Desarrollo de paradigmas de neuromodulación adaptativa para el tratamiento de trastornos motores
Actualmente, diversas técnicas de neuromodulación basadas en dispositivos implantables (e.g., open-loop DBS: estimulación cerebral profunda a lazo abierto) conforman un conjunto de terapias bien establecidas para el tratamiento de estados avanzados de trastornos motores (e.g., enfermedad de Parki...
Guardado en:
| Autor principal: | |
|---|---|
| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2020
|
| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/964/1/Velarde.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | Actualmente, diversas técnicas de neuromodulación basadas en dispositivos implantables
(e.g., open-loop DBS: estimulación cerebral profunda a lazo abierto) conforman
un conjunto de terapias bien establecidas para el tratamiento de estados avanzados
de trastornos motores (e.g., enfermedad de Parkinson y epilepsia). Las limitaciones
inherentes a estos tratamientos han motivado el desarrollo de nuevos paradigmas de
neuromodulación adaptativa. Este trabajo tiene como objetivo el estudio de diversos
aspectos asociados al desarrollo de un esquema de neuromodulación adaptativa
(closed-loop DBS) con el n de optimizar la eciencia de los dispositivos implantables
destinados al tratamiento de trastornos motores.
Se implementaron diversos modelos computacionales que capturan la dinámica de
la red de ganglios basales-tálamocortical involucrada en la enfermedad de Parkinson.
Mediante técnicas analíticas y de procesamiento de señales, se caracterizaron los mecanismos
asociados a la aparición de diferentes biomarcadores electrofisiológicos (i.e.,
potencia en bandas de frecuencias específicas, acoplamientos inter-frecuencia, forma de
onda) observables en pacientes y/o modelos animales parkinsonianos. Se encontró que
estos biomarcadores emergen de bifurcaciones en la dinámica de circuitos neuronales
biológicamente plausibles y pueden coexistir de diferentes maneras: 1) correlacionados
debido a que uno es epifenómeno de otro ó 2) independientemente debido a diferentes
mecanismos subyacentes. Este tipo de estudio permitió diseñar nuevos algoritmos
especializados para identificar diferentes dinámicas oscilatorias que se han observado
experimentalmente y que son indistinguibles para los algoritmos tradicionales utilizados
en la cuantificación de acoplamientos inter-frecuencia.
Por otro lado, se estudió la dinámica de la actividad ictal en pacientes con epilepsia
focal fármaco-resistente. Aplicando los algoritmos desarrollados, se mostró que diferentes
patrones de acoplamiento inter-frecuencia coexisten en la actividad ictal registrada
en la zona de inicio de crisis. El estudio presentado constituye una herramienta capaz
de asistir el análisis de los registros iEEG realizado por los epileptólogos y proveer
información útil en diferentes aspectos: 1) definición de los electrodos involucrados en
la zona de inicio de la actividad ictal e identificación del núcleo ictal e 2) interpretación
apropiada de los mecanismos ictales asociados a la propagación de la actividad ictal.
Basados en modelos computacionales, se identificaron posibles mecanismos de ac
ción de la estimulación cerebral profunda sobre la disfunción de los ganglios basales. El
principal mecanismo consiste en un efecto de resetting de la actividad provocado por la
estimulación eléctrica y es consistente con observaciones en modelos de fisiopatología
previamente reportados de la enfermedad de Parkinson (e.g., inecacia de los patrones
de estimulación irregulares). Este enfoque permitió mostrar que el rango clínicamente
relevante para la frecuencia y la intensidad del Patrón de estimulación eléctrica, es una
propiedad emergente de la anatomía de la red de ganglios basales y puede entenderse
sin tener en cuenta los detalles biofísicos de las estructuras relevantes.
Finalmente, se propone un esquema closed-loop DBS basado en la teoría del aprendizaje
por refuerzo para el diseño de un lazo de retroalimentación. Esta propuesta
permite extender los controladores/enfoques de closed-loop DBS presentados hasta el
momento. Se evaluó el esquema en ambientes simulados de la red de ganglios basales
y los resultados permitieron demostrar la factibilidad y analizar el desempeño del
paradigma de neuromodulación adaptativa basado en un algoritmo independiente del
modelo y capaz de ser extensible a acciones continuas (i.e., cantidad/rango de parámetros
a controlar) y multi-objetivos (i.e., un conjunto de biomarcadores). |
|---|