Desarrollan un singular dispositivo para recuperar mentalmente funciones tras un ictus

Cuando se sufre un ictus -sea hemorrágico o isquémico- es muy habitual que la persona pierda parte de sus habilidades motoras y no pueda mover algunas de sus extremidades; pues bien, se ha desarrollado un singular dispositivo bautizado como recoveriX que aúna en un mismo proceso rehabilitador la fisioterapia muscular mediante impulsos eléctricos con la imaginación de movimientos y su visualización en una pantalla de ordenador. Y es que al visualizar en ella el enfermo cómo su orden mental logra mover la extremidad se genera una retroalimentación que mejora la plasticidad cerebral mientras paralelamente se estimulan eléctricamente los músculos afectados. Todo indica que el aparato reconecta artificialmente cerebro y cuerpo activando las neuronas espejo.

Desarrollan un singular dispositivo para recuperar mentalmente funciones tras un ictus

La posibilidad de interactuar mentalmente con el entorno fue hasta hace poco una simple fantasía de la ciencia ficción pero la cada vez mejor comprensión de las funciones cerebrales y los espectaculares avances de la tecnología informática desarrollando métodos para decodificar las señales del cerebro en tiempo real han permitido hoy la creación de numerosos dispositivos médicos, entre ellos los basados en la neurotecnología interfaz cerebro-ordenador o BCI (por las siglas en inglés de Brain computer interface). Hablamos de sistemas integrados por un ordenador que recibe desde diferentes electrodos las señales del cerebro, las analiza y las traduce en órdenes que se transmiten a un dispositivo que lleva a cabo la acción imaginada y deseada. Es decir, el usuario imagina una acción -la visualiza mentalmente- que el cerebro transforma en unas señales que el BCI decodifica y traduce en órdenes para que un dispositivo artificial las haga realidad. No son pues sistemas que «lean» la mente sino que convierten deseos de movimiento físico imaginados o visualizados en movimientos reales. De ahí que se trate de una tecnología cuyo objetivo principal sea ayudar a las personas discapacitadas por trastornos neuromusculares, esclerosis múltiple, esclerosis lateral amiotrófica (ELA), parálisis cerebral o lesión grave de la médula espinal a comunicarse y efectuar movimientos que ejecutan brazos robóticos, prótesis, sillas de ruedas y otros dispositivos.

Cabe añadir que los sistemas BCI pueden englobarse en dos grandes grupos: los que precisan de un electrocorticograma o implantación quirúrgica en el cerebro de unos electrodos a fin de registrar la actividad cerebral y los no invasivos que se basan en electroencefalogramas (EEG), magnetoencefalogramas (MEG) o espectroscopias de infrarrojo cercano (NIRS).

A comienzos del 2000 no existían en el mundo más que media decena grupos que investigaran la interfaz cerebro-ordenador (BCI) y estaban centrados en buscar formas de comunicación para personas con discapacidades motoras severas. Hoy existen ya sin embargo cerca de 300 que han ampliado el abanico de posibilidades entre los cuales hay algunos grupos españoles; como el Grupo de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Valladolid o el Grupo Brain-Machine Interface Systems Lab del Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática de la Universidad Miguel Hernández de Elche.

En suma, hablamos de usar la visualización mental de movimientos para introducir un proceso de retroalimentación que ayude a la terapia de rehabilitación convencional, nuevo enfoque denominado Estimulación Asociativa Emparejada. En pocas palabras, las «imágenes motoras» o movimientos visualizados por el usuario aparecen recreadas en pantalla en un avatar -representación digital de la persona o de sus extremidades- y ello da lugar a una respuesta fisiológica similar de la que se ocupa un estimulador eléctrico funcional conectado al ordenador. Tal es la filosofía en la que se ha basado la empresa biomédica austriaca g.tec medical engineering (G.tec) para desarrollar el hardware y software de adquisición y análisis de señales biológicas del recoveriX, dispositivo médico especialmente diseñado para facilitar la recuperación de quienes hayan sufrido un ictus, sea hemorrágico o isquémico. Se trata de una empresa que cuenta con dos sucursales en Austria (Graz y Schiedlberg), una en España (Barcelona) y otra en Estados Unidos (Albany, Nueva York).

En cuanto a los resultados preliminares de la investigación se han publicado este mismo año en un trabajo titulado Paired Associative Stimulation using Brain-Computer Interfaces for Stroke Rehabilitation: A Pilot study (Estimulación asociativa emparejada mediante interfaces cerebro-ordenador para la rehabilitación del ictus: estudio piloto) aparecido en el European Journal of Translational Myology. Se trata de una investigación desarrollada por Woosang Cho en colaboración con el doctor Danut C. Irimia -de la Universidad Técnica de Iasi (Rumania)- supervisada por el doctor Christoph Guger, cofundador de g.tec medical engineering según el cual “recoveriX permite la sincronización de los procesos cognitivos mentales con los encargados del movimiento a nivel cerebral. Este hecho es la clave que da lugar a una rehabilitación más efectiva incluso en los casos crónicos más complicados. recoveriX será primordial para una rehabilitación completa después de un ictus”.

