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ES2942167T3 - Dispositivo de prótesis de equilibrio - Google Patents

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ES2942167T3
ES2942167T3 ES21166577T ES21166577T ES2942167T3 ES 2942167 T3 ES2942167 T3 ES 2942167T3 ES 21166577 T ES21166577 T ES 21166577T ES 21166577 T ES21166577 T ES 21166577T ES 2942167 T3 ES2942167 T3 ES 2942167T3
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balance
signal
sensor
neurostimulation
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Bálint Varkuti
Gooie Saman Hagh
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Ceregate GmbH
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Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de prótesis de equilibrio para un individuo, que comprende: un módulo de sensor configurado para obtener al menos una señal de sensor indicativa de un equilibrio o estado de equilibrio del individuo, un módulo de procesamiento conectado operativamente al módulo receptor y configurado para determinar al menos una señal de neuroestimulación basada al menos en parte en la señal del sensor obtenida y un módulo transmisor conectado operativamente al módulo de procesamiento y configurado para transmitir la señal de neuroestimulación determinada a un dispositivo de neuroestimulación del individuo, o un módulo de neuroestimulación conectado operativamente al módulo de procesamiento módulo,en el que la señal de neuroestimulación está configurada para provocar una sensación artificial en un área específica de la corteza sensorial del individuo a través de la estimulación directa de axones sensoriales aferentes del sistema nervioso central o periférico del individuo que se dirige a las neuronas sensoriales del área de la corteza sensorial que no está directamente asociada con las vías vestibulocorticales del individuo, en el que la sensación artificial provocada proporciona una indicación de equilibrio al individuo que se deriva al menos en parte de la señal del sensor obtenida para apoyar, imitar, sustituir o mejorar el sentido natural del equilibrio del individuo.en el que la sensación artificial provocada proporciona una indicación de equilibrio al individuo que se deriva al menos en parte de la señal del sensor obtenida para apoyar, imitar, sustituir o mejorar el sentido natural del equilibrio del individuo.en el que la sensación artificial provocada proporciona una indicación de equilibrio al individuo que se deriva al menos en parte de la señal del sensor obtenida para apoyar, imitar, sustituir o mejorar el sentido natural del equilibrio del individuo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de prótesis de equilibrio
1. Campo técnico
La presente invención se refiere a dispositivos de interfaz cerebro-ordenador, sistemas y programas informáticos que pueden usarse para sustituir, imitar, soportar o mejorar el sentido natural del equilibrio de una persona de una manera homóloga o no homóloga.
2. Antecedentes técnicos
El sistema vestibular desempeña un papel importante en el mantenimiento del equilibrio y la estabilidad del cuerpo proporcionando información sobre el movimiento y la orientación espacial de la cabeza en el espacio. Esto es posible a través de la existencia de órganos periféricos vestibulares en la estructura del oído interno a cada lado de la cabeza. La información de equilibrio junto con la información de otros sentidos tales como la visión y la propiocepción se transmite a los centros neurales integradores más altos dentro del sistema nervioso central a través de fibras nerviosas sensoriales aferentes. Esta información permite que el sistema nervioso central genere reflejos motores para mantener el centro de gravedad del cuerpo sobre su base de soporte, por ejemplo, un área limitada a las plantas de los pies mientras se está en posición de pie.
Una serie de neuropatologías puede afectar la función de equilibrio normal del cuerpo afectando los componentes periféricos o centrales de las vías vestibulares o relacionadas con el equilibrio. Varias neuropatías agudas y crónicas tales como tumor cerebral, lesión cerebral traumática, enfermedad neurodegenerativa (por ejemplo, enfermedad de Parkinson, enfermedad de Alzheimer), anomalías neuromusculares o trastornos psiquiátricos (por ejemplo, ansiedad) exhiben disfunción del equilibrio y mareos que son los factores principales en el riesgo elevado de caídas y anomalías de la marcha.
En el documento US 6.546.291 se describe una prótesis de equilibrio portátil que proporciona información indicativa de la orientación espacial de un portador. La prótesis de equilibrio incluye un sistema de detección de movimiento portátil y un procesador de señales en comunicación con el sistema de detección del movimiento. El procesador de señales proporciona una señal de orientación a un codificador. El codificador genera una señal de retroalimentación basada en una estimación de la orientación espacial del cuerpo y proporciona esa señal a un estimulador acoplado al sistema nervioso del portador. Por ejemplo, el estimulador puede estimular órganos sensoriales periféricos tales como el ojo, el oído o la piel. Alternativamente, el sistema nervioso se estimula directamente a través de un electrodo de estimulación que estimula uno de los nervios utilizados por un sistema vestibular adecuadamente funcional.
De manera similar, el documento EP2974770A1 se refiere a una prótesis vestibular implantable que comprende un dispositivo de estimulación nerviosa implantable que tiene un sistema sensor, un procesador de datos en comunicación con el sistema sensor, y un sistema de estimulación nerviosa en comunicación con el procesador de datos y construido para proporcionar estimulación eléctrica a al menos una rama de al menos un nervio vestibococlear.
El documento US 2008/0140137 se refiere a un sistema de integración de datos sensoriales para integrar datos sensoriales generados por un primer dispositivo de sustitución sensorial y datos sensoriales generados por un segundo dispositivo de sustitución sensorial. El sistema incluye un procesador configurado para generar una señal de orientación indicativa de una diferencia entre la orientación de un sujeto y una orientación aceptable. La señal de orientación se basa en los datos sensoriales generados por el primer dispositivo de sustitución sensorial y los datos sensoriales generados por el segundo dispositivo de sustitución sensorial. Por ejemplo, un estimulador puede proporcionar señales de orientación eléctricas, táctiles, auditivas o visuales. La estimulación eléctrica se puede proporcionar, por ejemplo, estimulando al sujeto con una corriente eléctrica de bajo amperaje.
El documento US 2020/0060602 se refiere a un sistema de análisis de movimiento que incluye un dispositivo de captura de imágenes, al menos un acelerómetro, y CPU configurado para recibir un primer conjunto de datos de movimiento del dispositivo de captura de imágenes relacionado con al menos una articulación de un sujeto mientras el sujeto está realizando una tarea y recibir un segundo conjunto de datos de movimiento del acelerómetro relacionado con la al menos una articulación del sujeto mientras el sujeto está realizando la tarea. La CPU también calcula la información cinemática y/o cinética sobre la al menos una articulación de un sujeto de una combinación del primer y segundo conjuntos de datos de movimiento, y emite la información cinemática y/o cinética con el fin de evaluar un trastorno de movimiento.
El documento US 8.702.629 B2 describe un sistema de estimulación profunda del cerebro de bucle cerrado. Un dispositivo de medición de movimiento, llevado por un sujeto, y que comprende un módulo sensor y una unidad transceptora mide continuamente los datos de movimiento del sujeto. La unidad transceptora se correlaciona con una base de datos y utiliza un algoritmo capacitado para optimizar un protocolo de tratamiento de la estimulación cerebral profunda personalizado para el sujeto.
De manera similar, el documento US 9.974.478 se refiere a sistemas para ayudar a sujetos a mejorar la seguridad y la eficiencia de sus movimientos mediante la monitorización del movimiento de un sujeto para detectar o predecir movimientos no seguros, indeseables o deficientes, o síntomas de trastornos del movimiento, y también un sistema para proporcionar posibles procedimientos de tratamiento para tales condiciones tales como proporcionar señales o estímulos al sujeto cuando tales movimientos no seguros o no deseables, inestabilidades o síntomas se detectan o predicen.
