CENTRO DE INVESTIGACIÓN Y DE ESTUDIOS AVANZADOS
Boletín No. 64
28 de julio de 2017
- Con la lectura de las señales cerebrales procesadas por métodos computacionales pacientes parapléjicos controlan dispositivos robóticos
Los movimientos del cuerpo humano se originan por la actividad cerebral en el Sistema Nervioso Central (SNC), el cual transmite los comandos de la médula espinal a los nervios periféricos hasta llegar a los músculos. Sin embargo, esa comunicación puede interrumpirse por diferentes circunstancias, impidiendo a la persona el movimiento de uno a más de sus miembros.
Para restablecer esta comunicación en pacientes que sufrieron la pérdida de movimiento en sus extremidades, el Departamento de Control Automático del Cinvestav desarrolla una Interface Cerebro-Computadora o BCI (por sus siglas en inglés) que permite producir movimiento a partir de dispositivos robóticos.
“La interface funciona como un intermediario entre la actividad cerebral, que se activa para producir, imaginar o intentar un movimiento, y un dispositivo robótico para producir el movimiento”, señaló Benjamín Domínguez Castelazo, miembro del equipo de investigación.
La BCI permite leer las señales del cerebro que se activan cuando se produce un movimiento y se procesan en una computadora para ser enviadas a un dispositivo robótico, a fin de producir el movimiento de las extremidades; puede tratarse de un brazo que ayude al movimiento, uno que lo reemplace o el control de una silla de ruedas, por ejemplo.
“Cuando alguien mueve sus extremidades, brazos o piernas, el cerebro produce una actividad correlacionada a este movimiento y detectable por electroencefalografía (EEG), estas señales correlacionadas también se producen cuando la persona imagina que va a mover sus extremidades o intenta moverlas antes de realizar el movimiento y sirve en pacientes que han perdido la movilidad por alguna enfermedad”, explicó el investigador.
Es decir, los pacientes al imaginar o generar una intensión de movimiento producen actividad cerebral correlacionada, que mediante una BCI se puede aprovechar para hacer mover una prótesis; de hecho, personal del Instituto Nacional de Rehabilitación (INR) ha realizado pruebas exitosas en pacientes con daño en un hemisferio del cerebro con este desarrollo.
Este método de rehabilitación no es invasivo al trabajar con cascos de EEG, colocados en los sujetos para medir la actividad cerebral, estas señales son enviadas al ordenador y de ahí al dispositivo robótico. Como el paciente puede directamente controlar el dispositivo de forma natural, la plasticidad del SNC permite recuperar el movimiento en el paciente.
En el desarrollo de las BCI intervienen cinco etapas generales: adquisición, preprocesamiento, extracción de características, clasificación y control del dispositivo. En la primera se toma una lectura de las señales cerebrales, con el uso de encefalografía, donde se pide al paciente imaginar algunos movimientos; después viene el procesamiento de la señal, sigue su filtrado para transformarla en frecuencia y eliminar los ruidos (otros movimientos) para conseguir una señal con características particulares.
La etapa de extracción de características consiste en tomar lo representativo de la señal (con algoritmos en la computadora) con el objetivo de clasificarla y determinar si la generación del movimiento es para un miembro izquierdo o derecho, y finalmente se llega al dispositivo robótico de control.
En este proyecto de investigación intervienen el Cinvestav a través del Departamento de Control Automático, el INR, con Jessica Cantillo, quien trabaja con interfaces cerebro-computadora para la rehabilitación, y la empresa española BitBrain Technologies, con Javier Mínguez.
El proyecto se encuentra en fase de investigación, pero los resultados han sido prometedores en cada institución y su trabajo en conjunto puede permitir en corto plazo tener avances significativos en terapias de rehabilitación que involucren el uso de esta herramienta.
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