Interfaces no tradicionales

(1)

Interfaces no

tradicionales

Qu

é

son?

n

Las interfaces no

tradicionales

son

aquellas

que

se

detectan

por

un

medio

distinto

al habitual

n

Se

utilizan

se

ñ

ales

del

usuario

que

no se

pueden

registrar a

“

simple vista

”

Ejemplos

elegidos

n

EMG (Electromiograf

í

a)

n

BCI (Brain Computer Interface,

Interfaz

Cerebro

Computadora

)

Se

ñ

ales Electromiogr

á

ficas

n

La captaci

ó

n de las se

ñ

ales el

é

ctricas

producidas por los m

ú

sculos durante

una contracci

ó

n muscular se conoce

como electromiograf

í

a (EMG).

n

Estas se

ñ

ales son generadas por el

intercambio de iones a trav

é

s de las

membranas de las fibras musculares

debido a una contracci

(2)

EMG

n

nCausaCausay y efectoefectode la de la seseññalalEMGEMG

Detecci

Detecció

ón y acondicionamiento

n y acondicionamiento

de se

de señ

ñales EMG.

ales EMG.

Medici

ó

n

La medici

ó

n y la representaci

ó

n de las

se

ñ

ales EMG de superficie depende de las

propiedades de los electrodos y su

interacci

ó

n con la piel, el dise

ñ

o del

amplificador , el filtro y subsecuentemente

la conversi

ó

n an

á

logo a digital (A/D),

como as

(3)

Formas de Detecci

ó

n de la se

ñ

al

EMG

n

Detecci

Detecció

ón Invasiva

n Invasiva: electrodos tipo

: electrodos tipo

aguja

n

Detecci

Detecció

ón No Invasiva o Superficial

n No Invasiva o Superficial:

:

electrodos superficiales.

Se

ñ

al EMG de superficie (SEMG)

Caracter

í

sticas:

n

Rango Amplitud de entrada: del orden de

unidades de

m

V

a unidades de mV .

n

Banda de frecuencia: 20Hz a 500Hz.

Factores que influyen en la

detecci

ó

n EMG:

n

nEl tiempo y la intensidad de la contracciEl tiempo y la intensidad de la contraccióón n muscular .

muscular . n

nLa distancia entre el electrodo y la zona de La distancia entre el electrodo y la zona de actividad muscular .

actividad muscular . n

nLas propiedades de la piel (por ejemplo el Las propiedades de la piel (por ejemplo el espesor de la piel y tejido adiposo).

espesor de la piel y tejido adiposo). n

nLas propiedades del electrodo y el amplificador.Las propiedades del electrodo y el amplificador. La calidad del contacto entre la piel y el

La calidad del contacto entre la piel y el

Electrodos de superficie:

n

Electrodos secos

n

(4)

Impedancias, ruido y voltajes

de DC

en los electrodos.

Interfaz Electrodo

-

Piel:

Impedancia de los Electrodos:

Impedancia vs tratamiento de la piel. Impedancia vs Área del electrodo.

Ruido en los electrodos:

(5)

Configuraci

ó

n, distancia y

ubicaci

ó

n de los Electrodos

Configuraci

ó

n diferencial:

Distancia entre electrodos:

Seg

ú

n recomendaciones SENIAM

11

_:

n

Entre 20mm y 30mm.

n

Para m

ú

sculos peque

ñ

os:

¼

de la longitud de la fibra muscular .

Ubicaci

ó

n de los electrodos:

n

Sobre Zona de Inervaci

ó

n (ZI)

n

Cerca de la ZI

n

(6)

Amplificadores en EMG.

Caracter

í

sticas obligatorias:

n

Alta impedancia de entrada (>100M

W

)

.

n

Alta relaci

ó

n de rechazo al modo com

ú

n

(RRMC)(

100

100 –

–

120dB

).

n

Bajo ruido (

Vrms

/

√

Hz).

Estos par

á

metros son afectados por la

configuraci

ó

n espec

í

fica del circuito.

Especificaciones de Filtros en

EMG

Caracter

í

sticas:

n

Filtro pasa alto (con frecuencia de corte

alrededor de 10

–

20Hz)

n

Filtro pasa bajo (con frecuencia de corte

alrededor de 400

–

450Hz)

n

(7)

Muestreo y conversi

ó

n A/D

Muestreo:

n

Rango m

á

ximo de frecuencia de 400 a

450 Hz.

n

Teorema de Nyquist.

M

í

nimo 1000 muestras por segundo.

Recomendaciones Europeas:

n

Distancia: 20mm y 30mm o

¼

de la

longitud de la fibra muscular .

n

Posicionamiento de electrodos: sugerencia

de 27 zonas musculares distintas.

* Longitudinal

* Transversal

n

Procedimiento de ubicaci

ó

n de los

sensores:

1.

Selecci

ó

n del sensor de SEMG.

2.

Preparaci

ó

n de la piel.

3.

Posicionar al paciente en una postura

inicial.

4.

Determinaci

ó

n de la ubicaci

ó

n del

sensor .