El documento US 2009/0082831 se refiere a un sistema de estimulación vestibular portátil colocado dentro del canal auditivo. Una técnica anterior adicional que puede ser relevante para comprender los antecedentes técnicos de la presente invención se proporciona por los documentos US 7.647.120, US-10.376.739, US 9.149.222, US 9.339.649, WO 2018/059431, WO 2012/162658 y US 7.313.440.
El documento US 2020/398046 A1 se refiere a un sistema para estimular la corteza sensorial de un individuo, que comprende: medios para obtener una señal de estimulación neuronal adaptada para proporcionar una señal de movimiento para el individuo y medios para transmitir la señal de estimulación neuronal a un contacto eléctrico de un electrodo de estimulación neuronal que ya está implantado en el cerebro del individuo.
El documento WO 2020/174051 A1 se refiere a diversos sistemas y procedimientos para comunicar información conceptual tal como señales de movimiento o información de estado del dispositivo a la corteza de un individuo. Un sistema comprende medios para seleccionar al menos una señal de estimulación neuronal a aplicar a al menos un axón aferente que alcanza al menos una neurona sensorial en la corteza del individuo, en donde la al menos una señal de estimulación neuronal corresponde a la información conceptual a comunicarse y medios para transmitir la al menos una señal de estimulación neuronal a al menos un medio de estimulación neuronal del individuo.
Los sistemas de soporte del equilibrio conocidos de la técnica anterior tienen diversas deficiencias. Por ejemplo, si se emplean transductores táctiles portátiles (por ejemplo, véase el documento US 6.546.291) para ayudar a un paciente con un sentido de equilibrio deteriorado el número de transductores que se requieren aumenta con la especificidad de la retroalimentación sensorial. Por lo tanto, tales sistemas transductores portátiles son voluminosos y caros y tienen un gran consumo de energía en particular cuando se desea una retroalimentación de equilibrio precisa. Además, dichos transductores táctiles y cualquier otro tipo de retroalimentación de equilibrio que se administra a través de los órganos sensoriales naturales de un paciente solo funcionan si los órganos sensoriales están sanos. Además, si se desea una retroalimentación de equilibrio multi-sensorial, se desea que diferentes tipos de transductores (táctil, visual, auditivo, etc.) deban integrarse en un único sistema de soporte de equilibrio, lo que aumenta aún más la complejidad, el coste y el consumo de energía.
Además, la sustitución sensorial directa mediante la electroestimulación del sistema vestibular solo funciona si el sistema vestibular solo se ve parcialmente afectado, por ejemplo, si solo las células receptoras del órgano sensorial vestibular dentro del oído interno se ven afectadas, pero la parte restante del sistema nervioso vestibular está intacta. Tal abordaje puede fallar, por lo tanto, si el deterioro está ubicado aguas arriba en la vía sensorial vestibular, por ejemplo, en el tronco encefálico. Por lo tanto, para muchos pacientes, la sustitución sensorial directa del sistema vestibular no es una opción de tratamiento preferida. Además, en la mayoría de los casos, el paciente no tendrá un equipo de neuroestimulación adecuado ya implantado que puede usarse para estimular el sistema vestibular. En consecuencia, para tal tratamiento, puede ser necesaria la implantación de electrodos de estimulación dedicados o dispositivos de interfaz similares.
Por lo tanto, este es un problema subyacente a la presente invención para superar al menos parcialmente algunas de las deficiencias de los sistemas de soporte de equilibrio convencionales descritos anteriormente.
3. Resumen de la invención
Los problemas mencionados anteriormente se resuelven al menos parcialmente mediante un dispositivo de prótesis de equilibrio y un programa informático como se especifica en las reivindicaciones independientes. Realizaciones ilustrativas de la presente invención se especifican en las reivindicaciones dependientes.
Generalmente, la presente invención permite implementar un nuevo abordaje de bucle cerrado para restaurar o mejorar el sentido de equilibrio de una persona. Este abordaje se basa en la neuroestimulación directa de axones sensoriales aferentes (por ejemplo, axones talamocorticales, axones sensoriales aferentes de los axones sensoriales del tronco encefálico o de la médula espinal y/o aferentes sensoriales del sistema nervioso periférico) que alcanzan directa o indirectamente (es decir, mediante vías aferentes multisinápticas) neuronas sensoriales en un área de la corteza sensorial específica con información de retroalimentación de equilibrio altamente específica, detallada y multidimensional.
Más específicamente, la presente invención proporciona un dispositivo de prótesis de equilibrio para un individuo como se define en la reivindicación 1.
Los diversos módulos de los dispositivos y sistemas descritos en esta invención pueden implementarse, por ejemplo, en hardware, software o una combinación de los mismos. Por ejemplo, los diversos módulos de los dispositivos y sistemas descritos en esta invención pueden implementarse a través de componentes de hardware específicos de aplicación tales como circuitos integrados específicos de aplicación, ASIC y/o matrices de puertas programables en campo, FPGA, y/o componentes similares y/o módulos de software específicos de aplicación que se ejecutan en datos multi-propósito y equipos de procesamiento de señales tales como CPU, DSP y/o sistemas en un chip (SOC) o componentes similares o cualquier combinación de los mismos.
Por ejemplo, los diversos módulos del dispositivo de prótesis de equilibrio analizados anteriormente pueden implementarse en un dispositivo de procesamiento de señales y datos multi-propósito configurados para ejecutar módulos de software específicos de aplicación y para comunicarse con diversos dispositivos sensores y/o dispositivos o sistemas de neuroestimulación a través de interfaces de comunicación inalámbrica convencionales tales como NFC, WIFI y/o una interfaz Bluetooth.
Alternativamente, los diversos módulos del dispositivo de prótesis de equilibrio analizados anteriormente también pueden ser parte de un aparato de neuroestimulación integrado, que comprende además circuitos electrónicos especializados (por ejemplo, generadores de señales de neuroestimulación, amplificadores, etc.) para generar y aplicar las señales de neuroestimulación determinadas a una interfaz de neuroestimulación del individuo (por ejemplo, un electrodo de estimulación de la médula espinal de múltiples contactos, un electrodo de estimulación cerebral profunda (DBS), un electrodo de estimulación del nervio sensorial periférico, etc.).
Las señales de neuroestimulación generadas por el dispositivo de prótesis de equilibrio descritos anteriormente pueden transmitirse, por ejemplo, también a un dispositivo de estimulación neuronal que comprende un amplificador de señal que impulsa un electrodo de DBS de múltiples contactos, electrodo de médula espinal, etc. que ya puede implantarse en el sistema nervioso de un paciente para un propósito diferente de proporcionar una indicación de equilibrio. Alternativamente, se pueden implantar electrodos dedicados tipo DBS o electrodos de estimulación de la médula espinal con el fin de aplicar las señales de neuroestimulación generadas por el dispositivo de prótesis de equilibrio a través de procedimientos quirúrgicos establecidos y aprobados que se desarrollaron para la implantación de electrodos de DBS convencionales o electrodos de estimulación de la médula espinal, etc. Además, como se mencionó anteriormente, el dispositivo de prótesis de equilibrio también puede integrarse junto con un dispositivo de estimulación neuronal en un solo dispositivo.
