Tratamiento de enfermedades neurológicas y ordenadores capaces de ver

Tratamiento de enfermedades neurológicas

El ictus es la afección neurológica más común y la causa de problemas cognitivos -como dificultades relacionadas con la atención, la memoria o el lenguaje- o discapacidades físicas severas. La incidencia aumenta con la edad, convirtiéndolo en la causa más frecuente de discapacidades permanentes en la edad adulta.

Estos efectos tienden a incrementar el grado de dependencia de estos pacientes, y la consecuente pérdida de autonomía puede ser motivo de depresión. El proyecto CONTRAST trata de reducir la brecha existente entre la rehabilitación institucional y la supervisión del paciente en el hogar.

Y se ha marcado el objetivo de desarrollar una «interfaz humano-ordenador» (HCI) para mejorar el funcionamiento cognitivo, ofreciendo módulos formativos que mejoren la recuperación de la atención y la memoria. Los pacientes podrán seguir procesos de rehabilitación adaptados a sus necesidades individuales en su casa y a través de su ordenador, mientras que el médico facilitará capacitación en el hogar y supervisará su progreso desde la clínica.

La tercera parte de los pacientes que han sufrido un ictus padecen discapacidades psicológicas o cognitivas de larga duración, lo que les impedirá valerse por sí mismos. En consecuencia, el proyecto COGWATCH se centra en mejorar el proceso de rehabilitación de pacientes aquejados de esta enfermedad que presenten síntomas de «apraxia y síndrome de desorganización de las acciones» (AADS). Estos pacientes conservan sus habilidades motrices, pero cometen errores cognitivos al realizar tareas orientadas al cumplimiento de objetivos cotidianos.

El proyecto está construyendo herramientas y objetos inteligentes, dispositivos portátiles e integrados en la vestimenta, y sistemas ambientales de cara a facilitar programas de rehabilitación cognitiva personalizada en el hogar para pacientes que hayan sufrido un ictus y presenten síntomas de AADS. Gracias al feedback continuo que proporciona, el sistema permitirá reeducar a los pacientes sobre cómo llevar a cabo las actividades diarias que necesiten para ser independientes.

La enfermedad de Parkinson es otro mal degenerativo cuya incidencia se eleva a medida que envejece la población. Afecta principalmente a áreas del cerebro que participan en el control de los movimientos. El proyecto CUPID pretende desarrollar un programa de rehabilitación en el hogar innovador y personalizado para pacientes que sufran dicha enfermedad, en función de las necesidades que presenten.

El servicio CUPID empleará sensores integrados en la vestimenta, «audio biofeedback» (biorretroalimentación por audio), realidad virtual y señales externas para proporcionar capacitación motivacional intensiva que se ajuste a las circunstancias del paciente y para su supervisión a distancia, lo que reduce la necesidad de desplazarse a un centro de rehabilitación.

En diciembre de 2012, una vez transcurrido el primer año, el proyecto ya había diseñado ejercicios de rehabilitación y desarrollado prototipos de juegos virtuales para estos, así como la infraestructura de telemedicina necesaria para llevar a cabo las actividades de supervisión a distancia.

La epilepsia constituye otro trastorno neurológico habitual para el que todavía no se ha encontrado cura, a pesar de los avances alcanzados en cuanto a su tratamiento. En la actualidad, el tratamiento farmacéutico puede reducir o eliminar los síntomas, pero debe ajustarse continuamente a lo largo de la vida del paciente para que resulte eficaz. De esta forma, la afección exige que se supervisen múltiples parámetros de cara a asegurar la precisión de los diagnósticos, la predicción, la alerta y la prevención, así como el seguimiento del tratamiento y la evaluación prequirúrgica.

El proyecto ARMOR se ha centrado en el diseño de un sistema de supervisión más global, personalizado y eficaz desde el punto de vista médico, que permita analizar los datos cerebrales y físicos de los pacientes con epilepsia. Este sistema, portátil, permitirá la realización de análisis más precisos de los casos específicos de cada paciente y mejorará el conocimiento y la predicción de la duración y el tipo de crisis, lo que servirá para dar aviso y garantizar la disponibilidad de la asistencia y el asesoramiento médicos que resulten necesarios.

La amputación de un miembro no supone únicamente una experiencia traumática desde el punto de vista físico. También puede motivar sensaciones -a menudo acompañadas de dolor- que parecen provenir de la parte del cuerpo que ha sido amputada y que se conoce como «síndrome del miembro fantasma». El proyecto TIME tiene como objetivo el desarrollo de un tratamiento alternativo para el dolor del miembro fantasma basado en una nueva «interfaz humano-máquina» (HMI) y la estimulación eléctrica selectiva de nervios periféricos.

Mediante el uso de un electrodo implantable alojado dentro del nervio y simuladores eléctricos ubicados fuera del cuerpo, el sistema proporcionará microestimulación eléctrica para ayudar a reducir las sensaciones de dolor. Incluso puede incluir otras aplicaciones como permitir que las personas amputadas puedan sentir entornos virtuales a través del tacto.

Ver las cosas

El potencial de estas técnicas no se reduce a la supervisión, el diagnóstico y la gestión de afecciones crónicas. El proyecto OPTONEURO podría ayudar en última instancia a devolver la visión funcional a personas invidentes.

La «optogenética» constituye una estimulante y novedosa técnica de terapia genética que logra que las células nerviosas sean sensibles a determinados colores de la luz. Esta técnica consiste en aplicar simples pulsos de luz intensa que hacen que las células nerviosas fotosensibilizadas disparen «potenciales de acción», los encargados de transportar la información por el sistema nervioso. Sin embargo, para que se activen estas células nerviosas, la nueva terapia necesita altas densidades de iluminación, es decir, la irradiación de luz brillante sobre áreas muy pequeñas.