(8)

Diagrama

de

bloques

Electrodos Pre (instrumentac)_{+ Amplificación} Filtro Señal

Aislación

Trabajo

de la

se

ñ

al

n

Por

nivel

de

tensi

ó

n

(

umbral

)

–

(lo

m

á

s

b

á

sico

)

n

Procesamiento

de la

se

ñ

al

–

–generalmentegeneralmentecuandocuandohay hay variasvariasseseññalesales

cercanas

cercanas, , paraparadiscernirdiscernirunasunasde de otrasotras

–

–En En patologpatologííasas, , paraparadiscernirdiscernirseseññalesales voluntarias

voluntariasde de involuntariasinvoluntarias

Aplicaciones

n

Cl

í

nica

–

diagn

ó

stico

n n

Funcional

– –EntrenamientoEntrenamiento – –UtilizaciUtilizacióónn

BCI

n

(9)

BCI

n

Lo

que

sigue

es

informaci

ó

n

proveniente

de:

http

://interfacemindbraincomputer .wetpai

nt.com/page/2.A.4.2.

-

-Patrones+b%C3%A1sicos+en+el+uso+de

Patrones+b%C3%A1sicos+en+el+uso+de

l+sistema+IMCM+o+BCI.+Neuroimplante

s+y+otros

BCI

n n Bases:Bases: –

– La mayorLa mayoríía de los disea de los diseñños de os de BCIsBCIsse basan en el monitoreo de se basan en el monitoreo de

las ondas

las ondas Alfa y Alfa y MuMu, principalmente debido a que las personas , principalmente debido a que las personas

pueden aprender a controlar su amplitud realizando tareas

mentales apropiadas (

mentales apropiadas (GaryGaryGarcia, Garcia, EbrahimiEbrahimi& & VesinVesin, 2004). Por , 2004). Por ejemplo, la onda Alfa puede atenuarse evocando una imagen

ejemplo, la onda Alfa puede atenuarse evocando una imagen

muy

muy estestíímulantemulante, y la onda , y la onda MuMupor medio del intento de por medio del intento de movimiento de los dedos

movimiento de los dedos

–

– Dado que ondas mDado que ondas máás lentas como Delta y s lentas como Delta y TetaTetaestestáán mn máás bien s bien

asociadas a estados mentales emocionales y de sue

asociadas a estados mentales emocionales y de sueñño, son muy o, son muy dif

difííciles de controlar , e incluso, inapropiados para el BCI. Por ciles de controlar , e incluso, inapropiados para el BCI. Por

otro lado, las ondas Gama, debido a su rol coordinador entre

regiones cerebrales, presentan una distribuci

regiones cerebrales, presentan una distribucióón espacial muy n espacial muy

amplia, y exigen m

amplia, y exigen méétodos de alta resolucitodos de alta resolucióón y sincronizacin y sincronizacióón n

temporal para su medici

temporal para su medicióón. Estas son exigencias muy difn. Estas son exigencias muy difííciles de ciles de cumplir , considerando la naturaleza difusa de las se

cumplir , considerando la naturaleza difusa de las seññales EEG. ales EEG.

En consecuencia de lo antes expresado,

En consecuencia de lo antes expresado, las investigaciones las investigaciones usualmente aplican t

usualmente aplican téécnicas y consideraciones bcnicas y consideraciones báásicas sicas para el descubrimiento de patrones de se

para el descubrimiento de patrones de seññales EEG. Por ales EEG. Por ello, las ondas

ello, las ondas MuMuy Alfa, constituyen excelentes y Alfa, constituyen excelentes ejemplos ilustrativos para comprender su naturaleza ejemplos ilustrativos para comprender su naturaleza

Paradigmas

n

n 1.1.--Potenciales visuales evocados (PVE): Los PVE se Potenciales visuales evocados (PVE): Los PVE se

registran sobre la corteza visual y con ello se determina

la posici

la posicióón de la mirada. Son sistemas dependientes n de la mirada. Son sistemas dependientes

cuya base para comunicar es la determinaci

cuya base para comunicar es la determinacióón de los n de los PVE y el movimiento ocular que se detecta mediante

PVE y el movimiento ocular que se detecta mediante

alguna t

alguna téécnica de seguimiento de la mirada, con el fin de cnica de seguimiento de la mirada, con el fin de

dirigir un cursor en la direcci

dirigir un cursor en la direccióón que desee el usuario n que desee el usuario

(Vidal,1973,1977).

n

n Otro sistema llamado Otro sistema llamado brainbrainresponse response interfaceinterface(interfaz (interfaz

cerebro

cerebro--conducta), emplea una tabla con sconducta), emplea una tabla con síímbolos mbolos

colocados en diferentes subgrupos que cambian de color

en el monitor; el sujeto los selecciona y produce

Paradigmas

n

n 2.2.--Potenciales corticales lentos (PCL): Los PCL son Potenciales corticales lentos (PCL): Los PCL son

variaciones de voltaje que se generan en la corteza

cerebral y cambian cada 0,5

cerebral y cambian cada 0,5--10 s. Con un entrenamiento 10 s. Con un entrenamiento

que puede durar semanas o meses, una persona puede

aprender a controlar este tipo de actividad. La interfaz

que emplea esta clase de se

que emplea esta clase de seññales tiene un dispositivo ales tiene un dispositivo con el que se puede controlar el movimiento de un

con el que se puede controlar el movimiento de un

cursor en una pantalla, como es el

cursor en una pantalla, como es el ‘‘mecanismo que mecanismo que

traduce el pensamiento

traduce el pensamiento’’((thoughtthoughttranslationtranslationdevicedevice). Si ). Si

el usuario logra una exactitud igual o superior al 75%,

pasa a la segunda fase, donde puede seleccionar letras

para formar palabras en un programa especial de apoyo,

(10)