Es importante señalar que la indicación de equilibrio que se comunica por la percepción sensorial artificial provocada por la señal de neuroestimulación difiere de la mera sustitución sensorial. Como se explicará en detalle a continuación, cualquier tipo de información abstracta que pueda usarse para sustituir, imitar, soportar o mejorar el sentido natural de equilibrio de una persona puede transmitirse al individuo con un dispositivo de prótesis de equilibrio según la presente invención. Por ejemplo, las diferentes señales de neuroestimulación pueden configurarse para provocar diferentes percepciones sensoriales artificiales específicas (por ejemplo, una sensación dura en la mano izquierda, la parte baja de la espalda, etc.) que tienen diferentes características (por ejemplo, intensidades diferentes, frecuencias o cualidades sensoriales secundarias tales como textura, altura, timbre, color, etc.). Como se explicará con más detalle a continuación, el dispositivo de prótesis de equilibrio proporcionado por la presente invención puede calibrarse entonces de modo que las diferentes características de las percepciones sensoriales artificiales inducidas indiquen diferentes indicaciones de equilibrio tales como un grado y/o una dirección de una inclinación corporal, un ángulo de inclinación de una superficie de marcha, una advertencia predictiva de caída, etc.
La presente invención también proporciona un programa informático como se define en la reivindicación independiente correspondiente.
Además, el módulo sensor puede configurarse para obtener al menos una señal del sensor de movimiento a través de una interfaz por cable o inalámbrica, tal como un acelerómetro o una señal alternativa; Adicional o alternativamente, el módulo sensor también puede comprender un sensor de movimiento tal como un acelerómetro o un giros (véase la Figura 8 a continuación). Además, el módulo sensor puede configurarse para obtener, a través de una interfaz por cable o inalámbrica, una señal del sensor auxiliar que se origina de un dispositivo sensor auxiliar tal como una cámara, un sensor LIDAR, un sistema GPS, un sensor de presión o un sensor de elevación, etc.
Además, según la invención reivindicada, el módulo de procesamiento puede configurarse para determinar, basándose al menos en parte en la señal del sensor obtenida, una estimación de la posición corporal actual del individuo con respecto a una posición de referencia del cuerpo y/o una estimación de una posición corporal futura con respecto a la posición de referencia del cuerpo.
Por ejemplo, la posición corporal del individuo puede caracterizarse por uno o más de los siguientes parámetros: una inclinación corporal del individuo en el plano coronal y/o sagital; una velocidad de cambio de la inclinación corporal del individuo en el plano coronal y/o sagital, una desviación del centro de gravedad del cuerpo del individuo de una posición o intervalo de referencia para el centro de gravedad y una velocidad de cambio de la desviación del centro de gravedad a partir de la posición o intervalo de referencia.
De esta manera, el dispositivo de prótesis de equilibrio proporcionado por la presente invención está habilitado para determinar y transmitir indicaciones de equilibrio altamente específicas directamente al cerebro del individuo. Como se mencionó anteriormente, la señal de neuroestimulación puede determinarse basándose en datos de entrada procesados de múltiples sensores tales como sensores de aceleración, cámaras de vídeo giroscopios, sensores de presiones y sensores LIDAR, etc. La información procesada puede utilizarse entonces para activar la neuroestimulación activando canales de comunicación perceptivos/sensoriales apropiados. De esta manera, la presente invención permite el uso de bloques de mensaje programados con precisión que proporcionan señales de retroalimentación sensorial eficaz y automática al individuo para sustituir, imitar, soportar o mejorar el sentido natural del equilibrio de un individuo.
Además, el dispositivo de prótesis de equilibrio descrito anteriormente puede configurarse además para acceder a un dispositivo de almacenamiento de datos que almacena una pluralidad de relaciones, específicas para el individuo, asociando una pluralidad de señales de neuroestimulación con una pluralidad de indicaciones de equilibrio homólogas o no homólogas correspondientes o información de soporte de equilibrio auxiliar. En algunas realizaciones, el dispositivo de prótesis de equilibrio también puede incluir el dispositivo de almacenamiento de datos que almacena la pluralidad de relaciones.
Por ejemplo, el dispositivo de almacenamiento de datos puede contener una biblioteca de comunicación personalizada para el individuo, almacenando la biblioteca las relaciones entre una pluralidad de diferentes indicaciones de equilibrio o información de soporte de equilibrio auxiliar y una pluralidad de señales de neuroestimulación correspondientes. Dicha biblioteca de señales de estimulación puede calibrarse para cada individuo mediante formación de imágenes y/o pruebas individualizadas del individuo. La neuroimagenología puede usarse primero para identificar intervalos de activación teóricamente posibles para un electrodo de estimulación individual mientras que las pruebas individualizadas determinan qué puntos en el espacio de parámetros, de los parámetros de señal de neuroestimulación, pueden percibirse y decodificarse por la corteza del individuo. Debe enfatizarse que la prueba individualizada consciente de un individuo es simplemente un ejemplo específico de cómo generar las relaciones individualizadas almacenadas en la memoria. En otras realizaciones, tales relaciones también pueden obtenerse de pacientes inconscientes, por ejemplo, a través de la observación no invasiva de respuestas correspondientes de IRM funcionales en la corteza somatosensorial o grabaciones de EEG.
Además, una vez que se establece la biblioteca de comunicación o mientras se está estableciendo para un individuo, se puede ejecutar un procedimiento de entrenamiento específico que enlaza una percepción sensorial artificial específica a la indicación de equilibrio homóloga o no homóloga correspondiente. Siempre que la corteza del individuo responda al acondicionamiento clásico, se puede ejecutar un aprendizaje par. En el contexto de la presente invención, tal par consiste en una percepción sensorial artificial dada correspondiente a una señal de neuroestimulación dada y la indicación de equilibrio correspondiente o información de soporte de equilibrio auxiliar para asociarse con dicha percepción sensorial artificial dada y la señal de neuroestimulación correspondiente.
Es importante destacar que el tipo de información a transportar a través del dispositivo de prótesis de equilibrio descrito anteriormente si es una indicación de equilibrio o información similar puede elegirse más o menos libremente. Puede transmitirse cualquier información o mensaje que pueda dividirse en bloques de mensajes (es decir, piezas de información conceptual que pueden decodificarse por la corteza de un individuo). Esto incluye indicaciones de equilibrio (quasi-)continuo tales como una indicación (quasi-)continua de un movimiento de cuerpo compensatorio deseado u otra información que puede ser relevante para mantener una vez el equilibrio (por ejemplo, una diferencia de presión de contacto a través de un pie del individuo, un ángulo de inclinación de una superficie de marcha, etc.).
En particular, las relaciones específicas pueden basarse al menos en parte en uno o más de los siguientes: datos de aprendizaje conceptuales o perceptuales para los datos individuales de la neuroimagenología para los datos de medición electrofisiológicos individuales para la información de conectividad neuronal individual para los datos de simulación de campo eléctrico individuales para la interfaz de neuroestimulación empleada y los datos del modelo de excitabilidad neuronal para el individuo.
De esta manera, incluso se pueden asociar indicaciones de equilibrio complejas (véase la Figura 5 analizada en la sección 5 más adelante) con las percepciones sensoriales artificiales correspondientes que son específicas para cada individuo.