El estudio presenta el caso de una mujer diestra nacida en 1974 que tuvo un accidente cerebrovascular en 2010 tras el que su mano izquierda quedó paralizada y no experimentó mejoría alguna después de dos años de terapia convencional. Pues bien, en 2014 participó en 10 sesiones de rehabilitación con la versión de recoveriX que aún no incluía la representación digital del avatar. “Esta víctima de accidente cerebrovascular crónico -señalan las conclusiones del estudio- no tenía movimiento residual alguno de la mano parética incluso después de varias sesiones de fisioterapia convencional pero recuperó el control parcial de la mano afectada después de tan sólo 10 sesiones de rehabilitación con recoveriX”.

Otra paciente de 61 años -la Sra Savin– sufrió un ictus que afectó gravemente la movilidad de la mano derecha. La paciente participó en un total de 24 sesiones de rehabilitación con recoveriX y hoy afirma haber recuperado el 100% de la movilidad. Mueve ambas manos de igual manera. Las imágenes que de su recuperación pueden verse en Youtube así lo atestiguan. “Me siento muy bien -cuenta-; ahora puedo llevar la carretilla con la mano, puedo cavar, arar e incluso coger agua de la fuente con un cubo”.

MEJOR REHABILITACION, MEJORES RESULTADOS

En la terapia de rehabilitación convencional la denominada retroalimentación se produce sin que el rehabilitador sepa si en el momento de la estimulación muscular los pacientes están realizando la visualización de la imagen motora requerida, crucial para la regeneración neuronal de acuerdo con el denominado aprendizaje hebbiano, ampliamente reconocido como principio fundamental del aprendizaje. Y es que fue el doctor Donald Hebb el primero en explicar -en 1949- los procesos de aprendizaje desde un punto de vista biopsicológico postulando que éste se produce al activarse ciertos cambios neuronales. Este fenómeno se considera la base de la neuroplasticidad o plasticidad cerebral -es decir, la capacidad de adaptación del cerebro al entorno- y supone que la visualización de una idea y la repetición de la misma incrementan las conexiones sinápticas potenciando el aprendizaje. Sus trabajos se traducirían en la denominada Ley de Hebb según la cual “cuando el axón de una célula A está suficientemente cerca de una célula B como para excitarla y participa repetida o persistentemente en su activación se produce algún proceso de crecimiento o cambio metabólico en una o ambas células de modo tal que la eficacia de A, como una de las células que activa B, aumenta”. En pocas pero más inteligibles palabras, el trabajo que imponemos a nuestro cerebro de una forma repetida y constante, es lo que permite la creación de nuevas conexiones cerebrales que mejoran su configuración y por tanto nuestro aprendizaje. Las teorías de Hebb se han acabado convirtiendo en la base de la Teoría de las Redes Neuronales, fundamental en el desarrollo de la Inteligencia Artificial.

Pues bien, ese esfuerzo de imaginar el movimiento, de visualizarlo mediante un trabajo neuronal repetido y constante es fundamental en la recuperación de quienes han sufrido una accidente cerebrovascular. Por eso cuando un paciente recibe la estimulación eléctrica muscular, durante la rehabilitación convencional, sin el acompañamiento de la necesaria imagen mental del movimiento es más difícil que se produzca la activación neural necesaria para que el área cerebral afectada o bien otra contigua se reconfigure para asumir las funciones perdidas. En muchos casos la falta de simultaneidad entre pensamiento y estímulo eléctrico muscular es la razón por la que la rehabilitación convencional consigue sólo una mejora moderada durante la fase post-aguda. De aquí las importantes mejoras que la incorporación de la BCI a la rehabilitación puede suponer para los pacientes en los primeros momentos y también en una fase posterior o crónica.

