que se determina si el valor de TR_DATA es menor que el valor de amplitud Vp1. En caso de que asl sea, se incrementa el contador (5005) anadiendo 5 uno a la variable CNT y se retorna a analizar un nuevo dato de TR_DATA (5004) y, en caso contrario, se incrementa A1 (5006) en el valor del contador CNT mas 1, se reinicia a cero la variable CNT y se redefine el valor de pico Vp1 (5003) como el valor actual de TR_DATA.

10 Tras finalizar la primera fase (5000) se procede a una segunda fase (6000), cuyo cometido es distinguir entre potenciales de accion monofasicos y bifasicos y, en el primero de los casos, proporcionar los parametros Vp2, A2 y A3 de la aproximacion lineal a tramos. Estas acciones se mostraran haciendo referencia a la figura 5b.

15 Inicialmente se inicia el valor de A2 (6001) para lo que se le da el valor remanente de la variable CNT, de la primera fase (5000). Posteriormente, se asignan los valores de Vp2 y el contador (6002) para lo que se asigna el valor actual de la senal digitalizada TR_DATA a la variable Vp2 y el contador CNT se reinicia a cero. A continuation, se procede a analizar el siguiente valor de la senal digitalizada TR_DATA (6003).

20 Mediante un tercer operador de decision (6006) se analiza si este valor de TR_DATA se encuentra por debajo del valor umbral negativo que, en lo sucesivo, se denominara VTH-. De ser asl se asigna a la variable auxiliar PEAK un valor de uno (6007) y se continua con la tercera etapa (7000).

25 En caso de que el valor de TR_DATA se encuentre sobre el umbral VTH-, mediante un cuarto operador de decision (6008) se analiza si el valor de A2+CNT es inferior al parametro SPD (que es un parametro pre-configurado, tal y como se ha explicado anteriormente). Si dicho valor es inferior, mediante un quinto operador de decision (6009), se analiza si el valor de la senal digitalizada actual TR_DATA es mayor que el

30 valor de Vp2, de ser asl se incrementa en uno el contador CNT (6004) y se procede a analizar el siguiente valor de la senal digitalizada TR_DATA (6003) y, en caso contrario, se incrementa el valor de A2 en el valor del contador CNT mas uno (6005) y se procede a actualizar la variable Vp2 con el valor de TR_DATA y se reinicia el contador CNT a cero (6002).

Si en el cuarto operador de decision (6008) se determina que el valor de A2+CNT es superior al parametro SPD, se determina que la senal digitalizada corresponde a un potencial monofasico y se almacenan los valores correspondientes de la aproximacion 5 lineal a tramos Vp2, A2 y A3 (6010) en el que el valor de Vp2 corresponded con el valor de umbral mas cercano al pico (es decir el valor de umbral superior (15563)). Posteriormente se pasa a cero el valor de SPK (6011) para indicar que ha finalizado el procedimiento de compresion y se emite el pulso de finalizacion o pulso END y se finaliza (6012) el procedimiento.

10

En cuanto a la tercera etapa (7000), que se explica haciendo referencia a la figura 5c y, en la que ya se ha determinado que existe un valor pico negativo Vp2 y, por tanto, un potencial de accion bifasico, se inicia el valor de A2 y se reinicia el contador CNT

(7001) . El valor de A2 se define como el remanente de la variable CNT de la segunda 15 fase (6000), se asigna el valor actual de la senal digitalizada TR_DATA al valor de pico

Vp2 y se reinicia el contador CNT a cero.

Posteriormente, se procede a analizar el siguiente valor TR_DATA (7002). Mediante un sexto operador de decision (7005) si el valor actual de TR_DATA es mayor al 20 umbral negativo se reinicia la variable auxiliar PEAK (7006), se almacenan los valores de Vp2 y A2 (7007), se almacenan el valor de A3 (7008) que sera el valor actual de CNT, se asigna un cero a la variable SPK (7009) para indicar la finalizacion del proceso y se finaliza (7010) el procedimiento.

