DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO DE PACIENTES POR MEDIO DE ESTIMULACION CEREBRAL
CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere a un dispositivo para el tratamiento de pacientes por medio de estimulación cerebral de acuerdo con la idea general de la reivindicación 1, un componente electrónico asi como el uso del dispositivo y del componente electrónico en la medicina. ANTECEDENTES DE LA INVENCION En el caso de pacientes con enfermedades neurológicas o psiquiátricas como por ejemplo mal de Parkinson, tremor esencial, distonia y/o enfermedades compulsivas, ciertos grupos de células nerviosas en zonas circunscritas del cerebro, por ejemplo el tálamo y los ganglios básales, se encuentran activos de forma patológica, por ejemplo con una sincronía excesiva. En el caso de pacientes sanos, las neuronas en esas zonas cerebrales funcionan cualitativamente de otra forma, por ejemplo de una manera no correlacionada . En el caso del mal de Parkinson la actividad sincrónica patológica modifica la actividad en áreas grandes de la corteza cerebral, por ejemplo en la corteza motora primaria, en la cual por ejemplo imponen su ritmo, de tal forma que consecuentemente los músculos controlados por esas áreas presentan una actividad patológica, como por ejemplo un temblor rítmico . En el caso de pacientes que ya no pueden ser tratados con medicamentos, dependiendo de sí la enfermedad se presenta de un lado o de ambos lados, se implanta un electrodo profundo. Bajo la piel conduce un cable desde la cabeza hasta el generador mencionado, el cual consiste de una aparato de control con una batería, y por ejemplo se implanta debajo de la piel en la zona de la clavícula. A través de los electrodos profundos se trasmite una estimulación continua con una secuencia periódica de estimulaciones individuales a una alta frecuencia (frecuencia mayor a 100 Hz), por ejemplo un tren de pulsos. El objetivo de este método es el de reducir la actividad de las neuronas en zonas determinadas . Esta estimulación profunda estándar produce una lesión reversible, esto es un aislamiento reversible del tejido. Los mecanismos de acción, esto es exactamente como funciona la estimulación estándar, no han sido suficientemente aclarados. Los métodos hasta ahora utilizados tienen sin embargo algunas desventajas. Así la energía producida durante la estimulación duradera es demasiado alta, de tal forma que el generador incluyendo la batería frecuentemente debe ser substituido después de aproximadamente tres años de operación . Sin embargo es especialmente desventajoso que la estimulación continua de alta frecuencia como entrada no fisiológica y no natural en la zona del cerebro, por ejemplo el tálamo o de los ganglios básales en el transcurso de algunos años puede conducir a la adaptación de los grupos de células nerviosas. Parta lograr el mismo éxito de estimulación, entonces debe realizarse un ajuste con una estimulación de mayor amplitud. Entre mayor es la amplitud de la estimulación mayor es la posibilidad de que como consecuencia de la estimulación se presenten efectos secundarios en áreas adyacentes, como por ejemplo diartria (problemas del habla), diastesia (pérdida de la sensibilidad parcialmente muy dolorosa) , ataxia cerebelar (incapacidad de ponerse de pie sin la ayuda exterior) o síntomas similares a la esquizofrenia etc. Estos efectos secundarios no pueden ser tolerados por los pacientes . Por lo tanto en estos casos el tratamiento pierde su efectividad después de algunos años.
SUMARIO DE LA INVENCION Por lo tanto la tarea de la invención es proporcionar un dispositivo que permita el tratamiento con el cual se reduzcan o eliminen los síntomas de la enfermedad. Para esto no solo debe simplemente reducirse la actividad de los grupos de células nerviosas en cuestión, sino debe llevarse a un funcionamiento más similar al de los pacientes sanos. Además los efectos secundarios, como por ejemplo los ya mencionados disartria, diestesia, ataxia cerebelar o síntomas similares a la esquizofrenia, etc., que se presentan con los métodos de acuerdo con la técnica anterior, deben eliminarse o cuando menos reducirse. A partir de la idea general de la reivindicación se resuelve la tarea de la invención de acuerdo con la parte caracterizante