Conocimiento Bóveda 3/61 - G.TEC BCI & Neurotecnología Escuela de Primavera 2024 - Día 5
Seguimiento y modulación del estado cerebral basado en neurofisiología:
integrando implantes cerebrales y coprocesadores cerebrales en la nube
Vaclav Kremen, Clínica Mayo (EE.UU.)
<Imagen de Resumen >

Gráfico de Concepto & Resumen usando Claude 3 Opus | Chat GPT4 | Llama 3:

graph LR classDef kremen fill:#f9d4d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef neuralink fill:#d4f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef stimulators fill:#d4d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef epilepsy fill:#f9f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef implantable fill:#f9d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef seizures fill:#d4f9f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef platform fill:#f9d4d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef study fill:#d4f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef stimulation fill:#d4d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef sleep fill:#f9f9d4, font-weight:bold, font-size:14px classDef research fill:#f9d4f9, font-weight:bold, font-size:14px classDef device fill:#d4f9f9, font-weight:bold, font-size:14px A["Vaclav Kremen"] --> B["Kremen: grabación cerebral,
estimulación para enfermedades neurológicas 1"] A --> C["Neuralink: avance en BCI,
parapléjico controla computadora 2"] A --> D["Estimuladores: tratan enfermedades,
sensores estiman condición 3"] D --> E["DBS: tratamiento de epilepsia,
tálamo o RNS 4"] A --> F["Epilepsia: convulsiones recurrentes,
3% población afectada 5"] A --> G["VNS, Neurovista:
manejo de epilepsia implantable 6"] F --> H["Reporte de frecuencia de convulsiones
a menudo inexacto 7"] A --> I["Plataforma: colección de datos ricos,
optimizar terapia de estimulación 8"] I --> J["Sistema: estimulador implantable,
tablet, plataforma en la nube 9"] I --> K["Estudio: 5 pacientes implantados,
65-80% datos diarios 10"] A --> L["Estimulación de baja frecuencia:
menor convulsiones, supresión de picos 11"] F --> M["Convulsiones: mayormente despiertos,
tasas de picos menores día 12"] L --> N["Estimulación: atenuación circadiana,
ritmos de picos más largos 13"] A --> O["Estimulación de alta frecuencia:
sueño interrumpido 14"] A --> P["Impedancia: variaciones en el tiempo,
caída durante el sueño 15"] A --> Q["Potenciales evocados: diferencias
entre vigilia y sueño 16"] A --> R["Prueba de memoria: baja frecuencia
mejor, alta interrumpe sueño 17"] A --> S["Estudio en UCI: estimulación cortical
puede facilitar recuerdo de palabras 18"] B --> T["Esfuerzo de gran equipo:
Mayo, Yale, Dartmouth, Oxford 19"] A --> U["Algoritmos: detección de convulsiones,
advertencia, pruebas cognitivas 20"] A --> V["Dispositivo de investigación: dos estudios,
epilepsia del lóbulo temporal 21"] V --> W["Dispositivo: excelente batería,
dura todo el día 22"] A --> X["Seguridad de datos: IDs de pacientes,
nube HIPAA, protocolos 23"] A --> Y["Precaución: combinando implantes cerebrales
con otra estimulación 24"] A --> Z["Solución de problemas: alta impedancia,
identificar problemas, reemplazar 25"] class A,B,T,Z kremen class C neuralink class D,E,L,N,O,Q,R,S stimulators class F,H,M epilepsy class G,P implantable class K,U seizures class I,J platform class V,W study class X,Y device

Resumen:

1.- Vaclav Kremen de la Clínica Mayo discute nuevas tecnologías e investigaciones en grabaciones cerebrales crónicas y dispositivos de estimulación para enfermedades neurológicas como la epilepsia.

2.- La interfaz cerebro-computadora de Neuralink es un avance significativo, permitiendo a un paciente parapléjico controlar un ratón de computadora y jugar.

3.- Los estimuladores cerebrales tratan enfermedades mediante la entrega de estimulación terapéutica. Las capacidades de detección ayudan a estimar la condición del paciente.

