CONTROL MEDIANTE UNA NEUROPROTESIS DEL BRAZO DE UNA MUJER TETRAPLEJICA

Ha aparecido recientemente en los medios de comunicación la noticia de Jan Scheuermann una mujer de 52 años que fue diagnosticada de degeneración espinocerebelosa hace 13 años. Como es sabido el cerebelo controla la coordinación muscular y del equilibrio y este trastorno aunque normalmente no produce tetraplejia existen casos en que se involucran otras partes como la médula y éste parece uno de esos casos.  La utilización de máquinas controladas por el cerebro son máquinas de biorretroalimentación porque la propia acción (adecuada o inadecuada) proporciona una retroalimentación en tiempo real de su control. Este caso es un caso especial ya que estamos hablando de una neuroprótesis invasiva y en biorretroalimentación los psicólogos no utilizamos procedimientos invasivos. El equipo que lo ha implantado está compuesto por diez personas de diferentes centros. El primer firmante del artículo pertenece al Departamento para veteranos (de guerra) del Centro Médico de Pittsburgh (Pensilvania, Estados Unidos). Se le ha implantado dos matrices de microelectrodos intracranealmente (4x4 mm) en la corteza izquierda motora. El brazo protésico estaba montado cerca del sujeto con dos cables (como vemos en la fotografia) que van, uno de las conexiones en la cabeza al aparato de registro (en la fotografia aparecen dos cables posiblemente porque salga uno de cada matriz de microelectrodos) y el otro cable que va del ordenador al brazo protésico.

Este trabajo comenzó con el doctor Andrew Schwartz, profesor de neurobiología y último firmante del artículo, utilizando macacos rhesus en 2008. Primero fue capaz de recoger una representación de alta fiabilidad de la intención de movimiento en la corteza motora lo que le permite luego colocar la prótesis en el lugar exacto. 

Al llegar a este punto es importante comparar este prototipo (invasivo) con el que vimos hace dos entradas (no invasivo). En este prototipo que vemos ahora hay un alto coste (cuatro grandes organismos de Estados Unidos lo han financiado incluido el Ministerio de Salud (National Institutes of Health), desconocimiento de sus efectos no deseados a medio y largo plazo y dificultades para que el sujeto obtenga autonomía con él (por ejemplo, si aparecen dificultades no aparece un técnico para solucionarlas sino que tiene que venir todo un equipo médico. Estos prototipos tienen más sentido para la investigación militar (dos organismos militares lo financian) y el desarrollo de la cirugia (un buen grupo de neurocirujanos están involucrados) que el de proporcionar equipos que proporcionen verdadera autonomía para sujetos con grandes dificultades para controlar elementos básicos de su entorno para su desarrollo personal. 

PIPI STOP: UN APARATO SENCILLO DE RETROALIMENTACION

La Universidad de Rice tiene un proyecto "Beyond Traditional Borders" (Más allá de las fronteras tradicionales" en donde se propone utilizar la imaginación para diseñar tecnologias pensadas en que se puedan utilizar en entornos de pocos recursos. Realmente es posible utilizar tecnologias a la altura del ser humano y que no nos supere. A veces los que trabajamos en biorretroalimentación perdemos mucha energia por las dificultades que aparecen cuando trabajamos con electrónica e informática y porque no decirlo con intereses económicos que impiden que métodos en principìo sencillos no puedan llegar a muchas más personas.

Por eso hoy queremos hablar del "pipi stop" y de la enuresis infantil. La enuresis infantil en principio no es un problema pero puede serlo en algunos casos, cuando empieza a limitar los movimientos del niños (por ejemplo no puede salir a un campamento) o bien cuando la persona afectada tiene muchos años y no tiene un problema físico que lo justifique.

Los tratamientos a lo largo de los años han sido muchos. Todos obtuvieron aparentemente exitos, aunque en la mayoría de ellos podemos pensar a primera vista que son realmente ineficaces: dietas especiales como tomar fruta fresca o caviar, restricción de líquidos, determinados ejercicios, inyecciones de suero fisiológico, de parafina o de otras sustancias inertes, cirugia en donde se incluían cauterización del cuello de la vejiga, punciones espinales, tonsilectomia, circuncisión, ablación del clítoris, emplaste de cantáridas, estimulación electrica de varias partes del cuerpo, vibraciones mecánicas en varias partes del cuerpo, irrigaciones rectales o vesicales, rayos X u otras formas de radiación, "congelamientos" locales de los genitales externos, elevación de los pies cuando está en casa, dormir sobre la espalda pero también no dormir sobre la espalda. Los métodos se podían contar con cientos.

