Ver con la lengua y otros logros sorprendentes de la neurorehabilitación

Los tres primeros años vida para Jodie Miller fueron normales, Pero a las tres años y medio su comenzó a experimentar una serie de ataques epilépticos múltiples, tan devastadores que ponían en riesgo su vida. Se trataba del síndrome de Rassmussen: un desorden degenerativo del que interrumpe los patrones normales de activación neuronal eléctrica, provocando “disparos” o “explosiones” descontroladas de ésta. Las crisis de este síndrome no ofrecen respuesta a los tratamientos habituales para la epilepsia, repitiéndose de forma diaria y con frecuencia varias veces al día. Aparece debilidad progresiva de un lado del cuerpo que lleva en meses o años a la parálisis del brazo y pierna de ese lado.
En el caso de Jodie, cuando los ataques se hicieron casi constantes y perdió el control de todo su lado izquierdo solo quedaba la opción del tratamiento más drástico: una cirugía radical llamada hemisferectomia. Jodie iba a prescindir de todo el hemisferio derecho y la cavidad resultante se llenaría de líquido cefalorraquídeo, además la operación debía realizarse con gran precisión para evitar dañar partes del cerebro que controlan las funciones vitales tales como el latido cardíaco y la respiración.Afortunadamente, la operación fue exitosa para Jodie: unos diez días después ya movía su pierna izquierda para caminar.

La idea de quitarle la mitad del cerebro a una persona puede parecernos a primera vista algo impensable. Y, más aún, que la porción de cerebro restante siga funcionando con normalidad. Sin embargo, la actividad cerebral con un solo hemisferio se apoya en una característica singular del cerebro denominada plasticidad neuronal: nuestro hemisferio izquierdo puede cambiar la forma y crear conexiones nuevas entre las neuronas para reemplazar las perdidas o dañadas en el sector derecho del cerebro, y viceversa.

De hecho, el cerebro de Jodie comenzó a reconectarse casi inmediatamente, desarrollándose después con normalidad. Sin embargo, para que esta evolución fuese posible, Jodie necesitó que profesionales especializados  estimularan su psicomotricidad y su capacidad de establecer nuevas conexiones neuronales con un programa de especialmente diseñado para ella.
La importancia clave del restablecimiento de conexiones neuronales correctas tras una lesión cerebral o un accidente cerebro vascular, se comprende mejor si tenemos en cuenta que, si bien las neuronas son células cerebrales que se multiplican a una velocidad de 250.000 por minuto, no es la cantidad de neuronas lo que hace que el cerebro funcione eficazmente, sino el hecho de que se comunican unas con otras para formar redes que permiten el paso de mensajes electroquímicos entre ellas. Cada neurona minúscula puede hacer hasta 10.000 conexiones, 100 millones de neuronas harán por tanto billones de conexiones Hoy comenzamos a entender que tanto los tipos de conexiones, mediadas por neurotransmisores, como las redes neuronales así creadas, son específicas para distintos procesos cognitivos, y además cambian y se refuerzan con la experiencia. Desde bebés, el movimiento y el juego dan forma al cerebro, de manera que cada experiencia refuerza conexiones concretas: éstas son las que se guardarán toda la vida creando las percepciones que provienen de nuestros sentidos, nuestra capacidad de imaginar y de aprender.
Sin embargo, los científicos no siempre han dispuesto de este conocimiento sobre la plasticidad del cerebro. Durante siglos, se consideró el cerebro como algo inmutable, comparándolo con una máquina compuesta de partes o secciones especializadas,  cada una de las cuales realizaría una función mental. Esto conllevó la idea de que el tratamiento para numerosos daños cerebrales era imposible o injustificado; ideas que han podido ser refutadas gracias a investigaciones y descubrimientos que llevaron a cabo científicos pioneros, tales como:

Sustitución sensorial

Paul Bach y Rita es considerado el pionero más importante de la neuroplasticidad; su obra es la primera evidencia experimental de la y la viabilidad de la sustitución sensorial. Debido a experiencias muy personales con su padre, quien sufrió un derrame cerebral, comenzó interesándose por inventar toda una serie de aparatos ingeniosos para ayudar a las personas víctimas de accidentes cerebrovasculares a recuperar la funcionalidad de su cerebro.
La del Dr. Bach-y-Rita, ya en la década de 1960, se basaba en la idea de sustituir los receptores sensoriales que captan la información. Cuando vemos, registramos la información visual por la retina, la retienen una serie de receptores especializados y esa información cambia de energía lumínica a la energía que utilizan las neuronas (el potencial de acción) mediante un proceso denominado  transducción. Después, a través del nervio óptico se traslada la información a la corteza cerebral visual, donde es interpretada y entonces mediante procesos bastante complejos conseguimos la percepción del entorno que nos rodea. Paul Bach y Rita trabajó con la hipótesis de que si la retina falla y no es posible captar esos estímulos, podemos enviar la información a la parte de la corteza cerebral implicada en la de otra manera distinta a la habitual, a través de dispositivos que sí sean capaces de captarlos. Esta investigación le llevó a transmitir con éxito la información visual desde una cámara a las personas ciegas a través de placas vibrantes contra su espalda, lo que progresivamente fuer perfeccionando. En la década de 1990 trabajaba como profesor de rehabilitación Medicina de Rehabilitación e Ingeniería Biomédica en la Universidad de Wisconsin-Madison; donde empezó a investigar sobre la intercambiabilidad de los sentidos e identificar la lengua como una interfaz ideal para el cerebro. Posteriormente, los avances en la miniaturización de las cámaras y la tecnología informática han permitido el desarrollo de dispositivos portátiles.
El dispositivo resultante es conocido hoy como BrainPort®: se trata de una pequeña cámara de vídeo montada en un par de gafas de sol, un controlador de mano, una matriz de lengua y 2 baterías de litio reutilizables con el cargador.La cámara funciona en variedad de condiciones de iluminación y su campo de visión es ajustable. La pequeña unidad de mano proporciona controles de usuario (ajuste de la estimulación, zoom, contraste, prueba, ON-OFF. La matriz de la lengua contiene 400 electrodos y está conectada a los vasos a través de un cable flexible por lo que no se puede caer o perderse.  Los píxeles blancos de la cámara se hacen sentir en la lengua como una fuerte estimulación, los píxeles negros como ausencia de estimulación, y los niveles de grises como niveles medios de estimulación. Los usuarios informan de la sensación como imágenes que se pintaran en la lengua con pequeñas burbujas.
El doctor Bach y Rita, fallecido en 2006, solía decir que

 "No vemos con nuestros ojos, vemos con nuestros cerebros.Los oídos, ojos, nariz, lengua y piel son sólo las entradas que proporcionan información. Cuando el cerebro procesa estos datos, experimentamos los cinco sentidos, pero de dónde proceden los datos puede no ser tan importante "

De hecho, cada vez más evidencia sugiere que los sentidos pueden ser redirigidos. En la Universidad de Harvard a finales de 1990, por ejemplo, el neurólogo Álvaro Pascual-Leone llevó a cabo escáneres cerebrales de sujetos ciegos. Cuando se les encomendó la tarea de leer braille, con sus dedos, su corteza cerebral visual se iluminó. Cuando las personas videntes realizan la misma tarea, su corteza visual permanece inactiva. Más recientemente, el neurocientífico Mriganka Sur en el MIT tomó hurones jóvenes y conectó las fibras nerviosas procedentes de sus retinas a su vía auditiva. Crecieron con una visión perfecta.

