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Sistema automatizado de registro de la actividad eléctrica de estructuras
profundas del sistema nervioso central
J. Teijeiro Amador; RJ. Macías González; Ch. Ohye*; J.L. Muñoz Aguiar; L.M. Alvarez González; L. Ochoa
Zaldívar; W. Soler Alayón y J.M. Antelo**.
Centroln\ernacional de Restauración Neurológica, La Habana, Cuba. *Universidad de Gunma, Gunma, Japón. ** Centro de Neurociencias, La Habana, Cuba.
Resumen
Abstract
Este trabajo describe un sistema automatizado paThis paper describes a computer system to record
ra el registro,
procesamiento
y
análisis
de
la
actividad
and
process the deep brain electrical activity, during
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eléctrica de las estructuras profundas del Sistema Nerfunctional and stereotactic neurosurgery. The NDRS
vioso Central, que se ha desarrollado en el Centro Inprogram system (Neurorestorative Deep Recording
ternacional de Restauración Neurológica de Cuba paSystem), developed at the International Neurological
ra ser utilizado en la neurocirugía funcional estereotáRestorative Center in Cuba, allows a digital osciloscoxica guiada por semi-microrregistros profundos del cepe simulation with different graphic facilities in real tirebro. El sistema NDRS (Neurorestorative Deep Recorme and some signal processing: spike amplitude discriding System) permite la simulación de un osciloscopio
mination, signal integration as a quiantification of its
digital y distintos tipos de procesamientos de las señageneral amplitude, and spectral Fourier analysis to
les como son: la discriminación, la integración y el
study the correlation between different simultaneous
análisis espectral de Fourier. El gráfico del comportasignals. The behavior of the integrated activity can be
miento de la actividad integrada a lo largo de la trashown on the electrode trajectory into the brain. This
yectoria seguida dentro del cerebro, puede ser supergraphic can be superimposed on any selected sagittal
puesto sobre la correspondiente vista sagital del Atlas
. plane of the Schaltenbrand and Wahren Atlas, after its
Cerebral de Schaltenbrand-Wahren lugo de un escalaautomatic scaling according to the brain dimensions of
miento apropiado de la misma. El sistema brinda adeeach patient. The system also allows the possibility to
más la posibilidad de procesamiento y edición de los
reprocess and edit the recorded data, saved in the
datos ya registrados y grabados en el disco de la comcomputer disk, as well as to export them in standard
putadora, así como su exportación en formatos «stanformat, making it compatible with other processing
dard», lo que lo hace compatible con otros sistemas.
systems. lt has an interface oriented to facilitate the
Posee una «interface» basada en ventanas de «Ayuda»
user's work, with help-windows available at every mopara el usuario, disponibles en todo momento. Este sismento Using an 80386/80486 IBM compatible personal
tema de programas permite la utilización de una comcomputer this program system substitutes the signal
putadora personal 80486 IBM compatible en sustituanalogical processing equipments, which are expensive
ción de equipos electrónicos complejos y costosos, faciand have specific purposes. Therefore, it has more flelitando además la manipulación de la información rexibility for the recorded data manipulation and to ingistrada y la implementación de una mayor variedad
elude other kind of analysis. Up to this moment, the
de análisis. Hasta el presente el NDRS ha sido utilizado
NDRS has been successfully used, contributing to incon éxito, contribuyendo a aumentar la seguridad en
crease the safety in the correct selection of the therala correcta selección de los lugares de lesión o implante
peutic lesion or implantation sites in more than 110
en más de 110 intervenciones neuroquirúrgicas de
neurosurgical procedures (Vim-Thalamotomies, PalliVim-Talamotomías, Palidotomías y Neurotrasplantes,
dotomies, Subthalamotomies and Nurotransplantapara el control de los diferentes síntomas de la enfertions) to control different symptons of Parkinson's
medad de Parkinson y otros movimientos anormales.
disease and other movement disorders.
PALABRAS CLAVE: Neurocirugía funcional; Microrregistro profundo del cerebro. Proceso digital de señales.
Análisis espectral de Fourier.
KEY WüRDS: Functional Neurosurgery. Deep Brain Microrecording. Digital Signal Processing. Fourier Spectral
Analysis.
171
Sistema automatizado de registro de la actividad eléctrica de estructuras profundas del sistema nervioso central
Neurocirugía
raciones y que no son distinguibles, o al menos no de una
forma precisa, con los medios de imagen actuales ' 1,19,20,31,41.