25 Si en el sexto operador de decision (7005) se determina que el valor actual de TR_DATA es menor al umbral negativo se procede a un septimo operador de decision (7011) en el que se determina si el valor de A2+CNT es menor que el valor del parametro pre-configurado SPD, de ser asl, se procede a un octavo operador de decision (7012) en el que se determina si el valor de TR_DATA es mayor que el valor 30 pico negativo Vp2. Si TR_DATA es mayor que el valor pico negativo se incrementa en uno el contador CNT (7003) y se procede a analizar el siguiente valor TR_DATA

(7002) , de lo contrario se incrementa A2 en el valor del contador CNT mas uno (7004) y se procede a actualizar la variable Vp2 con el valor de TR_DATA y se reinicia el contador CNT a cero (7001).

Finalmente, si en el septimo operador de decision (7011) se determina que el valor de A2+CNT es mayor que el valor del parametro pre-configurado SPD, se almacenan los datos de Vp2 y A2 (7013), se asigna a A3 el valor de SPD-A1-A2 (7014), se asigna un 5 cero a la variable SPK (7015) para indicar la finalizacion del proceso y se finaliza (7016) el procedimiento.

En otro aspecto de la presente invention, cuando concluye el procedimiento de caracterizacion lineal a tramos de cada potencial de accion detectado por el bloque de 10 aproximacion lineal a tramos (15570), los diferentes parametros calculados y el valor de los umbrales VTH+ y VTH- se vuelcan en un registro (15580) a instancias del pulso de finalizacion del procedimiento. Dicho registro (15580) conforma una senal comprimida (15401) que, preferentemente, comprende los valores de Vp1, Vp2, A1, A2, A3, VTH+ y VTH-, derivados del procedimiento de las figura 5a, 5b y 5c. Cuando 15 dicha senal comprimida (15401) esta lista para ser enviada a traves del modulo de transmision de datos (15600), el registro (15580) del modulo de compresion de datos (15400) dispara un pulso de transmision para que los medios de transmision procedan enviarlo a un dispositivo externo al canal de sensado.

20 A modo de ilustracion, la figura 6a muestra una secuencia tlpica de senales comprimidas (15401) junto con la senal neuronal subyacente. En particular, se pueden observar las diferencias entre la senal neuronal (1) captada por el electrodo y lo que se pretende enviar en la senal neuronal comprimida (3). Aunque, de dicha senal neuronal comprimida (3) unicamente se almacenan algunos parametros representativos.

25

Cabe destacar que la senal comprimida (15401) permanece inactiva en tanto no se detecta un potencial de action. En caso de que se produzca una detection, el volumen de datos transmitidos (esencialmente formado por los parametros de la caracterizacion lineal a tramos, tal como se ejemplifica para un primer potencial (21) y un segundo 30 potencial (22) en la figura 6) es muy inferior a si se transmitiera el detalle de los potenciales de accion. En conjunto, el modulo de compresion de datos (15400) proporciona una reduction del ancho de banda de senal a transmitir que puede alcanzar varios ordenes de magnitud.

A tltuio de ejemplo, la figura 6b muestra una representation digital de un ejemplo de senal comprimida (15401). En particular, se muestran las senales para el primer potential (21) y el segundo potential (22) de la figura 6a. De esta figura se puede observar que los parametros considerados como representativos de la senal neuronal 5 comprimida (3) son Vp1 (155721), Vp2 (155722), A1 (155731), A2 (155732) y A3 (155733).

De acuerdo con la presente invention, el modulo de transmision de datos (15500) comprendido del procesador local de datos (15000) multiplexa las salidas de datos del 10 canal de sensado (10000). Cuando el modulo de transmision de datos (15500) recibe el pulso de descarga de datos, dicho modulo de transmision de datos (15500) recibe, como mlnimo, la senal comprimida (15401) y lo transfiere al puerto serial de salida (10002) del procesador local de datos (15000).