En particular, la señal de neuroestimulación también puede configurarse para estimular los axones sensoriales aferentes de la médula espinal, el cerebro o el sistema nervioso periférico que se proyecta directamente (es decir, a través de una vía monosináptica) o indirectamente (es decir, mediante una vía multisináptica) al tálamo o la corteza. Por ejemplo, si la señal de neuroestimulación se debe aplicar a través de un electrodo de estimulación de la médula espinal convencional, los parámetros de señal de la señal de neuroestimulación pueden ajustarse de tal manera que los potenciales de acción se provocan en subpoblaciones específicas de fibras nerviosas sensoriales aferentes de la médula espinal, por ejemplo, en un conjunto de axones que sobresalen a través de múltiples sinapsis a las neuronas somatosensoriales en un área de la corteza sensorial específica.
En general, la modalidad sensorial, la ubicación, el tipo y la intensidad de la percepción sensorial artificial que se provoca en la corteza en respuesta a estos potenciales de acción aferente pueden controlarse mediante una ubicación de electrodo precisa y la selección de parámetros de neuroestimulación. La presente invención utiliza dichas sensaciones artificiales para transmitir información directamente al cerebro en forma de bloques de mensajes discretos o continuos formando el canal perceptual deseado. Los canales perceptuales pueden establecerse mediante un solo o mediante múltiples contactos eléctricos de un electrodo de estimulación de la médula espinal, un electrodo de estimulación periférica y/o un electrodo DBS que se activan eléctricamente con parámetros de neuroestimulación calibrados para suministrar mensajes sensoriales específicos al individuo. La modalidad de sensación del canal perceptivo respectivo puede incluir sensaciones táctiles, propiedad, visuales o auditivas basadas en la aplicación o ubicación y orientación del electrodo de estimulación implantado.
Por ejemplo, la lateralidad percibida o la ubicación de la sensación artificial provocada puede indicar (por ejemplo, de manera homóloga) una dirección de una inclinación corporal del individuo o una dirección de un movimiento compensatorio para disminuir la inclinación corporal y/o una intensidad percibida de la sensación artificial provocada puede codificar un ángulo o un grado de una inclinación corporal del individuo con respecto a una posición o intervalo de referencia o un ángulo o grado de un movimiento compensatorio para disminuir la inclinación corporal.
El uso de tal esquema de codificación homólogo (por ejemplo, ver también la Figura 2, Figura 3 y Figura 4 analizadas en la sección 5 a continuación) asegura que las indicaciones de equilibrio proporcionadas por el dispositivo de prótesis de equilibrio puedan entenderse intuitivamente por el individuo sin mayor adaptación o aprendizaje necesario. Por lo tanto, se puede facilitar la aceptación rápida y fácil del dispositivo de prótesis que puede ser particularmente deseable para pacientes con discapacidad mental.
Además, por ejemplo, de una manera no homóloga, la velocidad de repetición percibida de la sensación artificial provocada puede codificar una característica del terreno tal como un ángulo de inclinación de una superficie de marcha al paciente caminando o una distancia restante a un obstáculo. Dichas indicaciones secundarias de equilibrio pueden derivarse, por ejemplo, de cámara de vídeo o señales de sensor LIDAR y/o de sensores de presión que miden la presión de contacto de los pies del individuo con la superficie de marcha.
Además, una calidad sensorial secundaria de la sensación artificial provocada, tal como la textura de una somatosensación, el color de una sensación visual o el tono, la altura o el timbre de una sensación auditiva puede codificar la información de soporte del equilibrio corporal/indicaciones de equilibrio secundarias tales como una inclinación de una superficie de marcha o una distancia restante a un obstáculo.
De esta manera, el sentido natural del equilibrio de un individuo no solo puede ser sustituido, imitado o soportado, sino incluso mejorado a información sensorial integrada que no sería accesible incluso a un individuo sano.
Para mejorar la seguridad durante la operación, el módulo de procesamiento de algunas realizaciones puede configurarse para detectar, basándose al menos en parte en la señal del sensor de movimiento obtenida y/o la señal del sensor auxiliar, preferiblemente mediante el uso de un sistema de aprendizaje automático entrenado, si el cuerpo del individuo está en riesgo de caer y en respuesta a dicha detección: para generar una señal de advertencia de neuroestimulación que está configurada para provocar una sensación artificial en un área de la corteza sensorial específica que proporciona un aviso de caída al individuo. Además, la señal de neuroestimulación puede sincronizarse con un ritmo de marcha del individuo para proporcionar una indicación de corrección de inclinación de cuerpo continua que mejora la estabilidad de la marcha del individuo mientras se camina.
En un aspecto adicional, la presente invención proporciona un sistema de prótesis de equilibrio, que comprende uno de los dispositivos de prótesis de equilibrio analizados anteriormente; y uno o más sensores de movimiento implantados o portátiles que proporcionan señales de entrada al módulo sensor del dispositivo de prótesis de equilibrio. Dicho sistema puede incluir, por ejemplo, uno o más de los siguientes dispositivos sensores que proporcionan señales de entrada adicionales al módulo sensor del dispositivo de prótesis de equilibrio: un dispositivo de cámara, un dispositivo sensor LIDAR, un sistema/receptor GPS, un sensor de presión que mide la presión de contacto entre un pie de la persona y una superficie de marcha y/o al menos dos sensores de presión que miden la diferencia en la presión de contacto entre dos puntos en una superficie de marcha para determinar una inclinación de la superficie de marcha.
En algunas realizaciones particularmente ventajosas, el sistema de prótesis de equilibrio puede comprender un dispositivo de estimulación de la médula espinal que comprende un conjunto de cables implantados en la médula espinal que alcanzan ganglios somatosensoriales o fibras nerviosas sensoriales aferentes dentro o adyacentes a la médula espinal.
La presente invención también se puede usar para mejorar o reforzar el sentido de equilibrio natural de un individuo. Por ejemplo, las percepciones sensoriales artificiales que codifican una indicación de equilibrio de refuerzo pueden ayudar a resolver conflictos perceptuales entre el sentido natural del equilibrio y la percepción visual y, por lo tanto, ayudar a superar la cinetosis (véase la Figura 9 a continuación).
Además, la presente invención también proporciona un dispositivo remoto de detección de equilibrio para un individuo, que comprende: un módulo sensor configurado para obtener al menos una señal del sensor indicativa de un estado de equilibrio o estabilidad de un objeto móvil remoto; un módulo de procesamiento conectado operativamente al módulo receptor y configurado para determinar al menos una señal de neuroestimulación basada al menos en parte en la señal del sensor obtenida; y un módulo transmisor conectado operativamente al módulo de procesamiento y configurado para transmitir la señal de neuroestimulación determinada a un dispositivo de neuroestimulación del individuo; o un módulo de neuroestimulación conectado operativamente al módulo de procesamiento, en donde la señal de neuroestimulación está configurada para provocar una sensación artificial en un área de la corteza sensorial específica del individuo mediante la estimulación directa de los axones sensoriales aferentes del sistema nervioso central o periférico del individuo que alcanzan las neuronas sensoriales del área de la corteza sensorial no asociada directamente con las vías vestíbulo-corticales del individuo; y en donde la sensación artificial provocada proporciona una indicación de equilibrio para el objeto móvil remoto al individuo que se deriva al menos en parte de la señal del sensor obtenida.
