ii) Para reducir el impacto de continuos reajustes debidos a estas variaciones espontáneas, es necesario un segundo nivel de adaptación en el que estas variaciones en el rango de los valores de las características de la señal se hagan corresponder con cambios en el rango de valores de los comandos del dispositivo
iii) Sin embargo, un BCI realmente eficaz debe considerar no sólo la adaptación del algoritmo sino del cerebro, que es otro sistema adaptativo, al BCI
Del mismo modo que la interacción normal entre el cerebro y el mundo a través de los canales neuromusculares sanos produce cambios en el cerebro, la interacción mediada por el BCI y los resultados de la acción que percibe el usuario también producen cambios en el cerebro y, por ende, en la señal neurofisiológica
ALGORITMO
Si la característica empleada es la amplitud del ritmo mu, la correlación entre dicha amplitud y la intención del usuario debería incrementarse con el tiempo
Un algoritmo que incluya el tercer nivel de adaptación debería reflejar este incremento, por ejemplo, respondiendo más rápidamente a la intención del usuario como forma de recompensar al usuario e involucrarle más en la operativa del BCI
SALIDA
En la mayoría de los BCIs actuales, el dispositivo de salida consiste en la pantalla de un ordenador y la salida se circunscribe a la selección en ella de objetivos, letras o iconos o al movimiento de un cursor
La salida no sólo es el producto de la operación del BCI sino también de la realimentación que recibe el usuario y, por tanto, de su cerebro que puede emplear para mantener o mejorar la precisión y la velocidad de comunicación
Un campo de enorme interés y proyección actualmente es el control de dispositivos neurorobóticos o neuroprotésicos cuya actuación provee al usuario con una realimentación que percibe en su propio cuerpo (propiocepción):
comunicación y control
rehabilitación
Todo BCI tiene un protocolo que guía su operación. Esta operación tiene varios factores que es necesario definir:
cómo se enciende y se apaga el sistema
si la comunicación es continua o discontinua
si la transmisión del mensaje la inicia el sistema (envía un estímulo al usuario que evoca un potencial P300) o el usuario espontáneamente (imagina un movimiento)
la secuencia y velocidad de interacción entre usuario y sistema
la realimentación que se va a dar al usuario
La mayoría de los protocolos que se emplean en laboratorio no se adecúan a priori a las necesidades reales de los usuarios con discapacidades: el investigador apaga y enciende el sistema y le indica al usuario lo que hacer para comenzar a interactuar
Las diferencias en los protocolos son las que marcan la difícil transición de la investigación a la aplicación a la vida real
BCI para Rehabilitación: Bases Neurofisiológicas
Aprendemos nueva información y destrezas desde el período de desarrollo y a lo largo de la vida gracias a la plasticidad presente en las neuronas y sinapsis del sistema nervioso central desde la corteza cerebral hasta la médula espinal: cambios a nivel sináptico, neuronal o de red neuronal
El término 'plasticidad cerebral' expresa la capacidad del cerebro para minimizar los efectos de las lesiones mediante cambios estructurales y funcionales
Una gran parte de procesos lesivos del sistema nervioso que afectan a tractos corticoespinales y subcorticoespinales, cerebelosos, medulares, visuales y lingüísticos muestran el efecto de la plasticidad, unas veces de forma espontánea y otras tras tratamientos de rehabilitación adecuados
BCI para Rehabilitación: Bases Neurofisiológicas
Las señales EEG han tenido un uso terapéutico para el tratamiento de enfermedades neurológicas (epilepsia, insomnio, déficit de atención) o para incrementar capacidades cognitivas en población sana (concentración, atención) conocido con el término neurofeedback
Este tipo de técnica puede emplearse para promover la plasticidad cerebral en áreas asociadas a tareas motoras
Para una recuperación/rehabilitación exitosa, tras un accidente cerebro-vascular, es posible plantear intervenciones que induzcan plasticidad motora mediante dos estrategias:
BCI basado en neurofeedback
BCI basado en rehabilitación convencional
BCI para Rehabilitación: Bases Neurofisiológicas
Neurofeedback: el objetivo es entrenar al paciente para que modifique determinadas características de la señal EEG y las sitúe en los valores asociados a un actividad cerebral normal, apoyándose en la hipótesis de que alterando la plasticidad del sistema nervioso que produce una actividad normal, se recuperará la función normal del sistema nervioso y el control motor mejorará:
BCIs basados en los ritmos sensorimotores. Se extiende su aplicación de la comunicación y el control a la rehabilitación
BCI para Rehabilitación: Bases Neurofisiológicas
La rehabilitación convencional de la función motora consiste en la práctica de movimientos repetitivos de los miembros afectados con la expectativa de que influye en la plasticidad del sistema nervioso
BCIs basados en el uso de la actividad cerebral existente para activar un dispositivo que asista al movimiento, apoyándose en la idea de que al realizarse el movimiento el sujeto recibe como salida del BCI una entrada sensorial propioceptiva que induce la plasticidad del sistema nervioso y conduce a la restauración del control motor normal
Dispositivo rehabilitador: estimulación eléctrica funcional mediante electrodos de superficie o práctica de movimientos con un dispositivo robótico
BCI para Rehabilitación: Bases Neurofisiológicas
BCI para Rehabilitación: Bases Neurofisiológicas
Los esfuerzos en investigación en rehabilitación dentro de esta segunda estrategia están empezando a dar sus primeros frutos: rehabilitación activa
Métricas que reflejen la neuroplasticidad y los cambios funcionales
En cualquier caso, es necesario analizar en detalle factores como hasta qué punto los pacientes tienen señales cerebrales detectables para poder utilizar una o las dos estrategias, qué características de la señal emplear para recuperar la función motora y cómo se pueden usar de forma efectiva. El valor de la tecnología BCI en la rehabilitación está vinculado a la respuesta a estas preguntas
GBIO: BCI propioceptivo
Interfaz natural: respuesta del sistema en el tiempo sincronizada con las expectativas del paciente
CANCELACIÓN DEL TEMBLOR
El paradigma de aplicación del BCI es el de controlar una neuroprótesis de miembro superior, con el objeto de eliminar o cancelar el movimiento tembloroso de pacientes, diagnosticados con Parkinson y con temblor esencial, cuando realizan un movimiento voluntario en actividades de la vida diaria
El sistema propuesto realiza una monitorización de la actividad cerebral de los pacientes mediante la adquisición de la actividad eléctrica EEG en la corteza y del movimiento real caracterizado con sensores de movimiento y de electromiografía en la extremidad en la que se quiere reducir el temblor
Un sistema de estimulación eléctrica funcional se encarga de generar corrientes eléctricas en la extremidad objetivo para reducir el temblor indeseado sin afectar a la funcionalidad de los movimientos voluntarios (metodología desarrollada por GBIO)
INSTRUMENTACIÓN: dispositivos empleados
SENSOR INERCIAL
CANCELACIÓN TEMBLOR sin BCI
REHABILITACIÓN MOTORA
El paradigma de aplicación del BCI es construir una interfaz natural para controlar una neuroprótesis/neurorobot para rehabilitación
El sistema de control de la neuroprótesis integra la respuesta anticipada del BCI además de información de otras fuentes: EMG y la señal procedente de sensores inerciales, caracterizando el movimiento desde su planificación hasta su ejecución
La respuesta de dichas fuentes pueden realimentar el BCI con fines adaptativos
OBJETIVO
Desarrollar sistemas BCI que detecten la intención y el tipo de movimiento en la señal EEG de un sujeto para guiar su rehabilitación que configuren una interfaz natural:
capacidad para responder de acuerdo a las expectativas temporales del sujeto y a su señal electrofisiológica (rápida y sólo cuando es necesario)
sin necesidad de aprendizaje alguno de estrategias para controlar el dispositivo de ayuda (sin esfuerzo cognitivo)
para adaptarse a los cambios que se presenten en la señal a lo largo del tiempo (precisa)
el sujeto se motiva e involucra activamente en su rehabilitación lo que se traduce en una mayor plasticidad cognitiva y neural
HIPÓTESIS
Es posible decodificar en la señal EEG la intención de movimiento voluntario y el tipo de movimiento
Controlar la acción de un dispositivo protésico
APLICACIONES
Cancelación del temblor al realizar un movimiento voluntario. Tiempos de reposo prolongados. La anticipación en la detección prepara al sistema de valoración del temblor para su intervención inmediata
Terapia de rehabilitación de diferentes tipos de movimientos analíticos de miembro superior de pacientes de ACV. Movimientos repetitivos con tiempos de reposo cortos.
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