A partir de la década de los sesenta el tratamiento médico más utilizado era el farmacológico. Primero dominó claramente la belladona, las anfetaminas hasta los tratamientos más actuales como la imipramina y la desmpresina. Ambos (Wagner (1982) para la imipramina y Wille (1986) para la desmopresina) han mostrado ser menos eficaces que los aparatos del tipo pipi stop. 

La psicoterapia y asesoramiento basada en teorías psicoanalíticas  se han visto ineficaces (Werry y Cohrssen, 1965; DeLeon u Mandell, 1966).

Campbell (1934) y Mowrer y Mowrer (1938) sugirieron que la enuresis reflejaba un control inhibitorio deficiente que normalmente en sujetos no enuréticos es automático. Para Mowrer y Mowrer (1938) los sujetos enuréticos no han adquirido el hábito por el que cuando se tiene una vejiga llena se produce el despertar y/o una contracción de los esfinteres uretrales para evitar una micción refleja. El tratamiento de la "almohadilla y alarma" (el que conocemos como pipi stop) surgio del propio trabajo de Mowrer (Mowrer, 1938; Mowrer y Mowrer, 1938).

PRESENTACION DE UN PROTOTIPO DE INTERFAZ CEREBRO-ORDENADOR EN ALEMANIA

En Alemania se ha presentado un prototipo de comunicador cerebro ordenador que es consecuencia del desarrollo de un proyecto llamado TOBI. Señalamos esta "noticia" porque habitualmente la prensa no se suele hacer eco de los avances que se producen en el campo de la biorretroalimentación y hay que aprovecharlos. El proyecto TOBI (Tools for brain-computer interaction) es un proyecto en donde participan cinco paises (Alemania, Suiza, Austria, Gran Bretaña e Italia) que está financiado por la Unión Europea con 9 millones de euros (aunque el presupuesto total es de 11 millones de euros).

El prototipo presentado en sociedad es un interfaz cerebro-ordenador híbrido, es decir, es una combinación de un interruptor cerebral para el control de una neuroprótesis de brazo basada en estimulación eléctrica funcional y una ortosis mecánica.

El proyecto TOBI está coordinado por el español José del Rio Millán que trabaja en la Escuela de
Ingeniería de Lausana y es doctor en Ciencias de la Computación. Dentro de ese equipo del proyecto TOBI se encuentran las universidades más punteras en este tema, por ejemplo, la Universidad de Würzburg donde se encuentra la psicóloga Andrea Kübler y la Universidad de Tübingen donde se encuentra Niels Birbaumer uno de los psicólogos que iniciaron esta aplicación. Neils Birbaumer fue un psicólogo que trabajó en los setenta en biorretroalimentación, el los ochenta y noventa con potenciales corticales lentos y epilepsia y a finales de los noventa con máquinas de comunicación entre la mente y el ordenador para mejorar la calidad de vida de los discapacitados. Recientemente recibió por su trayectoria un doctorado Honoris Causa por la Universidad Complutense.

Biorretroalimentación con ecografia. Dolor de espalda

La utilización del ecógrafo en biorretroalimentación tiene una relativa larga historia. Algunos autores utilizan el ecógrafo para evaluar porque permite medir el tamaño del músculo que es una medida directa de la atrofia (e hipertrofia) de un músculo. En la lumbalgia parece ser que se produce una atrofia del músculo multifidus en el nivel vertebral en el lado donde se produce el dolor. Otro músculo que también estaría afectado es el transverso abdominal. Otro aplicación, complementaria de la anterior, es utilizar la ecografia como una forma de biorretroalimentación para reeducar la contracción muscular. Para recuperar el músculo multifidus es necesario realizar ejercicios específicos y la biorretroalimentación, en este caso ecográfica, pudiera ser un buen método.

La ecografia funciona enviando impulsos de ultrasonidos al cuerpo y las refracciones producidas del tejido nos permite producir imágenes de las estructuras internas. Se suelen utilizar frecuencias de 1 a 10 MHz. Actualmente se está buscando realizar las ecografias en movimiento y poder ser utilizado con biorretroalimentación.

