Neurotecnología para mejora cognitiva

 

ELEVVO está basado en una neurotecnología que permite optimizar el funcionamiento de las áreas cerebrales relacionadas con el rendimiento cognitivo.

ELEVVO implementa un innovador modelo de neurofeedback personalizado, que se adapta de forma individual al estado, fisiología y evolución de la actividad cerebral de cada usuario a lo largo de las intervenciones/entrenamientos (proceso patentado).

La implementación de dicho modelo induce cambios neuroplásticos en la desincronización de los ritmos alfa en el área parieto-occipital. La mejora cognitiva es el resultado de los cambios neuroplásticos en actividad cerebral tónica y fásica, y se ve reflejada en un aumento en funciones como la memoria de trabajo, velocidad de procesamiento de la información, atención sostenida y concentración, y cambios de atención en multitarea o el attention switching.

Función cognitiva y neuroplasticidad

El cerebro gobierna nuestras funciones cognitivas tales como la atención, memoria de trabajo y funciones ejecutivas. Técnicas de registro de la actividad cerebral como el electroencefalograma (EEG), comúnmente usado en entornos clínicos y de investigación, han permitido el estudio y caracterización de patrones de actividad cerebral relacionados con funciones cognitivas, estableciendo un enlace causal entre éstas (Klimesch 1999).

Ejemplos de este enlace son la relación de la actividad en alfa (medida en el EEG) con rendimiento cognitivo mediante la inhibición activa de información irrelevante a la tarea en curso (Klimesch et al. 2007; Jensen and Mazaheri 2010), o la relación entre el incremento de esta actividad y mejoras cognitivas en funciones como la memoria de trabajo, atención y habilidades visuo-espaciales (Hanslmayr et al. 2005; Zoefel et al. 2011; Nan et al. 2012).

La plasticidad es un mecanismo de adaptación neural que refleja la capacidad del cerebro de reorganizarse a lo largo de la vida y ocurre a diferentes niveles (estructural, funcional, molecular y celular), lo cual tiene un reflejo en la actividad y función del área sobre la que se produce el cambio. Se conocen al menos tres formas de generar cambios neuroplásticos relevantes para la función cognitiva: con fármacos, con estimulación eléctrica, o por medio del aprendizaje de una tarea. Los producidos por este último procedimiento son endógenos y naturales para el ser humano, por lo que tienen gran consolidación en el tiempo.

El objetivo de ELEVVO es promover mecanismos de neuroplasticidad por medio de aprendizaje para modificar los patrones cerebrales relacionados con funciones cognitivas, de forma que se optimice su funcionamiento y por ende la función cognitiva.

Resolviendo la variabilidad inter-intra personal en neurofeedback

Sin feedback no hay aprendizaje. El feedback es el retorno de información que obtiene una persona como resultado de sus acciones, y es un factor clave para promover el aprendizaje a través del condicionamiento operante (Skinner 1938). Estos principios pueden seguirse para promover el aprendizaje de la auto-regulación de la actividad cerebral dentro de un paradigma denominado neurofeedback, donde los usuarios pueden aprender a modificar (hasta cierto punto) el nivel de determinados patrones de actividad cerebral (Heinrich et al. 2007).

Aunque el modelo teórico del neurofeedback ha demostrado ser correcto, el problema clásico de sus implementaciones es que no tienen en cuenta la variabilidad inter- e intra-personal de la actividad cerebral (es decir, tratan todas las personas como si tuvieran la misma actividad cerebral y como si ésta no cambiara con el tiempo y/o estado cognitivo/emocional). Sin embargo, la actividad cerebral tiene una gran variación inter-personal (Haegens et al. 2014): todas las personas tenemos cerebros diferentes con capacidades diferentes, lo cual se agrava cuando se trata de población clínica; y una gran variación intra-personal (Niedermeyer and da Silva 2005): la actividad cerebral de EEG es no estacionaria y cambia durante un tratamiento, en ambos casos cambia en el tiempo.