Dicho dispositivo de detección de equilibrio remoto puede proporcionar a un individuo, p. ej., a un piloto que controla remotamente, p. ej., a través de una interfaz cerebro-ordenador, un robot de dron, de automóvil, de barco, etc., con una percepción de equilibrio artificial para el objeto remoto, mejorando de este modo sustancialmente el rendimiento del individuo en el control del movimiento del objeto en movimiento remoto.
4. Breve descripción de las figuras
Varios aspectos de la presente invención se describen con más detalle a continuación haciendo referencia a las figuras adjuntas. Estas figuras muestran:
Figura 1 un diagrama que ilustra un individuo que está equipado con un dispositivo de prótesis de equilibrio y un sistema que comprende dicho dispositivo según una realización de la presente invención;
Figura 2 un diagrama que ilustra cómo se puede codificar una indicación de equilibrio homóloga usando un dispositivo de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención;
Figura 3 un diagrama adicional que ilustra cómo se puede codificar una indicación de equilibrio homóloga usando un dispositivo de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención;
Figura 4 un diagrama adicional que ilustra cómo se puede codificar una indicación de equilibrio homóloga usando un dispositivo de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención;
Figura 5 un diagrama que ilustra cómo se puede codificar una información de soporte de equilibrio no homóloga usando un dispositivo de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención;
Figura 6 un diagrama de circuito de bloque funcional que ilustra un dispositivo de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención;
Figura 7 un diagrama de circuito de bloque funcional que ilustra un dispositivo de prótesis de equilibrio según otra realización de la presente invención;
Figura 8 un diagrama de circuito de bloque funcional que ilustra un dispositivo de prótesis de equilibrio con sensores de movimiento integrados según otra realización de la presente invención;
Figura 9 un diagrama que ilustra cómo se puede usar un dispositivo de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención para mitigar la cinetosis;
Figura 10 un diagrama que ilustra el funcionamiento de un dispositivo de detección de equilibrio remoto según un aspecto adicional de la presente divulgación;
Figura 11 un diagrama adicional que ilustra el funcionamiento de un dispositivo de detección de equilibrio remoto según un aspecto adicional de la presente divulgación.
5. Descripción detallada de algunas realizaciones ejemplares
A continuación, se describen algunas realizaciones ilustrativas de la presente invención con más detalle, con referencia a un dispositivo de prótesis de equilibrio que puede interconectarse con electrodos de estimulación neuronal tales como electrodos de estimulación de la médula espinal, electrodos DBS y/o electrodos de estimulación axonal periférica, por ejemplo, a través de un dispositivo de estimulación neuronal intermedio. Sin embargo, la presente invención también puede usarse con cualquier otra interfaz de estimulación neuronal que sea capaz de estimular axones sensoriales aferentes del sistema nervioso central o periférico que alcanzan un área de la corteza sensorial de un individuo.
Aunque a continuación se describen combinaciones de características específicas con respecto a las realizaciones ilustrativas de la presente invención, debe entenderse que no todas las características de las realizaciones analizadas tienen que estar presentes para realizar la invención. Las realizaciones descritas pueden modificarse combinando ciertas características de una realización con una o más características de otra realización si es técnicamente factible y funcionalmente compatible. Específicamente, el experto comprenderá que las características, componentes y/o elementos funcionales de una realización pueden combinarse con características, componentes y/o elementos funcionales técnicamente compatibles de cualquier otra realización de la presente invención que se define por las reivindicaciones adjuntas.
La Figura 1 representa un individuo 100, por ejemplo, un paciente con un sentido natural deteriorado de equilibrio que está equipado con un sistema de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención. Al individuo 100 ya se le ha implantado (por ejemplo, para la administración del dolor) un par de electrodos de estimulación de la médula espinal 101 que pueden tener múltiples contactos eléctricos controlables independientemente. En otras configuraciones, un electrodo de estimulación neuronal también puede implantarse en el cerebro del individuo 100 con el fin de proporcionar una terapia de neuromodulación, por ejemplo, para tratar los síntomas de la Enfermedad de Parkinson. Dicho electrodo de neuroestimulación también puede implantarse para otros fines tales como el propósito de la comunicación neuronal y/o el tratamiento de otras deficiencias del movimiento y enfermedades neurológicas tales como la enfermedad de Alzheimer, epilepsia, depresión, etc. Alternativamente, el electrodo 101 también puede implantarse como una interfaz de neuroestimulación dedicada para el dispositivo de prótesis de equilibrio y el sistema proporcionado por la presente invención.
El sistema de prótesis de equilibrio mostrado en la Figura 1 incluye un conjunto de sensores de movimiento 103, tales como sensores de aceleración o giroscopios distribuidos en el cuerpo del individuo 100, por ejemplo, a través de una caja que se puede llevar puesta. Alternativa o adicionalmente, también pueden integrarse sensores de movimiento similares dentro de un dispositivo de neuroestimulación implantado 102 tal como un generador de pulsos implantable (IPG) que acciona los electrodos de estimulación de la médula espinal 101. Los sensores de movimiento 103 pueden retransmitir continuamente información posicional a un dispositivo de prótesis de equilibrio 104 según algunas realizaciones de la presente invención. En otras realizaciones, el dispositivo de prótesis de equilibrio 104 o sus funciones también pueden integrarse con el dispositivo de neuroestimulación implantado 102. Los circuitos de procesamiento del dispositivo de prótesis de equilibrio 104 calculan diversos parámetros que incluyen el nivel de orientación corporal con respecto a un conjunto de parámetros de referencia basado en la posición vertical del cuerpo.
El dispositivo de prótesis de equilibrio 104 está enlazado de manera inalámbrica 105 a un estimulador implantado 102. El dispositivo de prótesis de equilibrio 104 puede, por lo tanto, activar funcionalmente el estimulador y ajustar los parámetros de estimulación en términos de amplitud, frecuencia, ancho de pulso, duración de ráfaga y otros parámetros determinados a través de un procedimiento de calibración. El neuroestimulador 102 está unido a un par de cables implantados en la médula espinal 101 que alcanzan ganglios somatosensoriales o fibras nerviosas sensoriales aferentes dentro de o adyacentes a la médula espinal. El dispositivo de prótesis de equilibrio 104 recibe como entrada un conjunto de señales del sensor de movimiento y después del procesamiento, determina qué contactos en los cables implantados en la médula espinal quedarán activos. El procesador también determina un conjunto de parámetros más adecuados que son más relevantes para determinar la ubicación mientras se codifica el tipo, localidad y/o intensidad deseados de la percepción sensorial artificial que debe ser provocada como se describe en detalle en la sección 3 anterior.
La Figura 2 ilustra escenarios ejemplares en los que se espera que el sistema active/provoque percepción sensorial artificial en diferentes ubicaciones del cuerpo (por ejemplo, izquierda y derecha) para codificar las desviaciones de la posición de equilibrio vertical del cuerpo 201 dentro del plano mediolateral. Cuando el cuerpo se mantiene al lado izquierdo o derecho 202, los canales de percepción ipsilateral 203 se activan. De esta manera, los patrones de activación de los canales perceptuales proporcionan un remedio para una función vestibular comprometida o totalmente perdida. Los pacientes pueden aprender a asociar las señales sensoriales a la introducción sensorial útil, imitando, soportando o incluso potenciando el sentido natural de equilibrio y en respuesta realizan acciones funcionalmente relevantes, tales como mantener el equilibrio corporal incluso cuando caminan, corren, andan en bicicleta, etc. En una realización alternativa, el patrón de activación de los canales perceptuales podría ajustarse de manera inversa que es contralateral al lado de inclinación. Este modo proporcionaría señales necesarias que se asemejan a los reflejos musculares compensatorios que son contralaterales de la dirección de la inclinación, por ejemplo, contracciones musculares en el lado izquierdo cuando el cuerpo está inclinado hacia la derecha, etc.
