Universidad Nacional del Altiplano. Ing. Avid Roman Gonzalez

Transcripción

1 Universidad Nacional del Altiplano TECNOLOGIAS DE COMUNICACIÓN BASADAS EN LA ACTIVIDAD CEREBRAL M Sc Ing M.Sc. Ing. Avid Roman Gonzalez

2 CONTENIDO INTRODUCCION EL ELECTROENCEFALOGRAMA (EEG) SISTEMA INTERNACIONAL DE POSICIONAMIENTO OSICIONA I N O DE ELECTRODOS L C O OS 10/20 LAS INTERFACES CEREBRO COMPUTADOR CONTROL DE UNA SILLA DE RUEDAS CON BCI CONLUSIONES

3 INTRODUCCION EExiste i t muchas h personas en todo t d ell mundo que sufren de una pérdida severa de la función motora. Aplicación en: Multimedia (video juegos, realidad virtual), Pilotaje de Robots etc. Robots, etc Diferentes opciones: MRI, ECoG, EEG, fmri, SPECT, CT.

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5 EL ELECTROENCEFALOGRAMA (EEG) RITMO DELTA: Frecuencia (4 ó - Hz). RITMO TETHA: Frecuencia (4-8 Hz). RITMO ALFA O MU: Frecuencia (8-13 Hz). RITMO BETA: Frecuencia (13-25 ó + Hz)

6 SISTEMA INTERNACIONAL DE POSICIONAMIENTO DE ELECTRODOS 10/20

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8 LAS INTERFACES CEREBRO - COMPUTADOR EEs un sistema it que otorga t una nueva vía de comunicación no muscular entre el cerebro de una persona y una computadora. p

9 DIAGRAMA DE BLOQUES GENERAL DE UN BCI Pre-Procesamiento Extracción de Características Retroalimentación Visual Adquisición de la Señal EEG Clasificación

10 ADQUISICION DE DATOS SSe utiliza ili electrodos l d Ag/AgCl. A /A Cl Amplificador de señal. Se puede realizar un filtrado de la p de adquisición. q señal en tiempo Medir impedancia de los electrodos que debe ser menor a 5 K ohmios. ohmios Para la fijación de los electrodos se utiliza gel y pasta conductora. conductora

11 EXTRACCION DE CARACTERISTICAS Es probablemente el paso más critico en el procesado de señal EEG p Repose - R - Sensor C3 VS Movement - Right Hand - Sensor C

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13 Existen muchos métodos de extracción de características. Parámetros Adaptativos Autoregresivos. Promedio d de d la l Transformada f d de d Fourier. Promedio de la Señal en el Dominio del Tiempo. Tiempo Análisis de Componentes Independientes. etc.

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15 CLASIFICACION Es la tarea final del procesado. Existen diferentes métodos de clasificación. clasificación Red Neuronal Análisis Discriminante Lineal LDA etc.

16 TIPOS DE BCI INTERFACES ASINCRONAS Analizan la actividad voluntaria del cerebro. Conserva en todo momento un enlace de comunicación con el sistema. El sistema analiza de manera continua las señales y clasifica l ifi periódicamente iódi t ell estado t d mental. t l La actividad cerebral espontanea p produce los p siguientes tipos de señales: SCPSS, Actividad sensorimotriz Señales EEG espontaneas. espontaneas oscilatoria sensorimotriz,

17 INTERFACES SINCRONAS Analiza las señales EEG de potenciales evocados por l estímulos los í l recibidos ibid por ell usuario i de d parte del d l sistema. El sistema es el que realiza la tarea de comunicación el usuario simplemente reacciona o comunicación, no a una serie de estímulos. Los principales tipos de señales que se utilizan en estas interfaces son: SSVER,, ERP.

18 INTERFACES INVASIVAS O NONO-INVASIVAS Las señales de la actividad cerebral que se pueden medir, pueden ser señales a nivel del cuero cabelludo como el electroencefalograma (EEG), puede ser a nivel de la corteza como el electrocorticograma (ECoG) o con la necesidad de implantar electrodos en el cerebro. En los métodos invasivos, cuando un electrodo se conecta directamente a una neurona, este mide su actividad eléctrica post sináptica y/o los potenciales emitidos sobre su axón.

19 BCI DELETREADOR P300 Es una interface de comunicación no invasiva basado en los potenciales evocados relacionados a eventos ERPs. Permite al usuario de escribir un texto en el computador. computador Esta basado en un paradigma que consiste en presentar estímulos í l en forma f de iluminaciones l de cada renglón ló o columna. La tarea del usuario consiste en prestar atención en el carácter que desea seleccionar y que cuente las veces que es afectada por una iluminación. Las iluminaciones se realizan de una manera aleatoria y repitiéndose varias veces por cada carácter.

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21 CONTROL DE SILLA DE RUEDAS CON BCI Son varios los equipos de investigación que trabajan en desarrollar y mejorar este sistema. sistema Uno de los últimos trabajos en cuanto a controll de d silla ill de d ruedas d con señales ñ l EEG fue presentado por Toyota en junio d l del 2009 Analiza la señal cada 125 milisegundos. El análisis de las ondas son mostradas en tiempo real en la pantalla. l ó visual.l Retroalimentación Movimiento en la mejilla para frenar.

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25 CONCLUSIONES Se ha tratado de presentar el trabajo que realizan los distintos grupos de investigación que estudian las interfaces cerebro computador o BCI. No solo para personas que sufren de una perdida severa de su capacidad motriz, hoy en día también están involucradas las personas que gozan de buena salud y pueden utilizar este tipo de interfaces para realizar tareas complicadas o en entornos peligrosos. peligrosos

26 Los aspectos mas importantes que se debe tener en cuenta para poder d tener buenos b resultados l d son: Una buena fijación de los electrodos en el cuero cabelludo, i impedancia d i menor a 5 K ohmios. h i Es necesario siempre una etapa de entrenamiento previo, aunque existen investigaciones que tratan de realizar la discriminación de tareas sin entrenamiento. Los resultados obtenidos hasta el momento son muy alentadores, en algunos casos 93% de efectividad, pero aun es necesario seguir trabajando en mejoras, mejoras es necesario aumentar el numero de grados de libertad, una estados rapidez en la interpretación. interpretación mejor definición de estados,

27 tsi enst fr/~roman roman