En los años 50, se comenzó a desarrollar la cirugía
Este hecho ha impuesto la necesidad de utilizar una guía
funcional aparejada al desarrollo de la cirugía estereotáxineurofisiológica: los micro -o semimicro- registros de la
ca. En este campo se exploraron diversas áreas para ubicar
actividad eléctrica de estas estructuras profundas del cerebro. La experiencia internacional demuestra que sólo con
lesiones que mejoraran los síntomas de diversas patologíesta guía se obtiene una mayor seguridad en la selección
as entre ellas algunas caracterizadas por alteraciones del
de los sitios a lesionar dentro del cerebro de los pacientes
movimiento y sobre todo la enfermedad de Parkinson. Estos intentos tropezaron con resultados entre pobres y mopara lograr un resultado exitoso con un mínimo de efectos
colaterales 8,27,31.41.
derados, un elevado número de complicaciones y prácticamente dejaron de utilizarse por el surgimiento de la L-DoPara registrar, procesar y analizar este tipo de señales
pa para el tratamiento de parkinsonianos que era el tipo de
es necesario no sólo un sistema de adquisición y acondipaciente más frecuentemente tratado.
cionamiento de las mismas, sino también de visualización
Los trabajos de Albe-Fessard de los años 60, que desy grabación múltiple, de discriminación, de integración,
cribían grupos de neuronas del tálamo que descargaban en
etc. 31 . Con el desarrollo actual de las máquinas computarelación con el temblor periférico 33 , permitieron utilizar
doras, han aumentado considerablemente las posibilidades
7,14. En
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del isprocesamiento
deofseñales
elmedia
presente
estos conocimientos
con
fines clínicos
a través deldayregistro
de la actividad unitaria o multiunitaria de áreas talámicas
culo se presenta un sistema de programas para computadoras personales diseñado para el registro, visualización,
para localizar las neuronas descritas y ubicar las lesiones
que eliminarían estos síntomas.
grabación y procesamiento digital de las señales eléctricas
El surgimiento de una nueva tecnología basada en el
de las estructuras profundas del cerebro como guía para la
neurocirugía estereotáxica funcional.
desarrollo de los sistemas estereotáxicos y la disponibilidad de mejores sistemas de imágenes, unido al incremento
de los conocimientos de la fisiopatología de los ganglios
Material y método
basales, permitió reabordar estos tratamientos con la característica adicional de poder refinar la ubicación de los
Durante la neurocirugía funcional con ayuda de un sisblancos nuroquirúrgicos con el estudio y caracterización
tema estereotáxico se introduce en el cerebro del paciente
de las estructuras por su actividad eléctrica propia.
un semi-microelectrodo (0,4 mm de diámetro exterior y
distancia interpolar, e impedancia menor que 100 kQ). EsDentro de la Neurocirugía Estereotáxica Funcional, la
Palidotornía y la Talamotomía son dos procedimientos en
te y el electrodo de superficie para electromiografía
los que se lesionan determinados grupos de neuronas den(EMG), son conectados a un juego de preamplificadores,
tro del Globo Pálido Medial (GPm) y el núcleo Ventral
bioamplificadores y filtros de un equipo Neuronica (NeuIntermedio (Vim) del Tálamo en el cerebro del paciente,
ronic S.A., Cuba)22. Las señales de la salida de los amplificon el objetivo de interrumpir la transmisión de los impulcadores son entregadas a la tarjeta conversora análogo-disos nerviosos responsables de diferentes síntomas de la
gital (ADC) de 12 bits del mismo equipo Neuronica o a
enfermedad de Parkinson (rigidez, hipocinesia y temblor)
una tarjeta ADC PCLab816 (Advantech Co. Ltd. Taiwan),
u otros movimientos anormales'6,26,28.31,35,41,43. Al pasar por
con un tiempo de conversión de 8,5 fJs (microsegundos)
estas estructuras circuitos de control fundamentales del
por canal. Las señales ya digitalizadas son entonces recoSistema Nervioso Central (SNC)I,13,21, tQma una máxima
gidas por el sistema de programas NDRS (Neurorestoratiimportancia la correcta selección de los lugares a lesio~
ve Deep Recording System) en una microcomputadora
nar 31 ,41.
personal 486IDX2 IBM a 66 MHz con una tarjeta gráfica
SuperVGA.
.
En las intervenciones quirúrgicas de neurotrasplantes
para contrarrestar la enfermedad de Parkinson, también
Este sistema de programas está compuesto de diferenresulta conveniente seleccionar el mejor lugar de localizates módulos o subprogramas implementados sobre la plación de los implantes, ya que la denervación estriatal cataforma MS-DOS en modo real, con la posibilidad de exracterística de esta enfermedad no es homogénea y por
plotar los diferentes recursos de la computadora con un
otra parte, la cantidad de tejido embrionario para el neuro"
control casi absoluto de su microprocesador. La «interfatrasplante es insuficiente para restaurar toda la pérdida
ce» con el usuario de la versión actual del sistema NDRS
neuronal 12,25,37.