4.- La estimulación cerebral profunda trata la epilepsia estimulando el núcleo anterior del tálamo o utilizando neuroestimulación responsiva. Se observa una reducción en la frecuencia de las convulsiones.

5.- La epilepsia se caracteriza por convulsiones recurrentes debido a cambios en la actividad eléctrica del cerebro. El 3% de la población tiene epilepsia activa. Los animales grandes se ven afectados de manera similar.

6.- El estimulador del nervio vago y el dispositivo Neurovista eran tecnologías implantables utilizadas para el manejo de la epilepsia. Neurovista buscaba predecir convulsiones detectando señales cerebrales.

7.- Informar la frecuencia de las convulsiones, la principal medida de resultado del tratamiento, a menudo es inexacto ya que los pacientes tienen dificultades para recordar convulsiones que ocurrieron hace meses.

8.- Se diseñó una plataforma para integrar un sistema distribuido con un dispositivo implantado para la recolección de datos ricos y la optimización de la terapia de estimulación.

9.- El sistema incluía un estimulador implantable, una tablet para la interacción del paciente y una plataforma en la nube para que los médicos analizaran los datos y adaptaran la terapia.

10.- En un estudio, se implantaron y monitorearon 5 pacientes durante años, recolectando datos del 65-80% por día. Algunos pacientes necesitaron más seguimiento.

11.- La estimulación de baja frecuencia mostró una menor frecuencia de convulsiones y supresión de picos interictales en comparación con la alta frecuencia en el grupo de pacientes.

12.- Las convulsiones ocurrieron principalmente durante el despertar para los pacientes con epilepsia del lóbulo temporal. Las tasas de picos fueron menores durante el día y mayores por la noche.

13.- La estimulación atenuó los ritmos circadianos y más largos observados en el poder de las tasas de picos interictales según el análisis espectral.

14.- La estimulación de alta frecuencia interrumpió el sueño, con los pacientes pasando más tiempo despiertos durante el sueño y teniendo una duración de sueño no REM acortada.

15.- La impedancia entre los electrodos implantados mostró variaciones en el tiempo y cayó durante el sueño no REM, incluso durante siestas cortas diurnas.

16.- Las mediciones de potenciales evocados mediante la estimulación de núcleos talámicos y el registro de la respuesta hipocampal mostraron diferencias entre los estados de vigilia y sueño.

17.- En una prueba de memoria, los pacientes se desempeñaron mejor cuando estaban en estimulación de baja frecuencia a largo plazo en comparación con la alta frecuencia, posiblemente debido a la interrupción del sueño.

18.- En un estudio en UCI, se encontró que la estimulación cortical podría facilitar mejor el recuerdo de palabras que la estimulación hipocampal.

19.- El estudio involucró un gran esfuerzo de equipo a través de la Clínica Mayo, Yale, Dartmouth, Oxford, UCSF y socios de la industria.

20.- Los algoritmos pueden detectar el inicio de convulsiones para advertir a los pacientes, activar cuestionarios que evalúan el rendimiento cognitivo y permitir pruebas responsivas.

21.- El dispositivo de investigación se utiliza actualmente en dos estudios con pacientes con epilepsia del lóbulo temporal, estimulando diferentes objetivos talámicos e hipocampales.

22.- La vida útil de la batería del dispositivo es excelente, durando todo el día hasta la recarga. El rendimiento de la batería es estable incluso después de 7 años.

23.- La seguridad de los datos involucra múltiples niveles: codificación de IDs de pacientes, uso de nube compatible con HIPAA y asegurando el enlace dispositivo-tablet con protocolos especiales.

24.- Se necesita precaución si se combinan implantes cerebrales con otra estimulación eléctrica, ya que puede inducir corrientes inseguras. Se debe buscar orientación del fabricante.

25.- Si la impedancia del electrodo se vuelve demasiado alta, se requiere solución de problemas para identificar problemas como electrodos rotos y proceder con el reemplazo si es necesario.

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