Implementación de estrategia para control de estimulación epidural por circuito cerrado para tratamiento de síntomas parkinsonianos

Abstract

La enfermedad de Parkinson es un trastorno neurodegenerativo y objeto de interés en la comunidad científica, dado que existe una mayor incidencia luego de los 60 años en promedio y además la población mundial posee una alta esperanza de vida, implicando que existirá una mayor cantidad de casos en el futuro. Los tratamientos actuales para este trastorno se componen de un generador de pulsos yelectrodos, en donde se estimula de manera constante una zona del cuerpo (puede ser un área cerebral o parte de la médula) independiente del estado actual del paciente, lo cual conlleva en algunos efectos secundarios no deseados. El presente trabajo de memoria se enfoca en esta problemática, ya que busca un lazode control para estos tratamientos y corresponde a una de las primeras aproximaciones con aprendizaje de máquinas. En particular, se estudia un clasificador de movimiento con incertidumbre a partir de la actividad neural de un modelo animal de rata de 6-OHDA. De esta manera, se realiza la extracción de movimiento a partir de un video y de señales cerebrales de un modelo animal de Parkinson a través de algoritmos de ventanas deslizantes, generando imágenes de potencia en ciertas bandas de frecuencia con una etiqueta respectiva de movimiento a partir del video. Estas imágenes sirven para entrenar a un clasificador de Deep Learning Bayesiano, el cual puede extraer incertidumbre en la clasificación. Así, al utilizar Deep Learning Bayesiano con la forma de evaluación de MC Dropout se llega a obtener un recall de 80 % para la etiqueta de movimiento y la base de datos consistente en una ventana deslizante de medio segundo. Además, esta arquitectura es superior (para esta base de datos) en comparación a la de Deep Learning y evaluación estándar de dropout. Por otro lado, para estos resultados se tiene que con una mejor clasificación se obtiene una menor incertidumbre, lo cual es una de las ventajas al usar Deep Learning Bayesiano pues permite obtener una medida de confianza en la clasificación al realizar evaluaciones estocásticas. Finalmente, cabe destacar que este trabajo puede usarse como base para obtener una estrategia de control para un circuito cerrado específico para cada paciente, el cual posee incertidumbre en predicciones implicando en la confianza que posee el sistema para cambiar un estado específico. Para generar una nueva estrategia más robusta con incertidumbre, se debería repetir este experimento agregando nuevos biomarcadores o indicadores fisiológicos, además de explorar otros algoritmos para extracción de movimiento para el etiquetado de la base de datos.