está basada, en general, en sistemas de menú de opciones
Por todo ello, es necesario determinar de la forma más
y en teclas de funciones, con el objetivo de dinamizar al
exacta posible, la localización dentro del cerebro de cada
máximo la operación con el mismo por parte del personal
paciente, de diferentes estructuras, subnúcleos y grupos
especializado y de brindar la mayor área de trabajo para la
neuronales específicos, que juegan un papel en estas altevisualización de las señales y gráficos. No obstante, para
Introducción
172
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Neurocirugía
pasa. De forma automática son calculados, además, los
los usuarios menos entrenados en su uso, también dispone
valores de la integral de cada fragmento de señal mostrado
de un sistema de «Ayudas» dependientes del contexto,
que informan las posibilidades del sistema en cada moen la pantalla. El valor de este parámetro, normalizado
con el tiempo de digitalización empleado en cada caso, es
mento. Entre las opciones principales de este sistema de
programas se encuentran: la visualización, procesamiento
proporcional a la amplitud general de cada señal, permitiendo valorar la magnitud de la llamada actividad de fony grabación de las señales registradas, el reprocesamiento
do presente en los semi-microrregistros 3 1.39, y facilitando la
de señales ya grabadas en el disco de la computadora, la
edición simultánea de varias de estas señales, y la presencomparación cuantitativa entre diferentes señales.
Luego de inspeccionar cada señal y seleccionar las
tación de ediciones y gráficos confeccionados y grabados
muestras que resultan de interés, se pueden grabar en el
previamente.
disco de la computadora para poder volver a reanalizarlas
En la pantalla de la computadora se muestran en tiempo real, es decir instantáneamente, las señales que están
en cualquier momento trans -o post- quirúrgico. Junto a
cada una de ellas se archivan, además, diferentes datos gesiendo registradas en cada momento por los electrodos,
nerales del paciente, de las condiciones del registro y
siempre que la lectura de los valores digitalizados por la
cualquier observación relacionada con cada señal en partitarjeta ADC, se realice con una velocidad de hasta 10000
cular, quedando así documentada esta importante etapa
valores por segundo (lOO Ils como intervalo de digitalizaDocument downloaded from http://www.elsevier.es, day 05/06/2017. This copy is for personal use. Any transmission of this document by any media or format is strictly prohibite
del procedimiento quirúrgico, tanto como constancia de la
ción mínimo). Para intervalos de digitalización menores,
misma, como para investigaciones futuras.
hasta 50 Ils (20000 valores/s como máximo), las señales
El comportamiento de la integral de la actividad elécson mostradas en bloques de 8000 valores cada 0,8 seguntrica registrada en distintos puntos del cerebro y/o en difedos como máximo retardo entre el momento de registro y
el de visualización. Por lo que, en las señales digitalizarentes momentos, puede ser mostrado en un gráfico a medida que las señales van siendo grabadas en la computadodas, podrían estar presentes componentes de frecuencia de
ra. Este gráfico puede ser en función del tiempo, facilitanhasta 10 kHz. En cualquiera de los casos se pueden regisdo la comparación de la actividad registrada pre-, trans- y
trar uno o dos canales simultáneos. Al mostrar en la pantapost-estímulo (u otro evento de interés), o sobre una rella de la computadora los valores digitalizados se realiza
presentación gráfica de la trayectoria que va recorriendo
una interpolación lineal entre ellos para facilitar la observación del comportamiento de la señal según las escalas
el electrodo dentro del cerebro del paciente, según las resde tiempo y amplitud seleccionadas.
pectivas coordenadas y ángulos estereotáxicos.
Los registros cerebrales profundos con semi-microeComo una referencia adicional se puede superponer
lectrodos permiten censar actividad eléctrica cerebral mulsobre este último gráfico la correspondiente vista sagital
tiunitaria; es decir, las señales de voltaje que son obtenidel Atlas Cerebral de Schaltenbrand-Wahren40 , luego de
das son producto de la superposición de las descargas
un escalamiento automático del mismo, de acuerdo a la
distancia intercomisural del cerebro de cada paciente. Se
eléctricas de todo un grupo de neuronas alrededor de la
punta del electrod0 3!. En general, este tipo de señales tiepueden mostrar ampliaciones de este gráfico en la región
más próxima al «blanco» quirúrgico precalculado; supernen un gran carácter estocástico, y libres de todo artefacto
poner, para su comparación, la actividad integrada de dique podrían provocar interferencias externas, o de alteraferentes trayectorias exploradas en un mismo paciente; o
ciones evocadas por diferentes estimulaciones sobre el pahabilitar un cursor sobre cada una de las trayectorias para
ciente, poseen un comportamiento bastante estacionario y
mostrar en detalle los valores en cada punto de registro,
ergódico', por lo que su estudio puede ser realizado analizando sólo una muestra3!.4!. Por esta razón el sistema perasí como las observaciones que ya se han anotado o que se
quieran editar, relacionadas con ese punto, como puede
mite retener en la memoria de la computadora los últimos
ser por ejemplo la somatotopia encontrada. Este gráfico
8.000 valores sucesivos de cada señal registrada. Estas
muestras de las señales pueden someterse a un proceso de
puede ser también copiado directamente por la impresora,
inspección más detallada, procesamiento y finalmente grao exportado en un fichero de formato PCX (formato gráfibación en la misma computadora.
co standard) hacia el disco de la computadora.