Paradigmas

n

n 3.3.--Ritmos beta y Ritmos beta y mumu: Los ritmos beta (13: Los ritmos beta (13--28 Hz) y 28 Hz) y mumu(8(8--12 Hz) 12 Hz)

son patrones el

son patrones elééctricos que se observan en los seres humanos en ctricos que se observan en los seres humanos en

estado de vigilia y se registran en la zona sensorio

estado de vigilia y se registran en la zona sensorio--motora y en las motora y en las

á

áreas de asociacireas de asociacióón (n (WolpawWolpawet al., 2000). et al., 2000). La amplitud de estos La amplitud de estos ritmos disminuye o se

ritmos disminuye o se desincronizadesincronizaal realizar un al realizar un movimiento, al igual que con la intenci

movimiento, al igual que con la intención de realizarloón de realizarlo. Se . Se

generan tanto al realizarlo como al imaginar una acci

generan tanto al realizarlo como al imaginar una accióón motora (n motora (McMc

Farland

Farlandet al., 2000). Su control se logra por medio de et al., 2000). Su control se logra por medio de

entrenamiento, de manera que el usuario puede modificar la

amplitud m

amplitud mááxima del ritmo, con el objetivo de controlar un cursor xima del ritmo, con el objetivo de controlar un cursor en un monitor de ordenador sin realizar ninguna actividad f

en un monitor de ordenador sin realizar ninguna actividad fíísica, sica,

simplemente

simplemente ‘‘pensandopensando’’en mover dicho cursor hacia un blanco en mover dicho cursor hacia un blanco

espec

especíífico. En algunas sesiones de entrenamiento, el usuario fico. En algunas sesiones de entrenamiento, el usuario aprende por ensayo y error a modular aquellos componentes del

aprende por ensayo y error a modular aquellos componentes del

EEG que le permitan mover el cursor hacia un blanco que se local

EEG que le permitan mover el cursor hacia un blanco que se localiza iza

en la pantalla.

n

n Esta BCI se ha utilizado para proveer al usuario de control sobrEsta BCI se ha utilizado para proveer al usuario de control sobre e diversos dispositivos que le permitan manejar su medio,

diversos dispositivos que le permitan manejar su medio,

comunicarse u operar programas que se controlan con un mouse.

Adem

Ademáás, provee al sujeto de retroalimentacis, provee al sujeto de retroalimentacióón n contcontíínuanuaacerca de acerca de su ejecuci

su ejecucióón (n (McMcFarlandFarland,1997).,1997).

Paradigmas

n

n 4.4.--Potenciales relacionados a eventos (PRE): Un Potenciales relacionados a eventos (PRE): Un

componente de los PRE,

componente de los PRE, el P300el P300, se ha empleado para , se ha empleado para

desarrollar una BCI para la comunicaci

desarrollar una BCI para la comunicacióón. El PRE 300 n. El PRE 300 consiste en una onda positiva que aparece alrededor de

consiste en una onda positiva que aparece alrededor de

los 300ms, causada por la detecci

los 300ms, causada por la deteccióón de estn de estíímulos mulos

infrecuentes particularmente significativos, que se

presentan en menor proporci

presentan en menor proporcióón que estn que estíímulos mulos

frecuentes, ya sea en las modalidades visuales, auditivas

o

o somatosensorialessomatosensoriales. Se registran sobre el cuero . Se registran sobre el cuero cabelludo, con mayor amplitud en la zona parietal; el

cabelludo, con mayor amplitud en la zona parietal; el

componente de inter

componente de interéés se identifica y reconoce mediante s se identifica y reconoce mediante algoritmos por su amplitud y latencia. Para una BCI, los

algoritmos por su amplitud y latencia. Para una BCI, los

est

estíímulos se presentan en una pantalla como mulos se presentan en una pantalla como intensificaciones

intensificaciones semialeatoriassemialeatoriasde columnas y filas que de columnas y filas que contienen letras dispuestas en una matriz de 6

contienen letras dispuestas en una matriz de 6 ××6 6

(

(FarwelFarwel, 1988; , 1988; DonchinDonchinet al., 2000). Se forman palabras et al., 2000). Se forman palabras prescritas seleccionando una letra cada vez, de acuerdo

prescritas seleccionando una letra cada vez, de acuerdo

a un cierto n

a un cierto núúmero de ensayos, y se logra un mero de ensayos, y se logra un rendimiento de hasta 2,3 palabras por minuto.