En la sede de G.tec de Barcelona Begoña Otal -doctora en Ingeniera de Telecomunicaciones del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad Politécnica de Cataluña y máster en medicina cerebrovascular por la Charité-Hospital Universitario de Berlín y Arnau Espinosa –máster en Ingeniería de Telecomunicaciones por la Universidad Politécnica de Cataluña y especialista en el desarrollo de interfaces cerebro-ordenador- nos explicaron los pormenores del recoveriX, una plataforma integrada de hardware y software que puede registrar, analizar y utilizar la actividad electroencefalográfica -señales EEG- de un paciente en tiempo real y facilitar a la vez la visualización del movimiento en un avatar y el estímulo eléctrico que provoca la propia contracción muscular. “Cuando el paciente usuario -nos diría Begoña- imagina un movimiento específico -como la dorsiflexión de la muñeca- recoveriX registra una actividad cerebral específica mediante los 10 electrodos activos del gorro de EEG, Estas señales EEG que reflejan la imagen motora resultante del paciente son amplificadas y se pueden transmitir de forma inalámbrica a un ordenador portátil donde se analizan y traducen simultáneamente en el movimiento del avatar”.

A diferencia de la terapia convencional los usuarios de recoveriX utilizan un gorro con biosensores destinados a medir la actividad eléctrica cerebral (EEG) originada por las neuronas de la corteza cerebral. En la actualidad G.tec ha desarrollado un gorro de biosensores inalámbrico con un amplificador mucho más pequeño que sólo pesa 70 gramos y resulta mucho más práctico en la aplicación de la rehabilitación.

Como vemos el elemento clave de la estimulación asociativa emparejada es la simultaneidad entre el pensamiento, la visión de los brazos del avatar y la estimulación muscular que sólo llega a producirse cuando el paciente imagina el movimiento indicado por el terapeuta. Por tanto, a diferencia de la terapia convencional, la respuesta siempre va emparejada con la actividad cerebral.

Además de permitir la estimulación, el avatar cuyos movimientos imita los que el usuario imagina, resulta enormemente práctico para dirigir al paciente sobre los movimientos a realizar al tiempo que aumenta su grado de satisfacción por los avances logrados. El doctor Danut C. Irimia que supervisó las pruebas del recoveriX en la Universidad Técnica de Iasi (Rumania) declararía sobre los resultados: “El sistema recoveriX proporciona a los pacientes con discapacidad motora la sensación de que pueden moverse de nuevo. De esa manera es posible motivarlos a participar más activamente en el proceso de rehabilitación lo cual conlleva unos beneficios enormes, tanto en tiempo como en eficacia clínica”.

Cabe añadir que el recoveriX es un sistema en continuo desarrollo por lo que no tardará mucho en incorporar importantes novedades. “Para el futuro -nos diría Arnau Espinosa- se está trabajando en una gama más amplia de movimientos, más allá de la muñeca y la mano que son los que el sistema incorpora en la actualidad, a fin de que incluyan más actividades y movimientos de las extremidades superiores e inferiores. Esto permitirá ayudar a un mayor número de pacientes que buscan la rehabilitación de diferentes áreas motoras afectadas a causa de un ictus”. Entre las mejoras previstas también están la incorporación al sistema de otras señales para complementar la actividad del EEG; como un electromiograma que permita conocer el funcionamiento del sistema nervioso periférico y el estado de los músculos de las piernas y los brazos y sensores de posición, frecuencia cardíaca y actividad ocular que ayuden a identificar mejor durante las pruebas el estado físico real de los pacientes e, incluso, su estado emocional (si están confundidos, frustrados o sobrecargados).

Aunque los pacientes son los grandes beneficiados por el sistema también los rehabilitadores pueden sacar interesantes conclusiones del mismo de cara a acelerar la recuperación ya que el interfaz cerebro-ordenador les permite saber si sus instrucciones están siendo entendidas y seguidas correctamente. Y es que los pacientes que han sido víctimas de un accidente cerebrovascular se muestran a menudo incapaces de cumplir con las instrucciones impartidas por distintas razones. Puede deberse a que se sienten desmotivados por sus estado físico y anímico, a una adecuada falta de atención, a que son incapaces de mantener en su mente la imagen mental requerida durante toda la recuperación o, simplemente, a una mala interpretación de las instrucciones. En la medida en que el fisioterapeuta tenga la convicción de que los usuarios están pensando o no las imágenes correctas a través de las imágenes del avatar puede modificar sus estrategias de trabajo para adoptar los cambios necesarios; como mejorar la comunicación y proporcionar instrucciones más claras, mejorar la motivación y/o modificar el entorno de trabajo si fuera necesario.

En la actualidad el sistema recoveriX está siendo validado a nivel internacional por importantes centros hospitalarios como el Massachusetts General Hospital de Boston (EEUU), el Sunnyview Hospital de Rehabilitación de Nueva York (EEUU), el Hospital de la Universidad de Medicina de Asahikawa de Hokkaido (Japón), el Kittsee Center de Neurorehabilitación de Viena, (Austria), la Universidad Técnica de Iasi (Rumania) y, próximamente, el Instituto Guttmann-Hospital de Neurorehabilitación de Barcelona (España). “La rehabilitación del ictus basada en la neurotecnología BCI (interfaz cerebro-ordenador) –afirma el doctor Marian Poboroniuc de la Universidad Técnica de Iasi (Rumania) donde se ha probado clínicamente la eficacia del recoveriX- nos permite tratar incluso pacientes en estado crónico y mejorar sus funciones motoras. Estas conclusiones se basan en los resultados de los datos experimentales de las pruebas del sistema recoveriX en pacientes en fase crónica post-ictus del Hospital de Rehabilitación de Iasi, Rumania”.