Las muestras tomadas de cada señal pueden ser obserOtro tipo de procesamiento de las señales que permite
el sistema NDRS, es su transformación al dominio frevadas repetidas veces de forma continua, o detenidamente,
cuencial mediante el análisis de Fourier2.15·J9.4!. La función
por fragmentos de amplitud variable. Se pueden habilitar
dos jugos de cursores, en amplitud y tiempo, para facilitar
de densidad autoespectral de potencia de las señales puede
brindar una evaluación cuantitativa sobre la correlación
el análisis de las señales mostradas. Para la identificación
de grupos específicos de espigas dentro de ellas, se puede
que se puede encontrar entre las descargas de ciertos gruseleccionar un valor de amplitud umbral para discriminar
pos de neuronas y el EMG de los músculos del hemicuerautomáticamente los momentos en que la señal lo sobrepo contralateral con movimientos con un gran carácter re173
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Neurocirugía
petitivo, como es el caso del temblor de la enfermedad de
Parkinson29 .JI,J4,39,41,
La edición de señales ya grabadas en la,C9ffiputadora,
permite mostrar en una misma pantalla hasta cuatro seña:::'"
les distintas, para propiciar la comparación entre ellas; pudiéndose realizar una copia por la impresora, o en el disco
(en formato PCX), para poder exportarla hacia otros editores gráficos convencionales. Como otra forma de garantizar esta compatibilidad con otros sistemas, los valores registrados también pueden ser exportados directamente en
formato Ascn.
El trabajo de manipulación en el disco de la computadora de la información registrada se encuentra en gran
medida automatizado, así como la impresión de un informe o resumen, con los principales resultados de la exploración de cada trayectoria, en el mismo transcurso del acto
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quirúrgico, para
facilitar
la toma
de decisionesday
finales
porThis copy is for personal use. Any transmission of this document by any media or format is strictly prohibite
parte del equipo médico.
Resultados
La versión 4.4 del sistema de programas NDRS está
constituida por 63 módulos escritos en el lenguaje Borland Pascal 7.0 y 39 en Turbo Ensamblador 3.2, ocupando
los programas ejecutables (8 en total) una memoria de 681
153 bytes, El sistema, luego de su puesta a punto y comprobación, se encuentra ya en explotación en el Centro Internacional de Restauración Neurológica de Cuba, desde
hace dos años, con resultados satisfactorios23 ,24.J8.
Hasta el momento se han desarrollado un total de 113
intervenciones de neurocirugía estereotáxica funcional (55
Vim-Talamotomías, 44 Palidotomías Selectivas, 12 Neurotrasplantes y 2 Subtalamotornías), utilizando el sistema
NDRS para el registro y procesamiento de la actividad
eléctrica multiunitaria de las estructuras profundas del cerebro, Se han explorado un total de 429 trayectorias dentro del cerebro de estos pacientes, tomándose más de
10779 muestras de las señales registradas, de ellas más de
411 corresponden al Núcleo Estriado (Pl,ltamen y Caudado), más de 393 al Núcleo Vim del Tálamo, más de 139 a
otros núcleos del Tálamo, más de 90 a Subtálamo, más de
184 al Globo Pálido Lateral, más de 678 al Globo Pálido
Medial, más de 434 al Tracto Optico y más de 106 a la
Sustancia Negra Reticulata.
Discusión de resultados
El procesamiento digital implica que las señales analógicas, continuas en el tiempo y en amplitud, son cuantificadas y digitalizadas por una tarjeta ADC con un intervalo
de muestreo (o tiempo de digitalización) mayor o igual al
tiempo de conversión del ADC y un paso de cuantificación que depende de la precisión del ADC (empleando el
174
Fig. 1.- Edición con las señales registradas en diferentes
puntos del cerebro sobre una trayectoria explorada durante
un procedimiento de Vim·Talamotomía,
método uniforme de cuantificación que permite una mayor velocidad 7), De esta forma a la computadora son entregados valores discretos y equidistantes en el tiempo (al
utilizar el método frecuencial de digitalización, que es el
que también garantiza una mayor rapidez 7). Este hecho,
según el Teorema de Muestre0 7,14, reduce ya el valor máximo de las componentes de frecuencia de la señal digitalizada al inverso de dos veces el intervalo de muestreo. De
ahí la necesidad de trabajar con la mayor frecuencia de
muestreo (con el menor intervalo de digitalización) posible. En nuestro caso hemos seleccionado como intervalo
de digitalización 250 /ls, con el que además se obtienen
muestras digitales de las señales (8.000 valores) de 2 segundos de duración cada una.