de la reivindicación 1. Con el dispositivo de acuerdo con la invención es ahora posible tratare pacientes sin que se presente una adaptación a la estimulación continua no fisiológica, con el cual se reduzcan o eliminen. Por medio del uso del dispositivo de acuerdo con la invención puede reducirse drásticamente el uso de la batería o corriente, por lo tanto las baterías deben ser cambiadas o recargadas menos f ecuentemente. Modalidades ventajosas de la invención se dan en las reivindicaciones dependientes. BREVE DESCRIPCION DE LA FIGURA El dibujo muestra ejemplos de modalidades del dispositivo de acuerdo con la invención. La figura 1 : es un diagrama a bloques del dispositivo . DESCRIPCION DE LA INVENCION El dispositivo de acuerdo con la invención representado en la figura 1 abarca un amplificador aislado (1), al cual están conectados el cuando menos un electrodo (2) asi como sensores (3) para captar las señales fisiológicas medidas. El amplificador aislado está además en contacto con una unidad (4) para el procesamiento y control de datos, el cual está en contacto un emisor óptico para la estimulación (5) . El emisor óptico (5) está conectado a través del conductor de ondas luminosas con el receptor óptico (7), el cual está en contacto con una unidad estimuladora (8) para la producción de señales que está conectada con los electrodos (2) . En la zona de entrada de los electrodos (2) en el amplificador aislado (1) se encuentra un relevador (9) o un transistor. La unidad (4) está conectada a través de un conducto (4) con un emisor de telemetría (11), el cual está en contacto con un receptor de telemetría (12), que se encuentran fuera del aparato que se va a implantar y al cual están conectados medios para visualizar, procesar y almacenar los datos (13) . Como sensores (3) pueden utilizarse por ejemplo electrodos epicorticales , electrodos profundos, electrodos cerebrales o electrodos periféricos . El electrodo (2) consiste cuando menos de dos cables, en cuyos extremos puede aplicarse una diferencia de potencial para la estimulación. Puede tratarse de macro- o microelectrodos . Adicional pero no obligatoriamente puede medirse a través de los electrodos (2), una diferencia de potencial, para determinar una actividad patológica. En otra forma de realización puede el electrodo 2 consistir también de más de dos cables individuales, los cuales pueden utilizarse tanto para determinar una señal medida o para la estimulación en el cerebro. Por ejemplo pueden introducirse cuatro cables en un conductor, pudiéndose aplicar o medir una diferencia de potencial entre diferentes extremo. Así puede variarse la magnitud de la zona objetivo estudiada o estimulada. El número de cables que conforman el electrodo, está limitado en sus valores superiores principalmente por el grosor asociado del cable que va a introducirse en el cerebro, de tal forma que deba dañarse la menor cantidad posible de material cerebral. Los electrodos comerciales tienen cuatro cables, sin embargo pueden tener cinco, seis, o más cables, pero también pueden tener solo tres. Para el caso en el cual el electrodo (2) tienen más de dos cables, pueden cuando menos dos de esos cables fungir también como sensor (3) , de tal forma que en el caso especial se tiene una conformación en la cual el electrodo (2) y el sensor (3) están unidos en un único componente. Los cables del electrodo (2) pueden tener diferentes longitudes, de tal forma que pueden introducirse a diferentes profundidades cerebrales. Si el electrodo (2) consiste de n cables entonces la estimulación puede tener lugar a través de cuando menos un par de cables, al formar los pares es posible cualquier combinación de los cables. Además de ese componente pueden estar presentes adicionalmente sensores (3) no unidos constructivamente con los electrodos (2) . La unidad para el procesamiento y el control de las señales 4 abarca medios para un procesamiento de datos de una variable o dos variables, como se describe por ejemplo en "Detection of n:m Phase Locking from Noisy Data: Application to Magnetoencephalography" de P. Tass, et al-, en Physical Review Lettters, 81, 3291 (1998) . De acuerdo con la invención el dispositivo está provisto con medios los cuales reconocen como patológicas las señales de los electrodos (2) y/o de los sensores (3) y en caso de que exista un modelo patológico emiten estímulos a través de los electrodos (2), que producen que la actividad neuronal patológica se reduzca o modifique en un corto plazo, de tal forma que se asemeje más a la actividad fisiológica natural. La actividad patológica se diferencia de la actividad sana en una modificación característica de su forma de onda y/o de su amplitud. Los medios para reconocer el modelo patológico son aquí una computadora, que procesa las señales medidas por los electrodos (2) y/o por el sensor (3) y los compara con los datos almacenados en la memoria. La computadora trabaja a través de un portador de datos, que almacena datos que fueron determinados en el marco de un procedimiento de calibración. Por ejemplo pueden obtenerse esos datos con una serie de estímulos de prueba con los cuales se varían sistemáticamente los parámetros de estimulación y el éxito de la estimulación se determina a través de los electrodos (2) y/o sensores (3) por medio de la unidad de control (4) . La determinación puede realizarse por medio de análisis de datos de una, dos o múltiples variables para caracterizar las propiedades de frecuencia y la interacción (por ejemplo coherencia, sincronización de las fases, direccionalidad y relación estimulórespuesta), tal como por ejemplo se describe en P.A. Tass "Phase resetting in Medicine and Biology. Stochastic Modelling and data Analysis" Springer Verlag, Berlín 1999. El dispositivo de acuerdo con la invención abarca por lo tanto una computadora, que incluye un portador de datos que porta los datos de un cuadro patológico, el cual los compara con los datos medidos y en caso de que se presente una actividad patológica da una señal de estímulo al electrodo (2), de tal forma que se presenta una estimulación del tejido nervioso. Los datos del cuadro patológico almacenados en el portador de datos pueden ser ya sea específicos para las personas, o parámetros de estimulación óptimos determinados por medio de calibración o un modelo de datos, el cual fue determinado a partir de un grupo de pacientes y que representan los parámetros de estimulación óptimos que típicamente se presentan. La computadora reconoce la forma de onda y/o la amplitud patológicas. Los tipos de estímulos utilizados para el tratamiento de los hallazgos patológicos son conocidos por el técnico. Pueden por ejemplo utilizarse como se describe adelante bajo los puntos 1. y 2. después de secuencias periódicas largas de estímulos individuales o secuencias de estímulos más complejas. Ejemplos de esos estímulos complejos son por un lado un pulso doble que consiste de dos pulsos cualitativamente diferentes, por ejemplo un pulso fuerte y otro débil y por otro lado una secuencia de pulsos de alta frecuencia (más de 100 Hz) o de baja frecuencia (entre 5 y 20 Hz) , seguida por un pulso individual. Como consecuencia del estímulo utilizado típicamente se reduce la actividad patológica brevemente en el caso de la utilización de secuencias periódicas largas de pulsos individuales y en el caso de secuencias de estímulos más complejas típicamente se llega a una actividad que es similar o igual a la actividad no patológica natural. El dispositivo de acuerdo con la invención está conformado de tal forma que en el caso en el cual el electrodo (2) y/o el sensor (3) después del estimulo determina una supresión de la actividad patológica, se interrumpe el estimulo. Aqui la computadora determina si están presentes una amplitud controlada patológicamente o una forma de onda patológicamente elevada. Esto se realiza por medio del análisis de datos realizado electrónicamente. En el momento que estas características patológicas nuevamente se vuelvan a detectar, empieza la siguiente estimulación de la misma manera. La aplicación y el retiro de la estimulación se realiza ya sea por medio de una unidad de control o por medio de dos unidades de control que se comunican entre sí, las cuales se muestran en la figura 1 conjuntamente como la unidad de control ( 4 ) . La unidad de control (4) puede por ejemplo presentar un chip u otro dispositivo electrónico con capacidades comparables . La unidad de control (4) controla los electrodos (2) preferentemente de la siguiente manera. Los datos de control son