La Figura 3 ilustra una realización en la que la intensidad del canal perceptual se usa para codificar el grado de inclinación corporal. En la posición del cuerpo vertical 301, ambos canales perceptuales son silenciosos y el sujeto no siente nada. En una posición de inclinación moderada 302 de, por ejemplo, 10 grados hasta el lado izquierdo, el canal perceptual 305 ipsilateral se activa con parámetros de neuroestimulación calibrados que provocan una débil sensación artificial. En un caso más extremo 303 se activa el mismo canal perceptivo pero los parámetros de estimulación se ajustan de modo que provocan una intensa somatosensación 306 alertando así al sujeto de una caída inminente que le solicita al usuario una acción correctiva inmediata.
Para complementar el dispositivo de prótesis de equilibrio y el sistema proporcionado por la presente invención, se podría integrar información adicional con respecto al estado corporal u otras variables ambientales utilizando diversos sensores y otros tipos de transductores. Los sistemas de equilibrio típicos deben contener un conjunto mínimo de dos ejes de detección de movimiento ortogonales independientes (es decir, atrás-adelante & izquierda-derecha) para lograr una retroalimentación de equilibrio vertical simple. En la presente invención, la información de equilibrio en estos planos adicionales podría lograrse a través de un sistema de retroalimentación de posición que ofrezca información tanto desde el plano coronal (como se describe en la Figura 2 como en la Figura 3) así como en el plano sagital (como se ilustra en la Figura 4.
En la Figura 4, el signo de referencia 401 corresponde a una posición vertical del cuerpo, 402 a una posición del cuerpo inclinada hacia atrás y 403 a una posición del cuerpo inclinada hacia adelante. El signo de referencia 404 indica canales perceptivos no activados del sistema de prótesis de equilibrio y 405 los canales perceptivos activados que proporcionan una indicación de equilibrio al individuo para sustituir, imitar, soportar o mejorar el sentido natural del equilibrio del individuo de una manera homóloga.
En otras realizaciones preferidas, la información del sensor adicional puede convertirse e integrarse en el sistema que incluye, pero no se limita a, una señal del sensor LIDAR obtenida de un sensor LIDAR tal como un teléfono personal usado en el cuello, información de posición de mapa y de GPS, información del sensor de elevación desde un reloj inteligente usado en la muñeca y otros. Esta información adicional se utiliza para optimizar las señales correctivas de posición/equilibrio de una manera inteligente (es decir, optimizar el resultado de ganancia de equilibrio resultante) o, alternativamente, se presenta como ejes de corrección de equilibrio adicionales o multidimensionales. En consecuencia, un conjunto de canales perceptuales separados que corresponden a percepciones sensoriales artificiales que se sienten en partes separadas del cuerpo (o incluso dentro de la misma región del cuerpo, pero con una calidad de sensibilidad separada) podría reservarse para comunicar información de soporte de equilibrio específica/auxiliar al individuo.
Los ejemplos analizados anteriormente constituyen esencialmente una realización homóloga de la presente invención. Por ejemplo, las sensaciones artificiales representadas en la Figura 2 emergen en la los lados izquierdo & derecho del cuerpo que codifican indicaciones de equilibrio asociadas con la inclinaciones cuerpo a la izquierda & derecha.
Sin embargo, la presente invención se basa en una interfaz de cerebro-ordenador sensorial general basada en una biblioteca de comunicación específica de paciente y, por lo tanto, es capaz de retransmitir información abstracta al paciente. En consecuencia, el paciente puede aprender a relacionar mensajes sensoriales con prácticamente cualquier tipo de información relacionada con el equilibrio abstracto. En este contexto, los mensajes retransmitidos o los datos comunicados son independientes de la plantilla corporal, lado, área o tipo de sensibilidad y, por lo tanto, constituyen realizaciones no homólogas de la presente invención. En dicho contexto no homólogo, se pueden lograr nuevas relaciones y correlaciones de una manera que, por ejemplo, las sensaciones artificiales relacionadas con la inclinación del camino se traducen como sensaciones graduadas emergentes entre el dedo índice izquierdo y el pulgar izquierdo como se representa en la Figura 5.
La Figura 5 representa una realización ilustrativa donde la información crucial requerida para mantener el equilibrio en una superficie no uniforme podría transferirse de manera no homóloga a través de la activación de mensajes sensoriales en el dedo índice y el pulgar. La información de resumen tal como una inclinación hacia arriba 503 de una superficie de marcha podría ser asociada por el sujeto, después del entrenamiento, a sensaciones en el pulgar 505. En una analogía similar, una inclinación descendente 502 puede comunicarse mediante sensaciones artificiales en el dedo índice y una superficie plana 501, puede codificarse a través de la ausencia de sensaciones artificiales.
La realización ilustrada en la Figura 5 también puede realizarse de modo que las sensaciones artificiales se gradúen en relación con un aspecto cuantitativo de las características del terreno. Esto puede lograrse, por ejemplo, variando la intensidad o la velocidad de repetición de las sensaciones artificiales con respecto al ángulo de inclinación hacia arriba o hacia abajo.
En tales casos ilustrativos, la disposición anatómica de los puntos diana de las ubicaciones de la interfaz del sistema electrodo-a-nervio (por ejemplo, la columna lumbar, toráxica y/o cervical) puede optimizarse por un submódulo del sistema para lograr un nivel óptimo de comunicación a través de múltiples canales de entrada independientes. La entrada homóloga (inclinación izquierda-derecha - sensaciones de la mano izquierda-derecha) puede combinarse aquí con sensaciones abstractas en el pulgar que indica una próxima inclinación en la vía para caminar 503.
Las Figuras 6-8 ilustran varias realizaciones posibles de dispositivos de prótesis de equilibrio proporcionados por la presente invención.
La Figura 6 ilustra un dispositivo de prótesis de equilibrio ejemplar según una realización de la presente invención. En esta realización, los dispositivos de prótesis de equilibrio comprenden un módulo de neuroestimulación integrado 630 (por ejemplo, que comprende un generador de señales neuronales y un amplificador de salida) que está conectado a una pluralidad de cables de señales de salida que pueden estar interconectados con una interfaz de neuroestimulación del individuo (por ejemplo, un conjunto de electrodos de estimulación de la médula espinal o un electrodo DBS). Los dispositivos de prótesis de equilibrio comprenden además una antena de comunicación conectada operativamente a un módulo transceptor/sensor 610, configurado para comunicación inalámbrica (por ejemplo, a través de NFC, WIFI, Bluetooth o una tecnología de comunicación inalámbrica similar).
