Interfaces no tradicionales

Transcripción

1 Qué son? Interfaces no tradicionales Las interfaces no tradicionales son aquellas que se detectan por un medio distinto al habitual Se utilizan señales del usuario que no se pueden registrar a simple vista Ejemplos elegidos EMG (Electromiografía) a) BCI (Brain Computer Interface, Interfaz Cerebro Computadora) Señales Electromiográficas La captación n de las señales eléctricas producidas por los músculos m durante una contracción n muscular se conoce como electromiografía a (EMG). Estas señales son generadas por el intercambio de iones a través s de las membranas de las fibras musculares debido a una contracción n muscular. 1

2 EMG Causa y efecto de la señal EMG Medición Detección n y acondicionamiento de señales EMG. La medición n y la representación n de las señales EMG de superficie depende de las propiedades de los electrodos y su interacción n con la piel, el diseño o del amplificador, el filtro y subsecuentemente la conversión n análogo a digital (A/D), como así también n la comunicación n elegida. 2

3 Formas de Detección n de la señal EMG Detección n Invasiva: : electrodos tipo aguja Detección n No Invasiva o Superficial: electrodos superficiales. Señal EMG de superficie (SEMG) Características: Rango Amplitud de entrada: del orden de unidades de µv a unidades de mv. Banda de frecuencia: 20Hz a 500Hz. Factores que influyen en la detección n EMG: El tiempo y la intensidad de la contracción muscular. La distancia entre el electrodo y la zona de actividad muscular. Las propiedades de la piel (por ejemplo el espesor de la piel y tejido adiposo). Las propiedades del electrodo y el amplificador. La calidad del contacto entre la piel y el electrodo. La configuración n de los electrodos. Electrodos de superficie: Electrodos secos Electrodos con gel 3

4 Interfaz Electrodo-Piel: Impedancias, ruido y voltajes de DC en los electrodos. Impedancia de los Electrodos: Ruido en los electrodos: Impedancia vs tratamiento de la piel. Impedancia vs Área del electrodo. Ruido vs Tratamiento de la piel. 4

5 Configuración n diferencial: Configuración, n, distancia y ubicación n de los Electrodos Distancia entre electrodos: Según n recomendaciones SENIAM 1 : Entre 20mm y 30mm. Ubicación n de los electrodos: Sobre Zona de Inervación n (ZI) Cerca de la ZI Entre la ZI y la región n del tendón. n. Para músculos m pequeños: ¼ de la longitud de la fibra muscular. 1 Surface Electromyography for the Non-Invassivenvassive Assessment of Muscles 5

6 Características obligatorias: Amplificadores en EMG. Alta impedancia de entrada (>100M Ω). Alta relación n de rechazo al modo común (RRMC)( dB). Bajo ruido (Vrms( Vrms/ Hz). Estos parámetros son afectados por la configuración n específica del circuito. Características: Especificaciones de Filtros en EMG Filtro pasa alto (con frecuencia de corte alrededor de 10 20Hz) Filtro pasa bajo (con frecuencia de corte alrededor de Hz) 450Hz) Pendiente de bajada de 40dB/d écada 6

7 Muestreo: Muestreo y conversión n A/D Rango máximo m de frecuencia de 400 a 450 Hz. Teorema de Nyquist. Mínimo 1000 muestras por segundo. Recomendaciones Europeas: Distancia: 20mm y 30mm o ¼ de la longitud de la fibra muscular. Posicionamiento de electrodos: sugerencia de 27 zonas musculares distintas. * Longitudinal * Transversal Procedimiento de ubicación n de los sensores: 1. Selección n del sensor de SEMG. 2. Preparación n de la piel. 3. Posicionar al paciente en una postura inicial. 4. Determinación n de la ubicación n del sensor. 5. Ubicación n y fijación n del sensor, y 6. Controlar la conexión 7

8 Diagrama de bloques Trabajo de la señal Electrodos Pre (instrumentac) + Amplificación Filtro Señal Por nivel de tensión (umbral) (lo más básico) Procesamiento de la señal generalmente cuando hay varias señales cercanas, para discernir unas de otras En patologías as, para discernir señales voluntarias de involuntarias Aislación Aplicaciones Clínica diagnóstico Funcional Entrenamiento Utilización BCI Base: EEG (Electroencefalografía) 8