El hecho de que el proceso de cuantificación uniforme
de las señales se realice con una precisión de 12 bits nos
permite diferenciar hasta 4.096 valores de amplitud distintos, lo que quiere decir que utilizando, por ejemplo, una
amplificación de las señales de 10.000 y conociendo que
la salida de los amplificadores está en el rango de ±5 V,
podemos afirmar que hasta 0,2 /lV es significativo en los
sistema automatizado de registro de la actividad eléctrica de estructuras profundas del sistema nervioso central
Neurocirugía
multiunitaria registrada a medida que se penetró con el
semimicroelectrodo a lo largo de la trayectoria planificada
ELECTRI CAL ACfl VlTY l NTEGRAfl ON
(disminuyendo la distancia al «blanco»), dentro del cereCORtICAL GRAY MATlER
bro de un paciente con la enfermedad de Parkinson sometido a una Vim-Talamotomía. Primeramente se registró
una gran actividad neuronal propia de la corteza cerebral.
Al atravesar la sustancia blanca entre la corteza y los ganglios basales la actividad eléctrica decayó enormemente.
La actividad se incrementa al pasar la punta del electrodo
a través del núcleo caudado pero vuelve a decaer al atravesar la franja de sustancia blanca que se encuentra entre
éste y el tálamo. Una vez que la punta del electrodo está
dentro del tálamo, la actividad eléctrica nuevamente se incrementa y adopta morfologías diferentes en dependencia
del núcleo específico por el que se esté pasando, o dentro
Fig. 2.- Gráfico de la Actividad Eléctrica Integrada sode estos, según los grupos neuronales más próximos a la
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bre la representación de la trayectoria explorada dentro del
punta del electrodo en cada momento. Y es que en las árecerebro en un procedimiento de Vim-Talamotomía.
as de sustancia gris también la amplitud de los cambios de
voltaje, su frecuencia y el número de unidades que descargan en una unidad de tiempo dependen de diversos factovalores digitalizados. Lo cual es una precisión aceptable
res como son los tipos celulares que componen cada una
para el rango de amplitud de las señales a registrar.
de las estructuras, la magnitud del soma y la disposición
Por su parte, en la medición del tiempo (en el control
del árbol dendrítico. En el núcleo Vim y Ventrocaudal
del intervalo de muestreo) se puede alcanzar una precisión
(VC) del tálamo abundan las neuronas cuyos somas tienen
de 0,8 [lS, ya que la frecuencia de la señal de entrada del
un área de 600 a 700 [lm2 32, en el núcleo caudado y el pureloj (del chip temporizador) de la computadora es
tamen 196% de sus células son medianas de 20 [lm de diá1,19318 MHz.
metro y sólo un escaso 1% son neuronas de gran tamañ0 6 •
En general, el estudio de la actividad eléctrica de las
El globo pálido (GP) por su parte está constituido de neucélulas y fibras constituyentes del cerebro con el sistema
ronas grandes de cuerpos fusiformes (20-60 11m de diámeNDRS permite realizar una caracterización de las estructuras profundas, lo cual es la base para un refinamiento fitro) con largas y lisas dendritas de hasta 1000 11m de longitud con una disposición discoidal de sus árboles dendrísiológico de los «blancos» neuroquirúrgicos.
Con un instrumento capaz de registrar los potenciales
ticos con dimensiones de 1.500 x 1.000 x 250 I1m42 • Por lo
en las neuronas, como es el caso del semimicroelectrodo
tanto el Vim y el GP tienen características morfológicas
utilizado (0,4 mm de distancia interpolar), que permite esque facilitan el registro de espigas de gran amplitud en sus
inmediaciones (ver Figuras 1,4,6 Y 7).