El módulo transceptor/sensor 610 está configurado, por ejemplo, para recibir una o más señales del sensor de uno o más sensores (como se discutió anteriormente), indicativo de un estado de equilibrio o equilibrio del individuo. El módulo transceptor/sensor 610 está conectado operativamente a un módulo de procesamiento de datos/señales 620 configurado para generar una o más señales de neuroestimulación y/o parámetros de señal (por ejemplo, forma de onda, forma de pulso, amplitud, frecuencia, recuento de ráfagas, duración de ráfaga, etc.) para generar la una o más señales de neuroestimulación. Por ejemplo, el módulo de procesamiento 620 puede acceder a un módulo de almacenamiento de datos 640 configurado para almacenar una pluralidad de relaciones, específicas para el individuo, asociar una pluralidad de señales (o parámetros utilizados para generar una pluralidad de señales de neuroestimulación) con una pluralidad de indicaciones de equilibrio correspondientes, tales como una sensación de hormigueo de intensidad media en la mano derecha asociada con un grado medio de inclinación corporal en la dirección izquierda.
La señal de neuroestimulación generada y/o los parámetros de señal se introducen en el módulo de neuroestimulación 630 integrado que puede configurarse para procesar (por ejemplo, modular, cambiar, amplificar, encubrir, rectificar, multiplexar, cambiar de fase, etc.) la una o más señales de neuroestimulación generadas por el módulo de procesamiento 620 o para generar la una o más señales de neuroestimulación basándose en los parámetros de señal proporcionados por el módulo de procesamiento 620.
Las señales de neuroestimulación generadas y procesadas son entonces emitidas por el módulo de neuroestimulación 630 y pueden aplicarse a uno o más contactos eléctricos de un electrodo de neuroestimulación (por ejemplo, un electrodo DBS o electrodo de estimulación de la médula espinal no mostrado) a través de los cables de salida.
El dispositivo de prótesis de equilibrio también puede comprender una fuente de alimentación recargable 650 que, por ejemplo, puede cargarse inalámbricamente a través de una interfaz de carga inalámbrica.
La Figura 7 ilustra otro dispositivo de prótesis de equilibrio ejemplar según una realización de la presente invención. En esta realización, el dispositivo de prótesis de equilibrio no comprende un módulo de neuroestimulación integrado (véase la Figura 6 anterior). En su lugar y similar como en la discusión para la Figura 1 anterior, el módulo de procesamiento 720 de datos/señal está conectado a un módulo transmisor inalámbrico 730 que está conectado a una antena de transmisión inalámbrica 770. El módulo de procesamiento 720 puede configurarse para generar una o más señales de neuroestimulación y/o parámetros de señal (por ejemplo, forma de onda, forma de pulso, amplitud, frecuencia, recuento de ráfagas, duración de ráfaga, etc.) para generar la una o más señales de neuroestimulación. Por ejemplo, el módulo de procesamiento 720 puede acceder a un módulo de almacenamiento de datos 740 configurado para almacenar una pluralidad de relaciones, específicas para el individuo, asociar una pluralidad de señales de neuroestimulación (o parámetros utilizados para generar una pluralidad de señales de neuroestimulación) con una pluralidad de indicaciones de equilibrio correspondientes.
El módulo transmisor 710 está configurado para comunicación inalámbrica (por ejemplo, a través de NFC, Bluetooth, WIFI o una tecnología de comunicación inalámbrica similar) con un dispositivo de neuroestimulación del individuo (no mostrado; véase la Figura 1). El módulo transmisor 710 puede configurarse para transmitir la señal de neuroestimulación generada y/o los parámetros de señal generados al dispositivo de neuroestimulación del individuo tal como un IPG (véase la Figura 1) que puede configurarse para procesar (por ejemplo, modular, cambiar, amplificar, encubrir, rectificar, multiplexar, cambiar de fase, etc.) la una o más señales de neuroestimulación recibidas del módulo transmisor 710 o para generar la una o más señales de neuroestimulación en base a los parámetros de señal recibidos desde el módulo transmisor 710.
El dispositivo de prótesis de equilibrio puede comprender además un módulo receptor/sensor cableado 710 que está configurado para recibir/obtener una o más señales del sensor de uno o más sensores (como se discutió anteriormente), indicativo de un estado de equilibrio o estabilidad de las señales individuales (por ejemplo, de giroscopio y acelerómetro que permiten que el módulo de procesamiento estime la posición corporal actual o futura del individuo con respecto a una posición de referencia). En la realización de la Figura 7, las señales de sensor no se reciben de forma inalámbrica, sino que se obtienen a través de los cables de señal del sensor 720. Naturalmente, la recepción inalámbrica también es posible.
El dispositivo de neuroestimulación del individuo está configurado para emitir y aplicar las señales de neuroestimulación generadas y procesadas a uno o más contactos eléctricos de un electrodo de neuroestimulación (por ejemplo, un electrodo de estimulación de la médula espinal, no mostrado) para provocar la percepción sensorial artificial deseada en el área de la corteza sensorial deseada. El dispositivo de prótesis de equilibrio 710 también puede comprender una fuente de energía 750 que, por ejemplo, puede ser una batería extraíble.
La Figura 8 ilustra otro dispositivo de prótesis de equilibrio ejemplar según una realización de la presente invención. En esta realización, el dispositivo de prótesis de equilibrio comprende un sensor de movimiento integrado, tal como un sensor de aceleración de 3 ejes 862 y un giroscopio de 3 ejes 864. En este caso, las indicaciones de equilibrio pueden determinarse y comunicarse al individuo (por ejemplo, a través de dos cables de estimulación de la médula espinal) incluso sin obtener información de dispositivos sensores externos tales como los sensores portátiles analizados para la Figura 1.
La Figura 9 ilustra un escenario en el que un dispositivo de prótesis de equilibrio según una realización de la presente invención puede usarse para mitigar los efectos de la cinetosis (por ejemplo, la cinetosis por movimiento en tierra, la cinetosis por movimiento en el espacio y/o la cinetosis por movimiento en la realidad virtual) reforzando el sentido natural del equilibrio de un individuo 900 a través de una indicación de equilibrio adicional codificada a través de percepciones sensoriales artificiales proporcionadas por la prótesis de equilibrio. Por ejemplo, una persona 900 a bordo de un barco 910 puede experimentar un conflicto perceptual entre su sistema visual y vestibular, por ejemplo, si la persona 900 no puede ver el horizonte/ línea de flotación 920 y el barco 910 realiza un movimiento combinado de balanceo, cabeceo y guiñada.
En tales situaciones, que también pueden ocurrir en entornos de realidad virtual, el dispositivo de prótesis de equilibrio puede transmitir una indicación de equilibrio 930 que ayuda a reforzar la percepción de equilibrio correcta 940 del individuo.
La Figura 10 ilustra la situación recíproca en la que la persona 1000 no está a bordo del barco 1010 pero controla el movimiento del barco 1010 a través de un terminal de control remoto 1050. En esta situación, el equipo sensor a bordo del barco transmite señales de sensor indicativas del estado de movimiento/equilibrio 1030 del barco 1010 a un dispositivo de detección de equilibrio remoto del individuo. El dispositivo de detección de equilibrio remoto proporciona entonces una indicación de equilibrio remoto para el barco móvil al individuo que se deriva al menos en parte de las señales del sensor obtenidas.
