Diseño system on chip de los centros nerviosos del sistema neurorregulador en los seres humanos

Abstract

Introducción: El sistema neurorregulador humano es un sistema nervioso complejo compuesto por un grupo heterogéneo de centros nerviosos distribuidos a lo largo de la médula espinal. Estos centros actúan de forma autónoma, se comunican mediante interconexiones nerviosas y gobiernan y regulan el comportamiento de órganos en los seres humanos. Por más de 20 años se viene estudiando el sistema neurorregulador del tracto urinario inferior, responsable de los órganos y sistemas que intervienen en el proceso de micción. El objetivo de la investigación ha sido comprender el papel individual de cada centro para crear un modelo general del sistema neurorregulador capaz de operar a nivel de centro nervioso. Métodos: El modelo creado se ha formalizado mediante la teoría de sistemas multiagente de forma que cada agente modele el comportamiento de un centro nervioso. Su granularidad ha abierto la posibilidad de actuar a nivel de centro, lo cual ha sido especialmente interesante en el tratamiento de disfunciones. Resultados y discusión: En este trabajo se enriqueció este modelo teórico con un modelo arquitectural que lo hiciera adecuado para su implementación en hardware. A partir del nuevo modelo, se propuso el diseño system on chip de un procesador específico capaz de desempeñar las funciones de un centro nervioso. En conclusión, la investigación supuso un enfoque original con el objetivo final de crear un chip parametrizable, capaz de desarrollar cualquier función neurorreguladora, que pudiera ser implantable en el cuerpo y con capacidad para trabajar de forma coordinada con el sistema neurorregulador biológico.

Introduction: The human neuroregulatory system is a complex nervous system composed of a heterogeneous group of nerve centres distributed along the spinal cord. These centres act autonomously, communicate through neural interconnections, and govern and regulate the behavior of organs in humans. For more than twenty years, the neuroregulatory system of the lower urinary tract has been studied, which controls the organs and systems involved in the urination process. Based on the study of the behavior and composition of the lower urinary tract, we have succeeded in isolating the centres involved in its functioning. The goal has been to understand the individual role played by each centre to create a general model of the neuroregulatory system capable of operating at the level of the nerve centre. Methods: The model has been created and formalized based on Multi-Agent Systems theory: each agent thus models the behaviour of a nerve centre. Its granularity opens up the possibility of acting at the level of the centre, of particular interest to treat dysfunctions. Results and discussion: The present study enriches this theoretical model with an architectural model that makes it suitable to implement in hardware. Based on this new model, we propose a System on Chip (SoC) design of a specific processor capable of performing a nerve centre’s functions. Although this processor can be entirely configured and programmed to adjust to the functioning of the different centres, the present work aimed at facilitating the understanding and validation of the proposal. We thus focused on the cortical-diencephalic centre, responsible for voluntary micturition. As conclusions, the research adopted an original approach with the aim of creating a configurable chip, capable of developing any neuroregulatory function, implantable in the body and being able to function in a coordinated way with the biological neuroregulatory system.