Software de estimulación cognitiva

El Dr. Michael Merzenich ha realizado durante cinco décadas los estudios más ambiciosos en el campo de la plasticidad cerebral, habiendo recibido numerosos premios de prestigio por su investigación y registrado casi 100 patentes.Ha demostrado que ejercitar el cerebro puede ser tan eficaz como los medicamentos; que la plasticidad existe desde que nacemos hasta que morimos, y que mejoras radicales en el funcionamiento cognitivo son posibles incluso en personas de edad avanzada o con secuelas por daño cerebral adquirido.
Las personas con daño cerebral adquirido (por accidentes, ictus,quimioterapia...) suelen mostrar dificultades para recordar lo que hicieron ayer aunque la memoria del pasado sigue funcionando perfectamente; dificultades para prestar atención y dificultades para comunicarse bien pues suelen tener problemas para comprender lo que les dicen y para el habla, sobre todo encuentran obstáculos para manejarse en contextos sociales.
Las investigaciones del Dr. Merzenik se concretaron en un
software interactivo, FastforWord, creado inicialmente para ayudar a niños con trastornos de aprendizaje a mejorar su lenguaje, cognición y percepción. Los resultados del primer estudio sobre su eficacia,se publicaron en la revista Science en enero de 1996, y fueron calificados de notables. A este estudio seguirían varios más; por ejemplo el de un equipo de la Universidad de Stanford que realizó escáneres cerebrales a veinte niños disléxicos, antes y después de seguir el programa FastforWord. Los primeros escáneres mostraron que los niños empleaban para leer distintas partes del cerebro que los niños no disléxicos. Los realizados después del seguimiento del programa de entrenamiento mostraron que sus cerebros habían empezado a normalizarse habíendo desarrollado su actividad en la corteza temporo-parietal y mostrando indicios de patrones similares a los de niños sin problemas de capacidad lectora.
En palabras de su autor,

FastforWord parece un juego para niños, pero en realidad es una terapia de estimulación cognitiva: en algunos casos, los usuarios que llevan a sus espaldas toda una vida de dificultades cognitivas mejoran tras sólo 30 a 60 horas de tratamiento y, de forma inesperada,el programa también ha ayudado a un gran número de niños autistas.

Posteriormente, Merceniz ha desarrollado otros programas de entrenamiento cognitivo dirigidos a adultos y al aprovechamiento de las condiciones de plasticidad cerebral en la recuperación cognitiva tras el daño cerebral, tales como Brain HQ.

 

Tele-rehabilitación

Desde el año 2013, centros de neurorehabilitación, hospitales y universidades vienen desarrollando nuevas tecnologías aplicadas a la (e-Health), siendo la tele-rehabilitación una de las que consiguen resultados más eficaces y eficientes, considerando que optimiza los recursos sanitarios y mejora sensiblemente la calidad de vida de las personas que han sufrido daño cerebral sobrevenido por causas diversas.
Los programas de tele-rehabilitación, en el inicio, trataban de que el paciente se grabase a sí mismo mientras realizaba los ejercicios o rutinas pautados en un videotutorial grabado por el médico o terapeuta. De esta manera, médico y paciente podían comunicarse por internet bien en tiempo real, bien subiendo a la nube las grabaciones, con la ventaja de que el paciente no tenía que desplazarse de su entorno, pues uno de los principios de la neurorehabilitación efectiva es que la persona consiga desenvolverse con la mayor autonomía en su propio ambiente. La neurorehabilitación por esta vía complementa al trabajo que se hace en el hospital. Los vídeos eran una guía directa de la evolución del enfermo muy útil para el análisis, la evaluación y corrección por parte de los profesionales, quienes pueden ver el día a día de la ejecución y pautar cambios si es necesario.
Actualmente, los tratamiento para neurorehabilitación a distancia han evolucionado hacia programas más sofisticados, soportados por un equipo tecnológico tipo Kinect. Los ejercicios del sistema, homologados y parametrizados por los profesionales del centro neurorehabilitador con el fin de asegurar su ajuste a cada persona y dolencia particular. Se llevan a cabo integrados en un juego, de manera que resulta altamente motivador para el enfermo.

El sistema se basa en un conjunto de dispositivos que se instala en casa de los pacientes, compuesto por un ordenador con pantalla táctil (Touch Screen), una consola Microsoft Kinect y un módem que garantice una buena calidad en la conexión. Los médicos disponen de una página web donde poder controlar cada uno de los pacientes y llevar la gestión del sistema. A partir del sistema kinect©, se desarrolla la integración de los movimientos detectados por la cámara con la consola de telerehabilitación.