9 BCI Lo que sigue es información proveniente de: nt.com/page/2.a Patrones+b%C3%A1sicos+en+el+uso+de l+sistema+imcm+o+bci.+neuroimplante s+y+otros BCI Bases: La mayoría a de los diseños de BCIs se basan en el monitoreo de las ondas Alfa y Mu,, principalmente debido a que las personas pueden aprender a controlar su amplitud realizando tareas mentales apropiadas ( Gary Garcia, Ebrahimi & Vesin,, 2004). Por ejemplo, la onda Alfa puede atenuarse evocando una imagen muy estímulante mulante,, y la onda Mu por medio del intento de movimiento de los dedos Dado que ondas más m s lentas como Delta y Teta están n más m s bien asociadas a estados mentales emocionales y de sue ño, son muy difíciles 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 ón n espacial muy amplia, y exigen métodos m de alta resolución n y sincronización temporal para su medición. Estas son exigencias muy dif íciles de cumplir, considerando la naturaleza difusa de las señales EEG. En consecuencia de lo antes expresado, las investigaciones usualmente aplican técnicas t y consideraciones básicas b para el descubrimiento de patrones de señales EEG. Por ello, las ondas Mu y Alfa, constituyen excelentes ejemplos ilustrativos para comprender su naturaleza Paradigmas 1.- Potenciales visuales evocados (PVE): Los PVE se registran sobre la corteza visual y con ello se determina la posición n de la mirada. Son sistemas dependientes cuya base para comunicar es la determinación n de los PVE y el movimiento ocular que se detecta mediante alguna técnica t de seguimiento de la mirada, con el fin de dirigir un cursor en la dirección n que desee el usuario (Vidal,1973,1977). Otro sistema llamado brain response interface (interfaz cerebro-conducta), conducta), emplea una tabla con símbolos s colocados en diferentes subgrupos que cambian de color en el monitor; el sujeto los selecciona y produce alrededor de palabras por minuto (Sutter( Sutter,, 1992). Por último, Middendorf et al.(2000) determinaron la posición n de la mirada midiendo la frecuencia de la respuesta a la luz en la corteza visual para seleccionar botones virtuales que destellaban en una pantalla. Paradigmas 2.- Potenciales corticales lentos (PCL): Los PCL son variaciones de voltaje que se generan en la corteza cerebral y cambian cada 0,5-10 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 señales tiene un dispositivo con el que se puede controlar el movimiento de un cursor en una pantalla, como es el mecanismo que traduce el pensamiento (thought translation device). 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, con un rendimiento de 0, letras por minuto (Wolpaw( et al., 2002; Birbaumer et al., 2000). 9

10 Paradigmas 3.-Ritmos beta y mu: : Los ritmos beta (13-28 Hz) y mu (8-12 Hz) son patrones eléctricos que se observan en los seres humanos en estado de vigilia y se registran en la zona sensorio -motora y en las áreas de asociación n (Wolpaw( et al., 2000). La amplitud de estos ritmos disminuye o se desincroniza al realizar un movimiento, al igual que con la intenci ón n de realizarlo.. Se generan tanto al realizarlo como al imaginar una acci ón n motora (Mc( Farland et al., 2000). Su control se logra por medio de entrenamiento, de manera que el usuario puede modificar la amplitud máxima m del ritmo, con el objetivo de controlar un cursor en un monitor de ordenador sin realizar ninguna actividad f ísica, simplemente pensando en mover dicho cursor hacia un blanco específico. En algunas sesiones de entrenamiento, el usuario aprende por ensayo y error a modular aquellos componentes del EEG que le permitan mover el cursor hacia un blanco que se local iza en la pantalla. Esta BCI se ha utilizado para proveer al usuario de control sobr e diversos dispositivos que le permitan manejar su medio, comunicarse u operar programas que se controlan con un mouse. Además, provee al sujeto de retroalimentación contínua nua acerca de su ejecución n (Mc( Farland,1997). Paradigmas 4.-Potenciales relacionados a eventos (PRE): Un componente de los PRE, el P300,, se ha empleado para desarrollar una BCI para la comunicación. n. El PRE 300 consiste en una onda positiva que aparece alrededor de los 300ms, causada por la detección n de estímulos infrecuentes particularmente significativos, que se presentan en menor proporción n que estímulos frecuentes, ya sea en las modalidades visuales, auditivas o somatosensoriales.. Se registran sobre el cuero cabelludo, con mayor amplitud en la zona parietal; el componente de interés s se identifica y reconoce mediante algoritmos por su amplitud y latencia. Para una BCI, los estímulos se presentan en una pantalla como intensificaciones semialeatorias de columnas y filas que contienen letras dispuestas en una matriz de 6 6 (Farwel,, 1988; Donchin et al., 2000). Se forman palabras prescritas seleccionando una letra cada vez, de acuerdo a un cierto número n de ensayos, y se logra un rendimiento de hasta 2,3 palabras por minuto. Videos BCI Berlin BCI G.tec Selecting words by thinking 10