Gráfica de emociones gracias a la tecnología de Elevvo

Espectro de potencia del EEG en los que se aprecia la variación interpersonal en el ritmo alfa en EEG basal (línea azul) frente a EEG en tarea cognitiva (línea roja) para un sujeto sano, un paciente de depresión y un paciente de TDAH.

Gráfica de sesión de trabajo con tecnología de Elevvo

Espectro de potencia del EEG. En la fila superior se muestra la variación intra-personal en el ritmo alfa en EEG basal (línea azul) frente a EEG en tarea cognitiva (línea roja) para un paciente con depresión y uno con TDAH en 3 sesiones dentro de una intervención.

ELEVVO está basado en principios de las interfaces cerebro-computador (procesamiento avanzado e individualizado de EEG), por lo que es capaz de desarrollar un proceso de neurofeedback completamente personalizado para mejora cognitiva en el cual: i) se aprende de forma individualizada los patrones cerebrales de interés (variación inter-personal); y ii) se adapta al estado de estos patrones en el momento de uso de la tecnología y a su dinámica de aprendizaje (variación intra-personal).

Resolviendo los problemas tecnológicos del neurofeedback basado en EEG

 

Un aspecto clave en la implementación del neurofeedback es la técnica de registro de la actividad cerebral, en la que el electroencefalograma (EEG) es el más ampliamente utilizado dado que es no es invasivo, portátil y presenta una buena resolución temporal. Sin embargo, esta tecnología presenta dos problemas que han de resolverse para su uso en este contexto:

 

    • 1

      El equipo de registro de EEG.

      Actualmente hay disponibles un amplio rango de sistemas de registro de EEG que varían desde equipos muy fiables hasta wearables de bajo coste y muy baja fiabilidad. Es importante utilizar equipos que sean capaces de medir en todas las personas y con precisión los ritmos cerebrales de interés en el proceso de neurofeedback (dado que si no mide los procesos cerebrales la intervención nunca puede tener éxito). Además, los sistemas de registro deben tener un número significativo de sensores (mínimo 10 sensores y deseable 16) colocados en las zonas de interés y homogéneamente distribuidos por la cabeza para: i) poder filtrar con precisión los ritmos cerebrales de interés, y ii) realizar correctamente el filtrado de artefactos de EEG.

 

    • 2

      Filtrado de artefactos del EEG.

      Filtrado de artefactos del EEG. Los artefactos son todas aquellas señales eléctricas de origen no neural, pero que se registran con el equipo de EEG y que se mezclan con la actividad cerebral. Esto dificulta en gran medida la identificación en tiempo real de patrones cerebrales de interés necesarios para el neurofeedback. Los artefactos de origen fisiológico (parpadeos, contracciones musculares, etc.) tienen un patrón individual para cada persona, y los no fisiológicos (fuentes electromagnéticas cercanas, etc.) suelen tener un patrón fijo en el momento de uso. Es por tanto muy importante durante el neurofeedback utilizar métodos de filtrado de EEG que aprendan y eliminen de forma individualizada y en el momento de uso estos artefactos.

 

ELEVVO utiliza equipos de EEG de alta fiabilidad con 12 y 16 sensores (ampliable hasta 32 en el ELEVVO MEDICAL), y el proceso de decodificación de los ritmos cerebrales dispone de una etapa de eliminación de artefactos de EEG individualizados para cada participante y momento de uso.

ELEVVO es una interfaz cerebro-computador para mejora cognitiva

 

La base neurofisiológica de ELEVVO está en estudios científicos que soportan que la magnitud de la desincronización de los ritmos alfa individuales está positivamente correlada con la capacidad individual de memoria de trabajo (Freunberger et al. 2011; Klimesch et al. 2007; Palva and Palva 2007). ELEVVO es una solución tecnológica basada en un neurofeedback completamente individualizado para producir cambios neuroplásticos por aprendizaje que optimizan el uso de estos ritmos y por ende incrementa el rendimiento cognitivo de cada persona.