transmitidos por la unidad de control (4) a un emisor óptico para la estimulación (5), el cual a través del conductor de luz (6) controla al receptor óptico (7) . Por medio del acoplamiento óptico de las señales de control en el receptor óptico (7) se logra un descarrilamiento galvánico del control de estimulación de los electrodos (2) . Esto significa que se evita la dispersión de señales de perturbación de la unidad de procesamiento y control de señales (4) a los electrodos (2) . Como receptor óptico (7) entra en consideración por ejemplo una fotocelda. El receptor óptico transmite las señales estimulación (5) dadas a través del emisor óptico a la unidad estimuladora (8) . A través de la unidad estimuladora (8) se transmiten los estímulos deseados a través de los electrodos (2) a la región objetivo en el cerebro. Para el caso en el cual también se mida a través de los electrodos (2), a partir del emisor óptico para la estimulación (5) a través del sensor óptico (7) se controla también un relevador el cual evita la dispersión de las señales perturbadoras. El relevador (9) o el transistor aseguran que la actividad neuronal puede ser medida inmediatamente después de cada estímulo, sin que se sobrecargue el amplificador aislado. El desacoplamiento galvánico no tiene que realizarse forzosamente a través de un desacoplamiento de las señales de control, además pueden utilizarse otros controles alternativos. Estos pueden por ejemplo ser acoplamientos acústicos por ejemplo en el rango del ultrasonido, los cuales no perturban el examen. El control libre de perturbaciones puede también realizarse por ejemplo con la ayuda de filtros analógicos o digitales. Además el dispositivo de acuerdo con la invención preferente está en contacto con medios para visualizar y procesar las señales asi como para el aseguramiento de los datos (13) a través de receptores de telemetría. Aqui puede la unidad (13) realizar el procedimiento antes mencionado por medio de análisis de datos de una, dos o múltiples variables . Además el dispositivo de acuerdo con la invención puede estar en contacto con un banco de datos de referencia adicional a través el receptor de telemetría (13), para por ejemplo acelerar el proceso de calibración. A continuación se explicará la invención con la ayuda de ejemplos. De acuerdo con la invención se mide la actividad neuronal patológica A) a través del electrodo (2), como (a) un electrodo cerebral, por ejemplo un electrodo profunda, b) un electrodo epicortical o c) un electrodo muscular, y esta señal sirve como retroalimentación, esto es como señal de control para una estimulación controlada de acuerdo con la necesidad B) . La señal de retroalimentación del sensor (3) se transmite a través de un conductor al amplificador aislado (1) . Alternativamente esta señal de retroalimentación puede transmitirse telemétricamente, sin utilizar el amplificador aislado. En el caso de la transmisión telemétrica el sensor (3) está unido al amplificador a través de un cable. El amplificador está conectado con el emisor telemétrico a través de un cable. En este caso se encuentran el sensor (3) , el amplificador y el emisor telemétrico implantados en la zona de la extremidad en cuestión, mientras que el receptor de telemetría está conectado a través de un cable con la unidad de control (4)". Esto significa que contrariamente que en el caso de la estimulación continua estándar, la actividad medida y la señal medida se utilizan como disparador de una estimulación controlada de acuerdo con las necesidades. Para la medición A) de la actividad neuronal, existen las siguientes posibilidades: I. Medición a través el electrodo cerebral a) (en este caso los electrodos (2) realizan la función de un sensor (3) ) , a través de los cuales también se realiza la estimulación. Cuando el electrodo (2) consiste de más de tres cables, pueden fungir cuando menos dos de esos cables como sensor (3), y en este caso no se realiza estimulación a través de estos cables. II. Medición de la actividad neuronal en zonas profundas del cerebro, como el tálamo o los ganglios básales a través de electrodos profundos a') (sensor (3) ) , a través de los cuales no se realiza estimulación. En este caso además de los electrodos profundos a) que fungen como electrodo