Desde nuestro punto de vista no es una manera óptima de utilizar la biorretroalimentación por varias razones: su coste, la calidad y presentación (ciertamente compleja) de la imagen, dificultad para transportar, en algunos sujetos (con sobrepeso) puede ser dificil de utilizar debido a la profundidad del tejido subcutaneo, el aprendizaje de la técnica, posibilidades de equivocación por parte del entrenador y ciertas dudas que existen sobre su seguridad. Sin entrar en hacer un análisis de los distintos ecógrafos en el mercado y si descartamos los ecógrafos de mano que nos proporcionan una imagen que no es adecuada para la biorretroalimentación, un ecógrafo portatil básico ( la imagen de la derecha) pero suficiente para nuestro trabajo costaría unos 3000 € (el modelo WED 9618 de Welld se vende en tmamedica.com por 3229,20€ y pesa 11, 5 kg)

Stabilizer. Dolor de espalda

Stabilizer es un aparato de biorretroalimentación que registra variaciones de presión a través un transductor de presión que se encuentra en una almohadilla neumática y se visualiza en un manómetro. La almohadilla neumática tiene tres cámaras que se colocan entre la parte del cuerpo que se quiere controlar (normalmente los músculos lumbares y los del cuello) y una superficie firme como el suelo, el respaldo de una silla, una cama o una pared. El manómetro varía de 0 a 200 MmHg con unos cambios de 2 en 2 mmHg.

Se ha demostrado que es un aparato adecuado para medir el músculo transverso del abdomen en sujetos sin problemas de espalda (Costa et al. 2004) y se ha demostrado también que hay una relación directa entre una disfunción de estos músculos y un dolor lumbar (Hogdes y Richardson, 1996; Hogdes, 1998).

Está fabricado por la empresa australiana Chantannooga Group y se vende en España por unos 90 € en Marpe (92€ incluido el transporte), Fisiotienda (98€), Rehabmedic (81,71€) y Psymtec.

Galgas de presión. Dolor de espalda (3)

Las galgas de presión son instrumentos sencillos que proporcionan una información en tiempo real y pueden devolver esa información al sujeto.

Uno de estos aparatos (el que vemos a la izquierda) es el BodyGuard de Sels Instruments (Bélgica)
(www.sels-instruments.be/bodyguardsystem.html). Utiliza una galga de tensión para registrar la postura lumbar en tiempo real y proporciona retroalimentación de ésta. Es pequeño y discreto por lo que se puede llevar debajo de la ropa. Puede discriminar a ciclistar con lumbalgias de aquellos que no la tienen y proporcionar retroalimentación para reducir el dolor (van Hoof, Volkaerts et al. 2010). Aumenta la propiocepción y la eliminación de la conducta de evitación por el miedo al dolor debido a que proporciona seguridad de cual es la postura adecuada.

Goniómetros y electrogoniómetros. Dolor de espalda (2)

Como es bien sabido los goniómetros son instrumentos de medición de ángulos, por lo que nos permite medir el movimientos de las articulaciones. Si somos capaces de fijarlos a la articulación puede informarnos del movimiento de la articulación de forma co
ntinuada y en tiempo real. Si sustituimos el eje por un potenciómetro nos permitirá poder utilizarlos en biorretroalimentación. Un potenciómetro de mando como los que se usan para controlar el volumen de una radio o de un equipo de música tiene una resistencia variable e indirectamente de esta manera ( ¡ acordemonos de la Ley de Ohm!) se puede controlar la intensidad de la corriente.

La relación entre los goniómetros y la biorretroalimentación es muy interesante. Surge en los primeros años, es una tecnología sencilla (realmente el terapeuta se construye sus aparatos) y surgen de la colaboración entre diferentes profesionales (normalmente psicólogos, médicos y terapeutas ocupacionales) En los años setenta cuatro equipos diferentes de cuatro ciudades diferentes diseñaron y construyeron diferentes electrogoniómetros para su uso como aparatos de biorretroalimentación: Harris et al. (1974) en Seattle; Herman (1973) en Philadelphia; Kukulka, Brown y Basmajian (1975) en Atlanta y Ball et al. (1977) en California.

Fredric A. Harris (en la foto su aparato), que trabajaba en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington en Seattle, utilizó un electrogoniómeto para registrar la posición del brazo en niños con parálisis cerebral . El feedback se proporcionaba en un gran dial que los niños intentaban mover dentro de determinados límites para evitar que se activara una bocina. Los niños mostraron un incremento del rango de movimiento y una mayor suavidad y precisión en el movimiento de los brazos.

Thomas S. Ball, psicólogo, también utilizó un goniómetro automatizado en sujetos con parálisis cerebral para registrar los movimientos de los brazos en un sujeto y de los movimientos de las piernas en otro. Un feedback musical era contingente con la correcta extensión y flexión de los movimientos. Este autor imaginó un gran número de aparatos con acelerómetros y mecanismos con mercurio.