 

El avance científico-tecnológico de ELEVVO reside en implementar un cognitive brain-machine interface (Lebedev 2006) que permite realizar un neurofeedback adaptado para mejora cognitiva y completamente individualizado para cada persona. Para ello se ha combinado el desarrollo de dos novedosos sistemas de registro de EEG (patentados) con un procesamiento de datos completamente individualizado para cada participante (patentado). Los aspectos más relevantes de ELEVVO son:

 

    • 1

      Tecnología de registro de EEG de alta calidad y con un número significativo de sensores.

      Los sensores funcionan sin geles conductores para mayor comodidad de los participantes. Los sensores recomendados para ELEVVO WELLNESS son secos (funcionan sin sustancia conductora para una rápida colocación), y los recomendados para ELEVVO MEDICAL funcionan con unas gotas de agua corriente.

 

    • 2

      Calibración individual de patrones cerebrales.

      Para tratar la variación inter- e intrapersonal de la actividad cerebral se dispone de un método automatizado para identificar los patrones cerebrales y su dinámica de forma individual y en cada momento de uso de la tecnología.

 

    • 3

      Entrenamiento individualizado según dinámica cerebral.

      Para adaptar el entrenamiento a cada persona se dispone de un método automatizado para ajustar la dificultar a la dinámica cerebral de cada persona y momento de uso de la tecnología.

 

    • 4

      Filtrado individualizado de artefactos de EEG.

      Se dispone de técnicas de separación ciega de fuentes para eliminar automáticamente los artefactos fisiológicos y no fisiológicos del EEG en tiempo real de los patrones y ritmos cerebrales de interés para la mejora cognitiva.

 

    • 5

      Análisis de resultados individualizados.

      Se dispone de una variedad de métodos y métricas para evaluar de forma individualizada los cambios neuroplásticos en los ritmos cerebrales entrenados, y así reflejarlos en los informes.

Resultados científicos de ELEVVO

A continuación, se resumen algunos de los estudios científicos más relevantes llevados a cabo por investigadores del equipo de ELEVVO en colaboración con equipos de investigación multidisciplinares a nivel internacional:

• Estudio en pacientes con Trastorno Depresivo Mayor (Escolano 2014b). El grupo experimental (n=40) realizó 8 sesiones y se comparó contra un grupo de control sin intervención (n=20). A nivel electrofisiológico, sólo el grupo experimental mostró un incremento significativo (pre/post estudio) en la actividad en alfa individualizado, con un incremento medio del 25%. El principal resultado de la evaluación cognitiva fue el incremento significativo únicamente para el grupo experimental en variables del test PASAT: disminución del 24% en el número de errores y del 15% en el tiempo de ejecución. Esto sugiere que los síntomas cognitivos de los pacientes con depresión podrían ser aliviados por este tipo de procedimiento.

task-related

Cambios neuroplásticos en pacientes con Trastorno Depresivo Mayor. Se muestra la actividad en el ritmo alfa a lo largo de las 8 sesiones tanto en registros electrofisiológicos (puntos negros, pre y post cada sesión) como durante las ejecuciones de entrenamiento (puntos grises). Se puede observar la tendencia en el incremento de la actividad, sugiriendo un aprendizaje durante el entrenamiento.

• Estudio en niños con TDAH (Escolano 2014b). Se trata de un estudio exploratorio en el que se investigó los efectos de 18 sesiones en 20 niños con TDAH (sin grupo de control). A nivel electrofisiológico, se encontró un incremento significativo en la actividad en alfa (pre/post estudio), con un incremento medio del 13%. Además, se analizó la tendencia en diferentes bandas de frecuencia a lo largo de las sesiones, obteniendo una tendencia positiva en alfa y una tendencia negativa (decremento) en bajas frecuencias (notar que los niños con TDAH muestran habitualmente un exceso de actividad en bajas frecuencias). La evaluación cognitiva mostró un incremento del 16% y del 10% en el número de respuestas correctas de los tests de Dígitos y Secuencias de Letras-Números (WISC-IV), sugiriendo una mejora en memoria de trabajo y atención sostenida. Finalmente, los padres reportaron una mejoría clínica en los niños relacionada con la falta de atención e hiperactividad/impulsividad (9 puntos aproximadamente en ambas) medidas con el Conners’ Parent Rating Scales (CPRS-R).