(2) se utiliza otro electrodo profundo a' ) como sensor ( 3 ) . III. Medición de la actividad neuronal, que surge de la corteza cerebral, ya sea a través de un electrodo implantado (b) o preferentemente un electrodo epicortical no traumatizante b) (sensor (3)), esto es un electrodo que se coloca y fija al cerebro, pero que no penetra el tejido y de esta manera realiza un electroencefalograma local de un área determinada de la corteza cerebral, por ejemplo de la corteza motora primaria . IV. En pacientes que principalmente sufren de tremor, puede realizarse la medición de la actividad muscular en la zona de la musculatura en cuestión con los electrodos c) (sensor (3) , preferentemente conectado con la unidad de control (4) de forma telemétrica) . La actividad neuronal patológica puede principalmente presentarse en diferentes grupos de neuronas. Por lo tanto pueden utilizarse también varias señales medidas a través de los electrodos (2) y (o de los sensores (3) para controlar la estimulación. Siempre cuando, en por lo menos uno de los grupos neuronales se detecte una característica patológica en la actividad, se emitirá una estimulación. Los electrodos (2) también pueden realizar la función de un sensor (3) . Esto permite obtener la actividad del grupo de neuronas en el punto dé tratamiento del electrodo (2) . La o las señales medidas sirven como señales de retroalimentación . Esto significa que una estimulación se realiza dependiendo de la actividad determinada a través de la señal medida. Siempre se realiza una estimulación cuando empieza y aumenta una característica patológica de la actividad neuronal (esto es cuando se presenta una amplitud patológicamente elevada o un modelo de actividad patológico claramente elevado) . Para esto puede la estimulación B) alizarse de diferentes maneras. Estimulación según la necesidad con una secuencia de pulsos de alta frecuencia (secuencia de pulsos > 100 Hz) : Siempre cuando empieza a formarse una actividad patológica, se aplica una secuencia de pulsos a alta frecuencia lo suficientemente larga. La requerida secuencia de pulsos a alta frecuencia suficientemente larga se determina en el marco de un procedimiento de calibración. Durante el tiempo que requieren los grupos neuronales en cuestión, para volver a desarrollar su actividad patológica, no se realiza estimulación. De esta manera se reduce claramente el tiempo de estimulación, ya que también en el caso de pacientes graves por ejemplo no se presenta actividad patológica durante minutos o hasta claramente periodos más largos . Estimulación determinada por la necesidad para la desincronización de actividad oscilatoria sincronizada : Estos procedimientos se utilizan cuando exista actividad de las células nerviosas sincronizada de manera patológica en el área en cuestión (determinada a través de los electrodos (2)) (por ejemplo en el caso del mal de Parkinson en áreas del tálamo) o en otras áreas u otros músculos relevantes para la enfermedad (a través de los sensores (3)) . Esto por ejemplo se determina porque las señales medidas a través de electrodos (2) y/o sensores (3) se someten a un filtro pasa bandas en el rango de frecuencia que es característico para la actividad patológica. En tanto como una señal medida filtrada en pasa bandas rebasa un valor de umbral, determinado en el marco de un procedimiento de calibración, se conduce a través de la unidad de control (4) el siguiente impulso de control al emisor óptico (5), que a través del conductor de ondas luminosas (6) y el receptor óptico (7) que provoca la estimulación producida a través de los electrodos (2) . Aquí contrariamente al caso de la estimulación continua estándar, el objetivo no es simplemente reducir la actividad de las neuronas. Más bien debe en caso de necesidad, reducirse la elevada sincronización de las células nerviosas provocada por la enfermedad. Esto significa que se desincronizan los grupos de células nerviosas en el área en cuestión, con lo cual siguen activas, esto es que presentan potencial de acción. Para esto las células nerviosas en cuestión deben llevarse a un estado cercano al fisiológico, esto es con funcionamiento no correlacionado, en vez de solo impedir su actividad por completo. Para esto pueden utilizarse varios procedimientos de de