15 En una posible aplicacion de la presente invention, una pluralidad de canales de sensado (10000) se emplearla en un sistema de adquisicion y transferencia de actividad neuronal implantable como cabecera de una interfaz cerebro-maquina (BMI por sus siglas en ingles, "brain-machine interface”). Segun este posible ejemplo de aplicacion, el sistema adquirirla las senales provenientes del cortex motor y las 20 enviarla al exterior para su posterior procesado con vistas a controlar automatas u otros mecanismos que permitieran paliar algun tipo de deficiencia motora del paciente.

En otro posible ejemplo de aplicacion de la presente invention, una pluralidad de canales de sensado (10000) se emplearla en un sistema de adquisicion y 25 transferencia de actividad neuronal implantable junto con un mecanismo de neuromodulacion electrica para la prediccion y tratamiento de ataques epilepticos. En esta aplicacion, la activation de los neuroestimuladores estarla dictada por el analisis de las senales proporcionadas por el sistema de adquisicion y transferencia de actividad neuronal implantable.

30

Es importante resaltar que los conceptos y especificaciones descritos en la presente invencion son generales y no estan estrictamente vinculados a ningun tipo de estandar en particular, ni en lo referente a la adquisicion de senal ni en lo referente a las comunicaciones inalambricas.

A lo largo de esta especificacion, el termino "comprende" y sus derivados no debe interpretarse en un sentido excluyente o limitativo, es decir, no debe interpretarse en el sentido de excluir la posibilidad de que el elemento o concepto al que se refiere incluya 5 elementos o etapas adicionales.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S

5

10

15

20

1. Canal de sensado (10000) neuronal del tipo que comprende:

• medios de conexion a al menos un electrodo (20000);

• medios de acondicionamiento y/o adquisicion de la senal capturada mediante el electrodo (20000) que disponen como salida una senal neuronal (1);

• un convertidor analogico-digital (14000) que transforma la senal neuronal (1) en una senal neuronal digitalizada (14001);

• medios de transmision de datos (15500); y

• al menos un procesador local de datos (15000)

en el que el procesador local de datos (15000) comprende un modulo de compresion de datos (15400) caracterizado por que dicho modulo de compresion de datos (15400) comprende un primer sub-modulo de discrimination de senales que discrimina las secciones de la senal neuronal (1) o de la senal neuronal digitalizada (14001) que se encuentran comprendidas en un rango de discriminacion determinado y un segundo submodulo de compresion digital que comprende medios de parametrizacion de, al menos, parte de la senal neuronal digitalizada disponiendo como salida una senal comprimida (15401).
2. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los medios de parametrizacion parametrizan la parte de la senal neuronal digitalizada que no ha sido discriminada por el sub-modulo de discriminacion de senales.

25 3. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la

senal comprimida (15401) es una senal binaria.
4. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la senal comprimida (15401) es una senal serial.

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5. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el sub-modulo de discriminacion de senales dispone de un umbral superior (15563) y un umbral inferior (15564) que definen el rango de discriminacion.

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6. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que el sub-modulo de discrimination de senales es un sub-modulo de discrimination de senales digitales.
7. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el sub-modulo de discriminacion de senales dispone a su entrada de la senal neuronal digitalizada (14001).
8. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 7, caracterizado por que el sub-modulo de compresion digital dispone a su entrada la senal de salida del sub-modulo de discriminacion de senales.
9. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 6, caracterizado por que el sub-modulo de discriminacion de senales dispone a su entrada de la senal neuronal (1).
10. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que los medios de parametrizacion son medios de parametrizacion lineal a tramos.
11. Canal de sensado (10000), segun las reivindicaciones 5 y 10, caracterizado por que la senal comprimida (15401) mediante los medios de parametrizacion comprende un primer valor de tension (155721), un segundo valor de tension (155722) de la senal digitalizada (14001) y un primer intervalo de tiempo definido por el tiempo transcurrido entre el instante en que la senal neuronal (1) sobrepasa uno de los umbrales hasta el instante del primer valor de tension (155721).
12. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 11, caracterizado por que la senal comprimida (15401) mediante los medios de parametrizacion comprende un segundo intervalo de tiempo definido por el tiempo transcurrido entre el instante del primer valor de tension (155721) y el instante del segundo valor de tension (155722).
13. Canal de sensado (10000), segun las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que la senal comprimida (15401) mediante los medios de parametrizacion comprende un tercer intervalo de tiempo definido por el tiempo transcurrido entre el instante del segundo valor de tension (155722) y el instante en el que senal neuronal (1) vuelve a estar comprendida en el rango de discriminacion.