La Figura 11 ilustra otro escenario de aplicación donde un dispositivo de detección de equilibrio remoto basado en la médula espinal (véase la Figura 1 anterior) soporta un piloto 1100 en el pilotaje remoto de un vehículo aéreo no tripulado, por ejemplo, a través de un control remoto convencional o un dispositivo de control remoto de interfaz ordenador-cerebro.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) para un individuo, que comprende:
un módulo sensor (610, 710, 810) configurado para obtener al menos una señal de sensor indicativa de un estado de equilibrio o estabilidad del individuo;
un módulo de procesamiento (620, 720, 820) conectado operativamente al módulo sensor (610, 710, 810) y configurado para determinar al menos una señal de neuroestimulación basada al menos en parte en la señal del sensor obtenida, que implica una determinación, basada al menos en parte en la señal del sensor obtenida, de una estimación de una posición corporal actual del individuo con respecto a una posición de referencia del cuerpo y/o una estimación de una posición del cuerpo futura con respecto a la posición de referencia del cuerpo; y
un módulo transmisor (730) conectado operativamente al módulo de procesamiento (620, 720, 820) y configurado para transmitir la señal de neuroestimulación determinada a un dispositivo de neuroestimulación (102) del individuo; o
un módulo de neuroestimulación (630) conectado operativamente al módulo de procesamiento (620, 720, 820);
en donde la señal de neuroestimulación está configurada para provocar una sensación artificial en un área de la corteza sensorial específica del individuo mediante la estimulación directa de los axones sensoriales aferentes del sistema nervioso central o periférico del individuo que alcanzan las neuronas sensoriales del área de la corteza sensorial no directamente asociada con las vías vestíbulo-corticales del individuo; y
en donde la sensación artificial provocada proporciona una indicación de equilibrio para el individuo que se deriva al menos en parte de la señal del sensor obtenida para soportar, imitar, sustituir o mejorar el sentido natural del equilibrio del individuo.
2. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de la reivindicación 1,
en donde el módulo sensor (610, 710, 810) obtiene al menos una señal del sensor de movimiento a través de una interfaz por cable o inalámbrica, tal como un acelerómetro o una señal alternativa; y/o en donde el módulo sensor (610, 710, 810) comprende un sensor de movimiento tal como un acelerómetro o un giroscopio y/o
en donde el módulo sensor (610, 710, 810) obtiene, a través de la interfaz por cable o inalámbrica, una señal del sensor auxiliar que se origina de un dispositivo sensor auxiliar tal como una cámara, un sensor LIDAR, un sistema GPS, un sensor de presión o un sensor de elevación.
3. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de la reivindicación 1, en donde la posición del cuerpo del individuo es caracterizada por uno o más de los siguientes parámetros:
- una inclinación corporal del individuo en el plano coronal y/o sagital;
- una velocidad de cambio de la inclinación corporal del individuo en el plano coronal y/o sagital; - una desviación del centro de gravedad del cuerpo del individuo desde una posición o intervalo de referencia para el centro de gravedad; y
- una velocidad de cambio de la desviación del centro de gravedad desde la posición o intervalo de referencia.
4. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en donde una lateralidad o ubicación percibida de la sensación artificial provocada indica una dirección de una inclinación corporal del individuo o una dirección de un movimiento compensatorio para disminuir la inclinación corporal y/o
en donde una intensidad percibida de la sensación artificial provocada codifica un ángulo o un grado de una inclinación corporal del individuo con respecto a una posición o intervalo de referencia o un ángulo o grado de un movimiento compensatorio para disminuir la inclinación corporal.
5. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una velocidad de repetición percibida de la sensación artificial provocada codifica una característica del terreno tal como un ángulo de inclinación de una superficie de marcha o una distancia restante a un obstáculo.
6. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una calidad sensorial secundaria de la sensación artificial provocada tal como la textura de una somatosensación, el color de una sensación visual o el tono y la percepción de una sensación auditiva codifica información del soporte de equilibrio corporal tal como una inclinación de una superficie de marcha o una distancia restante a un obstáculo.
7. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo de procesamiento (620, 720, 820) está configurado:
para detectar, basándose al menos en parte en la señal del sensor de movimiento obtenida y/o la señal del sensor auxiliar, preferentemente mediante el uso de un sistema de aprendizaje automático entrenado, si el cuerpo del individuo está en riesgo de caerse; y en respuesta a dicha detección:
para generar una señal de advertencia de neuroestimulación que está configurada para provocar una sensación artificial en un área de la corteza sensorial específica que proporciona una advertencia de caída al individuo.
8. Dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la señal de neuroestimulación está sincronizada con un ritmo de marcha del individuo para proporcionar una indicación de corrección de la inclinación del cuerpo continua que mejora la estabilidad de la marcha del individuo mientras camina.
9. Sistema de prótesis de equilibrio, que comprende
el dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1-8; y uno o más sensores de movimiento implantados o portátiles que proporcionan señales de entrada al módulo sensor (610, 710, 810) del dispositivo de prótesis de equilibrio (104).
10. Sistema de prótesis de equilibrio de la reivindicación 9, que comprende, además
uno o más de los siguientes dispositivos sensores que proporcionan señales de entrada adicionales al módulo sensor (610, 710, 810) del dispositivo de prótesis de equilibrio (104):
- un dispositivo de cámara;
- un dispositivo sensor LIDAR;
- un sistema GPS;
- un sensor de presión que mide la presión de contacto entre un pie de la persona y una superficie de marcha;
- al menos dos sensores de presión que miden la diferencia en la presión de contacto entre dos puntos en una superficie de marcha para determinar una inclinación de la superficie de marcha.
11. El sistema de prótesis de equilibrio de la reivindicación 9 o 10, que comprende además un dispositivo de estimulación de la médula espinal que comprende un conjunto de cables implantados en la médula espinal que alcanzan ganglios somatosensoriales o fibras nerviosas sensoriales aferentes dentro o adyacentes a la médula espinal.
12. Programa informático, que comprende instrucciones para llevar a cabo las siguientes etapas, cuando el programa informático se ejecuta por los módulos de procesamiento y transceptor de señales de un dispositivo de procesamiento de señales y datos, hace que un dispositivo de estimulación neuronal o sistema:
obtenga al menos una señal del sensor de movimiento indicativa de un estado de equilibrio o estabilidad del individuo;
determine al menos una señal de neuroestimulación basada al menos en parte en la señal de sensor obtenida, que implica una determinación, basada al menos en parte en la señal del sensor obtenida, de una estimación de una posición corporal actual del individuo con respecto a una posición de referencia del cuerpo y/o una estimación de una posición corporal futura con respecto a la posición de referencia del cuerpo; y
transmita la señal de neuroestimulación determinada a un dispositivo o módulo de neuroestimulación (102) del individuo;
en donde la señal de neuroestimulación está configurada para provocar una sensación artificial en un área de la corteza sensorial específica del individuo mediante la estimulación directa de los axones sensoriales aferentes del sistema nervioso central o periférico del individuo que alcanzan las neuronas sensoriales del área de la corteza sensorial no asociada con las vías vestíbulocorticales del individuo; y
en donde la sensación artificial provocada proporciona una indicación de equilibrio para el individuo que se deriva al menos en parte de la señal del sensor de movimiento obtenida para soportar, imitar, sustituir o mejorar el sentido natural del equilibrio del individuo.
13. Programa informático de la reivindicación 12, que comprende instrucciones adicionales para implementar el funcionamiento del dispositivo de prótesis de equilibrio (104) de las reivindicaciones anteriores 2-8, cuando se ejecutan por los módulos de procesamiento y transceptor de señales de un dispositivo de procesamiento de señales y datos, un dispositivo o sistema de estimulación neuronal.
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