Protesis Neurales

XIV Seminario de Ingeniería biomédica. 2005
Núcleo de ingeniería biomédica.
Facultades de medicina e ingeniería.
Universidad de la República Oriental del Uruguay

ELECTRODOS IMPLANTABLES EN EL
CEREBRO EN APLICACIONES DE
PRÓTESIS NEURALES.
Darío Geisinger, dgeisinger@ieee.org
Docente: F. Simini
Monografía vinculada a la conferencia del Prof. Agr. Ing. Fernando Silveira sobre “Tecnología deintegrados dedicados para la construcción de marcapasos” del 5 de Abril de 2005

Abstract— Este trabajo pretende presentar microelectrodos
para implantes neurales. Estos electrodos son usados para obtener
señales a ser discriminadas y usadas en prótesis neurales.
Comienza con una idea sobre las prótesis, una explicación sobre
la necesidad de usar microelectrodos, las reacciones que presenta
el cerebroante implantes y por ultimo se presentan los electrodos
usados hoy en día junto a los resultados obtenidos en las ultimas
investigaciones.

I. INTRODUCCION
La teoría que yace detrás de las prótesis neurales establece
que en el patrón de descargas de las neuronas existe una
aproximación bastante directa del movimiento deseado. Esta
técnica de prótesis neurales viene siendo trabajada hace unos
20años, previamente la suposición se hacia sobre la base que
la región motora activaba los músculos directamente. La
lectura y procesamiento de señales basadas exclusivamente en
un sistema de coordenadas en el músculo es muy difícil de
computar. La relación entre la activación del músculo y el
movimiento del músculo es un problema no lineal de difícil
solución ya que demasiados factores intervienen(tamaño del
músculo, posición actual, inercia, etc) [1].
En el caso relacionado al estudio en el brazo y la mano la
respuesta espacial del músculo es representada simplemente
por la actividad de células de la corteza motora. Varios
trabajos han demostrado que la frecuencia de descarga de las
neuronas está en relación con el movimiento. La suma
ponderada de vectores de respuesta dio una buenaaproximación al movimiento específico. Estas correlaciones
entre la trayectoria del movimiento (patrón temporal y
posición de la mano p.e.) pueden ser extraídas de la actividad
de un población de neuronas.
La importancia de extraer la trayectoria radica en
movimientos naturales, que sin ser obligatorios, es deseable en
términos de compatibilidad biomecánica con otras partes del
cuerpo, facilidad de control yestética en el movimiento [1].
Todos estos experimentos y avances muestran una
predicción muy buena del movimiento de un brazo generado a
partir de la lectura de la actividad de una población de
neuronas corticales. Para que esto sea una señal de control de

Seminario de Ing. Biomédica – Electrodos implantables en el cerebro en aplicaciones de prótesis neurales
tiempo continuo se deberán tomar enparalelo la lectura de
muchos electrodos. Sumado a esto, la señal debería poder ser
discriminada para su lectura durante años en cada uno de los
electrodos [1].
La ubicación de la neurona y sus procesos celulares -relativa
a la posición del electrodo- determina la fuerza de la señal y su
calidad. Modelos teóricos predicen que no se puede medir
potenciales de acción (debido al ruido) más lejos de130 µm.
Sin embargo medidas directas sugieren que ese valor es mucho
menor, entre 50 y 100 µm. Por lo tanto la distancia requerida
para medir la actividad esta en el orden de la dimensión de la
célula [2]. La lectura de actividad de neuronas requiere
implantación intracortical crónica1 de microelectrodos.
Si bien la información de la trayectoria podría estar en la
actividad sincrónica de lasneuronas, la cantidad de
información en este tipo de código es relativamente baja. Son
necesario algoritmos de extracción que convierten frecuencias
de disparo en desplazamientos. Típicamente las frecuencias de
disparo de varias unidades de registro tomadas
simultáneamente se usan como entrada de un algoritmo y la
posición de la mano como salida. Descodificación en tiempo
real es necesaria para...