Gráfica de efectos en sesión de utilización de tecnología Elevvo

Cambios neuroplásticos en niños con TDAH. Se muestran mapas de sensores-frecuencia para la actividad absoluta y relativa. El rango de frecuencias se expresa relativo al valor de alfa individualizado, por lo que el intervalo [0-2] se corresponde con la parte superior de alfa. Se observa un incremento significativo en la actividad tónica relativa y absoluta del ritmo alfa, más prominente en áreas centrales y parieto-occipitales.

• Estudio en población general (Escolano 2011). El grupo experimental (n=6) realizó 5 sesiones (días consecutivos) y se comparó contra un grupo de control sin intervención (n=6). La muestra consistió en estudiantes universitarios con una media de edad de 25 y 27 años, respectivamente. No se tomaron registros de EEG al grupo de control. A nivel electrofisiológico, el grupo experimental mostró un incremento significativo (pre/post estudio) en la actividad en alfa individualizado, con un incremento medio del 65%. El grupo experimental mostró un incremento significativo en memoria de trabajo: incremento del 12% en el número de palabras recordadas en el conceptual span test.

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Cambios neuroplásticos. Se muestra la actividad en el ritmo alfa a lo largo de las 8 sesiones tanto en registros electrofisiológicos (puntos negros, pre y post cada sesión) como durante las ejecuciones de entrenamiento (puntos grises). Se puede observar la tendencia en el incremento de la actividad, sugiriendo un aprendizaje durante el entrenamiento.

• Estudio de una sola sesión en participantes sanos (Escolano 2014c). Se trata de un estudio doble ciego y aleatorizado en el que el grupo experimental (n=10) recibió una única sesión de entrenamiento y se comparó contra un grupo de control placebo (n=9). A nivel electrofisiológico, sólo el grupo experimental mostró un incremento en la actividad tónica en alfa (13% en media), así como un incremento de la desincronización de alfa individual durante la ejecución de una tarea cognitiva (actividad fásica, 16%). A nivel conductual, no hubo diferencias significativas entre los dos grupos, sugiriendo por tanto que una sola sesión de ELEVVO es insuficiente para producir mejora cognitiva, aunque permita que ya aparezcan cambios en electrofisiología.

Gráfica de realización de una sesión con tecnología de Elevvo

Cambios neuroplásticos en participantes sanos. Se muestra la actividad en el ritmo alfa en registros electrofiosiológicos (puntos azul, pre y post sesión) como durante las ejecuciones de entrenamiento (puntos grises). La figura de la izquierda se corresponde con el grupo experimental y la derecha con el grupo de control placebo. Se puede observar la tendencia en el incremento de la actividad, sugiriendo un aprendizaje durante el entrenamiento.

• Estudio en población general para evaluar los efectos en escalas de mindfulness (under review). El grupo experimental (n=27) realizó 6 sesiones y se comparó contra un grupo de control sin intervención (n=23). La media de edad de los participantes fue de 37 y 35 años, respectivamente. A nivel electrofisiológico, sólo el grupo experimental mostró un incremento significativo (pre/post estudio) en la actividad en alfa individualizado, con un incremento medio del 26%. El principal resultado de la evaluación cognitiva fue el incremento significativo únicamente para el grupo experimental en variables del test PASAT: disminución del 55% en el número de errores y del 5% en el tiempo de ejecución. Además, el grupo experimental mostró un incremento dos escalas de mindfulness: incremento de 12 puntos en la variable global del FMQ, y un incremento en 6 puntos en el MAAS.

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Cambios neuroplásticos. Se muestra el incremento pre/post estudio en el ritmo alfa, normalizado con respecto a la primera medición.

Bibliografía relevante

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