Los especialistas diseñan diferentes ejercicios para las extremidades superiores e inferiores, combinándolos en un programa tipo 'juegos' que se muestra en la TV del domicilio del paciente. Tras realizar las pruebas y ajustes necesarios, desarrolla un programa de feedback online para que el paciente pueda reajustar los ejercicios.Además, dispone de una herramienta de videoconferencia para permitir que médicos y pacientes puedan hablar en cualquier punto de la rehabilitación desde su domicilio.
La evolución tecnológica ha permitido medir cada vez con más precisión y objetividad los movimientos de los sensores, alcanzando progresivamente mayores niveles de exactitud. Los sensores de movimiento controlan la posición, longitud, ángulo, velocidad y aceleración de los recorridos en todos los sentidos. Hasta tal grado, que pueden detectar temblores y determinar la calidad del movimiento.
Los beneficios más importantes que se consiguen con esta terapia tecnológicamente asistida son aportar en los casos de daño cerebral sobrevenido, mejoras en la marcha, el equilibrio, la coordinación, el fortalecimiento de los músculos y la resistencia.

Neurorobótica

La amputación del brazo tiene un impacto devastador en la calidad de vida social y laboral de individuos que por lo demás son jóvenes y saludables. Las personas que han sufrido una amputación padecen a menudo depresión grave y fobia social, así como una imagen distorsionada de sí mismas, además de sentir un «dolor fantasma» en el miembro ausente: la sensación de que todavía conservan el miembro amputado, que tiene sensibilidad y sufre dolor .Investigadores de la Universidad de Oxford han examinado el cerebro de personas que sufrieron amputaciones, empleando resonancia magnética de ultra alta resolución, con el fin de determinar qué cambios se producen tras la pérdida de un brazo. La observación del cerebro con este grado de detalle reveló lo que ya se sospechaba hacía tiempo: que la corteza cerebral de los amputados conserva un mapa detallado de la mano que les falta y de cada uno de los dedos incluso décadas después del traumatismo, lo que podría explicar en parte el fenómeno del "miembro fantasma".
El uso de una extremidad artificial puede desempeñar un papel importante en la mejora de la calidad de vida de estos pacientes. La reorganización estructural y funcional de las redes neuronales es un mecanismo clave que permite el ajuste a estas situaciones nuevas y la recuperación después de las lesiones, pero también puede tener consecuencias desadaptativas. En el Laboratorio de la Mano y el Cerebro, Tamara Making y su equipo estudian la mano como principal herramienta del cerebro, ya que ofrece casi todas nuestras interacciones físicas con el mundo. Mediante neuroimagen para describir la plasticidad del cerebro humano en el nivel macroscópico y modelos informáticos en el nivel del circuito neural, estudian hasta qué punto las áreas cerebrales que apoyan la representación y la acción de las manos están moldeadas por la experiencia, investigando lo que sucede con los territorios corticales de representación de la mano después de la amputación del brazo, para conocer mejor el fenómeno del miembro fantasma.
Una línea de investigación de este Laboratorio, no menos apasionante y útil para la rehabilitación, explora las circunstancias en las que áreas cerebrales selectivas apoyan la adquisición de nuevas habilidades necesarias para que las personas amputadas se adapten a su discapacidad, como el uso de prótesis en extremidades; y por qué, pese al reciente desarrollo de extremidades protésicas sofisticadas, muchos amputados del miembro superior eligen no utilizar prótesis. Así, utilizan la neuroimagen para investigar la mejor manera de aumentar la habilidad y la satisfacción con las prótesis. La hipótesis es que el uso exitoso de la prótesis de la extremidad depende en parte de la capacidad de los individuos de incorporar la extremidad protésica en su representación del cuerpo en el cerebro. Para abordar esta cuestión, utilizan técnicas tales como resonancia magnética, psicofísica, experimentos de comportamiento y mediciones fisiológicas. Al comprender mejor cómo el cerebro representa con éxito las extremidades protésicas, consiguen plasmar estrategias de neurorehabilitación para mejorar el uso de las prótesis.
Por último, utilizan la estimulación cerebral no invasiva, para ayudar a mejorar los procesos beneficiosos que tienen lugar en amputados del cerebro, y para reducir otros procesos que pueden ser perjudiciales en su rehabilitación.
Estas investigaciones se han plasmado en la práctica clínica de la neurorehabilitación mediante el desarrollo de neuroprótesis cada vez más avanzadas, con diferentes posibilidades de prensión, rotación del pulgar e incluso manejar un teléfono móvil con pantalla táctil, mediante un guante especial. Las prótesis biónicas de mano se programan a través de un software que permite descodificar las señales eléctricas que generan las órdenes mentales y conocer así la intención motora de la persona, transformando esa intención en una acción. Por ejemplo, abrir o cerrar la mano. El programa las interpreta y transmite al dispositivos qué se quiere manipular.Dependiendo de las necesidades del paciente, se pueden programar distintos movimientos a medida del usuario, mediante electrodos que se colocan en los músculos del antebrazo, para controlar los movimientos de la mano.
Si bien hasta ahora las manos protésicas se limitaban a una simple pinza digital del primer al tercer dedo, lo cual dotaba de una funcionalidad muy limitada a los amputados,las prótesis biónicas de alta tecnología disponen en la actualidad de hasta 5 motores totalmente independientes, dotados de sensores que permiten una funcionalidad independiente de cada uno de los dedos, detectan la presión y reaccionan en función de la resistencia que encuentran. Su funcionamiento se controla mediante señales mioeléctricas captadas por sensores en el brazo que recogen las señales eléctricas que generan los musculos en los movimientos de extensión y flexión de la mano; y, finalmente, el último avance ha sido el control por gesto que permite el acceso a un agarre automatizado moviendo la prótesis en una de las cuatro direcciones. La prótesis se adapta preprogramada con unos patrones de agarre seleccionados, pero pueden ser cambiados fácilmente a través de una App. 