MINDBEAGLE

Otro de los últimos dispositivos BCI desarrollados por g.tec es el mindBEAGLE. En su caso la neurotecnología interfaz cerebro-ordenador permite evaluar de forma rápida, fácil y sin dolor el estado cognitivo real de aquellos pacientes que tras un accidente cerebrovascular o traumático se considera que están en estado vegetativo o Síndrome de Vigilancia sin Respuesta. Es decir, en ellos no existe ningún tipo de respuesta hacia uno mismo o su entorno y sólo se dan algunas respuestas motoras reflejas sin ningún tipo de interacción voluntaria.

Pero, ¿y si a pesar de ser capaces de pensar, oír e incluso sentir estuvieran dramáticamente incapacitados para moverse o comunicarse? Aunque pueda parecer el argumento de una película de terror… no lo es. La realidad es que los investigadores de g.tec consideran que más del 40% de los pacientes diagnosticados como vegetativos, tras ser examinados con la nueva tecnología BCI del mindBEAGLE, se «reclasifican» por entenderse que tienen un estado de mínima pero apreciable consciencia tanto de sí mismos como del entorno. Estado que va acompañado de al menos alguno de estos comportamientos: un seguimiento visual reproducible, una respuesta verbal de sí o no, realización de órdenes simples, respuestas motoras o emocionales y una verbalización inteligible. Y es fácil imaginar lo que para esos pacientes y sus familiares supone pasar de estar considerados seres humanos en estado vegetativo a admitir que aun tienen un cierto nivel de consciencia. De hecho ello produce un cambio inmediato en el nivel de atención de los profesionales que se ocupan de la recuperación del paciente ya que no es lo mismo para ellos enfrentarse a un estado vegetativo persistente que con el paso del tiempo puede pasar a ser permanente que tener la certeza de la existencia de un estado mínimo de consciencia sobre el que poder trabajar para conseguir con el tiempo una comunicación interactiva, fiable y consciente.

En una primera fase de evaluación del estado del paciente a través de la estimulación auditiva y táctil, mediante vibraciones, la tecnología del mindBEAGLE permite detectar cambios mínimos en la actividad cerebral del paciente provocados por la respuesta mental del usuario. Las señales EEG del cerebro son analizadas y clasificadas automáticamente en un ordenador para verificar si existe o no un cierto nivel de conocimiento y procesamiento consciente en el cerebro del paciente. Al ser un dispositivo portátil se facilita el análisis de la evolución del paciente en su propio entorno.

Tan pronto como el paciente puede producir señales cerebrales fiables -lo que normalmente requiere períodos de formación que pueden ir de cinco minutos a unas pocas horas o días- el dispositivo pasa a ser utilizado como herramienta de comunicación. Porque a pesar de que no pueda moverse todo paciente que piense puede llegar a comunicarse a través de la BCI imaginando movimientos como agarrar con la mano izquierda o derecha que pueden hacerse corresponder con un “sí” o un “no” o bien centrándose en las vibraciones de la mano izquierda para responder con un “sí” y en las de la mano derecha para un “no”. De esa manera se consigue una comunicación muy básica que sin duda proporciona a los médicos, familiares y/o cuidadores un conocimiento más amplio del nivel de percepción y conciencia del paciente. El propio sistema permite también recoger la mejora de las respuestas o de los cambios diarios en el nivel de conciencia sin necesidad de que el paciente esté o regrese a un entorno hospitalario.

El dispositivo ha sido avalado entre otros por el doctor Steven Laureys, jefe del Coma Science Group del Cyclotron Research Center adscrito al Departamento de Neurología del Hospital Universitario de Lieja (Bélgica): “El mindBEAGLE -afirma- combina importantes pruebas electro-fisiológicas que nos permiten buscar señales de conciencia después del coma. Su gran ventaja es que es un sistema integrado de diagnóstico y tratamiento. Puedes llevarlo hasta cualquier paciente, enchufarlo y obtener los resultados directamente. Sigue siendo un reto y no funciona con todos pero el mindBEAGLE será una gran ayuda para nosotros a medida que se implemente su uso en el estudio de pacientes muy difíciles”.

Francisco San Martín

Este reportaje aparece en
197
Octubre 2016
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