Richard M. Herman, médico de Philadelphia en ese momento y actualmente profesor en la Universidad Estatal de Arizona trabajó con feedback sensorial y realizó un trabajo con goniómetros con retroalimentación auditiva y visual con sujetos con ictus y mostró que podían realizar e inicar actividad muscular fina después del entrenamiento.

En cuarto lugar tenemos a un equipo que desarrolló claramente la biorretroalimentación electrogoniómetrica. Aunque lo dirigía John Basmajian (que ha sido un pionero de la biorretroalimentación electromiográfica) y se encontraba en él el fisioterapeuta Carl G. Kukulka fueron DM Brown, terapeuta ocupacional (que llegó a publicar sobre el tema al menos diez artículos) y Gary deBacher, psicólogo, que también diseñó decenas de aparatos de este tipo que forman parte de la historia de esta modalidad.

Existen dos tipos de goniómetros. En primer lugar están los electrogoniómetros que pueden ser a su vez electrogoniómetros potenciométricos y los electrogoniómetros flexibles. Los primeros son de los que ya hemos hablado y tienen la desventaja de que no se ajustan a la forma del cuerpo y los segundo si se adaptan. En segundo lugar tenemos los goniómetros de fibra óptica.

Los electrogoniómetros potenciométricos se han utilizado en los siguientes trastornos: el equinismo durante la marcha, el genu recurvatum en el ictus, en alteraciones de alineación del tronco y se ha mostrado especialmente util en los amputados por encima de la rodilla para controlar una rodilla prótesica. Se han construido aparatos retroalimentadores compatos como el Entrenador de la posición de la articulación (Joint Position Trainer) (Koheil y Mandel, 1980).

Los electrogiómetros flexibles son relativamente pequeños y suficientemente discretos como para poder ser llevados debajo de la ropa. Los más utilizados son los electrogoniómetros flexibles de Biometrics (www.biometricsltd.com) que no tienen distribuidor en España. Una desventaja con respecto a los electrogoniómetros potenciométricos es su alto coste y su durabilidad que parece puede no ser mucho por el desgaste en la torsión de los cables flexibles (cuando tengamos información sobre este punto la señalaremos).

Varoqui (2011) nos muestra una aplicación (a la izquierda) de los electrogiómetros de Biometrics para el reaprendizaje de patrones posturales adecuados para sujetos con secuelas a consecuencia de un ictus.

Aunque se han diseñado aparatos más complejos este conlleva muchas ventajas. En este diseño se registraban en el plano sagital los movimientos angulares con cuatro electrogoniómetros de Biometrics que se conectaban a un sistema de adquisición de

datos (Datalink) también de Biometrics. Se le pedía a los sujetos (tal como aparece en la ilustración de la izquierda) que emparejaran su coordinación (linea más gris) con la línea negra (coordinación adecuada).

Una alternativa interesante con un coste menor es la fabricación por uno mismo con sensores flexibles de Spectra Symbol (9,25€ cada uno) propuesto por Wang, King, Do y Nenadic (2011) (http://www.sparkfun.com/datasheets/Sensors/Flex/FlexSensor.pdf) Lo puedes encontrar en www.compranovedades.com y en tuxbrain.com (a 10,96€). Según Wang et al. el coste total es de unos setenta dólares pero algunos componentes se pueden volver a utilizar por lo que el coste real es menor.

En último lugar hablamos de los últimos goniómetros que han aparecido en el mercado: los goniómetros de fibra óptica. Se basan en el principio de que los cambios en la columna cambian la dirección de la luz que viaja a lo largo de la fibra óptica, de manera que la pérdida de luz varía de acuerdo a la cuvatura de la fibra óptica. Los goniómetros de fibra óptica son desarrollados por Stigant (2000) realizando su tesis doctoral y mejorada por Bell y Stigant (2007) que incorporó un segundo goniómetro (tal como aparece en la fotografia de la derecha) con el fin de medir también los movimientos de la cadera y así poder medir los movimientos de la cadera y de la columna lumbar mientras el sujeto está o bien sentado, de pie o caminando. Posteriormente ha sido validado por Bell y Stigant (2008). Este goniómetro surge precisamente con el fin de mejorar la evaluación de los factores de riesgo biomecánicos en la lumbalgia. No se ha utilizado con el fin de proporcionar biorretroalimentación pero los positivos resultados permiten pensar que la aplicación es totalmente posible.

Wang T, King Ch. E., Do AH y Nenadic Z (2011). A durable, low-cost electrogoniometer for dynamic measurement of joint trajectories. Medical Engineering & Physics, 33, 546-552.