En cuanto a la rehabilitación de personas que han sufrido un ictus, ha quedado ampliamente demostrado desde la primera década del siglo XXI que los ejercicios terapéuticos motores consiguen inducir fenómenos de plasticidad y reorganización cortical en el cerebro de estos pacientes. Para ello, es importante que el entrenamiento neurorehabilitador sea orientado a la práctica activa de tareas motoras relevantes como prensiones, transferencias o marcha, realizando ejercicios repetitivos en situaciones y con objetos reales.También los ejercicios aeróbicos y de fortalecimiento muscular son de gran utilidad en la rehabilitación de personas que han sufrido ictus. El ejercicio intensivo y resistido mejora la fuerza y el control motor de estos pacientes, favoreciendo su equilibrio y capacidad de deambulación. Los dispositivos robóticos permiten una práctica repetitiva e intensiva de ejercicios ofreciendo a la vez un feedback sensorial del ejercicio realizado.

Uno de los robots más conocido y utilizado en neurorehabilitación es el exoesqueleto Lokomat: diseñado para automatizar el proceso de reeducación de la marcha, está formado por una cinta rodante, un sistema de soporte del peso corporal y dispositivos electromecánicos que se fijan y movilizan los miembros inferiores.Permite ajustar los parámetros de rango de movimiento y velocidad para conseguir un patrón de marcha lo más fisiológico posible.Aporta mediante un sistema de biofeedback información sobre la resistencia y asistencia generadas por paciente y robot. El robot Lokomat se emplea en la rehabilitación de la marcha en pacientes con lesiones neurológicas (ictus, traumatismos craneoencefálico, parálisis cerebral y lesión medular, entre otras). La tecnología robótica asociada a entornos virtuales se pone al servicio de profesionales de los centros de neurorehabilitación, quienes ajustan los parámetros y supervisan las sesiones.