tudiar la superposición de la actividad simultánea de vaEl estado funcional de una estructura en la fisiopatolorias neuronas, es posible al desplazarse hacia la profundigía de una enfermedad le confiere también particularidades
dad del cerebro delimitar cuándo el extremo del electrodo
a la actividad eléctrica de las neuronas que la componen
está en un área gris (abundantes somas neurales y árboles
que facilitan su identificación; tal es el caso de la enfermedendríticos) y cuándo en las área~ blancas (abundantes
dad de Parkinson. El incremento del conocimiento sobre
axones). La magnitud de los cambios de voltaje que se delas características de los ganglios basales, sus conexiones
tectan en un área en que abundan los cuerpos neuronales
extrínsecas e intrínsecas, los neurotransmisores y neuromoserá superior a la magnitud de los cambios observados en
duladores que regulan su actividad y por otra parte la expelas zonas escasas en cuerpos neuronales donde predomiriencia con animales ha permitido proponer un modelo de
nan los axones de células de Golgi tipo 1. Por ejemplo en
la fisiopatología de estos trastornos en general y para el cirla Figura 1, que muestra una «Edición» en una misma
cuito motor en particular que se ha sometido a prueba, tanpantalla de señales registradas en diferentes puntos del ceto utilizando animales experimentales como en cerebros
rebro, con los valores normalizados de la Actividad Eléchumanos, confirmándose en buena medida las hipótesis
trica Integrada de cada registro mostrados sobre cada seque los sustentan5.9•JO • Se afirma que existe una amplia asa
ñal en el extremo izquierdo, o en la Figura 2, con el comde retroalimentación Corteza sensorimotora - Estriado - GP
portamiento de estos valores integrados representados grá- Tálamo - Corteza sensorimotora, que en su porción interficamente sobre la trayectoria seguida por el electrodo
media (Estriado - GP) tiene dos componentes uno directo o
dentro del cerebro, se puede apreciar como fue cambiando
vía directa (Estriado - GPm) de naturaleza inhibitoria (GAtanto morfológicamente como e;n amplitud, la actividad
s:
ha ten ran
Wa reno
la e 4 .
1 1 .e
175
Sistema automatizado de registro de la actividad eléctrica de estructuras profundas del sistema nervioso central
r_l
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[5]:
El.eeezso
Neurocirugía
G.zse S/diu
Z3 ;'
23 ....
23 ;'
Z3
vV/diu
Fig. 3.- Ampliación del gráfico de la Actividad Eléctrica
Fig. 4.- Edición con las señales registradas en diferentes
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Integrada acoplada sobre la representación de una parte de
puntos del cerebro durante un procedimiento de Palidotomía,
la trayectoria explorada dentro del cerebro en un procedicon registro de Sustancia Negra Reticulata al final del tramiento de Vim-Talamotomía.
yecto.
BA como neurotransmisor) con su actividad deprimida en
los síndromes hipocinéticos (como por ejemplo la enfermedad de Parkinson) y otra vía indirecta (Estriado - Globo Pálido Lateral (GPl) - núcleo Subtalámico (STN) - GPm) cuyas dos primeras conexiones (Estriado - GPl Y GPl - STN)
tienen naturaleza inhibitoria (GABA como neurotransmisor en ambas), de los cuales la primera es hiperactiva por
predominar los receptores D2 en su contro14•30 y cuyo efecto
inhibitorio sobre el GPl provoca un decremento en la acción de freno del GPl sobre el STN por su acción GABAérgica. Esta es una de las causas fundamentales del incremento de la actividad de las neuronas del STN, de naturaleza excitatoria (Glutamato como neurotransmisor), que
tiene por tanto en estos casos una importante acción sobre
el GPm y la Sustancia Negra Reticutata (SNr), ambos con
poblaciones neuronales de proyección fundamentalmente
GABAérgica y cuya sobreexcitación incrementa la inhibición sobre el tálamo ventral e intralaminar, importante
componente en el control de la ejecución de los movimientos por la corteza 3.30,44. Luego en la enferni.edad de Parkinson el GPm y la SNr están sobreexcitados (la inhibición de
la vía directa sobre ellos está deprimida y por el efecto excitatorio del STN, estimulado este por la vía glutamatérgica cortical sin el control del fecto de freno de las neuronas
GABAérgicas del GPl), por lo que sus neuronas tendrán un
alto nivel de descarga (ver Figuras 4 y 5), caracterizada esta por grandes amplitudes debido a la morfología de sus
neuronas y por una alta frecuencia producto de sus propiedades dinámicas (ver Figura 4).
La porción motora del GPm cuando se atraviesa en
una trayectoria con entrada frontal puede tener a continuación el tracto óptico40 , estructura que es necesario localizar
con exactitud por dos razones fundamentales: por ser una
176
importante referencia en la localización correcta de la porción del GPm que es necesario destruir para mejorar la rigidez e hipocinesia y para evitar al mismo tiempo secuelas
visuales. Al sobrepasar el área del GPm con el semi-microelectrodo se produce una caída abrupta de la actividad
eléctrica registrada. En esta zona de baja actividad eléctrica se puede detectar el tracto óptico estimulando el sistema visual del paciente con unflash. Esto origina una avalancha de potenciales de acción en el nervio óptico que se
propaga hacia la corteza, los componentes de esta actividad evocada producirán una deformación transitoria de la
línea de base del registro multiunitario que es perfectamente detectable por el sistema de registro, asegurándose
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Fig. 5.- Gráfico de la Actividad Eléctrica Integrada acoplada sobre la representación de la trayectoria explorada
dentro del cerebro en un procedimiento de Palidotomía, con
registro de Sustancia Negra Reticulata alfinal del trayecto.