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14. Canal de sensado (10000), segun la revindication 12, caracterizado por que la senal comprimida (15401) mediante los medios de parametrizacion comprende un tercer intervalo de tiempo definido por la substraccion del primer intervalo y el segundo intervalo de tiempo a un valor predeterminado.
15. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 11, caracterizado por que al menos uno de los primer y segundo valor de tension corresponde con el valor de un umbral superior (15563) o un umbral inferior (15564) definiendo dichos umbrales superior e inferior el rango de discrimination.
16. Canal de sensado (10000), segun las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado por que los intervalos de tiempo se calculan mediante el conteo de pulsos de un reloj asociado al canal del canal de sensado (10000).
17. Canal de sensado (10000), segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende medios de transmision inalambricos de la senal comprimida (15401).
18. Procedimiento de sensado de actividad neuronal en un canal de sensado (10000) que comprende las etapas de:

a) captura, mediante un electrodo (20000), de las senales bioelectricas generadas por la actividad neuronal de un sujeto;

b) adquisicion y acondicionamiento de la senal capturada por un electrodo en la etapa a) dando como resultado una senal neuronal (1);

c) digitalization, mediante un convertidor analogico-digital (14000), de al menos parte de la senal adquirida y acondicionada en la etapa b);

d) discriminacion de, al menos, parte de las senales electricas de las etapas b) o c) que se encuentran en un rango de discriminacion previamente definido;

caracterizado por que comprende, ademas, una etapa e) en la que la senal digitalizada (14001) obtenida tras la realization de las etapas c) o d) se comprime mediante una parametrizacion dando como salida una senal comprimida (15401).
19. Procedimiento, segun la reivindicacion 18, caracterizado por que la discriminacion de las senales electricas de la etapa d) se realiza en el dominio analogico.
20. Procedimiento, segun la revindication 18, caracterizado por que la discrimination de las senales electricas de la etapa d) se realiza en el dominio digital.
21. Procedimiento, segun la revindication 18, caracterizado por que la

5 parametrizacion de la etapa e) es una parametrizacion lineal a tramos.
22. Procedimiento, segun la revindication 21, caracterizado por que la

parametrizacion dispone como entrada la senal digitalizada (14001), asl como la senal comprimida (15401) comprende, al menos, un primer valor de amplitud, (155721), un

10 segundo valor de amplitud (155722) y un valor dependiente del tiempo.
23. Procedimiento, segun la revindication 22, caracterizado por que al menos uno del primer o segundo valor de amplitud corresponde con el valor de un umbral superior (15563) o un umbral inferior (15564) definiendo dichos umbrales superior e inferior el

15 rango de discrimination.
24. Procedimiento, segun la revindication 22, caracterizado por que el valor

dependiente del tiempo se calcula mediante el conteo de pulsos de un reloj del canal del

canal de sensado.

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25. Procedimiento, segun la revindication 18 caracterizado por que comprende una etapa f) en la que se envla la senal comprimida (15401) a, al menos, un dispositivo externo al canal de sensado (10000).

25 26. Procedimiento, segun la revindication 25, caracterizado por que dicho envlo de

la senal comprimida (15401) se realiza mediante medios de comunicacion inalambricos.