Interfaces cerebro-ordenador

Las interfaces cerebro-ordenador (Brain Computer Interfaces-BCI), constituyen una tecnología que se basa en la adquisición de ondas cerebrales para luego ser procesadas e interpretadas por una máquina u ordenador. Establecen el camino para interactuar con el exterior mediante nuestro pensamiento ya que estas interfaces permiten transformarlos en acciones reales en nuestro entorno. BCIs sobre todo se dirigen a ayudar, aumentar o reparar las funciones cognitivas o sensoriales-motoras en personas con parálisis cerebral o enfermedades neurodegenerativas, como la esclerosis múltiple.
La investigación sobre BCI comenzó en la década de 1970 en la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA) bajo una subvención de la National Science Foundation, seguido por un contrato de DARPA. Los artículos publicados después de esta investigación también marcan la primera aparición de la expresión interfaz cerebro-computadora en la literatura científica. Esta tecnología ha atraído a muchos investigadores durante la última década cuyo objetivo es desarrollar una interfaz cerebro-ordenador eficiente y fiable, aunque cada uno de los diferentes grupos de investigación ha generado su propio itinerario respecto a la tecnología de sus dispositivos. A pesar de las diferencias entre los distintos dispositivos, todos siguen el mismo principio de funcionamiento básico: la medición de la actividad cerebral mediante sensores y posterior decodificación de estas señales para que puedan ser interpretadas por un software de dispositivo.
Desde 2009, el doctor José del Rocío Millán dirige a un equipo de investigadores de distintos países en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana (EPFL) cuya meta es lograr que las personas interactúen con robots al servicio de la de la mejora de la calidad de vida de las personas con discapacidad.El principal objetivo del programa es intentar descodificar las señales eléctricas que generan las órdenes mentales. El funcionamiento del software parte de un casco muy ligero lleno de electrodos que captan las órdenes mentales. El programa las interpreta y transmite a los dispositivos qué se quiere manipular.
El equipo dirigido por el investigador español es el primero que ha logrado descodificar las señales cerebrales en milisegundos, al instante; cuando antes, para poder descifrar la intención de las personas éstas debían repetir las órdenes mentales cada medio segundo. Millán señala que la descodificación es una de las principales dificultades a las que se enfrentan los neurocientíficos debido a que la amplitud de las señales cerebrales es infinitamente pequeña, comparada con cualquier otro campo electromagnético que tengamos a nuestro alrededor. Estas señales, además, son variables en el tiempo, puesto que nuestro cerebro realiza varias tareas a la vez y cada neurona cerebral participa en la codificación de varias de ellas. El reto es encontrar en la señal que cambia aquellos componentes que son específicos de la intención que tiene la persona”.
Uno de los fines del programa desarrollado en el EPFL es mejorar la calidad de vida de las personas con discapacidad. Entre los dispositivos en los que se ha implementado con éxito, figura una silla de ruedas dirigida con instrucciones mentales y varias prótesis, aunque la comercialización de tales dispositivos aún no se ha generalizado más allá de prototipos.

 

La neurorehabilitación de personas que han sufrido alguna enfermedad, traumatismo o daño cerebral sobrevenido, es un campo que ha experimentado un enorme desarrollo en la última década, expansión que continúa a día de hoy.

Los centros especializados en neurorehabilitación, se ocupan en mantener actualizada la práctica terapeútica de sus profesionales con las últimas tecnologías disponibles gracias a las investigaciones descritas, siempre respetando la individualidad del paciente y potenciando sus habilidades con los principios de la plasticidad neuronal en mente

Mediante terapias individualizadas, técnicas innovadoras y tecnología aplicada a la neurorehabilitación, se diseñan tratamientos adaptados a las necesidades individuales de cada persona que sufre daño cerebral, con el objetivo de alcanzar el mayor grado de independencia y por tanto una mejora en la calidad de vida del paciente y su familia.

 

Post patrocinado por Centros de Neurorehabilitación Grupo Casaverde

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