Neurocirugía
Sistema automatizado de registro de la actividad eléctrica de estructuras profundas del sistema nervioso central
Fig. 7.- Muestra de la discriminación por amplitud de las
Fig. 6.- Document
Edicióndownloaded
con las from
señales
registradas en diferentes
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espigas y de los juegos de cursores tanto en el eje de amplipuntos del cerebro durante un procedimiento de palidotomía,
tud como en el del tiempo. En este caso se puede apreciar la
con localización del tracto óptico al final del trayecto.
correlación entre las grandes descargas en la señal del núcleo Vim del tálamo (señal superior) y el temblor en la extreasí la ubicación de esta estructura (en la Figura 6 se puemidad superior del hemicuerpo contralateral del paciente
den apreciar las señales registradas en el mismo punto sin
(señal inferior: registro electromiográfico simultáneo).
y con estimulación visual).
La función específica en que participan las neuronas
en el Sistema Nervioso dependen de la naturaleza de esas
unidades, de su ubicación física y de las conexiones que
establecen. Todo esto también determina sus patrones de
comportamiento y las características de su actividad eléctrica. En las estructuras que participan en el control del
movimiento abundan las unidades que modifican su actividad cuando se realizan movimientos pasivos de las articulaciones. Habitualmente muestran una organización espacial de las distintas partes del cuerpo que se conserva a
lo largo de todas las interconexiones que se producen entre ellos (organización somatotópica)41. Neuronas con estas características han sido ampliamente descritas en la región del núcleo Vim J2 ,J6. En nuestra experiencia las hemos
encontrado también pero en menor número en las porciones motoras del GPm y el STN para los movimientos de
las articulaciones de las extremidades siguiendo la organizción somatotópica descrita para los primates no humanos y en la SNr pero fundamentalmente relacionadas con
la estimulación de husos neuromusculares o receptores
tendinosos de estructuras axiales, como son los músculos
relacionados con la fonación, de la faringe y del tórax (datos no publicados). En el caso particular del núcleo Vim
que es donde clásicamente se han descrito, se les ha llamado neuronas cinestésicas y constituyen un importante
elemento en la localización del blanco neuroquirúrgico sobre todo aquellas áreas donde se concentran las unidades
que cambian su actividad eléctrica con el movimiento de
las articulaciones de las porciones más afectadas por la
enfermedad, como pueden ser las manos, muñecas y codos. Por ejemplo, la exploración de la actividad multiuni-
taria del núcleo ve (límite posterior del Vim y que tiene
un importante papel en el procesamiento de la información táctil discriminativa del cuerpo y la cara) muestra un
nivel de descarga que se asemeja a las del Vim lo que hace difícil su delimitación; pero las unidades cinestésicas
DEEP RECORD
AUTO-POWER SPECTRAL DENSITY:
TREMOR
FREQUENCY
ro- 5 Lc--
w- 1
-J..,,,..-_ _-1.---''--:-
mO
w1
....l...;:
---.J
w3
ro 2
frequency
[Hz]
Fig. 8.- Función de densidad autoespectral de potencia
de la seíial cerebral registrada dentro del núcleo Vim del tálamo en un paciente con la enfermedad de Parkinson y con
predominio del temblor. Obsérvese el pico de amplitud en el
valor de frecuencia coincidente con la del temblor de la extremidad superior del hemicuerpo contralateral del paciente.
177
Sistema automatizado de registro de la actividad eléctrica de estructuras profundas del sistema nervioso central
Neurocirugía
TABLA 1
Reporte final del sistema NDRS sobre el registro en una trayectoria durante un procedimiento
deYin-Talamotomíaen un paciente con la enfermedad de ParlWJ.son.
PACIENTE: J ... L. .. A ... (Trayectoria: A)
#Reg
1
4
13
16
19
29
37
39
40
41
42
44
47
48
49
50
54
58
59
60
65
67
68
71
72
76
Dist [mm]
Act. Integ [fJV]
Estructura y Observaciones
CORTEZA/
6257.8
63.00
SUSTo BLANCA /
53.00
2238.3
27.00
5075.2
CAUDADO/
SUSTo BLANCA /
21.00
3445.0
TALAMO/
5514.7
17.00
TALAMO / CADERA AL MOVER LA PIERNA
9.30
7541.2
VIM/
10542.2
7.00
/ DISCRETO SONIDO CON DEDOS
6.60
7703.0
/ DISCRETO HOMBRO Y CODO
6.40
8910.6
Document
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/MUÑECA
8814.9
6.00downloaded from http://www.elsevier.es,
/ CODO, MUÑECA Y CUANDO SOPLA
5.80
9653.9
VIM / HOMBRO, CODO, MUÑECA, MENOS BOCA
13472.0
5.60
VIM / HOMBRO, CODO, MUÑECA, GRAN ACTIVIDAD
5.20
14345.0
VIM / RITMO DEL TEMBLOR, GRANDES ESPIGAS (+),
12539.2
5.20
HOMBRO!, CODO!, MUÑECA!
