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Interfaz cerebro-computadora: paradigmas de navegación basados en una tarea de imaginación motora

Research Area: Year: 2012
Type of Publication: Phd Thesis Keywords: interfaz cerebro-computadora, bci, realidad virtual, navegación, imaginación motora
Authors: Velasco Álvarez, Francisco
University: Universidad de Málaga
BibTex:
Abstract:
Una Interfaz Cerebro-Computadora o BCI (Brain-Computer Interface) es un sistema que permite que las personas controlen un elemento externo por medio de su actividad cerebral exclusivamente, sin necesidad de realizar movimientos musculares. Hay varios métodos para detectar esta actividad cerebral, siendo los más utilizados son los ‘no invasivos’, es decir, los que se basan en el contacto superficial de electrodos en el cuero cabelludo. El procesado de las señales generadas como consecuencia de pensamientos voluntarios, como en los sistemas BCI basados en ‘ritmos sensomotores’, sugiere que cuando una zona del cerebro ligada a una tarea de movimiento se activa para ejecutar el movimiento, las señales registradas cambian sus características. La propiedad más significativa de estas señales es su comportamiento cuando una persona imagina el movimiento sin llegar a ejecutarlo, pues se provoca un efecto similar. Los investigadores en este área trabajan para desarrollar diferentes aplicaciones que permitan mejorar la calidad de vida de pacientes con severas discapacidades, para quienes un sistema BCI puede representar un canal viable para interactuar con su entorno. Esta Tesis centrará la atención en las aplicaciones orientadas a la movilidad con una silla de ruedas motorizada. Antes de que alguien pueda usar una silla de ruedas en una situación real, es necesario garantizar que se tiene el control suficiente para evitar situaciones de riesgo. La realidad virtual es una herramienta adecuada para proporcionar a los sujetos la posibilidad de entrenar y probar la aplicación en un entorno seguro, es por ello que en esta Tesis la mayoría de los experimentos se llevó a cabo en entornos virtuales. Para permitir el control de una silla de ruedas virtual, varios paradigmas han sido propuestos, con diferentes interfaces de control y número de comandos de navegación. Un mayor número de comandos facilita el control de la silla de ruedas; sin embargo, se ha demostrado que la mejor precisión en la clasificación se consigue cuando sólo dos tareas mentales son discriminadas. En el tipo de aplicaciones que se están refiriendo, cuyo objetivo es el control de una silla de ruedas, un error en la clasificación de una tarea mental (lo que puede llevar a un comando erróneo), puede provocar situaciones peligrosas; por tanto, es crucial garantizar que se minimiza la tasa de error de modo que se provea de la máxima seguridad posible al usuario. Por ello, en esta Tesis se desarrolla un paradigma de control que permite el control de la navegación usando tres o cuatro comandos, basándose el sistema en la clasificación de únicamente dos tareas mentales. Entre los sistemas BCI orientados a navegación, muchos tienen la limitación de ser ‘síncronos’, es decir, la temporización del control viene regulada por el propio sistema, de modo que el sujeto sólo puede interactuar con el entorno en ciertos momentos indicados por dicho sistema. La tendencia actual en la investigación es dejar a los sujetos que controlen esa temporización, ya que supone un modo más natural de interacción. Estos sistemas son llamados ‘asíncronos’. El objetivo de esta Tesis es estudiar diferentes paradigmas de control de un sistema BCI asíncrono orientado a la navegación (en entornos virtuales y reales) que puedan ser usados para controlar finalmente una silla de ruedas. Se busca que el control del sujeto sea en cualquier dirección posible, con tal de conseguir una navegación libre, al tiempo que sólo se utilice una tarea de imaginación de movimiento (discriminada frente al estado de reposo) para ejercer dicho control, garantizando de este modo un menor error en la clasificación.
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Director: Ricardo Ron Angevin

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