Así, el proyecto OPTONEURO se centra en desarrollar los elementos optoelectrónicos complementarios que resultan necesarios para estimular estas neuronas fotosensibilizadas. El sistema podría utilizarse también en aplicaciones de investigación neurocientífica básica y de «neuroprótesis». Principalmente, la optoelectrónica se utilizaría en una futura prótesis retiniana optogenética-optoelectrónica -un ojo artificial- para aquellas personas que sean invidentes como consecuencia de la retinosis pigmentosa.

El proyecto cuenta con un equipo formado por especialistas en fotónica, microóptica y neurobiología encargado de la creación de diversos dispositivos de tecnología micro-LED ultrabrillantes controlados electrónicamente, y que también podrían ser utilizados por profesionales de la neurociencia y la neurotecnología como nueva herramienta de investigación.

En línea con este último proyecto se ha creado el proyecto SEEBETTER , cuyo cometido se centra en la búsqueda de prótesis de visión artificial para invidentes. Los sensores de imágenes convencionales presentan limitaciones importantes; sin embargo, se han diseñado sensores de visión de «retina de silicio» para reproducir el procesamiento de información de la retina biológica, que computa aspectos espaciales y temporales de la información visual. Por el momento, estas retinas de silicio presentan una eficiencia de detección reducida -lo que implica una baja sensibilidad lumínica- y no permiten combinar el procesamiento espacial y temporal en el mismo chip.

El equipo de expertos de SEEBETTER -provenientes de ámbitos como la biología y la biofísica, además de la ingeniería biomédica, eléctrica y de semiconductors- pretende utilizar técnicas genéticas y fisiológicas para entender mejor el funcionamiento de la retina y establecer el modelo del procesamiento de la visión en dicho órgano. Posteriormente, diseñarán y crearán la primera retina de silicio de alto rendimiento, implantada en un único disco también de silicio, y especialmente confeccionada para el procesamiento visual tanto espacial como temporal.

Entender los principios neurobiológicos del sentido de la vista -más allá del mero funcionamiento de la retina por sí sola- puede ayudar a reproducir la gran precisión de la visión humana en ordenadores y robots. El proyecto RENVISION nace con el objetivo de desentrañar cómo la retina codifica la información visual a través de las distintas capas celulares, un conocimiento que se aplicaría al desarrollo de un método computacional inspirado en la retina para la visión artificial.

El uso de un microscopio 3D de alta resolución permitirá a los investigadores obtener imágenes de las capas internas de la retina con una resolución casi celular. Este nuevo conocimiento sobre el procesamiento retiniano permitirá crear tecnologías avanzadas de reconocimiento de patrones y aprendizaje automático. Por ello, el proyecto podría resolver algunas de las cuestiones más complicadas de la visión computacional -la categorización automática de situaciones y el reconocimiento de acciones humanas-, permitiendo así que tanto robots como ordenadores puedan ver y percibir lo que está sucediendo en las imágenes que reciben.

Estos son solo algunos de los proyectos de TIC financiados con fondos comunitarios que utilizan la electrónica y las tecnologías computacionales para entender, ampliar las posibilidades y mejorar el cerebro humano y su funcionamiento. Sus resultados poseen el potencial de reducir el impacto de diversas discapacidades y enfermedades, y de mejorar nuestra potencia computacional, nuestra infraestructura informática y nuestra economía.

Los proyectos repasados en este artículo han recibido fondos del Programa de Apoyo a la Política en materia de TIC del PIC (Programa marco para la innovación y la competitividad) o el Séptimo Programa Marco (7PM) de investigación.

Enlace al proyecto en CORDIS:

- el 7PM en CORDIS
- ficha informativa del proyecto CONTRAST en CORDIS
- ficha informativa del proyecto COGWATCH en CORDIS
- ficha informativa del proyecto CUPID en CORDIS
- ficha informativa del proyecto ARMOR en CORDIS
- ficha informativa del proyecto TIME en CORDIS
- ficha informativa del proyecto OPTONEURO en CORDIS
- ficha informativa del proyecto SEEBETTER en CORDIS
- ficha informativa del proyecto RENVISION en CORDIS

Enlace a la página web del proyecto:

- web del proyecto «An individually adaptable, BNCI-based, remote controlled Cognitive Enhancement Training for successful rehabilitation after stroke including home support and monitoring»
- web de «Closed-loop system for personalized and at-home rehabilitation of people with Parkinson's Disease»
- web de «Advanced multi-parametric monitoring and analysis for diagnosis and optimal management of epilepsy and Related brain disorders»
- web de «Transverse, intra-fascicular multi-channel electrode system for induction of sensation and treatment of phantom limb pain in amputees»
- web de «Optogenetic neural stimulation platform»
- web de «Seeing better with hybrid BSI spatio-temporal silicon retina»
- «Retina-inspired encoding for advanced vision tasks»

Enlaces a noticias o artículos relacionados:

- publicación en el blog de la Comisaria Kroes sobre el Mes Europeo del Cerebro: «the EU and US putting our grey matter together»
- nota de la prensa de la CE: «Mes Europeo del Cerebro»: 150 millones de euros destinados a la investigación sobre el cerebro
- EC Q&A Memo: Questions and answers on «European Month of the Brain»
- web de la CE sobre el Mes Europeo del Cerebro, mayo 2013
- eventos enmarcados en el Mes Europeo del Cerebro, mayo 2013
- De los cerebros electrónicos al poder de la mente

Otros enlaces:

- página web de la Comisión Europea sobre la Agenda Digital