VIM / HOMBRO!, CODO!, MUÑECA!
5.20
13293.2
VIM / RITMO DEL TEMBLOR!, HOMBRO!, CODO!, MUÑECA!
5.20
11680.7
VIM / HOMBRO, MUÑECA, ALGO DE DEDOS
4.30
11967.3
VIM / GRAN ACTIVIDAD, GRANDES ESPIGAS
19058.3
3.40
VIM / RITMO DEL TEMBLOR, GRANDES ESPIGAS
3.40
18271.0
VIM / RITMO DEL TEMBLOR
3.20
14524.1
VIM / MUÑECA, DEDOS, HOMBRO, CODO
10644.4
2.10
VIM / EXTENSOR DE LA MUÑECA
1.80
12840.6
/ MUÑECA, DEDOS, BOCA AL TACTO
10216.9
1.60
/ DISMINUYEN LAS RELACIONES CON LAS EXTREMIDADES
1.10
9860.4
/BOCA,GARGANTA
10680.4
1.00
/ CARA, LARINGE
-0.50
9504.5
decrecen bruscamente al penetrar a esta estructura y comienzan a predominar las neuronas que modifican su actividad eléctrica cuando se estimulan exteroceptores de las
áreas representadas somatotópicamente, lo que se logra
rozando la piel con una pluma, trozo de ~lgodón o torunda, estimulando así sólo los receptores relacionados con el
tacto superficiaP'. Por lo tanto durante los procedimientos
de Vim-Talamotomías, y también en los de Palidotomías,
los reflejos de estiramiento de los músculos del hemicuerpo contralateral son explorados para inducir las descargas
de estas neuronas cinestésicas. El sonido de las unidades
descargando sobre la actividad de fondo más la visualización de los trenes de espigas, definen este tipo de neuronas y su distribución somatotópica en el área. La Figura 3
representa una ampliación del gráfico de la Actividad
Eléctrica Integrada de la Figura 2, precisamente en la región de mayor interés, en este caso: la región talámica, en
ella se recogen algunos de los hallazgos encontrados a lo
largo de la trayectoria registrada (ver también Tabla 1).
178
En el Vim fundamentalmente, suelen además encontrarse con frecuencia unidades que espontáneamente descargan rítmicamente con similar frecuencia a la del temblor3 ], es decir, sus señales eléctricas poseen una alta correlación en tiempo con el EMG del músculo contralateral
con temblor (ver Figura 7) y constituyen zonas importantes relacionadas con la génesis o el mantenimiento de los
circuitos responsables de esa actividad trembrígena]7.]8.
Esta correlación se comprueba, incluso de forma cuantitativa, en el Autoespectro de Potencia de dichas señales
cerebrales con el pico que aparece a la frecuencia del temblor según el EMG simultáneo (Figura 8)2.]5. Y precisamente, el hecho de localizar estas neuronas aumenta la seguridad en la selección adecuada del sitio de lesión en este
tipo de procedimiento quirúrgic0 3 ],4].
Para apreciar en un primer momento esta correlación
entre la señal del registro profundo y la del EMG es útil el
procedimiento de discriminación por amplitud de las espigas al seleccionar un valor umbral adecuado y comparar la
Sistema automatizado de registro de la actividad eléctrica de estructuras profundas del sistema nervioso central
Neurocirugía
6.- Este tipo de sistema propicia el continuo desarrollo
señal de discriminación con la del EMG (ver Figura 7).
del procedimiento de registro cerebral profundo y por tanEn la Figura 7 también se puede observar la utilidad de
to de la técnica quirúrgica como tal, al simplificarse y abalos juegos de cursores para el análisis de las señales en el
ratarse su perfeccionamiento y la incorporación de nuevos
dominio temporal.
Como se aprecia en las Figuras 2 y 5, los valores intetipos de procesamientos y análisis (en lugar de requerirse
la compra de nuevos equipos, sólo es necesario la modifigrales, por su parte, permiten delimitar, tan preciso como
cación o ampliación del programa con nuevos módulos).
cercanos se realicen los registros, los bordes de las estructuras grises rodeadas por sustancia blanca, y de esta forma
Bibliografía
corroborar las trayectorias y posiciones calculadas durante
la planificación quirúrgica31 • El sistema NDRS brinda además la posibilidad de superponer en un mismo gráfico los
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