sincronización, que se basan en el principio de la "reactivación en fase estocástica". Aquí se aprovecha el que el grupo de neuronas sincronizadas se desincronizan pro medio de la aplicación de un estimulo eléctrico con la intensidad y la duración correctas, el estimulo se aplica en una fase vulnerable de la actividad rítmica patológica. Estos parámetros de estimulación óptimos (intensidad, duración y fase vulnerable) se determinan en el marco de un procedimiento de calibración por ejemplo por medio de la variación sistemática de esos parámetros y comparación con el éxito de la estimulación (por ejemplo la amplitud de las señales de retroalimentación filtradas en pasa bandas. En el caso del uso del dispositivo de telemetría 11-13 puede acelerarse la calibración por medio del uso de las llamadas curvas de reactivación de fase. La estimulación de pulsos individuales solo es ahora eficiente cuando se aplica la estimulación en o lo suficientemente cerca de la fase vulnerable de la actividad que se va a estimular. Alternativamente puede utilizarse formas de estimulación complejas. Estas se conforman de un estimulo desactivado (que controla la dinámica del grupo de neuronas que se van a estimular, por ejemplo uno recién empezado) conjuntamente con un pulso desincronizado . La ventaja de ese procedimiento más complejo es que las formas de estimulación complejas independientemente del estado dinámico del grupo neuronal que se va a estimular producen una desincronización . En el caso del uso de estímulos individuales debe la unidad de control (4) al sobrepasar el valor de umbral determinado por medio de calibración, por medio del algoritmo de predicción estándar realizado por el sistema electrónico
(unida de control (4')) debe calcularse previamente la presentación periódica de la fase vulnerable, para coincidir con ella de una manera suficientemente precisa. En el caso de la utilización de estímulos complejos, la unida de control (4) al sobrepasar el valor de umbral determinado por medio de calibración debe principalmente provocar un nuevo estímulo complejo. Los estímulos sencillos son por ejemplo: a) estimulaciones con pulsos individuales. Los estímulos complejos son por ejemplo: b) estimulación con pulsos dobles, c) estimulación con una secuencia de pulsos de alta frecuencia reactivada (secuencia de pulsos <100 Hz) seguido por un pulso único desincronizante , d) estimulación con una secuencia de pulsos de baja secuencia reactivada, en el rango de la frecuencia patológica por ejemplo en el caso de mal de Parkinson aproximadamente 5 Hz, seguido por un pulso único desincronizante, En una forma de realización preferida el dispositivo está provisto con medios para la transmisión inalámbrica de datos, como por ejemplo las señales medidas y las señales de control de estimulación, para que con esto pueda realizarse una transferencia de datos de los pacientes a un receptor externo por ejemplo con el fin de vigilar y optimizar la terapia. De esta manera puede reconocerse precozmente si los parámetros de estimulación ya no son los óptimos . Adicionalmente por medio de la transferencia de datos inalámbrica puede tenerse acceso a un banco de datos de referencia y reaccionar a tiempo a las variaciones típicas de la capacidad de estimulación en el tejido objetivo. De acuerdo con la invención se proporciona un componente electrónico, el cual reconoce la existencia y supresión de una característica patológica de la señal eléctrica, la cual es medida por el sensor (3,2), y al presentarse la característica patológica emite cuando menos un pulso al electrodo (2) y desconecta el pulso al suprimirse la característica patológica. En una forma de realización preferida se incluye un procesamiento de datos de una variable y además un procesamiento de datos de dos y/o múltiples variables. Preferentemente el componente electrónico está conformado de tal forma que se realiza el procesamiento de datos con una, dos o múltiples variables con métodos de física estadística, los métodos de física estadística pueden obtenerse del ámbito de la reactivación de la fase estocástica. El dispositivo de acuerdo con la invención y el componente electrónico de acuerdo con la invención pueden utilizarse en la medicina, en especial en la neurología y psiquiatría .